Состав для изготовления теплоизоляционного материала
COMPOSITION FOR MAKING HEAT-INSULATING MATERIAL

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для изготовления теплоизоляционного материала, предназначенного для термоизоляции чердачных и подвальных перекрытий, а также фасадов зданий.
Для теплоизоляционных материалов указанного назначения чрезвычайно важными показателями являются: экологическая безопасность, срок эксплуатации, горючесть и механическая прочность.
Известен состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий в качестве отверждаемой основы карбамидную смолу, хлористый аммоний, полуводный фосфогипс, пенополистирол, сульфитный щелок, перлитовый песок и воду (а.с. СССР №1505909).
Однако изделия из этого состава при высокой объемной массе имеют низкую механическую прочность.
Известен состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий в качестве отверждаемой основы карбамидоформальдегидную смолу, кислый отвердитель, наполнитель, поверхностно-активное вещество, карбамид, силикат натрия (пат. СССР №1834870).
Однако недостатками этого состава являются относительно высокое водопоглощение готовых изделий, значительное содержание вредных примесей, низкая механическая прочность готовых изделий и низкий срок их эксплуатации из-за старения и деструкции при температурах выше 40°С.
Известен состав для изготовления теплоизоляционного материала, который содержит следующие компоненты: отверждаемая основа - карбамидоформальдегидная смола, поверхностно-активное вещество, кислый отвердитель, наполнитель, пластификатор (пат. РФ №2055820).
Однако недостатками известного состава являются: выделение изделиями в атмосферу экологически вредного формальдегида, исключающее их применение в качестве теплоизоляторов в жилищном строительстве;
- невысокий срок эксплуатации изделий, получаемых на его основе, из-за старения и деструкции полимерной основы;
- низкие характеристики пожарной безопасности готового теплоизоляционного материала.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий отверждаемую основу в виде 30-50% натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель - по крайней мере, одно из соединений, выбранное из группы, включающей ангидриды карбоновых кислот, хлорангидриды карбоновых кислот, эфиры хлормуравьиной кислоты и сульфохлориды, компонент, образующий пену, наполнитель и воду (пат. США 3850650 по кл. С04В 38/00, 1974).
Известный состав имеет следующее содержание компонентов, мас. %:
отверждаемая основа
40%-ное жидкое стекло
360-1600
отвердитель
органические соединения,
выделяющие кислоты при взаимодействии
с жидким стеклом
40-160
компонент, образующий пену,
низкокипящие органические жидкости
10-85
эмульгирующий агент
Na-С<sub>14</sub>-алкилсульфонат
4-5
наполнитель
30-200
вода
10-20
Известный состав позволяет получить пеномассу, твердеющую в процессе пенообразования.
Вспенивание состава происходит путем его нагрева, при котором вскипает эмульгированный в жидком стекле компонент, образующий пену и представляющий собой низкокипящую жидкость.
Отверждение пены происходит в результате взаимодействия жидкого стекла с эмульгированным в нем отвердителем - веществом, выделяющим в водной среде кислоту.
Однако известный состав обладает рядом недостатков:
1. Высокая экологическая опасность, как в процессе производства, так и при использовании готовых изделий, так как:
- вспенивание растворов жидкого стекла достигают введением в состав отверждаемой композиции экологически вредных органических жидкостей (трихлорфторметана, дихлордифторметана, хлороформа, винилхлорида, трихлорэтилена), которые в процессе производства и при последующем использовании полученных изделий выделяются в атмосферу в количествах, в десятки раз, превышающих предельно допустимые концентрации;
- в качестве отверждающих компонентов используют органические соединения, например, бутиловый, изо-октиловый, фениловый эфиры хлормуравьиной кислоты, реагирующие с жидким стеклом, выделяя бутанол, изо-октанол, фенол в количествах, несовместимых с требованиями техники безопасности.
2. Низкая механическая прочность отвердевшей пены, имеющей предел прочности при сжатии не выше 50 кПа, что не позволяет использовать ее в качестве конструкционного теплоизоляционного материала.
