Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных материалов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(72) Авторы Сементовский Александр Владиславович Близнец Михаил Михайлович Терешко Юрий Демьянович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(57) Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных материалов, включающая волокнистый наполнитель, жидкое стекло и мел, отличающаяся тем, что дополнительно содержит смесь латекса и продукта взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния в качестве модификатора, минеральный наполнитель и кремнийорганическую жидкость при следующем соотношении компонентов, мас.ч. волокнистый наполнитель 100 жидкое стекло (сухой остаток) 15,0-60,0 мел 3,0-25,0 латекс (сухой остаток) 0,1-10,0 продукт взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния 0,1-5,0 минеральный наполнитель 0,2-8,0 кремнийорганическая жидкость 0,01-1,0. Изобретение относится к области создания теплоизоляционных материалов и может найти широкое применение в строительстве и теплотехническом машиностроении для производства теплозащитных конструкций. 6041 1 Известна сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных материалов, включающая жидкое стекло (41,88-44,86 мас. ), очесы полиэфирного волокна (16,7916,88 мас. ), гипс (3,49-8,64 мас. ) и воду (32,6-34,86 мас. ) 1. Теплоизоляционный материал, изготовленный из известной сырьевой смеси, обладает высокой усадкой, приводящей к короблению изделий. При этом значительные внутренние напряжения, возникающие в процессе сушки материала, приводят к снижению долговечности теплоизоляционных конструкций. Известна также сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного строительного материала, включающая отходы производства фтористого алюминия (2-3,5 мас. ), жидкое стекло (6,6-7,4 мас. ), воду (66-70 мас. ) и отходы шерстяного производства (21,423,5 мас. ) 2. Теплоизоляционный строительный материал, сформированный из известной сырьевой смеси, обладает относительно низкими физико-механическими и теплофизическими свойствами, а также малой долговечностью при циклическом изменении плюсовых температур на минусовые. Наиболее близкой к заявляемой является сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного строительного материала, включающая полиакрилонитрильные (ПАН) волокна (100 мас. ч.), жидкое стекло (16-50 мас. ч. по сухому остатку), мел (5-20 мас. ч.) и воду(30-70 мас. ч.) 3. Теплоизоляционный строительный материал, изготовленный из известной сырьевой смеси, обладает низкой стойкостью к циклическому изменению температур от 50 С до -70 С и высоким водопоглощением. Низкая прочность теплоизоляционных плит,сформированных из такой сырьевой смеси, затрудняет их применение в конструкциях,испытывающих вибрационные нагрузки. Кроме этого, высокая горючесть материала, изготовленного из известной сырьевой смеси, затрудняет применение теплоизоляционных плит в теплозащитных конструкциях, эксплуатирующихся при повышенных температурах. Предлагаемая сырьевая смесь обеспечивает решение такой задачи, как получение теплоизоляционных материалов на основе отходов натуральных и синтетических волокон и жидкого стекла. Технический эффект заявляемого технического решения заключается в улучшении эксплуатационных свойств теплоизоляционного материала за счет снижения его водопоглощения, увеличения стойкости материала к вибрационным воздействиям и его стойкости к циклическим изменениям температур от 50 С до -70 С. Указанный технический результат достигается тем, что в сырьевую смесь, включающую жидкое стекло, волокнистый наполнитель, мел и модификатор, вводят в качестве модификатора смесь латекса и продукта взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния и дополнительно минеральный наполнитель и кремнийорганическую жидкость при следующем соотношении компонентов, мас. ч. волокнистый наполнитель 100 жидкое стекло (сухой остаток) 15-60 мел 3-25 латекс (сухой остаток) 0,1-10 минеральный наполнитель 0,2-8 кремнийорганическая жидкость 0,01-1 продукт взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния 0,1-5. В качестве неорганического связующего для получения теплоизоляционного материала использовано калиевое (ТУ 6-18-204-74) и натриевое (ГОСТ 