Способ получения пеностекла

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(72) Авторы Гришкова Елена Ивановна Подденежный Евгений Николаевич Павленок Александр Викторович Бойко Андрей Андреевич Шабловский Ярослав Олегович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(57) Способ получения пеностекла, включающий смешивание тонкоизмельченного порошка стеклобоя, водного раствора метасиликата натрия плотностью 1,43-1,48 г/см 3 и пенообразователя, укладывание в форму и термообработку в СВЧ-печи, отличающийся тем, что в качестве пенообразователя используют алюминиевый порошок при следующем соотношении компонентов, мас.порошок стеклобоя 50-60 водный раствор метасиликата натрия плотностью 1,43-1,48 г/см 3 36-42 порошок алюминия 2-8. Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к производству теплоизоляционных материалов. Известен промышленный способ получения пеностекла 1. Порошок стекольного сырья смешивают с размолотым углеродным пенообразователем (сажа, антрацит, кокс), засыпают в формы и направляют в печь, где после нагрева в течение 1-1,5 часа до температуры 820-850 С производится вспенивание в течение 0,5-1,5 часа. После этого в течение 15-20 минут температуру понижают до 600 С и далее стабилизируют в течение 20-40 минут. Затем пеностекольные блоки извлекают из форм и помещают в печь отжига,где в течение 8-16 часов охлаждают со скоростью 0,6-1,5 С/мин. Недостатками этого способа являются длительный (до 20 часов) производственный цикл и применение углеродных пенообразователей, снижающих экологическую безопасность материала и исключающих возможность его применения для внутренней отделки жилых и служебных помещений из-за наличия в составе пеностекла остаточных соединений серы. 15339 1 2012.02.28 Известен способ получения пеностекла, включающий смешивание размолотых боя оконного (или тарного) стекла и наполнителя, состоящего из известняка (мела) и высококремнеземистых глин, при следующем соотношении компонентов, мас.известняк(мел) - 1,5-2, глина - 4,5-6,0, бой стекла - остальное 2. Вспенивание шихты проводят в электрической печи сопротивления, вводя в нее форму с шихтой после предварительного нагрева до 500-550 С и подбирая скорость нагрева формы так, чтобы время нагрева до максимальной температуры составило 1-1,5 часа. После выдержки в течение 5-20 минут при температуре вспенивания (720-750 С) форму вынимают из печи, выдерживают на воздухе 5-10 минут и раскрывают, а пеностеклянный блок охлаждают в печи отжига от 600 до 30 С со скоростью 0,7-1 С/мин. Недостатками указанного способа являются длительный (до 24 часов) производственный цикл и применение смеси известняка с глиной в качестве пенообразователя, т.к. использование глин с заведомо точно неизвестным составом исключает возможность получения пеностекла с воспроизводимыми характеристиками. Известен способ получения пеностекла 3. Готовят порошкообразную смесь стекла,силиката натрия и углеродного газообразователя, затворяют ее водой до образования пасты, полученную пасту нагревают со скоростью 5-10 С/мин до температуры 750-850 С,выдерживают при этой температуре 4-5 часов и охлаждают в печи. Недостатками указанного способа являются значительная (свыше 7 часов) длительность технологического процесса, недостаточная водостойкость получаемого пеностекла и применение углеродных пенообразователей, снижающее экологическую безопасность материала и исключающее возможность его применения для внутренней отделки жилых и служебных помещений за счет наличия в его составе остаточных серосодержащих соединений. Наиболее близким к заявляемому способу получения пеностекла является способ получения пеностекла 4, включающий смешивание тонкоизмельченного минерального наполнителя (стеклобой, минеральная вата, асбест, мел, глины, цеолитовые породы) с водным раствором метасиликата натрия плотностью 1,43-1,48 г/см 3, тонкоизмельченного пеносиликата с пенообразователем - насыщенным водным раствором сахара и олеиновой кислотой. После перемешивания в течение 10-15 минут смесь подают в шнековый гранулятор, из которого она выходит в виде жгутов диаметром 5-10 мм, и далее начинается процесс термообработки, который включает в себя обдув, сушку и вспенивание. Для предотвращения взаимного слипания жгуты на выходе из гранулятора обдувают горячим воздухом (температура 150-350 С) и одновременно опудривают тонкоизмельченным пеносиликатом. Полученный материал подсушивают в течение 2 часов при комнатной температуре либо в сушилке при температуре до 100 С в течение 30 минут, а затем после отделения от опудривающего слоя укладывают в форму для вспенивания. Вспенивание производят при температуре 450-500 С в течение 30-80 минут нагревом в термической либо СВЧ-печи. Недостатками этого способа являются его чрезмерная сложность, многоступенчатость, энергоемкость, длительность во времени и высокая себестоимость получаемого пеностекла, обусловленная использованием высокотемпературного нагрева,дорогих ингредиентов, а также экологическая опасность, вызываемая вредными продуктами сгорания сахарозы в смеси с олеиновой кислотой. Задачей настоящего изобретения является упрощение и удешевление способа получения пеносиликатного материала, а также улучшение экологической безопасности процесса производства и экологической чистоты получаемого пеностекла. В способе получения пеностекла, включающем смешивание тонкоизмельченного порошка стеклобоя, водного раствора метасиликата натрия плотностью 1,43-1,48 г/см 3 и пенообразователя, укладывание в форму и термообработку в СВЧ, согласно изобретению, в качестве пенообразователя используют алюминиевый порошок при следующем соотношении компонентов, мас.