сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала и способ его получения

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала, включающая жидкое стекло, карбамидоформальдегидную смолу, комплексную добавку на основе негашеной извести, пенообразующее вещество и воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит цемент, оксид магния, соль двух-, трехвалентного металла, выбранную из группы: гипс, хлорид кальция, карбонат кальция, хлорид магния, карбонат магния, сульфат алюминия, и наполнитель, выбранный из группы: тальк, каолин, слюда, а в качестве комплексной добавки используют смесь негашеной извести с компонентом, выбранным из группы: трилон Б, карбамид, квасцы хромокаливые, квасцы алюмоаммонийные в соотношении 9: 1 с добавлением воды в количестве, в три раза превышающем количество исходных сухих компонентов комплексной добавки, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Жидкое стекло - 12,0-12,5

Карбамидоформальдегидная смола - 6,0-8,0

Комплексная добавка - 5,0-7,0

Пенообразующее вещество - 0,6-0,8

Цемент - 10,0-12,0

Оксид магния - 10, -12,0

Указанная соль двух- трехвалентного металла - 4,0-6,0

Указанный наполнитель - 10,0-12,0

Вода - Остальное

2. Способ получения теплоизоляционного материала, включающий приготовление комплексной добавки на основе негашеной извести, смешивание компонентов смеси и формование ее, отличающийся тем, что комплексную добавку готовят путем смешивания 90 вес. ч. негашеной извести, 10 вес. ч. компонента, выбранного из группы: трилон Б, карбамид, квасцы хромокаливые, квасцы алюмоаммонийные, и 300 вес. ч. воды, после гашения извести смесь охлаждается до температуры 185^oC, затем перемешивают до однородности, далее все компоненты, входящие в сырьевую смесь по п. 1, перемешивают со скоростью 150-200 об/мин в течение 1-2 мин, а затем скорость перемешивания увеличивают до 720-1200 об/мин и перемешивание продолжают еще в течение 1-2 мин, образовавшуюся пену заливают в форму для отверждения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в качестве теплоизоляционного материала в строительстве промышленных и гражданских здании, а также в теплотехнике в качестве тепловой изоляции сооружений и агрегатов.

В настоящее время известны составы сырьевых смесей для теплоизоляционных материалов и способы их получения с применением в качестве связующих органических полимерных термопластичных (полиуретан, полистирол, поливинилхлорид и т.д.) материалов, которые при получении наполняют газом, и образуется легкий тепло-звукоизоляционный пенопласт, эти материалы эластичные, прочные, водостойкие, но легко сгораемые, а при горении выделяют токсичные газы Известны пенопласты на основе связующих термореактивных полимеров (фенопласты, аминопласты, эпоксидопласты и т.д.). Эти материалы легкие, прочные, но более жесткие, чем термопласты, и трудно сгораемые, при получении и эксплуатации выделяют токсичные вещества.

Известны теплоизоляционные материалы, газонаполненные на основе неорганических связующих (цемент, жидкое стекло и т.п.). Эти материалы трудно сгораемые и не выделяют токсичных веществ при эксплуатации, но они более тяжелые, чем пенопласты на основе органических полимерных связующих, и получают их при высоких температурах и со значительными энергозатратами (Химическая энциклопедия. Научное изд-во. М.: 1992 г., с. 455-460).

В настоящее время особый класс составляют теплоизоляционные пенопласты интегральные. Различают однокомпонентные пенопласты интегральные, содержащие полимеры одного типа, и многокомпонентные, состоящие их 2 или 3 разных полимеров (связующих). В структуре пенопластов интегральных объединены особенности строения и свойства вспененных и невспененных полимерных материалов, и наполненных. От обычных изотропных пенопластов их отличает неравномерность распределения плотности по сечению. Пенопласты интегральные обладают лучшими физико-механическими свойствами, чем изотропные (Химическая энциклопедия. Научное изд-во, 1992, т. 3, с. 455). К данному виду теплоизоляционных материалов относятся арболит и т.п.

Известна сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала, отличающаяся от интегральных пенопластов, включающая в пересчете на сухой остаток: жидкое стекло 16-18 мас.%, этилсиликат 0,04-0,16 мас.%, вспученный вермикулит 150-65 мас.% и воду. Получение на основе этой композиции теплоизоляционного материала осуществляют путем смешивания жидкого стекла, вспученного вермикулита этилсиликата и воды, с последующим перемешиванием их до однородной массы и вибропрессованием под давлением 300-100 г/см² в течение 3-3,5 ч (SU 15271215, С 04 В 28/26, 07.12. 1989 г.).

