Способ изготовления теплоизоляционного материала

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Изобретение относится к строительной промышленности, в частности к способу изготовления теплоизоляционного материала, позволяющего получать материал (изделие), обладающий одновременно низким коэффициентом теплопроводности, экологической и пожарной безопасностью, широким температурным диапазоном эксплуатации, высокими показателями механической прочности.RU-C1-2140943 ГОЛУБЧИКОВ ОЛЕГ АЛЕКСАНДРОВИЧ; КАШЕВСКИЙ СЕМЕН ВАСИЛЬЕВИЧ; ЩИБРОВ БОРИС НИКОЛАЕВИЧ (RU) Изобретение относится к строительной промышленности, в частности к способу изготовления теплоизоляционного материала, и может быть использовано для изготовления теплоизоляционного материала, предназначенного для термоизоляции чердачных и подвальных перекрытий, фасадов зданий, трубопроводов горячего теплоснабжения, конденсационных и терморасширительных баков, технологических трубопроводов пожароопасных производств, емкостей для хранения нефтепродуктов. Материал, полученный предлагаемым способом, может быть также использован как звукоизоляционный материал. Для теплоизоляционных материалов указанного назначения чрезвычайно важными показателями являются: коэффициент теплопроводности, экологическая и пожарная безопасность, температурный диапазон эксплуатации, механическая прочность. Известен способ изготовления теплоизоляционного материала, который включает вспенивание и отверждение композиции, состоящей из карба-мидо-формальдегидной смолы, поверхностно-активного вещества, кислого отвердителя, наполнителя и пластификатора (Пат. RU2317272). Однако недостатками известного способа являются выделение изделиями в процессе производства и эксплуатации экологически вредного формальдегида; низкие характеристики пожарной безопасности готового теплоизоляционного материала. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления теплоизоляционного материала, состоящий из подготовки исходной композиции материала,путем перемешивания ее компонентов, вспенивания композиции, ее разлива и отверждения в форме, при этом в состав композиции входят 30-50% натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель на основе соединений, выделяющих кислоту, пенообразователь, наполнитель и вода (Пат. US 3850650 по кл. С 04 В 38/00, 1974). В известном способе смешивают водный раствор водорастворимого силиката - натриевого жидкого стекла, отвердитель, который выделяет кислоту в воду и, по крайней мере один вспенивающий агент,выбранный из группы, включающей алканы, алкены, галогенозамещенные алканы, галогенозамещенные алкены и алкиловые эфиры. В известном способе вспенивание полученной композиции с одновременным ее отверждением ведут путем доведения температуры композиции выше точки кипения вспенивающего агента. Названный водный раствор может содержать до 95% наполнителя. Однако известный способ обладает рядом недостатков: 1. Высокая экологическая опасность, как в процессе производства, так и при использовании готовых изделий, так как вспенивание растворов жидкого стекла достигают введением в состав отверждаемой композиции экологически вредных органических жидкостей (трихлорфторметана, дихлордифторметана, хлороформа,винилхлорида, трихлорэтилена), которые в процессе производства и при последующем использовании полученных изделий выделяют в атмосферу в количествах, в десятки раз превышающих предельно допустимые концентрации; в качестве отверждающих реагентов используют органические соединения,например, бутиловый, изооктиловый, фениловый эфиры хлормуравьиной кислоты, реагирующие с жидким стеклом, выделяя бутанол, изооктанол, фенол в количествах, не совместимых с требованиями техники безопасности. 2. Низкие характеристики пожарной безопасности получаемого теплоизоляционного материала, теряющего при воздействии пламени в течение 30 мин с температурой 850 С более 50 мас.% (группа горючести Г 2). 3. Низкое значение допустимой разности температур "холодной" и "горячей" поверхности теплоизоляционных изделий (не более 100 С при толщине теплоизолирующего слоя более 50 мм). 4. Низкие характеристики термостойкости теплоизоляционного материала, разрушающегося при температуре свыше 70 С. 5. Низкая механическая прочность отвердевшей пены, имеющей предел прочности при сжатии менее 50 кПа, что не позволяет использовать ее в качестве конструкционного теплоизоляционного материала. Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание способа изготовления теплоизоляционного материала, обладающего одновременно низким коэффициентом теплопроводности,экологической и пожарной безопасностью, широким температурным диапазоном эксплуатации, высокими показателями механической прочности. Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием способа изготовления теплоизоляционного материала, состоящего из подготовки исходной композиции материала, путем перемешивания ее компонентов, вспенивания композиции, ее разлива и отверждения в форме, при этом в состав композиции входят 30-50% натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель на основе соединений, выделяющих кислоту в воду, пенообразователь, наполнитель и вода, в котором согласно изобретению подготовку компонентов композиции для их смешивания производят раздельно путем предварительного нагрева натриевого жидкого стекла, замачивания длинноволокнистого наполни-1 023002 теля, например асбеста-хризотила в воде, подготовку пены из пенообразующего раствора, представляющего собой водный 1,5-3,2%-ный раствор триэтаноламмонийной или натриевой соли лаурилсульфата,при этом смешивание компонентов композиции ведут с одновременным вводом пены, кратность которой зависит от заданной плотности готового теплоизоляционного материала, причем перемешивание продолжают до образования однородной смеси, затем заполняют вспененной композицией термоизолированную форму и подвергают воздействию электромагнитного излучения с последующей сушкой, при этом композиция содержит компоненты или их смеси (при любом их соотношении) при следующем содержании компонентов в композиции, мас%: отверждаемая основа - 30-50%-ное натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,8-4,5 71-77; отвердитель - или натрия гексафторсиликат (Na2SiF6), или натрия гексафтортитанат (Na2TiF6), или их смеси при любом соотношении компонентов 8,5-9,1; пенообразователь - или натриевая, или триэтаноламмонийная соль лаурилсульфата 0,9-3,2; наполнитель - асбест-хризотил марок или А 5, или А 4, или A3 или А 2 2,4-5,5; вода - остальное. Нагрев натриевого жидкого стекла до температуры 35-45 С обеспечивает технологически приемлемое время отверждения пеномассы (15-40 мин), которое не должно превышать 40 мин, иначе происходит усадка пеномассы в процессе ее отверждения, и не должно быть менее 15 мин, иначе существенно уменьшается механическая прочность готового теплоизоляционного материала и возможно отверждение пеномассы в аппарате-смесителе. Замачивание длинноволокнистого наполнителя, например асбеста-хризотила, в воде необходимо для получения однородной по составу вспененной композиции. Обработка композиции электромагнитным излучения с частотой колебаний от 434 до 9100 МГц в течение 30-120 мин необходима для снятия внутренних напряжений в готовом теплоизоляционном материале. Дополнительная кавитация пены перед заливкой позволяет увеличить ее дисперсность, что способствует снижению коэффициента теплопроводности и увеличению предела прочности при сжатии готового теплоизоляционного материала. Ведение сушки композиции путем плавного поднятия температуры воздуха от 50 до 100 С при одновременном снижении его влажности от 100 до 0,5% дополнительно снижает внутренние напряжения в материале, что позволяет увеличить предельную температуру эксплуатации готовых теплоизоляционных изделий до 250 С и увеличить допустимую величину разности температур "холодной" и "горячей" поверхности теплоизоляционных изделий, например более 100 С при толщине слоя теплоизолятора 100 мм. Кратность закономерно увеличивают от 10 до 30 при увеличении заданной плотности готового теплоизоляционного материала от 100 до 250 кг/м 3, потому что при высокой заданной плотности пеномасса с высокой кратностью пены не имеет достаточной механической прочности и дает усадку в процессе ее отверждения. Предлагаемый способ изготовления теплоизоляционного материала обладает высокой экологической безопасностью производства, так как в предлагаемом способе используют компоненты, не содержащие вредных легколетучих органических соединений. Теплоизоляционный материал, получаемый предлагаемым способомб также обладает рядом существенных отличий от ранее известных: материал пожарнобезопасностный, имеющий группу горючести НГ (несгораемый); широкий температурный интервал эксплуатации - от -60 до 250 С; высокое значение допустимой разности температур "холодной" и "горячей" поверхности теплоизоляционных изделий (более 100 С при толщине теплоизолирующего слоя 100 мм); возможность регулирования предела прочности при сжатии в интервале от 100 до 250 КПа путем изменения плотности материала от 100 до 250 кг/м 3. Для реализации заявленного способа можно использовать следующие экологически чистые вещества (компоненты). В качестве жидкого стекла используют, например, 40%-ное натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 3 (ГОСТ 13078-81). В качестве отвердителя используют, например, натрия гексафторсиликат (ТУ 113-08-587-86), или натрия гексафтортитанат (ТУ 6-09-01425-77), или их смеси при любом соотношении компонентов. В качестве наполнителя используют, например, асбест-хризотил (ГОСТ 12871-93). В качестве пенообразователя используют, например, триэтаноламмонийную соль лаурилсульфата(торговое название пенообразователь 3, ТУ 6-14-508-80, изменение 1) или натриевую соль лаурилсульфата. Предлагаемый способ изготовления теплоизоляционного материала осуществляют следующим образом: Предлагаемый способ можно осуществлять, например, при атмосферном давлении. Сначала компоненты композиции перед их смешиванием готовят раздельно: 1) нагревают натриевое жидкое стекло до температуры 35- 45 С, при которой обеспечивается технологически приемлемое время отверждения пеномассы (15-40 мин). 