ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПРОДУКТЫ
HIGHLY EFFECTIVE HEAT-INSULATING PRODUCTS

Настоящее изобретение относится к высокоэффективному теплоизоляционному продукту, способу его получения, а также к его применению в области строительства, например, на первичном или вторичном рынке жилья для изоляции стен зданий, или для изоляции плавающих полов, потолков, террас, наружных стен и даже труб, и т.д., причем эти изоляционные материалы имеют, в частности, вид панелей или полос.
Как для первичного, так и для вторичного рынка жилья потребность в эффективных изоляционных продуктах, в частности, теплоизоляционных, всегда остается значительной. Спрос на продукты, предлагающие улучшенные изоляционные свойства и отвечающие конкретным техническим требованиям, предъявляемым к строительным работам, остается неизменным. Предпочтительно также, в этом поиске материалов, предлагающих улучшенную теплоизоляцию, чтобы указанные материалы имели также такие же и даже улучшенные другие свойства, желательные при строительстве зданий, в частности, что касается механической прочности или огнестойкости, звукоизоляции и т.д.
В настоящее время известно очень большое число теплоизоляционных материалов. Из наиболее широко распространены продуктов можно назвать волокнистые изоляционные материалы на основе натуральных или синтетических волокон, такие, как стекловата или каменная вата, изоляционные материалы ячеистой структуры типа вспененного полимера, такие как пенополистирол или экструзионный полистирол, или фенольные пенопласты, или пенополиуретаны. Тепловые характеристики по существу неорганических изоляционных материалов выражаются в значениях удельной теплопроводности λ обычно выше 32-35 мВт/м·K, в частности, порядка 40 мВт/м·K, причем эти величины могут быть еще более низкими в случае по существу органических изоляционных материалов, например, в случае изоляционных материалов сотовой структуры, включающих газ с более низкой удельной теплопроводностью, чем воздух, чтобы улучшить тепловые характеристики. Однако недостатком таких материалов является сложность удержания газа в матрице со временем, и материал, старея, теряет часть своих тепловых характеристик. Кроме того, в органических изоляционных материалах реакция на воздействие огня является плохой вследствие их природы.
Можно также прибегнуть к материалам, в которых осуществляли вакуумирование, чтобы получить, например, вакуумные панели. Эти изоляционные материалы трудно использовать, так как их нельзя ни резать, ни сверлить, и они могут постепенно терять вакуум в течение долгого времени.
В качестве изоляционных продуктов известны также аэрогели, обычно в виде полупрозрачных гранул или тонкого порошка, особенно эффективные с точки зрения теплоизоляции, но плохие механические свойства которых заставляют использовать их вместе с зашитой или армирующим материалом, или аэрогели внутри матов (или холстов), образованных из спутанных волокон (механически прочных), которым может быть затруднительно придать определенную форму. Эти аэрогели сложно и дорого получать на промышленном масштабе, они требуют деликатных условий сушки, и их сочетание с другими изоляционными материалами, чтобы получить надлежащую механическую прочность или подходящую форму, является сложным. Кроме того, требуется ограничить содержание присутствующих органических компонентов (обычно образующихся в процессе синтеза аэрогелей и/или поступающих с добавками, добавляемыми в ходе получения этих изоляционных материалов) в продуктах на основе аэрогеля, использующихся для теплоизоляции зданий, из соображений огнестойкости, обычно желательной для этих приложений.
3
В качестве изоляционных материалов на основе аэрогелей имеются, в частности, полотна (или маты, или холсты) из неорганических и/или органических волокон толщиной несколько миллиметров, которые были пропитаны химическими реактивами, предназначенными для получения аэрогеля, при этом аэрогель образуется между волокнами полотен, позволяя тем самым иметь тесно связанную структуру. Полотна обычно упаковывают путем намотки вокруг своей оси, но с ними обычно сложно обращаться, поэтому эти полотна, являющиеся очень пыльными и обычно остающиеся хрупкими, не подходят для применения в строительстве. Так как эти полотна являются, кроме того, плотными (например, плотность порядка 150 кг/м), их сборка с другим слоями, в частности, аналогичными слоями, остается проблематичной, так как скрепление должно быть эффективным, легко реализуемым на промышленном масштабе и не должно негативно отражаться на хороших изоляционных свойствах материала, обеспечиваемых аэрогелями (в частности, не должно приводить к повышению значений удельной теплопроводности), или на других искомых свойствах (таких, как огнестойкость для строительных применений).
