Способ получения гидрофобного теплоизоляционного материала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОФОБНОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Беланович Анатолий Леонидович Щукин Георгий Лукич Карпушенков Сергей Александрович Савенко Виктор Петрович Леонович Сергей Николаевич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Способ получения гидрофобного теплоизоляционного материала, при котором смешивают жидкое натриевое стекло с модулем 2,6-3,2 с полиметилсилоксаном ПМС-400 до образования устойчивой эмульсии, вводят в полученную эмульсию гидроксид кальция и молотый песок при следующем соотношении компонентов, мас.жидкое натриевое стекло с модулем 2,6-3,2 62,9-91,0 полиметилсилоксан ПМС-400 3-4 гидроксид кальция 4-25 молотый песок 0,1-10,0,проводят сушку при температуре 80-100 С в течение 3-4 часов до остаточной влажности 5-7 и осуществляют вспучивание при температуре 300-350 С в течение 40-45 мин. Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности силикатных теплоизоляционных материалов, и может быть использовано не только в ремонтно-строительной индустрии, но и других отраслях народного хозяйства. Интерес к производству щелочносиликатных теплоизоляционных материалов чрезвычайно высок. Последнее обусловлено тем, что этот материал обладает уникальным сочетанием свойств низким значением теплопроводности, заданными геометрическими размерами и формой пор, жесткой ячеистой структурой, негорючестью, экологичностью и т.д. Существенным недостатком, который тормозит внедрение этого материала в производство, является его низкая водостойкость и высокая гигроскопичность. Для увеличения водостойкости щелочносиликатного материала рекомендуется в состав сырьевой смеси вводить водоупрочняющие добавки, содержащие соединения бора, алюминия, цинка и кальция, способные замещать атомы кремния в кремнийкислородных тетраэдрах, составляющих структурную основу силикатного стекла 1. 16668 1 2012.12.30 Однако перечисленные водоудерживающие добавки, введенные в сырьевую смесь, не обеспечивают достаточную водостойкость щелочносиликатного теплоизоляционного материала, полученного вспучиванием при температуре 300-350 С. Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является смесь для получения теплоизоляционного материала, включающая жидкое стекло, гидроксид кальция, молотый песок и кремнийорганическую жидкость 2. Кальция гидроксид в данной смеси выполняет функцию отвердителя жидкого стекла и обеспечивает увеличение водостойкости теплоизоляционного материала, полученного при температуре вспучивания 600-800 С. Для образцов,полученных при температуре вспучивания 600-800 С, водостойкость составляет 0,5-1,5 ,а полученных при 350 С - 10 . Указано, что кремнийорганическая жидкость, введенная в состав смеси, гидрофобизирует ее поверхность, предотвращает налипание смеси на стенки металлического оборудования и уменьшает слеживаемость и намокание бисера, но не дана оценка степени поверхностной и объемной гидрофобности гранулированного вспененного материала. Известен способ 3 получения теплоизоляционных материалов путем смешивания жидкого стекла с летучей пылью или золой и водой при одновременном нагреве в течение 10-60 мин при температуре 100-150 С, при этом получается пластичная масса, которая продавливается через дырчатый диск и охлаждается потоком воздуха. В результате получаются гранулы, которые при последующем нагреве вспучиваются. Недостатками известного способа являются невозможность получения гранул с низкой объемной массой и значительная энергоемкость производства. Кроме того, известный способ не позволяет получать вспененные гранулы с достаточной водостойкостью и прочностью. Наиболее близким известным способом является способ получения теплоизоляционного материала, включающий смешивание жидкого стекла, гидроксида кальция, молотого песка и кремнийорганической жидкости в течение 5-20 мин при температуре 20-60 С, образование гранул путем продавливания смеси через отверстия диаметром 1-3 мм, сушку гранул при 60-100 С в течение 1-15 мин и их вспучивание при температуре 360-800 С в течение 0,1-15 мин 2. Недостатком известного способа является недостаточная водостойкость гранул вспученного материала при температурах до 600 С. Кроме того, при температурах вспучивания выше 400 С происходит термическое разложение кремнийорганической жидкости и получаемые гранулы при этих температурах полностью теряют свои гидрофобные свойства. Задачей изобретения является создание вспученного теплоизоляционного материала,обладающего высокой гидрофобностью, низкой гигроскопичностью, высокой водостойкостью, и снижение энергозатрат при его получении. Поставленная задача решается тем, что в способе получения гидрофобного теплоизоляционного материала, при котором смешивают жидкое натриевое стекло с модулем 2,63,2 с полиметилсилоксаном ПМС-400 до образования устойчивой эмульсии, вводят в полученную эмульсию гидроксид кальция и молотый песок при следующем соотношении компонентов, мас.