НЕОРГАНИЧЕСКИЙ БИНАРНЫЙ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ ПЕНОМАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C04B38/00 C03C11/00 C03B19/08 

Изобретение относится к созданию неорганического бинарного гранулированного пеноматериала (далее для краткости - НБГП), к способу его получения на основе доступного силикатсодержащего минерального сырья и к способу использования НБГП современными технологиями переработки, использования в качестве теплозвукоогнезащитного средства в строительных и технических конструкциях, а также как наполнителя реакционных, в том числе вспенивающихся, систем для получения материалов и изделий с широким диапазоном эксплуатационных свойств и доступных широкому кругу потребителей, благодаря невысокой стоимости.

Поскольку заявляемый НБГП включает в себя одновременно две физико-химические структуры и эксплуатационные показатели, присущие в отдельности пеностеклу и пеноекрамике (керамзиту) отметим, что и тот и другой известный неорганический гранулированный пеноматериал (далее для краткости - НГП) находят промышленное применение в строительстве и технике благодаря относительной дешевизне, доступности сырьевой базы, биостойкости, длительном сроке службы и высоких теплозвукоогнезащитных свойств, экологической безопасности.

Вместе с тем, дальнейшему расширению сферы использования известных НПГ, повышению их конкуретноспособности на рынке неорганических гранулированных пеноматериалов мешают присущие им недостатки:

- относительно высокая плотность (не менее 100-140 кг/м³, малый диапазон гранулометрического состава - так для пеноперлита он равен 1,5 мм, для керамзита и пеностекла он равен 5-20 мм);

- указанные известные НГП не обладают свойством паропроницаемости, требуют использования специальных органических вспенивателей, ограничены в использовании современных методов переработки, требуют больших энергетических затрат.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В литературе и промышленной практике не известны неорганические бинарные гранулированные пеноматериалы, сочетающие в себе двойную аморфно-кристаллическую физико-химическую структуру и такие их эксплуатационные свойства, как смешанная открыто/закрыто пористость, практическая паропроницаемость, малая плотность вне зависимости от размера гранул от 0,2 мм до 20 мм и более, возможность использования для их применения всех современных методов переработки, простота технологии изготовления и ее высокая воспроизводимость. Известные НГП, такие как пеностекла (патенты РФ №№2255057, 2255058, 02255059, 02272005, 2087447, 2096376, 2064910) и керамзит не обладают такими структурами и свойствами.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является создание неорганического гранулированного пеноматериала, который унаследовал бы положительные качества, присущие двум типам известных неорганических гранулированных пеноматериалов - пеностеклу и пенокерамике, и одновременно получал новое качество:

а) низкую плотность, равную от 25 кг/м³;

б) возможность технологического регулирования плотности в пределах от 25 кг/м³ до 140 кг/м³ и более;

в) возможность технологического регулирования размеров вспененных гранул в пределах от 0,2 мм до 20 мм и более (по среднему диаметру сферических гранул);

г) высокую паропронициемость, обусловленную определенным сочетанием открытых и закрытых пор;

д) упрощение технологии производства, исключение использования каких-либо органических добавок (порофоров);

е) возможность применения для переработки современных технологических достижений.

По изобретению способ получения неорганического бинарного гранулированного пеноматериала включает получение:

«Компонента А» интенсивным последовательным смешиванием при температуре 92-98°C следующих компонентов, мас.ч.: воды 27,0 и натриевой щелочи сухой 1,4 (рецептура 1) или воды 9,0 и 40%-ного водного раствора натриевой щелочи 19,0 (рецептура 2) с трепелом 11,6-12,0 и далее с жидким натриевым стеклом 60,

«Компонента Б» интенсивным последовательным смешиванием при температуре 92-98⁰C следующих компонентов, мас.ч.: воды 42,4 и натриевой щелочи сухой 28,0 (рецептура 1) или 40%-ного водного раствора натриевой щелочи 70,4 (рецептура 2) с порошкообразной гидроокисью алюминия 29,6,