Настоящее изобретение направлено на создание нового высокоэффективного теплоизоляционного продукта, не имеющего вышеуказанных недостатков, в частности, продукта, демонстрирующего очень хорошие теплоизоляционные свойства, а также хорошую механическую прочность, легкого в изготовлении и простого в обращении, причем указанный продукт должен иметь также хорошее сопротивление старению и огнестойкость.
Эта цель была достигнута благодаря изоляционному продукту согласно изобретению, причем указанный продукт состоит из по меньшей мере двух (тепло)изоляционных слоев, в частности, в виде матов, содержащих аэрогели, каждый из указанных слоев содержит (или образован из) 25-95 вес.%, в частности, 40-50 вес.% аэрогелей, предпочтительно неорганических, и 5-75 вес.%, в частности, 20-40 вес.% волокон, предпочтительно неорганических (по меньшей мере на 50 вес.%, предпочтительно до 100 вес.%), в частности, стекловолокон или каменных волокон), причем указанные изоляционные слои скреплены друг с другом с помощью органического клея, предпочтительно водного (изначально, перед сушкой клея, когда из него удаляется вода), на основе одного или нескольких виниловых полимеров. Изоляционный продукт согласно изобретению предпочтительно имеет высшую теплоту сгорания (PCS) меньше 3 МДж/кг (при этом PCS оценивается на 1 кг продукта, как указывается ниже) и сопротивлении разрыву (прочность на растяжение) выше 1 кПа.
r
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, органический клей, использующийся для скрепления изоляционных слоев продукта по изобретению, имеет PCS (на 1 кг клея) меньше 24 МДж/кг, и/или вклад указанного клея в PCS продукта (или относительная PCS, иначе PCS, соответствующая значению PCS клея (на 1 кг клея), умноженному на весовое содержание клея в продукте, причем продукт может содержать один или несколько сплошных или дискретных слоев клея, в зависимости, в частности, от числа изоляционных слоев, которые требуется склеить) меньше разности между максимальным значением PCS изоляционного продукта по изобретению (равным 3 МДж/кг) и значением PCS всей системы, состоящей из изоляционных слоев, еще не снабженных клеем, в частности, ниже 0,7 МДж/кг, причем каждый изоляционный слой, как и система, состоящая из изоляционных слоев, еще не снабженных клеем, имеет, кроме того, PCS (на кг указанного слоя или слоев) меньше или равную примерно 2,3 МДж/кг, в частности, строго меньше 2,35 МДж/кг и предпочтительно меньше или равную 2,3 МДж/кг.
Согласно изобретению, органический клей, использующийся для скрепления изоляционных слоев изоляционного продукта по изобретению, предпочтительно исходно является водным клеем, образованным из компонентов в водном растворителе (или воде, возможно содержащей добавки), причем этот клей склеивает предпочтительно в результате испарения водяного пара (при температуре окружающей среды или, при необходимости, в результате сушки), кроме того, указанный клей предпочтительно имеет в основе один или несколько виниловых полимеров (в водном растворителе), и указанные полимеры обеспечивают склеивание.
Теплоизоляционный продукт согласно изобретению является особенно предпочтительным: наряду с хорошими тепловыми характеристиками он имеет улучшенные огнестойкость, механическую прочность и долговечность, сохраняя при необходимости простоту изготовления (из матов аэрогелей, которые укладывают друг на друга и склеивают, причем клей предпочтительно действует в результате испарения) и облегчает манипуляции, в частности, более удобное укладывание. Предпочтительно, он имеет огнестойкость класса A2 согласно стандарту EN 13501-1, несмотря на присутствие органического клея, и имеет удельную теплопроводность ниже 25 мВт/м·K, предпочтительно ниже 22 мВт/м·K и даже ниже 18 мВт/м·K или ниже 15 мВт/м·K.