2) замачивают длинноволокнистый наполнитель, например асбест-хризотил, в воде при соотношении асбест-хризотил - вода 1:4-1:8 в течение 1-4 ч для обеспечения последующего образования однородной по составу вспененной композиции. Жидкое стекло, водную взвесь асбеста-хризотила и отвердитель последовательно загружают в аппарат-смеситель при работающей мешалке и с помощью пеногенератора включают подачу пены. Пену готовят из пенообразующего раствора, представляющего собой водный 1,5-3,2%-ный раствор триэтаноламмонийной или натриевой соли лаурилсульфата. Кратность пены регулируют в зависимости от заданной плотности готового теплоизоляционного материала. Более плотному конечному продукту соответствует пена с низкой кратностью. Например, при плотности теплоизоляционного материала 100 кг/м 3 следует использовать пену с кратностью примерно 30, при плотности 150 кг/м 3 - 15, при плотности 250 кг/м 3 - 10. С увеличением кратности пены, с одной стороны, уменьшается ее механическая прочность, и при получении материала с высокой конечной плотностью твердеющая пена будет давать нежелательную усадку. С другой стороны, при низкой кратности пены в композиции уменьшается содержание воды, которую впоследствии необходимо испарить, что требует дополнительных энергозатрат. Смешивание компонентов композиции ведут в течение 5-6 мин до образования однородной смеси. Вспененную композицию выливают в термоизолированную форму и подвергают воздействию электромагнитного излучения с последующей сушкой. Вспененная композиция может быть подвергнута воздействию электромагнитного излучения с частотой электромагнитных колебаний от 434 до 9100 МГц в течение 30-120 мин. Сушку композиции могут вести в сушилке туннельного типа путем плавного поднятия температуры воздуха от 50 до 100 С при одновременном снижении его влажности от 100 до 0,5% в зависимости от технологических возможностей производства и технических требований, предъявляемых к теплоизоляционному материалу. Рассмотрим пример выполнения способа изготовления теплоизоляционного материала. В аппарат-смеситель емкостью 10 л заливают предварительно подготовленные 1,5 л 40%-ного натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 3, включают мешалку и загружают 100 г асбеста-хризотила, предварительно суспендированного в 500 мл воды, и 300 г натрия кремнефтористого, через 2-3 мин с помощью пеногенератора в аппарат подают пену с кратностью равной 25, полученную из раствора 50 г триэтаноламмонийной соли лаурил-сульфата в 450 мл воды до заполнения аппарата. Суммарное время перемешивания составляет 5-6 мин. Для увеличения дисперсности полученной пены и уменьшения размеров пузырьков, ее образующих, вспененную композицию подвергают дополнительной кавитации. Полученную пену выливают в термоизолированную форму размерами 210215220 мм и подвергают электромагнитному излучению с частотой 433,920,87 МГц и мощностью 1 КВт в течение 40 мин. Отвердевшую композицию перекладывают на поддон и высушивают, плавно поднимая температуру до 95 - 100 С при одновременном снижении влажности воздуха от 100 до 10% в течение 6-8 ч. В аппарат-смеситель емкостью 10 л заливают 2,2 л 40%-ного натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 2,8, включают мешалку и засыпают 80 г асбеста-хризотила и 400 г натрия гексафтортитаната, через 2-3 мин с помощью пеногенератора в аппарат подают пену с кратностью, равной 15, полученную из раствора 50 г натриевой соли лаурилсульфата в 450 мл воды до заполнения аппарата. Суммарное время перемешивания составляет 5-6 мин. Для увеличения дисперсности полученной пены и уменьшения размеров пузырьков, ее образующих, вспененную композицию подвергают дополнительной кавитации. Полученную вспененную композицию выливают в термоизолированную форму размерами 210215220 мм и воздействуют на нее электромагнитным излучением с частотой 237550 МГц и мощностью 1 КВт в течение 30 мин. Отвердевшую композицию перекладывают на поддон и высушивают, плавно поднимая температуру до 95-100 С при одновременном снижении влажности воздуха от 100 до 5% в течение 6-8 ч. Все приведенные режимы способа получения теплоизоляционного материала были получены экспериментальным (лабораторным) путем. Полученные