3. Низкие характеристики пожарной безопасности теплоизоляционного материала, теряющего при воздействии пламени в течение 30 мин с температурой 850°С более 50% массы (группа горючести Г2).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание состава для изготовления теплоизоляционного материала, обладающего одновременно экологической безопасностью, высокими показателями механической прочности и характеристиками пожарной безопасности.
2
6
2
6
Технический результат в предлагаемом изобретение достигают созданием состава для изготовления теплоизоляционного материала, включающего отверждаемую основу в виде 30-50% натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель на основе натриевых солей неорганических фторсодержащих кислот, компонент, образующий пену, наполнитель и воду, в котором, согласно изобретению, в качестве натриевых солей неорганических фторсодержащих кислот отвердителя используют или натрия гексафторсиликат (NaSiF), или натрия гексафтортитанат (NaTiF), или их смеси при любом соотношении компонентов, а в качестве компонента, образующего пену, используют или натриевую, или триэтаноламмонийную соль лаурилсульфата при следующем содержании компонентов, мас. %:
отверждаемая основа
30-50%-ное натриевое жидкое
стекло с силикатным модулем 2,8-4,5
71-77
отвердитель
или натрия гексафторсиликат (Na<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub>),
или натрия гексафтортитанат (Nа<sub>2</sub>TiF<sub>6</sub>),
или их смеси при любом соотношении компонентов
8,5-9,1
компонент, образующий пену
или натриевая, или триэтаноламмонийная
соль лаурилсульфата
0,9-1,2
наполнитель
или асбест-хризотил, или полипропиленовое волокно,
или рубленое базальтовое волокно, или их
смеси при любом соотношении компонентов
2,4-3,4
вода
остальное
Изобретение позволяет получить следующие преимущества:
- высокая экологическая безопасность производства и потребления теплоизоляционных материалов, так как предложенный состав в своем составе не содержит вредных органических жидкостей;
- высокие прочностные показатели материала, имеющего предел прочности при сжатии не менее 120 кПа;
- пожарная безопасность теплоизоляционного материала, имеющего группу горючести НГ (несгораемый).
Для получения заявленного состава можно использовать следующие вещества.
В качестве отверждаемой основы можно использовать, например, 30-50% натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 3-4,5 (ГОСТ 13078-81).
В качестве отвердителя используют, например, натрия гексафторсиликат (ТУ 113-08-587-86), или натрия гексафтортитанат (ТУ 6-09-01425-77), или их смеси при любом соотношении компонентов.
В качестве наполнителя можно использовать, например, асбест-хризотил (ГОСТ 12871-93) полипропиленовое волокно (ТУ 2272-001-44340211-2000) или рубленое базальтовое волокно (ТУ В.2.7.88 023.025-96) или смеси этих материалов. При этом соотношение компонентов в наполнителе может быть любым и определяется лишь необходимостью получения качества готовых изделий, определяемого спецификой области применения последних.
В качестве компонента, образующего пену, используют триэтаноламмонийную соль лаурилсульфата (торговое название пенообразователь №3, ТУ 6-14-508-80, изменение №1) или натриевую соль лаурилсульфата.
Заявленный состав можно получить, например, при атмосферном давлении и температуре 10-65°С.
В смеситель емкостью 25 л заливают 4-6 л 40%-ного натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 3, 250 г асбеста-хризотила, предварительно замешанного с 130 мл воды, и включают мешалку.
Через 30 мин добавляют 600-900 г натрия кремнефтористого и одновременно с помощью пеногенератора подают пену требуемой кратности до заполнения аппарата.
Время перемешивания вспененной реакционной массы составляет 5-6 мин. Затем пену выливают в формы размерами 100×300×50 мм, где выдерживают 2 часа, далее перекладывают на поддон и высушивают при 35-35°С в течение 10-12 часов.
Все приведенные режимы способа получения изделия из предлагаемого состава для изготовления теплоизоляционного материала были получены экспериментальным (лабораторным) путем.
