ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2000 года по МПК C04B26/02 C04B14/38 C04B38/02 

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов на основе минеральных волокон, а именно на основе супертонкого базальтового волокна, которые могут быть использованы в промышленном и гражданском строительстве, при модернизации и ремонте существующих зданий и сооружений, для изоляции теплового оборудования и холодильных установок.

В технике известны теплоизоляционные материалы на основе супертонкого базальтового волокна. Как правило, большинство таких материалов в своем составе содержат глинистое связующее (авт. св. NN 1214620, 1353603, патенты NN 2044718, 2081095 и др.). Наличие глинистого связующего приводит к низкой водостойкости теплоизоляционного материала, а также к низким прочностным свойствам.

Наиболее близким к заявляемому составу является теплоизоляционный материал по заявке N 96101422, который содержит базальтовое супертонкое волокно, глинистое связующее, поливинилацетатную дисперсию, а в качестве гидрофобизирующей добавки - гидрофобизирующую жидкость 136-41 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Базальтовое супертонкое волокно диаметром 0,2-3,0 мкм - 88,7 - 98,3
Глинистое связующее - 0,5 - 7,0
Поливинилацетатная дисперсия - 1,0 - 2,3
Гидрофобизирующая жидкость 136-41 - 0,2 - 2,0
Данный теплоизоляционный материал, так же как и аналоги, из-за наличия в его составе глинистого связующего обладает низкой водостойкостью.

Кроме того, известно, что глинистое связующее не обеспечивает создания в изделиях жесткой структуры, ответственной за реализацию высоких прочностных характеристик, поэтому теплоизоляционные материалы с применением глины относятся к классу мягких или полужестких изделий. Необходимые прочность и жесткость материалов достигаются при повышении содержания глинистого связующего в составе теплоизоляционного материала, однако при этом значительно увеличивается его объемная масса и ухудшаются теплоизоляционные свойства.

Следует также отметить, что введение свыше 1,0 мас.% кремнийорганических жидкостей, к классу которых относится используемая в прототипе гидрофобизирующая жидкость 136-41, в состав теплоизоляционного материала отрицательно влияет на горючесть, ограничивая его области применения.

Все эти недостатки в конечном итоге снижают эксплуатационные свойства теплоизоляционного материала.

Задачей настоящего изобретения является создание негорючего теплоизоляционного материала с улучшенными эксплуатационными свойствами за счет повышения водостойкости и прочностных характеристик.

Поставленная задача решается предлагаемым составом теплоизоляционного материала (ТИМ), который содержит базальтовое супертонкое волокно, поливинилацетатную дисперсию, кремнезоль, сульфанол, а в качестве гидрофобизирующей добавки - кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Поливинилацетатная дисперсия - 2,0 - 2,5
Кремнезоль - 3,3 - 3,8
Сульфанол - 0,05 - 0,1
Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 - 0,1 - 0,3
Базальтовое супертонкое волокно диаметром 0,2 - 3,0 мкм - Остальное
Так же как и в прототипе, базальтовое супертонкое волокно является волокнистой основной, поливинилацетатная дисперсия - один из компонентов связующего.

Кремнезоль - продукт, получаемый переработкой зольно-шлаковых отходов. В своем составе в качестве основного вещества он содержит 40-60% двуокиси кремния (SiO₂) и используется в технике:
- для склеивания керамических поверхностей;
- служит добавкой при изготовлении красок, грунтовок.

Применение кремнезоля в производстве теплоизоляционных материалов не известно.

В заявляемом техническом решении кремнезоль используется в качестве дополнительного связующего, благодаря которому достигается создание достаточно прочной структуры базальтоволокнистого материала, а также повышается термо- и водостойкость теплоизоляционного материала.

Кроме того, совместное применение кремнезоля и кремнийорганической жидкости ГКЖ-10 приводит к образованию гидрофобной кремнийорганической системы, которая обеспечивает защиту материала от влаги, повышая срок службы и эксплуатационные свойства изделия.

Сульфанол способствует получению гомогенной суспензии связующего, создает условия для равномерного распределения ее по объему материала и, как следствие, обеспечивает стабильность его эксплуатационных свойств.

Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 является гидрофобизирующей добавкой, при этом содержание ее в составе теплоизоляционного материала минимальное (0,1-0,3 мас.%), что делает материал негорючим.

Заявляемый состав готовят известным в технике способом:
- приготовление связующего смешением компонентов (поливинилацетатная дисперсия, кремнезоль, кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 и сульфанол) в воде;
- пропитка связующим ковра из базальтового супертонкого волокна;
- формование материала заданной толщины вакуум-фильтрационным способом при разряжении 0,44-0,8 кг/см³ до остаточной влажности 15-20%;
- сушка при 150-180^oC в течение 40-50 минут в зависимости от толщины материала.