13078-81) жидкое стекло,что позволяет значительно снизить стоимость плит. Однако неорганическая матрица на 2 6041 1 основе жидкого стекла обладает низкими прочностными свойствами и является хрупкой. В связи с этим для ускорения сушки материала, повышения его физико-механических свойств и эластичности в сырьевую смесь вводили мел (ГОСТ 4530-76) и латекс марок СКС-30 ШР (ГОСТ 11808-76) и ВС-50 (ГОСТ 15080-77). Введение в сырьевую смесь жидкого стекла, мела и латекса выше оптимальной концентрации увеличивает водопоглощение и удорожает теплоизоляционный материал, а ниже оптимальной концентрации уменьшает стойкость к циклическим изменениям температуры от 50 С до -70 С и к вибрационным воздействиям. Для снижения расхода связующего, повышения эффекта утилизации отходов, уменьшения объемного веса материала в качестве волокнистого наполнителя использовали разволокненные отходы текстильной промышленности хлопчатобумажное трикотажное полотно (ГОСТ 1230-78), льняные (ГОСТ 44-75), хлопчатобумажные (ГОСТ 11680-76) и шерстяные (ТУ 63-178-29-87) ткани и отходы химических и синтетических волокон вискозные (ТУ 6-08-462-74), полиамидные (ОСТ 638-84), полиэфирные (ТУ 6-06-28-2-82) и полиакрилонитрильные (ПАН) волокна (ОСТ 17-136-79). Снижения водопоглощения, повышения стойкости материала к циклическим изменениям температур от 50 С до -70 С и к вибрационным нагрузкам достигали путем введения в сырьевую смесь минерального наполнителя, кремнийорганической жидкости ГКЖ-94 (ГОСТ 10834-76) и продукта взаимодействия трихлоруксусной кислоты (ТУ 6-093195-66) с оксидом магния (ГОСТ 4526-67). При этом снижается скорость горения материала, и он обладает свойствами самозатухания, повышается его грибостойкость, несколько увеличивается эластичность теплоизоляционных плит. В качестве минерального наполнителя могут быть использованы каолин (ГОСТ 19608-74), двуокись кремния (ГОСТ 9077-59), тальк (ГОСТ 19729-74) и другие вещества. Введение минерального наполнителя,кремнийорганической жидкости и продукта взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния ниже оптимальной концентрации повышает водопоглощение теплоизоляционного материала, а выше оптимальной концентрации снижает его стойкость к циклическому воздействию температур от 50 С до -70 С и стойкость к вибрационным воздействиям. Продукт взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния получен самими авторами по технологии, описанной в работе Сычева М.М. Неорганические клеи. Л., Химия, 1974. С. 51. Для этого в трихлоруксусную кислоту порциями вводили оксид магния и тщательно перемешивали. Наиболее высокими физико-механическими свойствами обладает продукт взаимодействия, содержащий оксид магния и трихлоруксусную кислоту в соотношении 31. Рентгенографическое исследование показало, что после термообработки при 80 С в течение 5 часов в объеме образца из продукта взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния формируется кристаллическая структура с межплоскостным расстоянием 7,2 . После измельчения продукт взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния в виде порошка вводят в жидкое стекло. В настоящее время латексы применяют в качестве клея в производстве нетканых материалов (см. статью Устинова Е.Т. Синтетические латексы в качестве склеивающих компонентов при получении нетканых материалов // В кн. Синтез латексов и их применение. М., 1961. С. 332-337). Выше перечисленные минеральные наполнители, мел и оксид магния используются преимущественно в качестве наполнителей и пигментов при изготовлении водоэмульсионных и масляных красок и красок на основе полимерных связующих (см. кн. Гольдберг М.М. и др. Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов. М., 1978. С. 275-318). Кремнийорганические жидкости используется преимущественно в качестве поверхностно-активных веществ при изготовлении пропиточных растворов (см. кн. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. Л., 1979. С. 317-318). 