СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛО- И ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК C04B28/34 C04B38/08 C04B111/20 

Изобретение относится к способу получения формованных тел с теплоизоляционными свойствами на основе вспененных частиц щелочного силиката, содержащих двуокись кремния (SiO₂) и оксида щелочного металла (M₂O) (M щелочной металл) в мольном соотношении 2-4,5 (SiO₂:M₂O).

Известен способ изготовления изделий на основе вспененных частиц щелочного силиката.

На первом этапе способа гранулят водородсодержащего силиката натрия нагревают и при этом вспенивают. Вспененные частицы обрызгивают затем водой или водорастворимым раствором силиката натрия, заполняют в форму и отжигают с получением формованных тел.

Известен способ изготовления изделий из SiO₂, Al₂O₃, K₂O или Na₂O, воды и вспенивателей, например пербората.

Известен способ изготовления теплоизоляционных изделий, включающий совмещение вспененных гранул силиката щелочного металла с жидким стеклом, отвердителем жидкого стекла и гидрофобизатором, размещение полученной смеси в форме с последующей термообработкой для обеспечения взаимодействия гранул силиката щелочного металла с жидким стеклом и отверждение.

Недостатком изделий на основе вспененных частиц щелочного силиката, изготовляемых известными способами, является недостаточная стабильность их формы при высокой влажности воздуха. Они теряют, в частности при повышенных температурах и высокой влажности воздуха, свою первоначальную прочность. Это приводит к тому, что в таких условиях после длительного хранения большей частью теряется связь между вспененными частицами щелочного силиката.

Задача изобретения заключается в разработке способа изготовления изделий, не имеющих названных недостатков.

Задача решается посредством способа изготовления теплозвукоизоляционных изделий, включающего совмещение 100 мас.ч. вспененных частиц силиката щелочного металла с мольным соотношением SiO₂:M₂O равным 2-4,5 с водным раствором моноалюмофосфата Al(H₂PO₄)₃, так что мольное соотношение Si:Al в смеси принимает значение 1-60, размещение полученной смеси в форме, уплотнение до 20-80% первоначального объема и термообработку при температуре 100-500^oC, пока между частицами силиката щелочного металла и моноалюмофосфатом не пройдет взаимодействие.

Основу изделий образуют вспененные частицы щелочного силиката. Для их изготовления известным образом готовят раствор силиката щелочного металла, содержащий SiO₂ и M₂O (M щелочной металл) в мольном соотношении 2-4,5, предпочтительно 3,5-3,9. Такие смеси получают, например, путем перемешивания водного раствора силиката натрия или калия (жидкое стекло) с аморфной кремниевой кислотой. Происхождение кремниевой кислоты имеет второстепенное значение. Могут использоваться кислоты, полученные методом осаждения или пирогенным методом, или же природные силикаты с высокой долей SiO₂. Добавка других веществ, например отверждающих жидкое стекло кислых соединений и/или кремнийорганических соединений, возможна, но не обязательна. Вспененные частицы щелочного силиката изготовляют термообработкой смеси при температурах 100-500^oC. При проведении смеси в виде гранулята в контакт с горячим потоком воздуха или горячей поверхностью образуются приблизительно шарообразные пористые частицы щелочного силиката.

Для изготовления изделий используют предпочтительно вспененные частицы силиката щелочного металла диаметром 0,1-20 мм, особенно предпочтительно 2-6 мм. Используемые частицы имеют кажущуюся плотность 10-150 г/л, предпочтительно 30-50 г/л, предел прочности при сжатии при 50%-ном обжиме 0,1-3 Н/мм², предпочтительно 0,8-1,2 Н/мм², средний диаметр пор 50-1000 мкм, предпочтительно 120-200 мкм и удельную поверхность по БЭТ 0,01-5 м²/г, предпочтительно 0,5-1 м²/г.