Недостатком известной композиции является высокое влагопоглощение (4,5 -5,1%) из-за содержания во вспученном вермикулите окислов металлов (СаО, MgO, NaO), способных по своей природе впитывать влагу Кроме того, имеет место некоторое усложнение технологии изготовления материала с использованием дорогостоящего оборудования (вибропресса) и длительное нагревание 3,0-3,5 ч с высокой температурой, что ведет к повышению энергозатрат

Известна сырьевая смесь для получения теплоизоляционного материала (арболита), содержащая, мас. %: цемент 24-25, цементную пыль 24-25, гипс 2,9-3,5, пенообразователь 0,25-0,4, карбамидную смолу 5-6, полиацеталыликоль 0,05-0,06, древесные опилки 10-12, вода - остальное (SU 1502522, С 04 B 28/24, от 1989 г.).

Способ получения из нее теплоизоляционного материала включает перемешивание цементного вяжущего, карбамидной смолы, гипса, органического заполнителя, пенообразователя, воды и отверждение ее в форме. Сначала готовят комплексную добавку. Получение комплексной добавки заключается в том, что органический наполнитель (древесные опилки) пропитывают органическим связующим, чтобы наполнитель стал водостойким и трудносгораемым. А для предотвращения слипания древесных опилок в слиток их необходимо длительно перемешивать при нагревании В данном случае карбамидную смолу смешивают с полиацетальгликолем, добавляют на 1 ч. добавки 2 ч. воды, смешивают с древесными опилками в соотношении 1 : 1 по массе. Высушивают при температуре 60-65^oС в течение 3,5-4 ч. Получают комплексную добавку в виде мелких гранул. Далее ее перемешивают с цементом, цементной пылью, гипсом, пенообразователем и водой до получения однородной смеси, которую затем отверждают в форме ( SU 1502522, С 044 В 28/24, от 1989 г.).

Недостатком известной смеси является применение компонентов, не имеющих стандартизации (цементная пыль, древесные опилки) и длительное нагревание комплексной добавки, что приводит к повышенным энергозатратам.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является известная сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала и способ его получения. Сырьевая смесь содержит, мас.%: поверхностно-активное вещество 2,0-3,0, жидкое стекло 16,0-18,0, карбамидоформальдегидную смолу 4,0-6,0, оксид цинка 6,0-7,0, борную кислоту 17,0-19,0, сернокислый алюминий 5,0-6,0, алюминиевую пудру 0,5-1,0, вода - остальное. При этом смесь смешивают, вспенивают, формуют, а потом материал обрабатывают в поле токов сверхвысокой частоты 15-20 мГц в течение 20-30 мин. Получают материал с высокими физико-механическими, теплоизоляционными свойствами (SU 2148045, С 04 4 В 28/26, 40/00, от 27.04.2000 г.).

Недостатком известной смеси для изготовления теплоизоляционного материала и способом ее получения является применение кислот, которые опасны при применении, хранении и транспортировании, а борная кислота дефицитная, модификатор - оксид цинка - дорог и дефицитен, а также применение сушки материала в поле сверхвысокой частоты тока ведет к большим энергозатратам.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение теплоизоляционных свойств, уменьшение токсичных и горючих компонентов, входящих в состав сырьевой смеси, снижение энергозатрат при получении сырьевой смеси и теплоизоляционного материала, повышение водостойкости теплоизоляционного материала.

Поставленная цель достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала, включающая жидкое стекло, карбамидоформальдегидную смолу, содержит комплексную добавку на основе негашеной извести, пенообразующего вещества и воды, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит цемент, оксид магния, соль двух-, трехвалентного металла, выбранную из группы: гипс, хлорид кальция, карбонат кальция, хлорид магния, сульфат алюминия, и наполнитель, выбранный из группы: тальк, каолин, слюда, а в качестве комплексной добавки используют смесь негашеной извести с компонентом, выбранным из группы: трилон Б, карбамид, квасцы хромокалиевые, квасцы алюмоаммонийные, в соотношении 9:1 с добавлением воды в количестве, в три раза превышающем количество исходных сухих компонентов комплексной добавки, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