жидкое натриевое стекло с модулем 2,6-3,2 62,9-91,0 полиметилсилоксан ПМС-400 3-4 гидроксид кальция 4-25 молотый песок 0,1-10,0,проводят сушку при температуре 80-100 С в течение 3-4 часов до остаточной влажности 5-7 и осуществляют вспучивание при температуре 300-350 С в течение 40-45 мин. Техническим результатом при использовании смеси является получение гидрофобного силикатного водостойкого теплоизоляционного материала, вспученного при температуре 300-350 С. 2 16668 1 2012.12.30 Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что вначале полиметилсилоксан ПМС-400 (ГОСТ 13032-77) диспергируется при перемешивании в жидком натриевом стекле (ГОСТ 13078-81) с образованием устойчивой эмульсии, в которую затем добавляется при перемешивании гидроксид кальция (ГОСТ 9179-77) и молотый песок (ГОСТ 8736-93), затем полученная смесь сушится при температуре 80-100 С в течение 3-4 часов до остаточной влажности 5-7 и вспучивается при температуре 300-350 С в течение 4045 мин. Предельные концентрации жидкого натриевого стекла, гидроксида кальция и молотого песка обусловлены тем, что уменьшение и увеличение их концентраций приводит к образованию неоднородной смеси, что отрицательно сказывается на ее вспученности и качестве получаемого теплоизоляционного материала. При использовании полиметилсилоксана в смеси меньше 3 после вспучивания формируется продукт, обладающий низким показателем гидрофобности и водостойкости, а при концентрации ПМС-400 больше 4 происходит неполное его взаимодействие с компонентами смеси и образование масляной пленки на поверхности вспученного материала. Предварительное введение полиметилсилоксана в жидкое натриевое стекло обусловлено тем, что ПМС-400 легко диспергируется при перемешивании с образованием устойчивой эмульсии, а при одновременном смешивании всех компонентов смеси ПМС-400 неравномерно распределяется по объему всей смеси, что отрицательно сказывается на качестве получаемого теплоизоляционного материала. Сушка смеси до остаточной влажности 5-7 обусловлена тем, что при вспучивании смеси с остаточной влажностью больше 7 формируется материал с неравномерной пористой структурой, а при относительной влажности смеси меньше 5- повышенной плотности. Граничные пределы температуры и времени вспучивания обусловлены тем, что при температуре меньше 300 С и времени 40 мин формируется материал с низким коэффициентом вспучивания и низкой водостойкостью, а при температурах больше 350 С начинается термическое разложение полиметилсилоксана. Получается вспученный материал, не обладающий гидрофобными свойствами и покрытый слоем рыхлого мелкодисперсного диоксида кремния - продукта разложения полиметилсилоксана. Увеличение времени вспучивания больше 45 мин при температуре 300-350 С ведет к возрастанию продолжительности технологического цикла получения теплоизоляционного материала, свойства которого при этом не изменяются. Для экспериментальной проверки изобретения были изготовлены образцы, полученные при вспучивании при 300-350 С смеси по прототипу (состав 2) и по изобретению с различным содержанием полиметилсилоксана ПМС-400 (от 1 до 5 ), составы которых приведены в табл. 1. Таблица 1 Состав сырьевой смеси, мас.обжидкое натриевое стекло гидроксид кальция молотый жидкость кремнийорразца с модулем 2,6(известь) песок ганическая 1 76,0 23,5 10 этилсиликат - 0,5 2 65,5 23,5 10 ПМС-400 - 1 3 64,5 23,5 10 ПМС-400 - 2 4 63,5 23,5 10 ПМС-400 - 3 5 62,5 23,5 10 ПМС-400 - 4 6 61,5 23,5 10 ПМС-400 - 5 Смеси по изобретению и по прототипу были высушены при 80-100 С до остаточной влажности 5-7 , а затем вспучены при 300-350 С в течение 45 мин. 16668 1 2012.12.30 Водостойкость образцов определяли по потере массы в результате 5 мин кипячения образцов в дистиллированной воде 4. Гидрофобность образцов оценивали по углу смачивания капли воды, нанесенной на поверхность вспученного силикатного теплоизоляционного материала и его срез (для проверки объемной гидрофобности образца) 5. Гигроскопичность образцов, характеризующая способность материала поглощать атмосферную влагу, определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 23409.10-78. Результаты испытаний приведены в табл. 2. Таблица 2 Краевой угол смачи образца Гигроскопичность,Водостойкость,вания поверхности/среза образца,1 6,7 10,1 2 6,0 10,0 3 1,1 2,3 92/92 4 0 0 102/102 5 0 0 101/101 6 0 0 105/105 Введение в состав смеси полиметилсилоксана ПМС-400 в количестве 3-4 мас.создает после ее вспучивания при температуре 300-350 С поверхностную и объемную гидрофобность, что позволяет сохранить гидрофобность, водостойкость и гигроскопичность теплоизоляционного материала после его дробления на мелкие составляющие разных размеров. Таким образом, заявляемый способ получения гидрофобного теплоизоляционного материала по изобретению обеспечивает получение при низких температурах вспученного теплоизоляционного материала, обладающего высокой гидрофобностью, низкой гигроскопичностью, высокой водостойкостью, и обеспечивает снижение энергозатрат по сравнению с прототипом. Источники информации 1. Малявский Н.И. Щелочесиликатные утеплители. Свойства и химические основы производства // Российский химический журнал. - 2003. - . 4. - С. 39-45. 2. Патент России 2087447, МПК 04 28/26,04 11140, 1997. 3. Патент ФРГ 3202623, МПК 03 11/00, 1983. 4. Сидоров В.И., Малявский Н.И., Покидько Б.В. Использование модифицированного жидкого стекла для получения водостойких утеплителей методом холодного вспенивания Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4