Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Плющ Борис Васильевич Гайшун Владимир Евгеньевич Капшай Мария Николаевна Косенок Янина Александровна(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала, содержащая жидкое стекло, аморфный кремнезем и добавку, отличающаяся тем, что в качестве аморфного кремнезема содержит микрокремнезем с диаметром частиц 0,1-0,5 мкм или технический аэросил с диаметром частиц 1,0-1,2 мкм, а в качестве добавки содержит буру или базальтовое волокно, или смесь буры и базальтового волокна, взятых в массовом соотношении 11, при следующем соотношении компонентов, мас.жидкое стекло 70,0-91,0 микрокремнезем или технический аэросил 7,0-22,0 бура или базальтовое волокно, или смесь буры и базальтового волокна 2,0-8,0. Изобретение относится к области изготовления строительных материалов, а именно к составам для изготовления теплоизоляционных, негорючих, морозоустойчивых, экологически чистых, водо- и кислотостойких материалов, и может быть использовано в строительных конструкциях в качестве несгораемого теплоизоляционного слоя промышленных и гражданских зданий и объектов, а также теплоэнергетике и др. Известна сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного строительного материала, содержащая жидкое стекло (100 мас.ч.), целлюлозосодержащий наполнитель (90,0100,0 мас.ч.), отвердитель (20,0-50,0 мас.ч.), глицерин (0,5-5,0 мас.ч.) и воду (40,060,0 мас.ч.) 1. Указанная смесь позволяет получать теплоизоляционный материал с низкой плотностью (легкий), неплохими теплоизоляционными свойствами. Однако недостатком получа 16311 1 2012.08.30 емого материала является его невысокая температура эксплуатации, так как он содержит органическое вещество (целлюлозосодержащий наполнитель). Известна композиция для изготовления теплоизоляционного материала, включающая кремнийсодержащий компонент - трепел, гидроксид натрия, металлическую добавку - оксид цинка или сульфат цинка, или хлорид цинка и воду 2. Изготовленный из известной композиции материал не обладает высокой термостойкостью и удовлетворительным водопоглощением. Наиболее близкой по составу к заявляемому изобретению является сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала, содержащая аморфный кремнезем 5568 мас. , жидкое стекло 8-15 мас.и выгорающие добавки 20-27 мас.3. При этом компоненты смеси взяты в соотношении, мас.аморфный кремнезем 55,0-68,0 жидкое стекло 8,0-15,0 добавки 20,0-27,0. При этом в качестве добавок используют выгорающие органические добавки древесные опилки, труху соломы. Недостатком известной композиции является высокая плотность материала, высокая объемная масса, что приводит к снижению теплоизоляционных характеристик, поскольку,как известно, теплопроводность линейно зависит от плотности материала. Другим недостатком является то, что в состав композиции входят органические добавки, которые при их выгорании выделяют экологически вредные продукты. Кроме того, технологический процесс получения теплоизоляционного материала из данной композиции включает высокотемпературный обжиг при 1000 С в течение 10-12 часов, что требует больших энергозатрат. Задача, которую решает данное изобретение, заключается в том, чтобы получить композицию для изготовления дешевого негорючего легковесного теплоизоляционного материала. Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении теплоизоляционных свойств материала в снижении энергоемкости процесса в уменьшении его стоимости. Указанный технический результат достигается тем, что в сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционного материала, содержащей жидкое стекло, аморфный кремнезем и добавку, в качестве аморфного кремнезема содержит микрокренезем с диаметром частиц 0,1-0,5 мкм или технический аэросил с диаметром частиц 1-1,2 мкм, а в качестве добавки содержит буру или базальтовое волокно, или смесь буры и базальтового волокна,взятых в массовом соотношении 11, при следующем соотношении компонентов, мас.жидкое стекло 70,0-91,0 микрокремнезем или технический аэросил 7,0-22,0 бура или базальтовое волокно или смесь буры и базальтового волокна, в (мас. ч. 11) 2,0-8,0. Сущность изобретения заключается в следующем. Основным компонентом заявляемой сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционного материала является жидкое стекло, содержащее до 50 мас.воды. В процессе термообработки смеси вода вскипает с образованием большого количества мелких пор, в результате чего формируется материал с низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Микрокремнезем или технический аэросил, содержащийся в смеси, реагирует с жидким стеклом с образованием поликремниевых кислот. Полимеризация кислоты сопровождается переходом от цепочной структуры к слоистой, а затем к образованию каркасной трехмерной сетки. Формирование крупных частиц поликремниевой кислоты (полимеризация) сопровождается захватом молекул воды. Часть этой воды находится в химически 2 16311 1 2012.08.30 связанном состоянии, а часть адсорбирована. Для полного удаления воды из отвержденной смеси ее необходимо термически обработать в форме при 400-500 С. При этой температуре смесь вскипает, заполняет форму с образованием монолитного пористого материала. Использование микрокремнезема или технического аэросила в составе сырьевой смеси, представляющих собой отходы химических или ферритных производств, значительно снижает стоимость теплоизоляционного материала. Неорганические добавки, вводимые в смесь, обеспечивают получение теплоизоляционного материала с равномерной пористостью. Бура, вводимая в смесь, содержит 10 молекул кристаллизационной воды, которая удаляется при температуре примерно 400 С, т.