Таким образом, теплоизоляционный продукт согласно изобретению представляет собой многослойный композиционный материал (образованный из слоистой структуры), содержащий по меньшей мере два (тепло)изоляционных слоя на основе аэрогелей, соединенных между собой органическим клеем, в частности, с помощью по меньшей мере одного органического клеящего соединения или агента, склеивающего вещества или связующего.
Под органическим клеем понимается клей (или композиция, обладающая клеящей способностью, причем указанную клеящую способность оценивают, в частности, по прочности на растяжение, измеренной на продукте, образованном из склеенных между собой слоев, перпендикулярно плоскости слоев, согласно стандарту NF EN 1607)), на основе по меньшей мере одного органического соединения, обеспечивающего склеивание (или адгезионного агента), причем содержание органического соединения или соединений, присутствующих в клее (включая соединения, обеспечивающие склеивание, и при необходимости другие органические соединения, возможно присутствующие в клее), от всех присутствующих соединений, в расчете на сухие вещества (или сухой экстракт), предпочтительно составляет по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 75%, в частности, по меньшей мере 90% и даже 100% по весу. В соответствии с настоящим изобретением, клей в качестве адгезионных агентов предпочтительно содержит в основном (то есть в количестве по меньшей мере 50 вес.% от количества присутствующих адгезионных агентов, в частности, по меньшей мере 75% и предпочтительно по меньшей мере 90%) один или нескольких виниловых полимеров, выбранных, в частности, из гомополимеров поливинилацетата (PVAC) или сополимеров поливинилацетата (в частности, с малеатами, этиленом или акрилатами и т.д.), а предпочтительно состоит исключительно из таких виниловых полимеров, причем эти полимеры обеспечивают склеивание и, как указывалось выше, обычно изначально диспергированы (в частности, в виде эмульсии или суспензии) в клее в водной фазе (или среде) или в воде, причем затем водную среду (воду) обычно удаляют испарением во время сушки продукта (при температуре окружающей среды или при более высокой температуре), что позволяет полимерам обеспечить искомое склеивание. Сухой экстракт клея (остаточное содержание после испарения растворителя) обычно составляет от 40 до 60 вес.%.
M
C
M
c
M
M
c
c
M
c
Высшая теплота сгорания (PCS) продукта или материала означает тепловую энергию, выделяющуюся при сжигании килограмма указанного продукта или материала. В частности, в настоящем изобретении измерение PCS проводят в соответствии со стандартом EN 13501, осуществляя измерение на каждом типе компонента изоляционного продукта, в частности, на каждом типе изоляционного слоя (PCS) композиционного продукта по изобретению и на используемом клее (PCS), причем значение PCS теплоизоляционного продукта как целого получают простым расчетом, складывая PCS разных составляющих, умноженные на их массовое содержание в полном продукте (например, для продукта, состоящего из нескольких одинаковых матов аэрогелей полным весом m, склеенных друг с другом клеем, вес которого в полном продукте равен m, т.е. PCS продукта равна (PCS·m+PCS·m)/(m+m). В частности, PCS продукта по изобретению ниже 3 МДж/кг, что, таким образом, позволяет ему оставаться в классе A2 по классификации огнестойкости.
Для измерения прочности на растяжение (оценивается перпендикулярно плоскости изоляционных слоев согласно стандарту NF EN 1607), испытание согласно настоящему изобретению состоит, в частности, в приложении нагрузки к двум изоляционным слоям, из которых образован продукт, причем указанные слои были склеены слоем используемого клея, причем клей наносили сплошным слоем и сушили при температуре окружающей среды до получения постоянной массы в течение периода, который может доходить до нескольких дней. Предварительно оба изоляционных слоя жестко закрепляли на деревянных панелях путем склеивания с помощью подходящего клея, клеящая способность которого больше, чем у клея, используемого для склеивания изоляционных слоев друг с другом, и затем прикладывали растягивающее усилие к двум деревянным панелям, чтобы отклеить оба слоя.