Жидкое стекло - 12,0-12,5

Карбамидоформальдегидная смола - 6,0-8,0

Комплексная добавка - 5,0-7,0

Пенообразующее вещество - 0,6-0,8

Цемент - 10,0 -12,0

Оксид магния - 10,0-12,0

Указанная соль двух-, трехвалентного металла - 4,0-6,0

Указанный наполнитель - 10,0-12,0

Вода - Остальное

Заявляемое соотношение компонентов в сырьевой смеси необходимо и достаточно для достижения поставленной цели В данном теплоизоляционном материале используются два связующих - неорганическое - цемент (преимущественно портландцемент), жидкое стекло (натриевое) и органическое - карбамидоформальдегидная смола. Способ получения теплоизоляционного материала из сырьевой смеси, включающий изготовление комплексной добавки, смешивание компонентов смеси и формование смеси, согласно изобретению, отличается тем, что комплексную добавку готовят путем смешения 90 вес. чю негашеной извести, 10 вес. ч. компонента, выбранного из группы: трилон Б, карбамид, квасцы хромокалиевые, квасцы алюмоаммонийные и 300 вес. ч воды. После гашения извести смесь охлаждают до температуры 185^oС и затем перемешивают до однородности. Далее все компоненты, входящие в сырьевую смесь, перемешивают со скоростью 150-200 об/мин в течение 1-2 мин с последующим увеличением скорости перемешивания до 720-1200 об/мин, при которой перемешивание продолжают еще в течение 1-2 мин, затем полученную пену заливают в форму на отверждение. Для изготовления сырьевой смеси и получения теплоизоляционного материала используют следующие, выпускаемые отечественной промышленностью материалы:

Цемент ГОСТ 1581-85, ГОСТ 10178-76

Гипс ГОСТ 125-79

Кальция хлорид ГОСТ 450-77

Хлорид магния ГОСТ 7759-73

Кальция карбонат (мел) ГОСТ 120085-88

Пенообразующее вещество ПО-1 ГОСТ 6948-81

Карбамидоформальдегидная смола ГОСТ 14231-78

Оксид магния ГОСТ 4224-75

Слюда ГОСТ 855-65

Тальк ГОСТ 19729-76

Каолин ГОСТ 19608-84

Трилон Б ГОСТ 10652-73

Карбамид ГОСТ 2081-92, ГОСТ 6691-77

Квасцы хромокалиевые ГОСТ 4162-79

Квасцы алюмоаммонийные ГОСТ 4238-77

Стекло натриевое жидкое ГОСТ 13078-81

Негашеная известь ГОСТ 9179-77.

Каждый компонент предлагаемого изобретения выполняет определенную функцию: цемент - портландцемент, смеси солей двух- и трехвалентных металлов с оксидом магния - вяжущие материалы магнезиальные - (см. Стройиндустрия и Промышленность строительных материалов. Энциклопедия. М.: Стройиздат, 1996, с. 278), и жидкое натриевое стекло - неорганическое связующие.

Карбамидоформальдегидная смола - органическое вяжущее - образует прочный теплоизоляционный ячеистый материал. Известь позволяет получать стабильную пену с применением жидкого стекла, карбамид связывает свободный формальдегид в смоле, в тоже время он предотвращает деструкцию смолы известью. Карбамид может быть заменен трилоном Б или квасцами.

Наполнители: тальк, каолин или слюда улучшают структуру теплоизоляционного материала, повышают огнестойкость.

Пенообразователь ПО-1 способствует образованию дисперсной пены в смеси и образованию газовых ячеек в материале, чем повышает теплоизоляционные свойства в материале.

При содержании в составе смеси соли менее 4,0 мас.%, оксида магния менее 10,0 мас. %, пенообразующего вещества менее 0,6 мас.%, карбамидоформальдегидной смолы менее 6,0 мас.% ухудшается прочность и теплоизоляционные свойства, наблюдается неполное вспенивание - материал получается тяжелее.

Без комплексной добавки сырьевая смесь мгновенно коагулирует с образованием расслоения и отделения воды от компонентов, а также неоднородностей.

При перемешивании сырьевой смеси со скоростью менее 150 об/мин однородность достигается медленнее. Если время перемешивания на первом этапе смешивания менее 1 мин, то не достигается однородности смеси. Перемешивание продолжительностью более 2 мин не экономично, уменьшается производительность. При скорости перемешивания на втором этапе мене 720 об/мин снижается пенообразование. Время перемешивания мене 1 мин уменьшает вспенивание по объему сырьевой смеси, при продолжительности перемешивания более 2 мин начинается коагуляция, теряется текучесть, образуется густая резиноподобная масса.

Вода в сырьевую смесь вводится для улучшения перемешивания и текучести компонентов.

Для получения сравнительных данных и обоснования сущности предлагаемого изобретения, были приготовлены сырьевые смеси по предлагаемому изобретению, причем в сырьевую смесь вводили комплексную добавку и смесь перемешивали со скоростью 150-200 об/мин в течение 1-2 мин для получения однородной дисперсной смеси, а затем перемешивали со скоростью 720-1200 об/мин в течение 1-2 мин и заливали получаемую пену в форму на отверждение.

В таблице приведены результаты экспериментальных исследований образцов теплоизоляционного материала, изготовленных из составов заявляемой сырьевой смеси и способ получения в сравнении с известным по прототипу RU 2148045 С 04 В 28/26,40/00.