синтез и гранулирование двухкомпонентной гелеобразной системы путем интенсивного смешивания «Компонента А» и «Компонента Б» в соотношении 100:(18-25) по объему, выдавливания полученного геля в виде жгутов, опудривания жгутов трепелом и/или тальком, каолином, тонкомолотым стеклобоем, песком, образование гранул нарезкой жгутов и их обкаткой в галтовочном барабане,

вспенивание полученных гранул тепловым способом путем интенсивного нагрева и выдержки при температуре от 380 до 800 ⁰С, которую устанавливают исходя из требуемой плотности вспененных гранул

По изобретению неорганический бинарный гранулированный пеноматериал, полученный указанным выше способом, содержит двойную аморфно-кристаллическую физико-химическую структуру, характеризуется закрыто-открытоячеистой структурой и низкой плотностью.

НБГП сочетает в себе двойную аморфно-кристаллическую физико-химическую структуру, образованную взаимодействием двух начал - кремнийсодержащего компонента - «Компонента А» и алюмосодержащего компонента - «Компонента Б», и характеризуется смешанной открыто-закрытоячеистой структурой и низкой плотностью, равной от 25 кг/м³.

Способ получения НБГП включает в себя нижеследующие технологические операции и режимы их осуществления:

а) Вначале синтезируют оригинальную систему, состоящую из «Компонента-А» и «Компонента-Б». При этом «Компонент-А» получают путем интенсивного (число оборотов дисковой мешалки составляет до 6000 об/мин) последовательного смешивания при температуре, например, 95^оС и атмосферном давлении нижеследующих компонентов указанных выше компонентов по рецептурам 1 или 2. «Компонент Б» получают путем интенсивного (число оборотов дисковой мешалки до 6000 об/мин) последовательного смешивания при температуре 95±3°C и атмосферном давлении указанных выше компонентов по рецептурам 1 или 2.

б) Синтез и гранулирование гелеобразной системы (массы) путем интенсивного (число оборотов дисковой мешалки от 1500 об/мин) смешивания, в соотношении 100:(18-25) по объему, «Компонента-А» и «Компонента-Б»; загеливание композиции в течение 120-240 сек; формование полученного геля в виде жгутов или таблеток диаметром от 0,2 до 10 мм (смотри таблицу 1); опудривание трепелом; образование гранул нарезкой жгутов и их обкаткой в галтовочном барабане, где образуются сферические гранулы-заготовки.

в) Гранулы-заготовки вспениваются тепловым способом путем интенсивного нагрева при температуре от 380 до 800°С, которую устанавливают в зависимости от требуемой плотности вспененных гранул НБГП, так, например, для получения плотности 25 кг/м³ устанавливают температуру 800^оС. Вспенивание можно проводить в электрической, газовой или СВЧ-печах горизонтального, наклонного или вертикального типов.

Благодаря достигнутым свойствам и показателям полученных гранул НБГП, их использование и переработку стало возможным проводить нижеследующими методами:

а) засыпку вспененных гранул неорганического бинарного пеноматериала в полости изолируемых сторительных и технических конструкций, исходя из требуемого коэффициента сопротивления теплозвукопередаче устанавливают гранулометрический состав засыпки (плотность гранул - от 25 до 140 кг/м и их размер - от 0,2 до 20 и более мм).

б) засыпку вспененных гранул неорганического бинарного пеноматериала в форму, в том числе, непрерывно движущуюся, и их (гранулы) заливку или напыление (опыление) или обрызгивание отверждающимся, в том числе вспенивающимся, связующим, устанавливая гранулометрический состав засыпки (плотность, размер гранул и их количество в единице объема формы), исходя из требуемых физико-механических и теплозвукофизических свойств производимого изделия, и/или

в) замешивание вспененных гранул неорганического бинарного пеноматериала с отверждающимся, в том числе вспенивающимся связующим и образование заливочной, напыляемой или набрызгиваемой системы (смеси) и последующее ее использование, исходя из заданных свойств получаемых изделий. В рамках заявленных технических решений:

- в качестве тонкодисперсного силикатного минерального сырья можно использовать известные минералы, содержащие аморфный кремнезем. Вместе с тем, по экономическим соображениям и данным проведенных исследований наиболее предпочтительным является использование трепела месторождений Владимирской области (ст.Желдыбино Кольчугинского района), который требуют лишь некоторой подготовки (дробление, подсушка и рассев на сите 008) для активации взаимодействия с указанными в рецептурах 1 и 2 компонентами;

- в качестве жидкого натриевого стекла можно использовать состав с силикатным модулем 2,0-3,5 и плотностью 1,3-1,5, что отвечает ГОСТ 13078-81;

- в качестве гидроокиси алюминия используют порошкообразный продукт, соответствующий ГОСТ 11841-76;

- в качестве отверждающегося связующего, когда производят в него замешивание НБГП с образованием заливочной (или напыляемой, или набрызгиваемой) массы, можно использовать известные реакционные (высокореакционные - в случае напыления) жидкие, в том числе вспенивающиеся, системы, как органического, так и неорганического типа. Среди них - олигомерные композиции, в том числе, многокомпонентные: полиуретановые, эпоксидные, феноло-формальдегидные, карбамидные. Можно использовать, и это предпочтительно, неорганические связующие типа цемента, извести, их смесей, бетонов а также пористых материалов на основе ферросилиция, алюмосиликата кальция и жидкого натриевого стекла. Последние образуют пористое неорганическое связующее малой плотности в результате смешивания нижеследующих компонентов (мас.ч.):

- ферросилиций с содержанием кремнезема 30-70% (ГОСТ 50422-92)- 22-25- едкий натрий (сухой)- 10-20- алюмосиликат кальция (ГОСТ 19607-80)- 12-17- жидкое натриевое стекло (ГОСТ 13078-81) - на сухой кремнезем- 21-23- кремнефтористый натрий (ГОСТ 87-77)- 5-7

В результате осуществления изобретения получают НГБП, имеющий высокие эксплуатационные и технологические показатели:

- плотность, кг/м³от 25 до 200- размер гранул (средний диаметр), ммот 0,2 до 20- паропроницаемость (диффузия паров воды), см²/секот 0,100 до 0,198- водостойкость при кипячении, минот 5 до 10

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На чертеже приведена возможная технологическая схема опытно-промышленной установки по производству заявляемого НБГП с использованием трепела.

1 - приемный бункер трепела,

2 - молотковая дробилка,

3 - сушильный шкаф,

4 - вибросито для отсева фракции на сите 008,

5 - емкость-мерник для р-ра натриевой щелочи,

6 - емкость-мерник для натриевого жидкого стекла,

7 - автоклав для синтеза «Компонента А»,

8 - емкость для хранения «Компонента А»,

9 - емкость-мерник для водного раствора натриевой щелочи,

10 - бункер-питатель для порошкообразной гидроокиси алюминия,

11 - автоклав для синтеза «Компонента Б»,

12 - емкость для хранения «Компонента Б»,

13 - кассеты для гелеобразования и выдавливания жгутов,

14 - вибропитатель для трепела,

15 - транспортер для жгутов,

16 - резка жгутов,

17 - галтовочный барабан,

18 - печь для вспенивания гранул (электрическая, газовая или СВЧ).

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для осуществления изобретения в опытном и опытно-промышленном масштабе по технологической схеме, приведенной на фиг.1, имеются все необходимые материалы, компоненты и основное оборудование.

Проведенные экспериментальные работы и исследования показали достаточную воспроизводимость положительных свойств получаемого НВГП на основе трепела Владимирского месторождения.

На чертеже приведена возможная технологическая схема опытно-промышленного производства НБГП с использованием трепела производительностью до 2 м/час. Основные узлы этой схемы прошли опытную проверку в ходе наработки опытных образцов с осуществлением примеров по изобретению способа получения НБГП и его использования в составе заливочной композиции на основе ферросилиция, известково-цементного молочка и фенолоформальдегидного пенопласта типа АРП.