Полученные изделия подвергали испытаниям по ГОСТ 30244-94, ГОСТ 30402-96, ГОСТ 17177-94.
ускор
О сроке эксплуатации изделий судили по результатам ускоренных испытаний старения образцов. Для этого изделия размерами 100×100×50 мм плавно нагревали и выдерживали при температуре 200°С, визуально фиксируя время (сутки) появления первой трещины в образце, это время принимали как t.
реал
Для расчета срока эксплуатации изделий в реальных условиях, т.е. при температуре, не превышающей 70°С (t, лет), использовали термический коэффициент скорости деструкции, равный 22,47.
Показатель горючести определяли по двум параметрам: 1) убыль массы (в процентах) образцов диаметром 45 мм и высотой 50 мм и 2) прирост температуры пламени над образцами (°С).
Для сравнения изготавливали изделия из состава прототипа, используя следующие компоненты, мас.%:
отверждаемая основа
40%-ное натриевое жидкое стекло
с силикатным модулем 2,95
69,0
отвердитель
бензоилхлорид
7,8
вспенивающий агент
трихлорфторметан
5,6
эмульгатор
Na-С<sub>14</sub>-алкилсульфонат
0,4
наполнитель
мел
17,2
Для получения корректных сравнительных данных состава-прототипа и изобретения изделия получали и испытывали в условиях, аналогичных условиям получения и испытания заявленного состава и изделий из него.
Примеры заявленного состава при различном содержании различных компонентов приведены в таблице 1.
Результаты сравнительных испытаний составов, указанных в таблице 1, и составов по прототипу представлены в таблице 2.
Как с очевидностью следует из представленных данных, заявленный состав позволяет получать изделия с высокими качественными характеристиками.
Таблица 1. Примеры заявленного состава
Компоненты, мас.%
Примеры составов
1
2
3
4
Натриевое жидкое стекло
30%, силикатный модуль 3
77
-
-
-
40%, силикатный модуль 3
-
74
-
-
50%, силикатный модуль 4
-
-
71
-
40%, силикатный модуль 4
72,1
Отвердитель
натрия гексафторсиликат
8,5
-
-
-
натрия гексафтортитанат
-
9,1
-
-
смесь натрия
-
-
9,0
-
гексафторсиликата и натрия
-
-
-
8,5
гексафтортитаната (1:1 по весу)
Компонент, образующий пену
триэтаноламмонийная соль
лаурилсульфата
1,2
-
1,0
-
(пенообразователь №3)
натриевая соль
1,2
0,9
лаурилсульфата
Наполнитель:
полипропиленовое волокно
3,4
-
-
-
базальтовое волокно
-
2,4
-
-
асбест
-
-
3,4
-
асбест+базальтовое волокно
-
-
-
2,4
8:2
Вода
9,9
13,3
15,6
16,1
Таблица 2. Качественные показатели
Наименование показателя
Примеры
Прототип
1
2
3
4
Выделение
трихлорфторметана, мг/м<sup>3</sup>:
0
0
0
0
2100
в воздухе рабочей зоны*
0
0
0
0
110
в помещении**
Срок эксплуатации:
- t<sub>ускор</sub>, суток
4,44
4,46
4,45
4,46
0,2
- t<sub>реал</sub>, лет
99,8
100,2
100
100,2
9
Показатель горючести:
- убыль массы, %
4
5
5
4
60
- прирост температуры, °С
10
12
10
9
50
- группа горючести
НГ
НГ
НГ
НГ
Г2
Предел прочности при сжатии, кПа
120
160
120
180
50
Коэффициент
теплопроводности, λ⋅10<sup>3</sup>,
32
35
32
38
34
Вт/(м⋅К)
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
110
140
110
180
60
3
* Предельно допустимая концентрация трихлорфторметана в воздухе рабочей зоны 1000 мг/м
3
** В соответствии с гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.1338-03. предельно допустимая среднесуточная концентрация трихлорфторметана в атмосферном воздухе составляет 10 мг/м