е. в конце процесса, что способствует образованию мелких пор и равномерному их распределению по всему объему, тем самым препятствуя образованию больших пустот и раковин в образце. В случае отсутствия буры в составе смеси необходим медленный подъем температуры во избежание быстрого вскипания, что удлиняет процесс. Базальтовое волокно добавляется в смесь для предотвращения оседания микрокремнезема или технического аэросила и расслоения смеси по объему. В случае отсутствия базальтового волокна в смеси в процессе отверждения проводится периодическое перемешивание смеси механическим способом. Технология изготовления теплоизоляционного материала на основе выбранных соотношений компонентов в смеси заключается в следующем. В емкость с жидким стеклом добавляют микрокремнезем или технический аэросил и туда же загружают добавку буру или базальтовое волокно, или смесь буры и базальтового волокна, взятые в экспериментально установленном соотношении. Все тщательно перемешивают и смесь помещают в термошкаф с температурой 60-800 С. После отверждения массу извлекают из термошкафа, измельчают до нужной фракции. Частицы выбранного размера засыпают в герметичную металлическую форму и помещают в печь. Термообработку смеси проводят при температуре 400-500 С до полного удаления воды из материала. После этого форму с образцом вынимают из печи и извлекают материал из формы, не дожидаясь ее охлаждения. Для изготовления теплоизоляционного материала из заявляемой сырьевой смеси необходим термошкаф (-4,5.4,5.4/3-И 1), печь (СНОЛ-1,6.2,5.1/9-И 4), форма для засыпки смеси (собственного изготовления). Примеры составов сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционного материала. Для получения материала использовали жидкое стекло (ГОСТ 13078-81), аэросил технический марки(ТУ РБ 400069905.025-2005), микрокремнезем МКУ-85 (ТУ 5743-04802495332-96), буру (натрий тетраборнокислый десятиводный) (ГОСТ 4199-76), базальтовое волокно марки БВВ-22 (ТУ 57 62-021-00204990-2004). Для отверждения и формирования кремнекислородного каркаса при получении теплоизоляционных материалов применялся технический аэросил с размером частиц 1-1,2 мкм производства Гомельского химзавода, который представляет собой отходы производства фторида алюминия, используемого в качестве флюса при производстве металлического алюминия. Аналогичными характеристиками обладает также микрокремнезем, являющийся побочным продуктом металлургического производства при выплавке ферросилиция и его сплавов и образующийся в результате восстановления углеродом кварца высокой чистоты в электропечах. Диаметр частиц микрокремнезема составляет 0,1-0,5 мкм. Пример 1 Производили расчет состава по содержимому в мас. . К 100 г жидкого стекла добавляли 10 г технического аэросила. В качестве добавки вводили базальтовое волокно в количестве 1 г. Сырьевую смесь тщательно перемешали. Стакан накрыли крышкой и поставили его в сушильный шкаф, нагретый до 70 С, на 4 часа, в результате произошло 3 16311 1 2012.08.30 отверждение смеси. Отвержденную смесь измельчили до нужных размеров и засыпали определенную навеску в герметичную форму. Форму с навеской поставили в печь, нагретую до 500 С, и выдержали 30 мин, где происходило вспенивание материала. Затем достали форму из печи и извлекли заготовку теплоизоляционного материала из формы. Пример 2 Осуществляли аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что вместо технического аэросила использовали микрокремнезем, а в качестве добавки использовали техническую буру. Пример 3 Осуществляли аналогично примеру 2. Отличие состояло в том, что в качестве добавки вводили техническую буру и базальтовое волокно, взятые в равных количествах. Составы и свойства конкретных смесей для изготовления теплоизоляционного материала указаны в таблице. Составы смесей и свойства теплоизоляционных материалов Показатели Показатели по составам исходных компонентов в смеси 1 1. Состав, мас.жидкое стекло 88,5 87 90,9 микрокремнезем или технический аэросил 8,85 8,7 7,1 бура 4,3 1,0 базальтовое волокно 2,65 1,0 2. Свойства материала плотность, г/см 3 0,35 0,15 0,1 теплопроводность при 0,12 0,065 0,052(253) С, Вт/(мК) Группа горючести негорючие Из данных таблицы видно, что теплоизоляционные свойства выше у материала, изготовленного из предлагаемой смеси (примеры 1-3), чем из известной 3, за счет понижения плотности материала с 0,5 до 0,1-0,35 г/см 3 и снижения коэффициента теплопроводности с 0,1 до 0,05 Вт/(мК). Источники информации 1. Патент РБ 4942, МПК 04 16/06, 24/02, 28/26, 2003. 2. Патент РФ 2053984, МПК 04 38/02,04 28/26, 1996. 3. Патент РФ 2209793, МПК 04 28/26, 38/06, 10.08.2003 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4