Ниже приводятся конкретные примеры по осуществлению изобретения в опытном масштабе.

Исходное силикатное сырье - трепел получали из Владимирского карьера (ст.Желдыбино Кольчугинского района), дробили на молотковой дробилки, подсушивали в сушильном шкафу при температуре 60-80°С и с помощью вибросита отбирали рабочую фракцию на сите 008.

Получение «Компонента А» проводили по двум указанным выше рецептурам в автоклаве объемом 120 литров с дисковой мешалкой (число оборотов 3000 об/мин) при атмосферном давлении и температуре 92-98°С.

Получение «Компонента Б» проводили также по двум указанным рецептурам в том же автоклаве также при атмосферном давлении и температуре 95±3°С.

Получение гелеобразной массы проводили в капсуле объемом 40 литров с дисковой мешалкой с числом оборотов 3000 об/мин. Капсула снабжена дюзой с диаметром отверстий 8 мм и поршнем. Выдавливание геля проводили на движущийся транспортер с одновременным опудриванием и разделением жгутов на гранулы длиной до 10 мм. Гранулы опудренные трепелом помещали в галтовочный барабан (диаметр 200 мм с числом оборотов барабана 20 об/мин), где они через 30 с приобретали округлую форму. Меняя формовочную дюзу получали гранулы размером от 0,2 до 20 мм.

Полученные гранулы вспенивали в муфельной печи при температуре 380, 400, 500 и 600°С.

Заливочные композиции на основе полученных опытных образцов НБГП и связующих осуществляли в емкости с лопастной мешалкой (число оборотов до 3000 об/мин). Из полученных систем в деревянной форме емкостью 20 литров получали бинарный пеноматериал с высокими эксплуатационными показателями.

Данные экспериментов и показатели полученных продуктов приведены в Таблице №1.

Как можно видеть из данных Таблицы №1, в соответствии с изобретением получены репрезентативные образцы заявляемого НБГП и заливочного пеноматериала на его основе, воспроизводимо показывающие высокие эксплуатационные показатели.

Таблица №1Данные экспериментов и показатели полученных продуктов - НБГП и заливочных пеноматериалов на их основе.Наименование показателей и единицы измерения.Примеры1234561. Получение «Компонента А», состав рецептур:      - вода, мас.частей (м.ч.)27,09,027,027,027,09,0- натриевая щелочь (сухая), м.ч.1,4-1,41,41,4-- 40% водный раствор натриевой щелочи, м.ч.-19,0---19,0- жидкое натриевое стекло, м.ч.60,060,060,060,060,060,0- трепел (силикатный минерал) м.ч.11,612,011,611,611,612,02. Показатели свойств «Компонента А»:      - плотность, кг/м³124312341225125912431234- вязкость, сП1,31,231,21,381,311,233. Получение «Компонента Б», состав рецептур:      - вода, м.ч.42,4-42,442,442,4-- натриевая щелочь (сухая) м.ч.28,0-28,028,028,0-- 40% раствор натриевой щелочи, м.ч.-70,4---70,4- гидроокись алюминия (порошок), м.ч.29,629,629,629,629,629,64. Показатели свойств «Компонента Б»:      - плотность, кг/м³118511851185115211541192- вязкость, сП1,21,21,21,121,181,325. Получение гелеобразного продукта:      - соотношение компонентов А:Б4:14:14:14:14:14:1- время загеливания, с1201201201201202406. Получение гранул-заготовок (выдавливание жгутов, резка, опудривание трепелом, или тальком, коалином, песком, обкатка в галтовочном барабане):      - время получения, мин108101010127. Показатели свойств гранул-заготовок:      - плотность, кг/м³120012501200111311161285- средний диаметр гранул, мм5-83-104-84-82-92-98. Вспенивание гранул-заготовок в муфельной печи:      - температура вспенивания, ^оС4005006007008004009. Показатели свойств гранул НБГП:      - насыпная плотность, кг/м³25758014020050- средний диаметр гранул, мм - прочность на сжатие в цилиндре, кгс/см²10-166-205-147-124-134-201,22,52,73,44,63,5- водостойк. при кипячении, мин568101512- коэффициент теплопроводности, Вт/м·^оС0,0350,0400,0450,0480,0520,03810. Получение заливочной системы на      основе НБГП и связующего:      - количество введенных гранул, об.%606060606060- количество связующего:      - на основе ферросилиция, об.%4040----- на основе ФРП-1 (пена), об.%--4040--- на основе известково-цементного молочка, об.%----0,50,511. Показатели свойств полученных пеноматериалов:      - плотность, кг/м³951268011625090- прочность на сжатие, кгс/см²1.22.82.52.64.81.1- коэффициент теплопроводности, Вт/м·^оС0,0450,0480,0430,0460,0520,040- паропроницаемость (диффузия паров воды), см²/с0,1980,1980,1980,1980,1980,198- горючесть, классНГНГГ-1Г-1НГНГ