in situ
(Тепло)изоляционные слои, из которых образована структура изоляционного продукта согласно изобретению, предпочтительно являются волокнистыми слоями (образованными из волокон), в частности, типа матов (или полотен, или холстов, образованных из спутанных волокон (в частности, нитей и/или филаментов), образующих пористую, или "дискретную" структуру, содержащими аэрогели (или аэрогель). Каждый волокнистый слой может быть получен известным способом, например, путем осаждения волокон, выходящих из фильеры или другого устройства прядения (в частности, полученные центрифугированием с последующей вытяжкой), на ленточный конвейер и возможного соединения волокон друг с другом путем механического зацепления, в частности, иглопробиванием, или посредством химических связей с помощью связующего, нанесенного на волокна. Аэрогели можно ввести в волокна различными способами, пропиткой волокнистых слоев раствором или с помощью раствора, позволяющего образовать аэрогели , или путем смешения с предварительно образованными аэрогелями. Предпочтительно, волокнистые слои пропитывают реагентами (раствором, содержащим реагенты), позволяющими получить аэрогели, затем проводят экстракцию жидкости и гелеобразование, в частности, в сверхкритических условиях, чтобы получить изоляционные слои, содержащие аэрогели.
Каждый волокнистый слой может быть образован из волокон различного типа. Предпочтительно, большинство (по меньшей мере 50 вес.%, в частности, по меньшей мере 75% или по меньшей мере 80 вес.% волокон) и даже все волокна каждого слоя являются неорганическими/минеральными волокнами, эти волокна могут быть выбраны, в частности, из стекловолокон (или стекловаты), каменных волокон (или каменной ваты), керамических волокон, базальтовых волокон и т.д., и предпочтительно являются стекловолокнами. При необходимости можно включить в незначительном количестве (в частности, менее 20 вес.% или менее 10 вес.% волокон) органические волокна (такие, как волокна полиэтилена, полипропилена, полиакрилонитрила, полиамида, арамида, сложного полиэфира, полимолочной кислоты, полиэтилентерефталата (PET) и т.д.). Предпочтительно, волокна, образующие волокнистые слои, являются стекловолокнами, например, из стекла E или стекла C, или каменными волокнами.
Волокнистый слой при необходимости может также включать связующее в содержании менее 7 вес.% (сухих веществ) от веса слоя, причем это связующее при необходимости позволяет связать волокна друг с другом, и, в частности, является связующим на водной основе, причем указанное связующее при необходимости может содержать различные органические или неорганические соединения (смолы, добавки и т.д.).
3
3
Волокнистые слои, из которых образованы изоляционные слои по изобретению, предпочтительно являются пористыми и дышащими, то есть проницаемыми для диффузии водяного пара и воздуха. Каждый из них предпочтительно имеет плотность от 8 до 90 кг/м, в частности, порядка 60 кг/м. Толщина каждого волокнистого слоя составляет, в частности, от 6 до 20 мм, в частности, от 8 до 15 мм.
Согласно изобретению, волокнистые слои, из которых образованы изоляционные слои продукта, предпочтительно представляют собой маты на основе (т.е. содержащие преимущественно, т.е. по меньшей мере 80 вес.%) стеклянных волокон E или C (и, возможно, содержащие, в количестве менее 20% от веса волокон, органические волокна типа PET), толщиной примерно 10-15 мм, которые были пропитаны химическими реактивами, предназначенными для образования аэрогеля, чтобы получить в соответствии с изобретением, изоляционные слои на основе аэрогелей.
Аэрогели, использующиеся для получения изоляционных слоев согласно изобретению, предпочтительно являются неорганическими аэрогелями, в частности, на основе оксидов, такими, как аэрогели на основе оксида кремния, алюминия и/или титана. Предпочтительно, продукт согласно изобретению содержит по меньшей мере один аэрогель из оксида кремния в качестве аэрогеля, и предпочтительно состоит в основном (т.е. по меньшей мере на 50%, предпочтительно на 100% от веса аэрогелей) или исключительно из аэрогелей из оксида кремния. Содержание аэрогелей в продукте по изобретению обычно составляет от 40 до 50 вес.% указанного продукта.
Аэрогели обычно получают из геля, полученного, например, гидролизом в присутствии растворителя, а затем путем гелеобразования в присутствии катализатора, исходя из предшественника, а затем путем испарения или экстракции жидкости, образующей гель (например, в сверхкритических или подкритических условиях), чтобы заменить указанную жидкость газом (в частности, воздухом), не разрушая пористую структуру. Аэрогели, полученные таким способом, являются высокопористыми материалами, с открытыми порами нанометрового размера.
