сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала и способ его получения

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала, включающая жидкое стекло, сернокислый алюминий, ортофосфорную кислоту и активный модификатор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит гидроксид двух-, трехвалентного металла, поверхностно-активное вещество, карбамидоформальдегидную смолу, борную кислоту, алюминиевую пудру и воду, а в качестве модификатора - оксид цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поверхностно-активное вещество - 2,0 - 3,0

Жидкое стекло - 16,0 - 18,0

Карбамидоформальдегидная смола - 4,0 - 6,0

Оксид цинка - 6,0 - 7,0

Борная кислота - 1,0 - 1,25

Гидроксид двух-, трехвалентного металла - 19,0 - 21,0

Ортофосфорная кислота - 17,0 - 19,0

Сернокислый алюминий - 5,0 - 6,0

Алюминиевая пудра - 0,5 - 1,0

Вода - Остальное

2. Способ получения теплоизоляционного материала из сырьевой смеси путем смешивания компонентов, формования смеси и обработки смеси после формования, отличающийся тем, что после формования сырьевой смеси по п.1 обработку полученного материала проводят в поле токов высокой частоты 15-20 мГц в течение 20-30 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в качестве теплоизоляционных материалов в строительстве промышленных и гражданских зданий, а также в теплотехнике в качестве тепловой изоляции.

В настоящее время известны составы сырьевых смесей и способы их получения с применением в качестве связующих нетоксичного негорючего жидкого стекла.

Известна сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала, содержащая компоненты, в мас.%: полиакрилонитрильные волокна - 100, жидкое стекло (сухой остаток) - 16 - 50, мел 5 - 20, вода 30 - 70; компоненты смешивают и проводят формование смеси при температуре 120 - 130^oC (см. SU 1159912, C 04 B 28/26, 07.06.85).

Недостатком такой композиции является применение дорогостоящего армирующего волокна, кроме того, длительная обработка (5-6 часов) при высокой температуре (400^oC), которая необходима для отверждения жидкого стекла мелом, ведет к большим затратам электроэнергии.

Известна сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала, включающая жидкое стекло (в расчете на сухой остаток) (10 - 18 мас.%), вспученный вермикулит (50-65 мас.%), этилсиликат (0,04 - 0,16 мас.%) и воду.

Получение на основе этой композиции теплоизоляционного материала осуществляют путем смешивания жидкого стекла, вспученного вермикулита, этилсиликата и воды, перемешивания их до однородной смеси, вибропрессование под давлением 300 - 100 г/см² в течение 4 - 5 с, с последующей сушкой изделия при температуре 140 - 160^oC в течение 3 - 3,5 часов (см. SU 1527215, C 04 B 28/26, 07.12.89).

Недостатком известной композиции является высокое влагопоглощение (4,4 - 5,1%) из-за содержания в вспученном вермикулите окислов металлов (SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O), способных по своей природе впитывать влагу, кроме того, вспученный вермикулит имеет множество ячеек, заполненных большей частью воздухом, что снижает физико-механические показатели материала, изготовленного из известной сырьевой смеси. Кроме того, имеет место некоторое усложнение технологии изготовления материала с использованием дорогостоящего оборудования (вибропресса).

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала, которая содержит оксид кремния 4-8 мас.%, этилсиликат 2-4 мас.%, ортофосфорную кислоту 6-7 мас. %, сернокислый алюминий 5-8 мас.%, оксид хрома 2-5 мас.%, жидкое стекло - остальное.

Способ получения из известной сырьевой смеси теплоизоляционного материала заключается в том, что компоненты в заданных количествах перемешивают в течение 15 минут до однородной смеси, затем выливают в формы и в течение 5 часов проводят термообработку при температуре 400^oC с получением теплоизоляционного материала, который затем охлаждают и вынимают из формы (см. SU 1823866, C 04 B 28/26, 23.06.93).

