СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2008 года по МПК C04B38/02 C04B28/26 C04B22/04 C04B14/10 

Область техники

Изобретение относится к области промышленной продукции и может быть использовано для получения синтетической пенокерамики - высокоэффективного средства для теплоизоляции трубопроводов различного назначения, технологического оборудования, бытовых и технических сооружений, а также в виде фасонных изделий или формируется непосредственно на теплоизолируемой поверхности путем налива или намазывания.

Уровень техники

Разработанный способ решает ту же задачу - создание высокоэффективной теплоизоляции, работающей в области высоких и низких температур, что и известные технические решения [1-3].

Известен способ изготовления звукопоглощающего материала [SU №1216170, С1 24.11.1983], который включает следующие компоненты, в мас.%:

Растворимое стекло10-12Минеральное волокно34-68Глинистый компонент10-30Поливинилацетат10-20Хлористый кальций1-2Борная кислота1-2

Недостатком данного способа является использование в составе керамики дорогостоящих соединений, таких как поливинилацетат, что приводит к повышению себестоимости конечного продукта и делает его производство экономически невыгодным.

Известен способ изготовления теплоизоляционного материала [RU №2026844, С1 10.05.1992], имеющий следующий состав, в мас.%:

Жидкое стекло48-53Кремний15-23Гидрат окиси алюминия8-10Гидрат окиси натрия3-4Каолин17-19

Данный состав обладает клеящими свойствами и качествами связующего вещества для теплоизоляционных и диэлектрических материалов с высокими механическими свойствами в условиях нормальных, низких и высоких температур.

Недостатками этого способа являются высокая стоимость исходных компонентов, таких как кремний, гидрат окиси алюминия и гидрат окиси натрия, которые в данном составе составляют 30%; ограниченная доступность каолина, завоз которого в другие районы является экономически невыгодным.

Кроме того, недостаточная механическая прочность на сжатие и ограничение верхнего значения температуры эксплуатации до 1200°С ограничивают возможности применения данного способа при изготовлении теплоизоляционного материала.

В качестве прототипа выбран способ [RU №2091348, C1 14.09.1995], который содержит большее число признаков, общих с заявляемым способом, нежели приведенные выше.

Этот способ характеризуется тем, что для создания теплоизоляционного материала на базе дешевого и доступного сырья использован следующий состав, включающий жидкое стекло, глинистое сырье и пенообразователь, стекловолокно (или родственный материал), карбоксиметилцеллюлозу и воду при следующем содержании компонентов, в мас.%:

Жидкое стекло18-30Глинистое сырье47-57Пенообразователь1-3Стекловолокно4-9Карбоксиметилцеллюлоза1-4,5Вода9-19.5

В качестве глинистого сырья использована глина типа красной железисто-монтмориллонитовой состава М_xSi_8-хAl₄O₂₀(OH)₄×nH₂О, где М - металл из ряда Fe, Al, Mg, Ca, Na и другие, чаще всего 1<х<4.

В качестве пенообразователя в данном техническом решении использована алюминиевая пудра.

Данный состав дает прочность керамики на сжатие 2.5-3 МПа и диапазон эксплуатации теплоизоляционного материала до 1500°С при использовании экологически чистых сырьевых источников.

Этот способ обладает следующими недостатками. Использование в качестве пенообразователя алюминиевой пудры марки ПАП-1 (ГОСТ 5494-71), производимой промышленностью, при производстве синтетической пенокерамики приводит к тому, что вспенивание происходит слишком быстро, через 2-3 мин, и массу трудно выложить в формы, если производство идет в большом масштабе. Поэтому в производстве остро стоит проблема снижения активности промышленного порошка алюминия, чтобы увеличить время начала вспенивания массы.

Другим недостатком данного способа является высокая летучесть порошкообразного алюминия, которая создает экологические проблемы на производстве: запыленность помещений и аллергические реакции у работающих с ним.