Согласно изобретению, аэрогели предпочтительно получают пропиткой вышеуказанных волокнистых слоев раствором, содержащим реагенты, позволяющие образовать указанные аэрогели, как указано выше. Полученные таким способом слои, или маты, аэрогелей (усиленных волокнами) выпускаются, например, под названием Spaceloft или Cryogel фирмой Aspen Aerogel Inc. Аэрогели можно также получать независимо от волокнистых слоев и смешивать затем с указанными слоями, чтобы получить изоляционные слои.
Так как доступные для приобретения маты аэрогелей обычно имеют малую толщину вследствие процесса их получения и необходимости сверхкритической сушки, они не дают возможности по отдельности получить удовлетворительную изоляцию. Настоящее изобретение позволяет, сочетая их, в частности, с надлежащим образом выбранным клеем, получить всю совокупность искомых свойств, в частности, термических и механических, без существенного ухудшения термических характеристик системы.
Как указано выше, используемые маты аэрогелей предпочтительно имеют значение PCS меньше или равное примерно 2,3 МДж/кг, то есть промежуточный продукт, состоящий из не склеенных слоев аэрогелей, имеет PCS меньше или равную примерно 2,3 МДж на килограмм указанного промежуточного продукта (совокупности не склеенных слоев). Что касается аэрогелей, они предпочтительно имеют такой состав и получены таким способом (сверхкритическая сушка гидрофобного спиртового геля), чтобы по своей природе иметь низкую PCS.
2
Теплоизоляционный композит согласно изобретению образован, в частности, из укладки вышеуказанных изоляционных слоев. Он содержит по меньшей мере два указанных изоляционных слоя, предпочтительно по меньшей мере три, в частности, четыре или по меньшей мере четыре (в частности, когда указанные слои имеют толщину меньше 10-15 мм), причем указанные изоляционные слои являются вышеуказанными слоями аэрогелей, каждый слой находится в виде мата, как указано выше, и каждый изоляционный слой укладки предпочтительно является по существу неорганическим. Как указывалось выше, каждый изоляционный слой содержит аэрогели и волокна и может также содержать другие неорганические наполнители и/или одну или несколько добавок, в содержании, например, менее 10 вес.%, в частности, когда стремятся получить одно или несколько свойств и/или функций (например, инфракрасные замутнители (=вещества, снижающих пропускание ИК-излучения), графит, силикат кальция и т.д.), и/или может содержать, как уже указывалось, одно или несколько связующих, и/или масел, и/или силиконов и т.д. Замутнитель (например, углеродная сажа, графит, или оксид, как диоксид титана ΤiΟ, и т.д.) можно также добавлять в аэрогели в процессе их получения или на полученные частицы.
Кроме адгезионных агентов, клей предпочтительно содержит воду (водная среда) и при необходимости может также содержать одну или несколько растворимых или нерастворимых добавок в количестве ниже 20 вес.% (в сухом экстракте), таких как диспергаторы, регуляторы реологических свойств, пластификаторы, минеральные наполнители (как карбонаты кальция) и т.д. Предпочтительно, клеящая композиция содержит по меньшей мере один пластификатор, влияющий, в частности, на реологические свойства клея.
Выбранный клей позволяет склеивать между собой маты аэрогелей независимо от типов используемых аэрогелей и волокон. Его можно наносить сплошным слоем (например, валиком) или, предпочтительно, островками путем точечного склеивания, в частности, в виде линий (нитей) или точек (капель) клея, на поверхность того или иного волокнистого слоя, которые требуется склеить.
Предпочтительно, продукт согласно изобретению содержит в основном, и даже исключительно, слои на по существу минеральной основе (за исключением клея, какой определен выше, и при необходимости связующих, и/или добавок, и/или возможных органических волокон, как уже говорилось, и т.д.). Органические слои (помимо клея) могут быть допустимы, в частности, если они содержат огнезащитные добавки или по иным причинам устойчивы к огню.