Использование в известном составе смеси катализатора - ортофосфорной кислоты недостаточно эффективно для связывания низкомолекулярных продуктов, образования вяжущих соединений и снижения текучести среды, что приводит к неравномерному структурообразованию, снижению теплоизоляционных свойств материала, кроме того, нагревание сырьевой смеси после формования до 400^oC в течение 5 часов приводит к большим потерям электроэнергии.

Решаемой задачей изобретения является повышение теплоизоляционных свойств, а также снижение энергозатрат при получении сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционного материала.

Поставленная цель достигается тем, что известная сырьевая смесь, включающая жидкое стекло, сернокислый алюминий, ортофосфорную кислоту и активный модификатор, дополнительно содержит щелочь двух-трехвалентного металла, поверхностно-активное вещество, карбамидоформальдегидную смолу, борную кислоту, алюминиевую пудру и воду, а в качестве активного модификатора - оксид цинка, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поверхностно-активное вещество - 2,0 - 3,0

Жидкое стекло - 16,0 - 18,0

Карбамидоформальдегидная смола - 4,0 - 6,0

Оксид цинка - 6,0 - 7,0

Борная кислота - 1,0 - 1,25

Гидроксид двух-, трехвалентного металла - 19,0 - 21,0

Ортофосфорная кислота - 17,0 - 19,0

Сернокислый алюминий - 5,0 - 6,0

Алюминиевая пудра - 0,5 - 1,0

Вода - Остальное

Способ получения теплоизоляционного материала заключается в том, что компоненты смешивают и формуют, причем после формования проводят обработку смеси в поле токов высокой частоты 15-20 мГц в течение 20-30 минут.

Введение в жидкое стекло поверхностно-активного вещества вызывает образование пены, которая стабилизируется добавлением гидроксида металла, ортофосфорной кислоты, алюминиевой пудры с сернокислым алюминием и, для отверждения, карбамидоформальдегидной смолы, позволяет получить материал с равномерной структурой; добавлением в сырьевую смесь оксида цинка - активного модификатора и борной кислоты позволяет получить модульность (нерастворимость) материала, что повышает водостойкость, кроме того, обработка смеси после формования в поле токов высокой частоты 15-20 МГц, в течение 20-30 минут позволяет выдавить воду из смеси с пористой структурой и получить легкий, прочный теплоизоляционный материал, а также и экономить электроэнергию.

Заявляемое соотношение компонентов необходимо и достаточно для достижения поставленной цели.

Для изготовления сырьевой смеси использовали следующие выпускаемые отечественной промышленностью материалы:

жидкое стекло ГОСТ 13078-81

сернокислый алюминий ГОСТ 12966-85, ГОСТ 3758-75

ортофосфорная кислота ГОСТ 10678-76

борная кислота ГОСТ 9656-75

поверхностно-активное вещество ПО-1 (контакт Петрова) ГОСТ 22-4233-78

оксид цинка ГОСТ 202-84

алюминиевая пудра ГОСТ 5494-81

известь гашеная ГОСТ 9179-78

карбамидоформальдегидная смола ГОСТ 14231-78

вода техническая

Для получения сравнительных данных и обоснования сущности предлагаемого изобретения были приготовлены составы сырьевой смеси по предлагаемому изобретению, причем в качестве гидроксида двух-, трехвалентного металла использовали негашеную известь.

Первый состав, мас.%:

Поверхностно-активное вещество - 2,0

Жидкое стекло - 16,0

Карбамидоформальдегидная смола - 4,0

Оксид цинка - 6,0

Борная кислота - 1,0

Известь - 19,0

Ортофосфорная кислота - 17,0

Сернокислый алюминий - 5,0

Алюминиевая пудра - 0,5

Вода - 29,5

Второй состав, мас.%:

Поверхностно-активное вещество - 3,0

Жидкое стекло - 18,0

Карбамидоформальдегидная смола - 6,0

Оксид цинка - 7,0

Борная кислота - 1,15

Известь - 21,0

Ортофосфорная кислота - 19,0

Сернокислый алюминий - 6,0

Алюминиевая пудра - 1,0

Вода - 17,85

Каждый из составов подвергался обработке в поле токов высокой частоты в защищаемых пределах.