Еще одним недостатком данного способа является низкая механическая прочность получаемой пенокерамики и высокая влагонасыщаемость.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на получение следующего технического результата:

- для регулирования прочности, плотности, пористости, влагонасыщаемости и термической стойкости в зависимости от поставленной технологической задачи используется разнообразное глинистое сырье - глины Афонинского, Богородского, Мордовского, Берлинского и Веселовского месторождений и глина ПГСОА, различающиеся соотношением SiO₂/Al₂О₃;

- для регулирования времени начала вспенивания керамической массы пенообразователь вводится в виде алюминийсодержащих композиций (АСК) следующего состава, в мас.%: алюминиевая пудра (активный или пассивированный порошок) - 10-20; карбоксиметилцеллюлоза 0.01-0.4; оксид бария 0-0.1; KCr(SO₄)₂·12H₂O 0.02-0.03; вода 80-90. Применение АСК позволяет увеличить время начала вспенивания до 20 мин и при этом полностью устранить запыленность помещений.

Кроме того, способ обладает следующими достоинствами - для увеличения прочности и термостойкости образцов в состав керамики вводятся оксиды металлов II-IV групп и их композиции.

Кроме того, способ характеризуется тем, что для удешевления конечного продукта, уменьшения плотности и улучшения изолирующих свойств в качестве армирующей добавки используется стекловолокно, минеральная вата, волокнистый и порошкообразный асбест, корундовая вата.

В соответствии с изобретением в способ, включающий изготовление теплоизоляционного материала, введены новые признаки, а именно:

- для повышения прочности и термостойкости расширен спектр глинистого сырья, и в состав керамики вводят оксиды металлов II-IV групп и их композиции;

- для регулирования времени начала вспенивания и устранения запыленности при производстве керамики пенообразователь вводится в виде алюминийсодержащих композиций;

- для удешевления конечного продукта, уменьшения плотности и улучшения изолирующих свойств в качестве армирующей добавки использованы стекловолокно, минеральная вата, асбест, корундовая вата.

В основе изобретения лежат новые теоретические и экспериментальные исследования по изучению влияния различных факторов на параметры вспенивания при производстве теплоизоляционных материалов [ЖОХ. 2003. Т.73. Вып.5. С.729; Вестник ННГУ. Н.Новгород. 1999, Вып.2. С.86], а также исследования по способам снижения активности алюминиевой пудры и способам создания устойчивых алюминийсодержащих композиций.

Выбор оптимальных соотношений компонентов состава высокомодульного жидкого стекла, глинистого сырья, армирующих добавок, пенообразователя, оксидов металлов II-IV групп и воды позволяет повысить пределы прочности на сжатие до 3.1-4.5 МПа и расширить предел рабочего диапазона эксплуатации получаемого теплоизоляционного материала до 1600÷1800°С при использовании экологически чистых сырьевых источников.

Состав готовят следующим образом. Отдозированное глинистое сырье определенного состава подают в шаровую мельницу, где его измельчают и перетирают до дисперсии 0.2-0.3 мм. Затем в шаровую мельницу добавляют отдозированный армирующий материал.

Массу перемешивают с целью получения сухой шихты с равномерным распределением всех компонентов. Сухую шихту после шаровой мельницы подают в бетоносмеситель, куда добавляют отдозированное жидкое стекло с модулем 2.1-2.6, определенное количество оксидов металлов II-IV групп и воду. Смесь перемешивают до однородной пластичной массы. К полученной массе добавляют отдозированное количество вспенивателя в виде алюминийсодержащих композиций с определенной активностью, что позволяет регулировать время начала вспенивания. Смесь перемешивают до получения однородной пластичной массы, которую затем наносят на поверхность конструкции или заполняют конструкцию.

Формирование пенокерамики и ее отверждение происходит в две стадии. Первая стадия - вспенивание (4-100 мин) и последующее отверждение массы 10-120 мин, вторая - нарастание механической прочности материала до максимального значения в течение 1-2-х суток при комнатной температуре.

В табл.1 приведена зависимость параметров вспенивания керамики и ее свойств от состава пенообразователя, в табл.2, 3 - зависимость свойств керамики от состава глин и добавок оксидов металлов II-IV групп.

Таблица 1
Зависимость параметров вспенивания керамики и ее свойств от состава пенообразователя (состав керамики, мас.%: высокомодульное жидкое стекло (М=2.6) - 42, глинистое сырье - 23, пенообразователь - 1, стекловолокно - 2, вода - 33)№ПенообразовательВремя обработки Al при 200°С, минВремя хранения, суткиВремя начала подъема массы, минВремя паровыделения, минρ, кг/м³Предел прочности на сжатие, МПа1Алюминиевая пудрапрототип (без обработки)без ограничения346002.02АСК^a)01-122.56.3-7.63103.43 151-126.5-8.021-404603.54 301-1211-2078-1055203.4а) АСК - алюминийсодержащая композиция, в мас.%: алюминий 10-20; карбоксиметилцеллюлоза 0.01-0.4: хромокалиевые квасцы 0.02-0.03; вода 80-90.