В опытах и формуле количество смолы и жидкого стекла рассчитывали в пересчете на сухое вещество:

Состав 1, мас.%:

Цемент - 10,0

Комплексная добавка (негашеная известь + трилон Б) - 5,0

Оксид магния - 10,0

Магния хлорид (соль) - 4,0

Карбамидоформальдегидная смола - 6,0

Наполнитель (тальк) - 10,0

Натриевое жидкое стекло - 12,0

Пенообразующее вещество, например ПО-1 - 0,6

Вода - Остальное

Состав 2, мас.%:

Цемент - 12,0

Комплексная добавка (негашеная известь + алюмоаммонийные квасцы ) - 7,0

Оксид магния - 12,0

Соль (магния сульфат) - 8,0

Карбамидоформальдегидная смола - 8,0

Наполнитель (слюда) - 6,0

Жидкое стекло - 12,5

Пенообразующее вещество, например ПО-1 - 0,8

Вода - Остальное

Приготовление комплексной добавки к 90 г негашеной извести добавляли 300 г воды и 10 г карбамида, трилон Б или квасцы. Гашение происходило 20-30 мин при медленном перемешивании После охлаждения до 185^oС смесь перемешивали до однородности. Комплексная добавка получается в виде сгущенного раствора. Полученная добавка применялась во всех составах (см. таблицу).

Пример 1. Все компоненты цемент - 10,0 мас.%, комплексная добавка (известь с трилоном Б) - 5,0 мас.%, оксид магния - 10,0 мас.%, магния хлорид -4,0 мас.%, карбамидоформальдегидная смола - 6,0 мас.%, тальк - 10,0 мас.%, натриевое жидкое стекло - 12,0 мас.%, пенообразователь ПО-1 - 0,6 мас.% и воду до 100 мас.% загрузили в электромешалку (миксер). Перемешивали сырьевую смесь со скоростью 150 об/мин в течение 1 мин до получения однородной смеси, затем повысили скорость до 720 об/мин и перемешивали в течение 1 мин.

Полученную пенную сырьевую смесь залили в пластмассовую форму и отверждали в течение 24 ч, при температуре 185^oС. Выгрузили образец из формы и в течение 2 сут, выдерживали при температуре до стабилизации. Через 3 сут после изготовления образец подвергли испытаниям по физико-механическим свойствам.

В условиях, аналогичных примеру 1, готовили теплоизоляционный материал в других примерах с варьированием компонентов, скоростью перемешивания сырьевой смеси.

Так, в примерах 2,3,4 применялась комплексная добавка (смесь извести с квасцами хромокалиевыми, квасцами алюмоаммонийными, карбамидом соответственно) добавляли соли двух-, трехвалентных металлов, соответственно магния карбонат, кальция хлорид, гипс), вводили неорганический легкий наполнитель слюда, каолин, тальк, и все остальные компоненты вводили в сырьевую смесь по мас.% указанных в таблице сравнительных исследований.

Как видно из приведенных примеров, в таблице результатов экспериментальных исследований образцов теплоизоляционного материала, изготовленных из предлагаемых составов, и способа их получения в сравнении с известным составом по прототипу (пример 5) и способом его получения, материал, изготовленный из заявляемой сырьевой смеси, и способ получения теплоизоляционного материала обладает более лучшими показателями по сравнению с известным материалом, а именно уменьшились влагопоглощение, коэффициент теплопроводности, средняя плотность, улучшилась огнестойкость сырьевых компонентов и теплоизоляционного материала.

Предложенная сырьевая смесь для получения теплоизоляционного материала, содержащая комплексную добавку, позволяющую совместить разные - неорганические и органические - связующие и получить однородные по структуре теплоизоляционные материалы с применением недорогих природных огнестойких наполнителей.

Способ получения теплоизоляционного материала из предлагаемой сырьевой смеси дает возможность получить легкий прочный (без усадок), огнестойкий теплоизоляционный материал, твердеющий при комнатной температуре 185^oС, при атмосферном давлении. Теплоизоляционный материал может быть получен непосредственно на предприятиях, строительных площадках, при теплоизоляции агрегатов, конструкций, труб, путем перемешивания сырьевой смеси с применением миксеров, заливки вспененной сырьевой смеси в емкость агрегата, нанесения на изолируемую поверхность панелей, труб Нанесенная вспененная смесь имеет хорошую адгезию к различным материалам и отверждается при температуре 185^oС. Даже пена не теряет вспененную форму и не дает усадки

Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет получить теплоизоляционный материал с повышенными теплоизоляционными свойствами, с применением негорючих, нетоксичных, недорогих компонентов при снижении энергозатрат.