Способ гидрофобизации волокнистого термоизоляционного материала на основе кремнезема Советский патент 1983 года по МПК C04B41/04 C04B43/02 C09C3/10 

Изобретение относится к произволству строительных материалов, а конкретно к способам получения термоизоляционных материалов со специальн ми свойствами, в частности гидрофоби зации волокнистых термоизоляционных материалов на основе кремнезема, при , меняемых для футеровки и термоизоляции. Волокнистые термоизоляционные материалы на основе кремнезема обла.дают комплексом специальных свойств и находят широкое применение для тер мозащиты различных металлических кон струкций. Недостатками таких матери алов являются их гидрофильность и , гигроскопичность. Известен способ гидрофобйзации дисперсных окислов металлов и/или окислов кремния, с развитой удельной поверхноетью (80-200 путем активации частиц при 700-1000 с, т.е. удаления адсорбированной воды, и последуквдим взаимодействием активи рованных таким образом частиц с крем нийорганическим соединением и безвод ным газообразным аммиаком СЗ. }. При указанной термообработке дис-т персные частицы теряют адсорбированную воду, становясь, высокоактивны ми. Это облегчает последующее химическое взаимодействие с кремнийорганическим соединением. Способ требует значительных энергозатрат и специального оборудования. Кроме того, указанный способ пред назначен для гидрофобйзации дисперс ных частиц окислов, имеющих значительное количество активных центров на поверхности. . Наиболее близким к предложенному является способ гидрофоёизации дисперсных окислов i белых саж, аэросило глин, диатомита и т.д., путем обработки порошка окисла при перемешиваНИИ минимум 1,5 вес.%полиорганосило сана (кремнийорганического соединений ) в присутствии минимум 0,5 вес.% аммиака или алифатического амина с тегдпературой кипения ниже 100 и минимум 1,5 вес.% воды (по отношению к сухому порошкуJ. При этом аммиак .. или алифатический амин добавляют пред почтительно после {Модификатора, чтобы не вызывать комкования порошка, препятствующего гомогенности обработки, при температуре до 60с затем происходит созревание в 1-ечение минимум 15 мин, после чего смесь нагревают до 60-150 0 и выдерживают при ней 0,5-5 ч. Лучшая степень гидрофобиэации достигается при введении гидрофобизатора в количестве 4-15 вес.% При этом вода является необходимым компонентом, с увеличением ее количества выше 1,5% пррдолжите-пьность обработки сокращается, с уменыиением увеличивается. Оптимальное количество воды составляет от 3 до 20 вес,,%. Без использования -воды не удается придать порошку гидрофобные свойст.ва. , . - ., Способ не трубует большой затраты энергии, исключает предварительное удаление воды, так как предполагает ее активное участие в реакции L2j. Однако известный способ пригоден . лишь для гидрофобйзации порошковых окислов, имеющих развитую удельную .. поверхность (20-600 ) и с достатОчНо большим количеством активных центров, и требует интенсивного перемешивания . Применять его для гидрофобйзации твердого пористого изделия .: на основе указанных окислов невозможно вследствие того, что полимер (полиорганоСилоксан } нелетуч, поэтому для его полного контакта с обрабаты-ч ваекшми частицами необходимо интенсивное перемешивание. Проникновение полимера в пустоты твердого кремнеземистого материала затруднено, что не позволяет гидрофобизовать поверхность материсша во всем объеме; термоизоляционные изделия на основе волокнистого кремнезема, вследствие способа их получения, имеют малую удельную поверхность (.до 1 ); активные центры на такой поверхности практически отсутствуют. Поэтому волокнистый тервиюизоляционный материал на основе кремнезема невозможно гидрофобизировать известишь способом. Целью изобретения является обеспечение гищ офобизации волокнистого Термоизоляционного материала на основе кремнезема, не имеющего активных центров на поверхности. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу гидрофобйзации волокнистого термоизоляционного материала на основе кремнезема, включа101ц 4У обработку его поверхности кремнийорганическими соединениями и аминами в присутствии воды и последующую термообработку, вначале волокнистый термоизоляционный материал ;. кремнезема обрабатывают смесью органического амина и вода| при 15-35 С в течение 3-14 ч, затем смесью кремнийорганических соединений общих формул RnSJCl4-n, RR SiCr2 и CRjSlO. где R - CWj; R - Н или CgH 5; n , S-3, при 15-35°C, a последующую термообработку осуществляют при 130-150 С. В качестве органического амина используют или один компонент из группы; диэтиламин;, морфолин, триэтиламиН, этилендиамин, или смесь перечисленных компонентов при следуу щем соотношении с водой, ч.:

Органический

амин97-99

Вода1- г-3

Причем смесь кремнИйОрганических соединений используют при следуквдем соотношении, об.ч.:

5 -30 35-65

Остальное Способ осуществляют следующим образом. Изделие или заготовку из волокнис того термоизоляционного материала % на основе кремнезема помещают в реак тор, куда подают активатор - смесь паров органического амина и воды. В качестве органического амина испол зуют диэтиламин, триэтиламин, этилен диамин и морфолин. Активатор контакт рует с поверхностью материала по все му объему в течение 3-14 ч. При контакте в течение 0,5-1 ч дальне,й1яая обработка не дает плотного гидрофоб{ного покрытия. Увеличение длительнос ти Контакта свыше 14 ч мало сказывается на гидрофобности полученного покрытия, т.е. нецелесообразно. Оптимальное время контакта с активатором 5-14 ч.. Действие активаторов на последующую гидрофобизацию равноце.нно, поэтому можно применять с одинаковым, эффектом любой, из перечисленных или их смесь. Пары активаторов содержат воду, количество которой задается специально. Соотношение амина к воде составляет 99-97 : 1-3 об.ч и является оптимапьньв. Активированное изделие или заготовку выдерживают на воздухе при 20+5°С в течение 0,1-0,2 ч или обдувают потоком воздуха для удаления избытка амина и помещают в реактор, где его подвергают обработке гидрофо бизаторами по томУ же принципу, как и в случае активаций. Гидрофобизаторы представляют собой смесь низкомолекулярных летучих кремнийорга-нических соединений, таких как диметилдихлорсилан (ДМДХС , триметилхлорсилан (ТМХС ), метилгидридцихлор силан (МГДХС ), метилфенилдихлорсилан МФДХС , октаметилциклотетрасиг-;; ЛоксаН(ОМЦТС) и четыреххлористый кремний (S i С l.). Крёмнийорганические соединения: диметилдихлорсилан, триметилхлорсилан и четыреххлористый углерод соот ветствуют общей формуле RnSiCI -п; метилгидриддихлорсилан и метилфенилг дихлорсилан - RRSiCb; октаметилциклотетра сил океан - R -f i ОДд, где R - CHj; R.- Н или CgHsi 0-3. - Соотношение кремнийорганических соединений в гидрофобиэаторе должно обеспечивать плотное гидфофрбное покрытие на волокнах кремнезема, не дающее большого привеса, и уменьшающее до минимума влагопоглой ение.

Смесь кремнийорганических соединений используют в следующем соотношении, об.ч.:

RnSlCb-п

5 -30

RR S i с ь 35-65

. Остальное Сорбция гищ офобизатора происходит при 15-35°С в течение 0,5-1 ч. Дальнейший нагрев обеспечивает химическое закрепление гидрофобного слоя на поверхности волокон кремнезема. Оптимальная тe вгepaтypa эакрепления гидрофобного слоя 130-150°С. При теьтературе ниже 130°С не образуется плотный гидз офобШ|1й слой. Нагревать образец при температуре вьЕие , нецелесообразно. Разрушение гидрофобного покрытия происходат при 400-410°С. для гидрофобиз ции используют обт разец/сформованного волокнистого термоизоляционного материала на основе кремнезема размером 50x50x10 мм и весом 3,58-3,79 г. Конкретные примеры.осунюствлёния способа гидрофобизации по изобретению и прототипу указаны в табл. 1 и 2. В табл. 1 указаны условия активации. В табл. 2 - условия гидрофобиг; зации. Показатели, характеризующие ;i гидрофобные свойства образцов, указаны в табл. 3. Примеры 1-12. характбризувэт сиособ гидрофобизашли по изобретению. Пример 22 характёриз ует исходиыА образец €ез обработки. Пример 23 - способ гидрофобиэации по прототипу. Из табл. 3 следует, что гидрофобк ные образцы волокнистого термоизоляционного материала на основе кремнезема предлагаемый способом через трое суток под грузом в воде имеют влагопоглседение 0,7-2%, тогда как исходньгй образец имеет влагопоглощение Г 800%, а образец обработанный способом по прототипу - 170%. Примеры 20 и 18 характеризуют :ПрОведение активации при па амётрг1х, выходящих за предлагаемые. При этом . проведение процесса активации в течение 1-го часа приводит к резкому , снижению гидрбфобносхи влагопоглоще ние 155% , как и увеличеиие количества влаги в амине влагопоглощеиие 13,0% . Наличие следошлс количеств влаги в аминах оказывает усиливакщее воз-.действие иа процесс активации. Этот факт подтверждается п| нмером 17, влагопоглодение гидрофобного образца 1%. Указанные aivoiHbi, каК: прс 1ЫШЯбнный продукт, не подвергаемые специаяьной обработке, всегда содержат следовые количества воды, а так как проведение предлагае1« го способа даже с абсогаотированным амином не. позволяет, избежать присутствия воды способ осум. ществляется без применения ваккума ; или инертной среды , то представить такой пример нельзя. Прикюры 13 - 16, 19 и 21 характеризуют проведение гидрофобизации при параметрах, выходяIOHX за предлагаемое. При этом изменение параметров понижение температуры, изменение соотношения кo шoйeнтoв приводит к понижению гидрофобности влагоцоглоцение увеличивается до 1,7-12,5%. Т а блица 1