Водные взвеси описанных вспененных частиц силиката щелочного металла имеют сильно щелочную реакцию. После размола 2 г частиц щелочного силиката, суспендирования в 50 мл воды и выдерживания в течение 30 мин при температуре кипения измеряемое стеклянным электродом значение pH охлажденной взвеси составляет 10-11,5. Также после добавки соответствующего изобретению количества кислого раствора моноалюмофосфата к взвеси после 30-минутного нагрева устанавливают значение pH в пределах 9-10,5.

При совмещении частиц силиката щелочного металла с водным раствором моноалюмофосфата предпочтительно распыление раствора на движущиеся частицы, обеспечивающие их пропитку. Количество водного раствора моноалюмофосфата и его концентрацию выбирают таким образом, чтобы мольное соотношение Si:Al в смеси приняло значение 1-80, предпочтительно 12-20. Предпочтительно использовать водные растворы с содержанием моноалюмофосфата 5-60 вес.

В водном растворе моноалюмофосфата может быть суспендирован глушитель в количестве до 30 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. частиц щелочного силиката. В качестве глушителя используют неорганические оксиды, смешанные оксиды, карбиды, нитриды или углерод. Предпочтительными являются ильменит, оксиды титана, железа, хрома и циркония, а также карбид кремния, сажа и смеси названных веществ.

После смешивания вспененных частиц силиката щелочного металла с раствором моноалюмофосфата смесь размещают в форме и прессуют в ней до 20-80% первоначального объема. При прессовании заключенные в смеси газы должны улетучиваться через форму. Используют предпочтительно формы, с помощью которых можно формовать плиты, профили или трубы. Кроме того, могут использоваться формы для изготовления изделий сложной конфигурации.

За этапом формирования следует термообработка формованного изделия при 100-500^oC. Термообработку можно осуществить как в форме, так и после извлечения изделия из формы. В зависимости от геометрии и объема изделие нагревают предпочтительно в течение 10-240 мин до температуры в 100-500^oC; по меньшей мере до такой температуры, при которой происходит химическое взаимодействие между частицами силиката щелочного металла и моноалюмофосфатом.

Теплоперенос может осуществляться за счет конвекции, теплового излучения, теплопроводности или микроволнового облучения. Химическое взаимодействие компонентов смеси может быть проконтролировано методом инфракрасной спектроскопии. Термообработку можно проводить в периодическом и непрерывном режимах.

Плотность изделий после термообработки составляет 0,05-0,2 г/см³, предпочтительно 0,07-0,1 г/см³.

Изготовленные изделия характеризуются в зависимости от плотности теплопроводностью 0,03-0,1 Вт/мК при 23^oC и поэтому особенно пригодны в качестве теплоизоляционного материала. Благодаря своей прочности они могут быть механически легко обработаны пилением, шлифованием, резанием, опиливанием или сверлением. Особое преимущество полученных изделий заключается в их исключительной стабильности формы и прочности в атмосфере с высокой влажностью воздуха. Они имеют во влажном состоянии после 48-часового выдерживания в климатическом шкафу при относительной влажности воздуха 50-95% предел прочности при сжатии по DIN 53421 0,01-0,1 Н/мм² и предел прочности при изгибе по DIN 53452 0,01-0,1 Н/мм².

С помощью соответствующих клеев, например жидкого стекла или органических контактных клеев, поверхность изделий можно склеивать бумагой или пленкой, например крафт-бумагой, алюминиевой фольгой, гипсокартонными плитами, жестью, армированной полимерной пленкой или стеклотканью. На поверхность изделия может быть нанесено покрытие методом погружения в растворы или распылением растворов органических синтетических материалов. Изделия могут быть заключены в газонепроницаемые оболочки, причем для усиления теплоизоляционных свойств давление внутри оболочки ниже атмосферного давления, предпочтительно ниже 10 мбар.