порошок стеклобоя - 50-60 водный раствор метасиликата натрия плотностью 1,43-1,48 г/см 3 - 36-42 порошок алюминия - 2-8. 2 15339 1 2012.02.28 Использование в заявляемом способе получения пеностекла алюминиевого порошка в качестве пенообразователя (алюминиевый порошок в щелочной среде вступает в химическую реакцию с гидроксильными группами, следовательно, действует в качестве пенообразователя, что приводит к повышению общей закрытой пористости) обеспечивает улучшение экологической безопасности технологического процесса за счет отказа от применения углеродных пенообразователей. Алюминиевый порошок необходим и для формирования упрочняющей фазы. Упрочняющая фаза обеспечивает повышение механической прочности и водостойкости. Использование алюминиевого порошка приводит к повышению прочности и водостойкости получаемого пеностекла за счет образования кристаллических сростков высокоогнеупорных фаз корунда при воздействии энергии СВЧ,которые располагаются в межпоровом пространстве и образуют стеклокристаллический каркас, вследствие развития процессов кристаллизации в микроструктуре межпоровых перегородок и формирования фазы- 23. Увеличение содержания алюминиевого порошка свыше 25 приводит к образованию выплавок избыточного алюминия на наружной поверхности пеностекла, что нарушает однородность структуры керамического материала и снижает его термомеханические свойства. При содержании алюминиевого порошка менее 2 в составе шихты не обеспечивается требуемая пористость и водостойкость нужного класса. Термообработка осуществляется в СВЧ-печи. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Тонкоизмельченный минеральный наполнитель (измельченный в шаровой мельнице бой тарного стекла, просеянный через сито с ячейкой 0,05 мм), водный раствор метасиликата натрия (ГОСТ 13078-81, плотностью 1,43-1,48 г/см 3) и алюминиевый порошок (ГОСТ 5494 марки ПАП 1) смешивают механическим способом в течение 2-3 минут. Увлажненную смесь выкладывают в пластиковую плотно закрытую форму для СВЧ с отверстием для выхода пара и ставят в СВЧ-печь для термообработки по программе 2-4 минуты мощность 600 Вт вращение формы 5-8 минут - мощность 800 Вт вращение формы отключение печи. Остужают образец до комнатной температуры, затем открывают форму и вынимают готовый блок пеносиликатного материала из формы. Весь цикл производства пеносиликатного материала в СВЧ-печи занимает не более 20-30 минут. Приведем примеры реализации заявляемого способа. Пример 1 100 г тонкоизмельченного минерального наполнителя, 60 мл водного раствора метасиликата натрия, алюминиевый порошок в количестве 2 г смешивают, выкладывают в форму и ставят в СВЧ-печь. Выставляют режим на 600 Вт - 2 минуты 800 т - 7 минут вращение формы. Остужают образец до комнатной температуры, вынимают готовый блок пеносиликатного материала с пористостью 50 . Теплопроводность полученного образца составляет 0,085 Вт/мК. Пример 2 Смешивают механическим способом 100 г стеклобоя, 70 мл водного раствора метасиликата натрия, 3 г алюминиевого порошка в течение 2-3 минут. Увлажненную смесь выкладывают в форму и ставят в СВЧ-печь для термообработки по программе 2-4 минуты мощность 600 Вт вращение формы 5-8 минут - мощность 800 Вт вращение формы отключение. После чего остужают образец до комнатной температуры. Вынимают образец с 40 пористостью и теплопроводностью 0,090 Вт/мК. Пример 3 Смешивают 100 г стеклобоя, 75 мл водного раствора метасиликата натрия, 5 г алюминиевого порошка. Вышеописанным способом получают пеностекло 30 пористости, теплопроводностью 0,106 Вт/мК. 15339 1 2012.02.28 Таким образом, заявленный способ изготовления пеностекла позволяет упростить его производство и удешевить способ получения пеностекла за счет уменьшения числа исходных ингредиентов, снизить энергоемкость процесса, улучшить экологическую безопасность за счет исключения промежуточных стадий и отказа от использования серосодержащих и углеродосодержащих пенообразователей. Источники информации 1. Демидович Б.К. Производство и применение пеностекла. - Минск Наука и техника,1972. - С. 95. 2. Патент 2149146 1. Опубл. 2000.05.20. 3. Патент 2167112 1. Опубл. 2001.05.20. 4. Патент 2173674 2. Опубл. 2001.09.20. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4