3 6041 1 В отличие от известных технических решений нами предложено использовать мел,кремнийорганическую жидкость, минеральный наполнитель и латекс для снижения водопоглощения теплоизоляционного материала и для увеличения его стойкости к циклическим изменениям температур от 50 С до -70 С и к вибрационным воздействиям. При этом наблюдается усиление указанных свойств материалов в результате присутствия в композиции продукта взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния, который одновременно способствует снижению скорости горения материала и придает ему свойства самозатухания. Таким образом, в сравнении с известными техническими решениями заявляемый объект обладает существенными отличиями, а получение положительного эффекта обусловлено всей совокупностью признаков. Технология изготовления теплоизоляционных изделий из разработанной сырьевой смеси заключается в следующем. Жидкое стекло тщательно перемешивают с мелом и разбавляют водой в соотношении 11. Затем вводят кремнийорганическую жидкость и раствор латекса и снова перемешивают. После этого при постоянном перемешивании вводят минеральный наполнитель и продукт взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния. Ковер, сформированный из волокнистого наполнителя в виде плит, пропитывают раствором связующего, избыток удаляют путем вакуумирования, а затем проводят тепловую обработку при 120-130 С. Примеры составов известной и предлагаемой композиций представлены в табл. 1, основные свойства композиций - в табл. 2. Как видно из таблицы 1, сочетание выбранных компонентов позволяет снизить водопоглощение теплоизоляционного материала в 11,821,7 раза, повысить его стойкость к циклическим изменениям температур от 50 С до 70 С в 6,2-8,6 раз и увеличить стойкость к вибрационным воздействиям в 17,6-24,2 раза. Отсутствие в сырьевой смеси как индивидуальных модификаторов (кремнийорганической жидкости (состав 11), латекса (состав 12), продукта взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния (состав 13), минерального наполнителя (состав 14), так и модификаторов парных сочетаний (латекс и продукт взаимодействия трихлоруксусной кислоты с оксидом магния (состав 15), минерального наполнителя и кремнийорганической жидкости(состав 16), латекса и кремнийорганической жидкости (состав 17 приводит к ухудшению свойств теплоизоляционного материала. Измерение водопоглощения теплоизоляционных плит осуществляли путем помещения образцов в сосуд с дистиллированной водой и выдержки в ней в течение трех суток. О степени водопоглощения образцов судили по количеству сорбированной влаги в сравнении с сухими образцами. Стойкость материала к циклическим изменениям температур исследовали с помощью термоклава , где выдерживались образцы при 50 С в течение 1 суток, затем переносились в холодильную камеру 250/70 и выдерживались при температуре -70 С в течение 9 часов. Затем холодильник с образцами отключали на 15 часов и образцы отдыхали. После этого процесс повторялся сначала. О стойкости материала к циклическим воздействиям температур от 50 С до -70 С судили по количеству циклов, при которых наблюдается уменьшение разрешающего напряжения при изгибе образцов материала. Устойчивость теплоизоляционного материала к вибрационным воздействиям исследовали на специально сконструированном стенде. Для этого образец материала наклеивали на пластинку из пружинной стали, которая подвергалась вибрационным колебаниям с частотой 50 Гц с помощью электромагнита. О стойкости материала к вибрационным воздействиям судили по продолжительности времени до начала расслаивания образца.(сухой остаток) СКС-30 ШР БС-50 Минеральный наполнитель Каолин Двуокись кремния Тальк Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94 Продукт взаимодействия трихлоруксусной кислоты и оксида магния Отходы волокон Льняных Хлопчатобумажных Шерстяных Вискозных Полиэфирных ПАН 100 Полиамидных Вода 70 Средние значения характеристик для составов Про ЗапреИсследуемые составы то- дельные Заявляемый состав тип составы 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Водопоглоще 615 82,3 100 28,3 46 52 36 33 42 51 31 528 302 310 281 184 250 260 ние,Количество циклов изменения температур от 50 С до -70 С 11 36 45 86 72 78 69 75 88 92 95 29 22 26 32 21 28 24 до начала падения разрушающего напряжения при изгибе Продолжительность вибрационного воздействия 1,5 10,6 8,4 29,4 26,4 31,5 35,6 32,1 33,4 36,4 30,5 5,6 9,3 9,8 8,6 12,3 3,4 4,2 на частоте 50 Гц до начала расслаивания материала, час Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.