Изготовленные по заявленному способу изделия используются предпочтительно в качестве теплоизоляционных материалов в строительстве, например для изоляции плоских крыш или фасадов или при внутренней отделке в качестве подвесных потолков или перегородок, поскольку они не горят, при нагревании не выделяют вредных газов и не содержат вредных для здоровья неорганических волокон. Кроме того, изделия могут использоваться также в качестве теплоизоляционных материалов в холодильной технике и в технике отопления до температур около 400^oC. Дополнительной областью использования изделий является звукоизоляция.

Пример. 60 г вспененных частиц силиката натрия с мольным соотношением SiO₂: Na₂O=3,67, диаметром около 3 мм, кажущейся плотностью 37 г/л, пределом прочности при сжатии при 50%-ном обжиме 1 Н/мм², диаметром пор около 180 мкм и удельной поверхностью по БЭТ 0,9 м²/г смешивали с 36 г 50%-ного (в мас.) водного раствора Al(H₂PO₄)₃ (FFB 32i, фирма "Хеметалль ГмбХ", Франкфурт), увлажняли, в результате чего мольное соотношение Si:Al в смеси приняло значение 13,9. Смесь заполняли в квадратную форму с длиной сторон 200 мм и уплотняли до тех пор, пока не образовалась плита толщиной 20 мм. Эту плиту нагревали в течение 1 ч до 300^oC, причем ИК-спектр вещества изменился. Изделие после охлаждения имеет плотность 0,104 г/см³, предел прочности при сжатии по DIN 53421 0,14 Н/мм², предел прочности при изгибе по DIN 53452 0,1 Н/мм² и коэффициент теплопроводности 0,0457 Вт/мК (измеренный прибором "Хесто-лямбда-контрол А50", фирма "Хесто", Ланген).

После 48-часового выдерживания в климатической камере при 50^oC и относительной влажности воздуха 95% влажная плита имела еще предел прочности при сжатии 0,03 Н/мм² и при изгибе около 0,03 Н/мм².

Использование: изготовление теплозвукоизоляционных изделий. Сущность: способ изготовления теплозвукоизоляционных изделий включает совмещение 100 мас. ч. вспененных частиц силиката щелочного металла с мольным соотношением SiO₂: M₂O равным 2,0-4,5 с водным раствором моноалюмофосфата при мольном соотношении Si:Al в полученной смеси равном 1-60, размещение полученной смеси в форме, уплотнение ее до 20-80% от первоначального объема и последующую термообработку при температуре 100-500^oC для обеспечения взаимодействия частиц силиката щелочного металла и моноалюмофосфата и отверждения. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления тепло- и звукоизоляционных изделий, включающий совмещение вспененных частиц силиката щелочного металла с водным раствором неорганического связующего, размещение полученной смеси в форме с последующей термообработкой для обеспечения взаимодействия частиц силиката щелочного металла и неорганического связующего и отверждение, отличающийся тем, что в качестве неорганического связующего используют моноалюмофосфат, 100 мас. ч. вспененных частиц силиката щелочного металла с мольным соотношением SiO₂ М₂O, равным 2,0 4,5, совмещают с водным раствором моноалюмофосфата при мольном соотношении Si АI в полученной смеси, равном 1 60, после размещения смеси в форме осуществляют ее уплотнение до 20 80% от первоначального объема, а термообработку осуществляют при температуре 100 - 500^oC. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют водный раствор моноалюмофосфата с концентрацией 5 60 мас. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в водный раствор моноалюмофосфата перед совмещением его с вспененными частицами силиката щелочного металла вводят неорганический глушитель в расчете до 30 мас.ч. глушителя на 100 мас.ч. вспененных частиц силиката щелочного металла. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что совмещение компонентов смеси осуществляют распылением водного раствора моноалюмофосфата на вспененные частицы силиката щелочного металла. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что формирование смеси осуществляют в виде плиты, профиля или трубы. 6. Способ по пп. 1 6, отличающийся тем, что изготовленное изделие подвергают окончательной отделке путем механической обработки, склеивания бумагой или пленкой, нанесением герметичного покрытия.