2
2
2
В одном предпочтительном варианте осуществления, иллюстрируемом ниже, в котором продукт содержит четыре изоляционных слоя толщиной порядка 10 мм, изоляционные слои скреплены путем добавления органического клея на основе виниловых полимеров (в водной среде) в качестве органических клеящих компонентов (или связующих агентов или адгезионных агентов), причем содержание адгезионных агентов/виниловых полимеров (в сухом весе), нанесенных между двумя изоляционными слоями, предпочтительно меньше или равно 120 г/м (г адгезионных агентов на м склеиваемой поверхности), предпочтительно меньше или равно 80 г/м, чтобы значение PCS изоляционного продукта было меньше 3 МДж/кг, причем, как уже указывалось выше, клей предпочтительно имеет PCS ниже 24 МДж/кг.
Слои скрепляют посредством локализованных или нелокализованных связей, в частности, связями в определенных разных местах продукта (например, на краях или с регулярными интервалами по длине продукта) для улучшения изоляционных свойств и предотвращения образования тепловых мостиков, а при необходимости для сохранения определенной мягкости продукта.
Изоляционный продукт согласно изобретению предпочтительно имеет небольшую толщину, не превышающую 100 мм, предпочтительно меньше 60 мм. Толщина каждого изоляционного или волокнистого слоя обычно меньше примерно 15-20 мм, в частности, меньше примерно 13 мм.
Изоляционный продукт согласно изобретению обычно имеет (полу)жесткую форму и может быть закреплен на или вокруг подлежащих изоляции поверхностей или изделий различными способами (склеивание, скрепление скобами, фиксирование винтами и т.д.).
Использование органического клея, какой определен выше, в изоляционной структуре согласно изобретению позволяет получить предпочтительный продукт согласно изобретению без ухудшения искомых характеристик огнестойкости или теплоизоляции. Как уже указывалось, органические компоненты традиционно являются проблематичными с точки зрения огнестойкости, что делает нежелательным их применение в некоторых областях, где требуется высокая огнестойкость (в частности, огнестойкость класса A2), в частности, для зданий. Неожиданно оказалось, что продукт согласно изобретению соответствует классу огнестойкости A2, несмотря на наличие выбранного органического клея, что позволяет применять его для изоляции различных зданий, например, высотных зданий. Как уже указывалось, продукт согласно изобретению имеет также повышенную прочность на растяжение и высокую механическую прочность в течение длительного времени.
2
Термические характеристики изоляционного продукта по изобретению выражаются, в частности, в значениях удельной теплопроводности λ предпочтительно меньше 25 мВт/м·K, предпочтительно меньше примерно 22 мВт/м·K, в частности, меньше 18 мВт/м·K, причем, как будет показано позднее, изменение удельной теплопроводности из-за клея составляет не более 1 мВт/м·K относительно не проклеенной укладки. Удельная теплопроводность λ (в Вт/м·K) означает количество теплоты, проходящей через 1 м изоляционного материала толщиной 1 метр при разности температур между двумя поверхностями 1 K. Значения удельной теплопроводности λ (сравниваемые при одинаковых давлении и температуре, в частности, при атмосферном давлении (1 бар) и температуре окружающей среды (10-25°C) измерены флюксометрическим методом на модели, в частности, в соответствии с нормой IEEE 442-1981 (IEEE guide for soil thermal resistivity measurements, ISBN 0-7381-0794-8).
Теплоизоляционный композиционный материал согласно изобретению имеет PCS меньше 3 МДж на килограмм (композита), предпочтительно меньше 2,8 МДж/кг. Кроме того, PCS органического клея предпочтительно меньше 24 МДж на кг клея, предпочтительно меньше 23,5 МДж/кг.
Продукт согласно изобретению обладает хорошим компромиссом между удельной теплопроводностью, прочностью на растяжение и огнестойкостью, он соответствует требованиям, предъявляемым к гигиеническим материалам и к безопасности, в отличие от других сборных систем из матов аэрогелей, полученных с другими типами клеев, такими, как неорганические клеи на основе силикатов или клеи на основе органических растворителей, которые, как будет показано ниже, не позволяют получить всю совокупность искомых характеристик.