Изготовленные образцы теплоизоляционного материала имеют следующие характеристики, определенные в соответствии с ГОСТ 17177-87 и ГОСТ 7076-87:
Плотность, кг/м³ - 100 - 150
Коэффициент теплопроводности при 25^oC, Вт/мк - 0,038 - 0,04
Сорбционное увлажнение за 24 ч, % - 1,0 - 1,5
Водопоглощение за 24 часа: по массе, % - 35 - 40
по объему, % - 3 - 4
Прочность на сжатие при 10%-й деформации, МПа - 0,03 - 0,04
Температура применения, ^oC - До 700
Сравнение заявляемого состава теплоизоляционного материала с прототипом показало, что хотя в обоих составах присутствуют базальтовое супертонкое волокно и поливинилацетатная дисперсия, но заявляемый теплоизоляционный материал отличается наличием кремнезоля, сульфанола, иной гидрофобизирующей добавкой, а также иным количественным составом, чем у прототипа, т.е. предложение обладает новизной.

Сравнение предлагаемого состава теплоизоляционного материала не только с прототипом, но и с другими составами показало, что в технике не известен теплоизоляционный материал, в котором бы имело место предложенное сочетание компонентов. А именно такое сочетание позволило получить теплоизоляционный материал с высокими эксплуатационными характеристиками: негорючий, с повышенной водостойкостью и прочностью, т.е. решить поставленную задачу. Такое решение явно не вытекает из существующего уровня техники и не было очевидным для специалистов, что дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем.

Входящие в теплоизоляционный материал компоненты изготавливаются промышленностью. Изготовление самого материала производится известным в технике способом и на известном оборудовании. Наличие же теплоизоляционного материала, обладающего высокими эксплуатационными свойствами, не вызывает сомнений. Таким образом, предложение имеет третий признак - промышленную применимость.

Для экспериментальной проверки заявляемого теплоизоляционного материала было приготовления 5 составов, три из которых показали оптимальные результаты (см. таблицу).

Состав N 1 не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к теплоизоляционным материалам, из-за низкой прочности и низкой устойчивости к влаге, что связано с пониженным содержанием кремнезоля и гидрофобизатора - кремнийорганической жидкости ГКЖ-10.

Состав N 5 обладает удовлетворительными прочностными характеристиками и высокой водостойкостью, однако при этом ухудшаются его теплоизоляционные свойства и значительно повышается объемная масса из-за снижения содержания базальтового супертонкого волокна, определяющего уровень данных характеристик.

Высокие эксплуатационные свойства разработанного теплоизоляционного материала (негорючесть, малая объемная масса, низкий коэффициент теплопроводности, термо- и водостойкость) расширяют границы его применения. Он может использоваться не только в промышленном и гражданском строительстве, для модернизации и капитального ремонта существующих зданий и сооружений с целью приведения их ограждающих конструкций к современным требованиям по теплотехнике, но и в судо-, вагоно- и котлостроении, авиации и других отраслях промышленности.

Теплоизоляционный материал применим в промышленном и гражданском строительстве, при модернизации и ремонте существующих зданий и сооружений, для изоляции теплового оборудования и холодильных установок. Материал включает базальтовое супертонкое волокно, поливинилацетатную дисперсию, кремнезоль, сульфанол и кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10 при соответствующем соотношении компонентов, мас.%: поливинилацетатная дисперсия 2,0 - 2,5; кремнезоль 3,3 - 3,8; сульфанол 0,05 - 0,1; кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 0,1 - 0,3; базальтовое супертонкое волокно диаметром 0,2 - 3,0 мкм - остальное. Разработанный теплоизоляционный материал обладает высокими эксплуатационными свойствами: негорючестью, малой объемной массой, низким коэффициентом теплопроводности, термо- и водостойкостью, что расширяет границы его применения. Он может использоваться в судо-, вагоно- и котлостроении, авиации и других отраслях промышленности. 1 табл.

Теплоизоляционный материал, включающий базальтовое супертонкое волокно, поливинилацетатную дисперсию и гидрофобизирующую добавку, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремнезоль, сульфанол, а в качестве гидрофобизирующей добавки - кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Поливинилацетатная дисперсия - 2,0 - 2,5
Кремнезоль - 3,3 - 3,8
Сульфанол - 0,05 - 0,1
Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 - 0,1 - 0,3
Бальзатовое супертонкое волокно диаметром 0,2 - 3,0 мкм - Остальноеч