Изобретение относится к неорганическому бинарнону гранулированному пеноматериалу НБГП и способу его получения. Технический результат - создание НБГП низкой плотности, высокой паропроницаемости. Способ получения НБГП включает получение «Компонента А» интенсивным последовательным смешиванием при температуре 92-98°С следующих компонентов, мас.ч.: воды 27,0 и натриевой щелочи сухой 1,4 или воды 9,0 и 40%-ного водного раствора натриевой щелочи 19,0 с трепелом, 11,6-12,0 и далее с жидким натриевым стеклом 60, «Компонента Б» интенсивным последовательным смешиванием при температуре 92-98°С следующих компонентов, мас.ч.: воды 42,4 и натриевой щелочи сухой 28,0 или 40%-ного водного раствора натриевой щелочи 70,4 с порошкообразной гидроокисью алюминия 29,6, синтез и гранулирование двухкомпонентной гелеобразной системы путем интенсивного смешивания «Компонента А» и «Компонента Б» в соотношении 100:(18-25) по объему, выдавливания полученного геля в виде жгутов, опудривания жгутов трепелом и/или тальком, каолином, тонкомолотым стеклобоем, песком, образование гранул нарезкой жгутов и их обкаткой в галтовочном барабане, вспенивание полученных гранул тепловым способом путем интенсивного нагрева и выдержки при температуре от 380 до 800°С, которую устанавливают исходя из требуемой плотности вспененных гранул. НБГП получен указанным выше способом. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ получения неорганического бинарного гранулированного пеноматериала включает получение «Компонента А» интенсивным последовательным смешиванием при температуре 92-98°С следующих компонентов, мас.ч.: воды 27,0 и натриевой щелочи сухой 1,4 или воды 9,0 и 40%-ного водного раствора натриевой щелочи 19,0 с трепелом 11,6-12,0 и далее с жидким натриевым стеклом 60; «Компонента Б» интенсивным последовательным смешиванием при температуре 92-98°С следующих компонентов, мас.ч.: воды 42,4 и натриевой щелочи сухой 28,0 или 40%-ного водного раствора натриевой щелочи 70,4 с порошкообразной гидроокисью алюминия 29,6, синтез и гранулирование двухкомпонентной гелеобразной системы путем интенсивного смешивания «Компонента А» и «Компонента Б» в соотношении 100:(18-25) по объему, выдавливания полученного геля в виде жгутов, опудривания жгутов трепелом и/или тальком, каолином, тонкомолотым стеклобоем, песком, образование гранул нарезкой жгутов и их обкаткой в галтовочном барабане, вспенивание полученных гранул тепловым способом путем интенсивного нагрева и выдержки при температуре от 380 до 800°С, которую устанавливают, исходя из требуемой плотности вспененных гранул.2. Неорганический бинарный гранулированный пеноматериал, который содержит двойную аморфно-кристаллическую физико-химическую структуру, характеризующийся смешанной закрыто-открытоячеистой структурой и низкой плотностью, полученный способом по п.1.