Объектом изобретения является также способ получения изоляционного продукта согласно изобретению, причем указанный способ включает по меньшей мере одну стадию склеивания по меньшей мере двух изоляционных слоев, в частности, в виде матов, содержащих аэрогели, причем каждый из указанных слоев содержит от 25 до 95 вес.% аэрогеля и от 5 до 75 вес.% волокон, в частности неорганических, причем указанное склеивание осуществляют с помощью органического клея, предпочтительно водного, на основе одного или нескольких виниловых полимеров. Как указывалось выше, полученный изоляционный продукт предпочтительно имеет высшую теплоту сгорания менее 3 МДж/кг и прочность на растяжение выше 1 кПа.
Согласно описанному выше способу, слои, образующие продукт, помещают друг на друга и скрепляют между собой, чтобы получить конечный блок или панель толщиной меньше 100 мм, которую при необходимости можно увеличить путем отделки, например, стекломатом, в частности, чтобы снизить запыление, и/или покрыть на одном или нескольких ребрах клейкой лентой, например, из алюминия, по тем же причинам.
После того как слои аэрогеля(ей) были покрыты органическим клеем (или адгезивом, или клейким компонентом), слои укладывают друг на друга и края выравнивают так, чтобы все слои образовывали геометрическую форму с прямолинейными кромками (например, прямоугольник).
2
Как уже указывалось выше, клей можно наносить разными способами (напылением, прямым нанесением и т.д.), в частности, в количестве от 5 до 120 г, в частности, от 10 до 80 г клеящего компонента (в сухом весе) на м проклеиваемого слоя. При необходимости этот вес можно наносить на поверхность слоев для лучшего контакта во время склеивания.
Затем изоляционный продукт сушат (при этом из клея удаляется вода) либо путем сушки при температуре окружающей среды (позволяя воде испариться), либо путем нагрева (например, помещая в печь при температуре 30-115°C), причем температура и продолжительность сушки могут меняться в зависимости от числа слоев аэрогелей, количества и содержания твердых веществ в клее и от геометрии продукта.
Способ может также включать стадию чистовой отделки и кондиционирования и/или стадию резки. Можно, в частности, отрезать края изоляционного продукта после сборки слоев или разрезать слои, содержащие аэрогели, на требуемые размеры. При необходимости можно нанести кроющий материал на поверхность, чтобы защитить продукт или усилить его, например, вуаль, скотч, смазку и т.д.
Настоящее изобретение и его преимущества станут более понятными при рассмотрении следующих примеров, приведенных исключительно в целях иллюстрации, но не ограничения.
2
2
2
В каждом их этих примеров продукт получали, исходя из четырех эталонных матов из аэрогелей (изоляционные слои) Spaceloft A2, производства фирмы Aspen Aerogel Inc, каждый размерами 600×600 мм (или 200×200 мм для проведения испытания прочности на растяжение) и толщиной 10 мм, эти четыре мата укладывали друг на друга, каждый мат содержал аэрогели из диоксида кремния и имел плотность 200 г/м. Продукт имел толщину порядка 40 мм.
В первом сравнительном примере (эталонный пример 1) не по изобретению изоляционный продукт состоял только из четырех вышеуказанных слоев, уложенных друг на друга, но не склеенных.
2
2
Во втором сравнительном примере (эталонный пример 2) не по изобретению каждый мат склеивали с помощью органического клея в органическом растворителе (CHCl) на основе канифоли, выпускаемого в продажу под названием Swiftcoll 4035 фирмой HB Fuller, этот клей содержит 32 вес.% клеящих компонентов канифоли в клеящей композиции.
В третьем сравнительном примере (эталонный пример 3) не по изобретению каждый мат склеивали с помощью водно-органического клея на основе силикатов натрия, продаваемого под названием Acrobond M25S фирмой AS Technologie, этот клей содержит 49 вес.% клеящих компонентов винилацетата в клеящей композиции.
В последнем примере, на этот раз иллюстрирующем настоящее изобретение, каждый мат был склеен с помощью водно-органического клея на основе сополимеров винилацетата и пластификатора, этот клей выпускается в продажу под названием Tarbicol DB56E1 фирмой Bostik, он содержит 53 вес.% клеящих соединений винилацетата в клеящей композиции.