Кроме того, была приготовлена сырьевая смесь теплоизоляционного материала по известному техническому решению (SU 1823866, C 04 B 28/26, 23.06.93).

Пример 1. Предварительно получали стабилизатор пены, для чего известь гасили, к 19 г (19 мас.%) негашеной извести добавляли 19 г (19 мас.%) воды, смесь охлаждали до 100^oC и добавляли оставшуюся воду, затем вливали 17 г (17 мас.%) ортофосфорной кислоты. Смесь перемешивали в течение двух минут. После охлаждения смеси до 18 - 20^oC (комнатная температура) вводили 0,5 г (0,5 мас. %) алюминиевой пудры, смесь перемешивали в течение двух минут. После охлаждения смесь использовали как стабилизатор. В 10,5 г (10,5 мас.%) оставшегося количества воды заливали 2,0 г (2,0 мас.%) поверхностно-активного вещества, смесь перемешивали в течение минуты и добавляли стабилизатор пены, ранее приготовленный, смесь вновь перемешивали в течение минуты. Затем в стабилизированную пену заливали 4 г (4,0 мас.%) карбамидоформальдегидной смолы (в пересчете на сухое вещество) и при постоянном перемешивании с помощью механической мешалки добавляли 6,0 г (6,0 мас.%) оксида цинка, 5,0 г (5,0 мас. %) сернокислого алюминия и 16,0 г (16,0 мас.%) жидкого стекла (в пересчете на сухое вещество), 1,0 г (1,0 мас.%) борной кислоты, смесь перемешивали в течение двух минут. Готовую сырьевую смесь переливали в форму и выдерживали для отверждения в течение двух часов до появления сухой поверхности материала. Отвержденный материала вынимали из форм и переносили на диэлектрический противень в печь на термообработку в поле токов высокой частоты 15 мГц в течение 20 минут для выдавливания воды из материала. Полученные образцы теплоизоляционного материала вынимали из печи и подвергали испытаниям.

В условиях, аналогичных примеру 1, готовили теплоизоляционный материал в других примерах с варьированием соотношений компонентов и технологических условий.

Использование в качестве гидроксида двух-, трехвалентных металлов не приводит к ухудшению теплоизоляционных показателей.

Результаты экспериментальных исследований образцов теплоизоляционного материала, изготовленных из предлагаемых составов, и способ их получения в сравнении с известным составом приведены в таблице.

Как видно из приведенных примеров таблицы, теплоизоляционный материал, изготовленный из заявляемой сырьевой смеси заявленным способом, обладает более высокими показателями по сравнению с известным материалом, а именно: уменьшилось влагопоглощение, коэффициент теплопроводности, объемная масса. Увеличилась прочность материала. Сохранилась огнестойкость материала, отсутствует сыпучесть и пыление. При содержании в составе сырьевой смеси оксида цинка менее 2,0 мас.%, сернокислого алюминия менее 5,0 мас.%, ортофосфорной кислоты менее 17,0 мас. % и борной кислоты менее 1,0 мас.% ухудшаются суточная влагопоглощение, коэффициент теплопроводности из-за неполной коагуляции жидкого стекла.

Содержание в сырьевой смеси поверхностно-активного вещества менее 2,0 мас.%, жидкого стекла менее 16,0 мас.%, карбамидоформальдегидной смолы менее 4,0 мас.%, а также алюминиевой пудры менее 0,5 мас.% ухудшает прочность при сжатии, увеличивает объемную массу из-за неполного образования пены, ухудшения равномерного структурообразования.

Содержание в составе сырьевой смеси избытка всех компонентов нежелательно, так как не приводит к улучшению теплотехнических показателей.

Проведение после формования обработки материала в поле высокой частоты 15-20 мГц в течение 20-30 минут необходимо и достаточно для выдавливания остаточной воды из сырьевой смеси и улучшения теплоизоляционных показателей.

Использование заявляемого изобретения обеспечивает возможность получения прочного, легкого, гибкого, водостойкого и огнестойкого теплоизоляционного материала, экономии электроэнергии.