4.СПОСОБ ТЙДРОФОВИЗАЦИИг ВОЛОКИЙСТРГО ТЁРМОЙ ОЯЯЦИОННОГО WA ТВРИАЛА НА tJCHOBE КРЩНЕЗЕМА, включав юйщй Обработку его поверхности КР&Анййоргаййческгали среданёниямй и амй наь4и в прйсутстйий воды и последуюадую термообработку, отличаю щ и и с тем., что, с целью обе спеченйя хтядаофрбизаайй волокнистого термоизоляционного материала на основе кремиёзема, не имеющего активных центров на поверхности, вначале волокнистый термоизоляционный;материал на основе кремнезема обрабатывают смесью органического амина и воды при 15-35°С в течение 3-14 ч,затем смесью кремнийорганических соединений, общих формул RnSfC) - п, -RRSiClg иСКз ЗА где R - СИз; R - Н или ., п 0-3,. при 15-35 С/ а последующую термообработку осуществляют при 130-150 С 2. -Способ по п.1, от л и ч а ю ;1ц и,и с я тем, что в качестве органического используют йли одйй компонент из группы:диэтйламин,морфолйн, триэтйламйн., этйлёв; акшн ИЛИ; смесь перечислешкзх компояентов при следующем соотношении с водрй,об.ч.: Органический амин 97-99 Водаi-3: 3. Способ по п.1, от ли ч а ю щи и с я тем, что смесь кремиййS оргш}йческйх соединений используют при следую)цем соотношении, об.ч. г hp 3D 5-30 RnSICb -R RJlSICl, 35-65 wbtR2Slo34. Остальное «аь. ЭЬ.

20±5 0,1

14 20±5 0,2.

70 20±5 0,2

20+5 0,1

20+5 0,1

16 20+5 0,2

0,15

20+5

7 20+5 0,15 7 20+5 0,15

20+5 0,15

Морфолин Этилендиамин Триэтиламин Вода

Диэтиламин

Вода

То же

14 - 15 - 16 - 17

- - Отсутствуют

Исходный образец Прототип

Диэтиламин

Вода

вводится совместно

с гидрофобизатсч ами

Продолз сение таСл. 1

20±50,15

35

20+50,1

20

20±50,1

20

5 20±50,1

20

20

20±50,1

20+5ОД

20

20+5ОД .

20

20+5ОД

20

20+5ОД

28

120t5ОД5

18

0,5

25

99,0 1,0

Четыреххлористый кремний

Таблица 2

ПроДрЛ})(ение табл., 2

Октаметилциклотетрасилоксан74,0

Продолжение табл. 2

15

Диметилдихлорсилан Триметилхлорсилан Метил гидриддихлор силам

Октаметилциклртетрасилоксан

То же

и

19

Ди1«1е тилдихлорсил ан ТримвтилхлорсилаН

Метилгидрйддихлорсилан

Четыреххлористый кремний

Октаметилциклотетрасилоксан

Диметилдихлорсилан Триметнлхлорсилан Me тил гидридхлорсилаи

Октанетилциклотетрасилоксан

Исходный образец

Прототип.

Диметилдихлорсилан Триметилхлорсилан

.6

1028646

Продолжение табл. 2

25

0,5 150 0,5

0,5 150

25

0,5

0,5

1,0 100

28

1,0 140

0,5

20

1,0 130 0,5

20

10,0 10,0

Четыреххлорис.гый кремний .

Метилгидриддихлорсилан

Октаметилциклотетрасилоксан-:

1,6 4,25 6,6 1,87 2,08 3,4 1,89 1,84 1,85 1,95 1,87 1,9 2,5 2,4 2,8 2,5 1,71

Продолжение та6л, 2

25

0,5

150

0,5

Т а б л и ц а 3

2,0

0,7 .

0,7

1,2

1,2

0,9

1,22

1,21

1,19

1,28

1,20

1,95

8,8

7,5

9,9

12,5

1,0

исходнь й образец

Прототип 1,50

Продолжение табл. 3

170

0,90