В примерах со склеиванием клей наносили сплошным слоем с помощью кисти. Сушку панелей проводили в лабораторном вытяжном шкафу или в печи при 110°C в течение периода от 1 ч до нескольких дней, в зависимости от скорости высыхания использованного клея.
2
Удельную теплопроводность измеряли в соответствии с принципами флюксметрического метода при температуре 10°C и атмосферном давлении, при этом точность измерения оценивается в 5%. Для осуществления этого испытания было решено использовать клей в количестве 100 г/м (нанесенный слой).
2
2
Для измерения прочности на растяжение испытание состояло в приложении нагрузки к двум матам, склеенным слоем клея. Оба мата были предварительно жестко прикреплены к двум деревянным панелям, к которым прикладывали растягивающее усилие, чтобы отклеить оба мата. Для реализации этого испытания было решено использовать клей в количестве 120 г/м (сухой клей). Клей наносили сплошным слоем в тех же условиях, какие были описаны при получении панелей размерами 600×600 мм. Для каждого типа клея было сделано по три одинаковых образца.
2
Измерение высшей теплоты сгорания (PCS) на 50 г образца и для количества клея 75 г/м проводили на одном из сравнительных матов Spaceloft A2, а затем на каждом клее. Простой расчет позволил узнать, в зависимости от количества нанесенного клея, величину PCS готового композиционного материала, причем для сохранения, в частности, классификации по огнестойкости A2, значение PCS должно быть ниже 3 МДж/кг.
Эталонный пример 1:
Были получены следующие результаты:
- удельная теплопроводность λ=19,8 мВт/м·K
- PCS продукта=2,3 МДж/кг
Эталонный пример 2:
Были получены следующие результаты:
- изменение удельной теплопроводности
после склеивания
перед склеиванием
λ - λ=1 мВт/м·K
- прочность на растяжение: 4 кПа
- PCS клея=37,9 МДж/кг
- PCS продукта=3,3 МДж/кг
Эталонный пример 3:
Были получены следующие результаты:
- изменение удельной теплопроводности
после склеивания
перед склеиванием
λ - λ=0,8 мВт/м·K
- прочность на растяжение: 0,6 кПа
- PCS клея=0 МДж/кг (невоспламеняющийся)
- PCS продукта=2,3 МДж/кг
Пример согласно изобретению
Были получены следующие результаты:
- изменение удельной теплопроводности
после склеивания
перед склеиванием
λ - λ=0,8 мВт/м·K
- прочность на растяжение: по меньшей мере 2.3 кПа
- PCS клея=23 МДж/кг
- PCS продукта=2,9 МДж/кг
Полученные результаты показывают, что продукт согласно изобретению позволяет достичь лучшего компромисса между удельной теплопроводностью, прочности на растяжение и огнестойкостью по сравнению с другими системами из матов с аэрогелями, полученными с клеями другого типа, не позволяющими получить все искомые характеристики.
Действительно, что касается удельной теплопроводности, изменение удельной теплопроводности считается значительным, если он больше 1 мВт/м·K, поэтому органический клей в органическом растворителе по сравнительному примеру 2 негативно влияет на искомые теплоизоляционные свойства. Что касается прочности на растяжение, неорганический клей по сравнительному примеру 3 имеет недостаточное склеивание, что не позволяет использовать его в большинстве приложений в строительстве, предусмотренных для искомого изоляционного продукта, у которого прочность на растяжение должна быть выше 1 кПа. Что касается PCS композиционного материала, органический клей в органическом растворителе по сравнительному примеру 2 ухудшает характеристики огнестойкости полученного продукта, так как PCS полученного продукта превышает 3 МДж/кг. Кроме того, клей из примера согласно изобретению легко наносить, он легко образует клеевую нить, которая не рвется, в отличие от того, что наблюдалось с двумя другими клеями.
Продукт подходит, в частности, для изоляции зданий, например, изоляции внутренних или наружных стен (причем указанный продукт годится, в частности, для нанесения на внутренние поверхности наружных стен зданий), или изоляции плавающих полов, потолков, террас и т.д., и может также с успехом применяться для тепло- и даже звукоизоляции любых других поверхностей (например, контейнеров и т.д.).