Таблица 2
Зависимость свойств керамики от состава глин (армирующая добавка - стекловолокно 3%, высокомодульное жидкое стекло (М=2.6) - 42%, пенообразователь - 3%)Глинамас.% в составе керамикиρ, кг/м³Предел прочности при сжатии, МПаВодопоглощение по объему % (за 10 дней)Рабочий диапазон температур, °СПористость, %Коэффициент: теплопроводности, Вт/м°CМызинская (прототип)476002.08-101500720.14Афонинская71903.14.51550920.08133003.34.01600840.09214303.43.41600880.10214303.43.51600870.1021^a)4203.43.61600860.1021^б)4253.33.51600850.10336003.68.71600810.11Мордовская72503.24.51550870.08133503.65.01600840.10214203.87.31600810.11Богородская214604.29.71650780.12Берлинская214704.04.51750800.12ПГСОА213803.94.51650850.12Веселовская214004.05.01750830.12Армирующая добавка: а) корундовая вата - 3%, б) асбест - 3%, в) минеральная вата - 3%.

Таблица 3
Зависимость свойств керамики от добавок оксидов металлов II-IV групп (глина афонинская - 21% в составе керамики, пенообразователь - 3%, стекловолокно - 3%, высокомодульное жидкое стекло (М=2.6)-42%)Оксидымас.% в составеρ, кг/м³Предел прочности при сжатии, МПаВодопоглощение по объему % (за 10 дней)Рабочий диапазон температур, °СПористость, %ВаО0.25-34404.55.0160080ZrO₂0.5-5
10-21
30370-400
420
6003.5
4.5
4.56.2
7.0
7.01750
1800
180072-85
80
73СаО1-5410-4303.15.3150082ВаО-ZrO₂1-14204.45.3160078КМЦ-ВаО1-24304.56.0160083ZnO2-5350-4004.37.1165085СаО-КМЦ1-14303.45.7160085MgO2-33503.16.0160083Al₂O₃3-5
30400
4203.3
3.55.8
5.81600
165079
76

Изобретение относится к получению пенокерамики - высокоэффективного теплоизоляционного материала, предназначенного для применения в гражданском и промышленном строительстве, для теплоизоляции технологического оборудования, трубопроводов и т.д., эксплуатируемых при низких и высоких значениях температуры, а также в условиях прямого контакта с открытым пламенем газовых горелок, печей, котлов и др. Состав для изготовления теплоизоляционного материала включает, мас.%: высокомодульное жидкое стекло 20-45, глинистое сырье 20-60, армирующую добавку 1-3, пенообразователь 1-5, воду и дополнительно - по меньшей мере, один оксид металла II-IV группы 0.5-30. В качестве глинистого сырья используют глину, выбранную из группы: Афонинского, Богородского, Мордовского, Берлинского и Веселовского месторождений и глина ПГСОА (ГОСТ 2542-81), а в качестве пенообразователя - композицию, содержащую, мас.%: алюминиевая пудра (активный или пассивированный порошок) - 10-20; карбоксиметилцеллюлоза 0.01-0.4; оксид бария 0-0.1; хромокалиевые квасцы 0.02-0.03; вода 80-90. Технический результат: повышение прочности при сжатии получаемых теплоизоляционных изделий, расширение рабочего диапазона температур. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий высокомодульное жидкое стекло, глинистое сырье, армирующую добавку, пенообразователь и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, по меньшей мере, один оксид металла II-IV группы, в качестве глинистого сырья используют глину, выбранную из группы: Афонинского, Богородского, Мордовского, Берлинского и Веселовского месторождений и глина ПГСОА (ГОСТ 2542-81), а в качестве пенообразователя - композицию, содержащую, мас.%: алюминиевая пудра (активный или пассивированный порошок) 10-20; карбоксиметилцеллюлоза 0,01-0,4; оксид бария 0-0,1; хромокалиевые квасцы 0,02-0,03; вода 80-90 при следующем соотношении компонентов в составе, мас.%:

высокомодульное жидкое стекло20-45глинистое сырье20-60армирующие добавки1-3пенообразователь1-5оксиды металлов II-IV групп0.5-30вода5-30