изделия подвергали испытаниям: теплопроводность определяли по ГОСТ 7076-99, показатели пожарной опасности - по ГОСТ 30244-94, механические характеристики - по ГОСТ 17177-94. Показатель горючести определяли по двум параметрам: 1) убыль массы (в процентах) образцов диаметром 45 мм и высотой 50 мм и 2) прирост температуры пламени над образцами (С). Предельную допустимую разность температур "холодной" и "горячей" поверхности теплоизоляционных изделий определяли следующим образом. Образцы изделий размерам 220210100 мм помещали между стеклянной и стальной пластинами, температура стеклянной оставалась постоянной в пределах(00,1 С), а стальной постепенно повышалась на 10 С в час. При этом фиксировали разность температур,при которой появлялась первая трещина в материале. Эта разность, обозначаемая в табл. 2 как t, определяет возможность использования изделий в качестве строительных теплоизоляторов. Для сравнения изготавливали изделия способом-прототипом, используя следующие компоненты,мас.%:натриевое жидкое стекло (плотность 1,36, содержание Na2O 8,6 вес.%, содержание SiO2 25,4 вес.%) - 40; отвердитель - эфир хлормуравьиной кислоты - 10; вспенивающий агент - трихлорфторметан 10; эмульгатор-Na-C14-алкилсульфонат - 0,5; наполнитель - асбест 3. Для получения корректных сравнительных данных изделия, полученные способом-прототипом, испытывали в условиях, аналогичных условиям испытаний изделий, полученных заявляемым способом. Примеры способов получения теплоизоляционных изделий заявленным способом при разном содержании различных компонентов смесей и режимов их обработки электромагнитным излучением приведены в табл. 1. Результаты сравнительных испытаний изделий, указанных в табл. 1, и изделий по прототипу представлены в табл. 2. Как с очевидностью следует из представленных данных, заявленный способ позволяет получать изделия с высокими качественными характеристиками. Таблица 1. Примеры заявленного способа Предельно допустимая концентрация трихлорфторметана в воздухе рабочей зоны 1000 мг/м 3 В соответствии с гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.1338-03. предельно допустимая среднесуточная концентрация трихлорфторметана в атмосферном воздухе составляет 10 мг/м 3 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления теплоизоляционного материала, состоящий из подготовки исходной композиции материала путем перемешивания ее компонентов, вспенивания композиции, ее разлива и отверждения в форме, при этом в состав композиции входят 30-50%-ное натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель на основе соединений, выделяющих кислоту в воду, пенообразователь, наполнитель и вода, отличающийся тем, что компоненты композиции перед смешиванием готовят раздельно путем предварительного нагрева натриевого жидкого стекла и замачивания длинноволокнистого наполнителя в воде, подготовки пены из пенообразующего раствора, представляющего собой водный 1,5-3,2%-ный раствор триэтаноламмонийной или натриевой соли лаурилсульфата, при этом пену, кратность которой зависит от заданной плотности готового теплоизоляционного материала, начинают вводить в момент предварительного смешивания жидкого стекла, суспензии наполнителя и отвердителя, причем перемешивание вспененной композиции продолжают до образования однородной смеси, затем заполняют вспененной композицией термоизолированную форму и подвергают ее воздействию электромагнитного излучения с последующей сушкой, при этом композиция содержит компоненты или их смеси при любом их соотношении при следующем содержании компонентов, мас.%: отверждаемая основа - 30-50%-ное натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,84,5 - 71-77; отвердитель - или натрия гексафторсиликат (Na2SiF6), или натрия гексафтортитанат (Na2TiF6), или их смеси при любом соотношении компонентов 8,5-9,1; пенообразователь - или натриевая, или триэтаноламмонийная соль лаурилсульфата - 0,9-3,2; наполнитель - асбест-хризотил марок или А 5, или А 4, или A3 или А 2- 2,4-5,5; вода - остальное. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что композицию подвергают воздействию электромагнитного излучения с частотой колебаний от 434 до 9100 МГц в течение 30-120 мин. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что заливку пены осуществляют с воздействием кавитацией. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку композиции осуществляют путем плавного поднятия температуры воздуха от 50 до 100 С при одновременном снижении его влажности от 100 до 0,5%. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что кратность пены выбирают в пределах от 10 до 30 в зависимости от заданной плотности готового теплоизоляционного материала. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревают натриевое жидкое стекло до температуры 3545 С.