СОСТАВ СМЕСИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
COMPOSITION OF MIXTURE FOR PRODUCING HEAT INSULATION MATERIAL

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий, применяемых для тепло- и звукоизоляции жилых, административных и промышленных зданий.
Известны составы для получения легких теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла, содержащие, кроме щелочных силикатов, добавки, регулирующие структуру твердой пены и повышающие ее химическую стойкость. В качестве таких добавок используются порошкообразные оксиды, карбонаты, силикаты или алюмосиликаты, золы, поверхностно-активные вещества и др.
3
2
Известна смесь, содержащая 93…95% жидкого стекла плотностью 1400-1450 кг/м, 7…5% тонкодисперсного наполнителя с удельной поверхностью 2000…3000 см/г и 0,5…1,0% гидрофобизирующей добавки - кремнийорганической жидкости ГКЖ-94, ГКЖ-10 или ГКЖ-11 [Горлов Ю.П. и др. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. - М., 1989, с.178, 179].
Недостатком этой смеси является низкий коэффициент вспенивания при термическом нагреве и неравномерность пористой структуры получаемых изделий.
Наиболее близким по сути к предлагаемому изобретению является состав [Патент RU 2268248 С1, кл. С04В 28/26, С04В 38/00, С04В 111/40 20.01.2006], содержащий жидкое стекло, тонкодисперсный наполнитель и гелеобразователь, отличающийся тем, что сырьевая смесь содержит в качестве тонкодисперсного наполнителя мраморную муку или гидроксиапатит, в качестве гелеобразователя - бихромат калия и дополнительно воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
жидкое стекло
87-94
мраморная мука или гидроксиапатит
3-10
бихромат калия
0,1-1,0
вода
1-2
3
Недостатком этого состава является малая степень вспенивания при его термической поризации как в свободном объеме, так и в замкнутом объеме формы. Введение в качестве гелеобразователя бихромата калия даже в небольших количествах нецелесообразно, так как данное вещество по степени воздействия на организм относится к веществам 1-го класса опасности. Вводимые в состав жидкостекольной смеси мраморная мука или гидроксиапатит являются нейтральными к жидкому стеклу и не участвуют в процессе гелеобразования, а при температурах поризации от 450 до 700°С не принимают участие в процессе вспучивания, так как их температуры разложения выше указанных: температура разложения мраморной муки (СаСО) с выделением углекислого газа - 850-900°С, температура разложения гидроксиапатита более 800°С. Таким образом, данные вещества не участвуют в процессе поризации, а выступают только как структурообразующая добавка.
Задачей настоящего изобретения является разработка состава жидкостекольной смеси с высокой поризационной способностью, которая при термическом нагреве в замкнутом объеме формы образует теплоизоляционный материал с небольшой плотностью, заданными геометрическими размерами и однородной, равномерной пористой внутренней структурой.
2
Поставленная задача достигается тем, что в сырьевую смесь, содержащую жидкое стекло и тонкоизмельченный минеральный наполнитель, в качестве наполнителя вводится тонкомолотый брусит (Mg(OH)) и вода, при следующем соотношении компонентов в смеси (мас.%):
Жидкое стекло - 67-92;
Тонкоизмельченный брусит - 7-30;
Вода - 1-3.
3
Тонкоизмельченный брусит и вода предварительно смешиваются с жидким стеклом и далее, смесь перемешивается в смесителе в течение 5-7 минут и гранулируется в водном растворе хлоридов кальция или магния плотностью 1350-1390 кг/м. Полученный при гранулировании исходной смеси жидкостекольный бисер высушивается до остаточной влажности 35-38% при температуре до 90°С. Затем гранулы в количестве, необходимом для получения изделия заданной плотности, засыпаются в форму с замкнутым объемом и подвергаются термическому или СВЧ-нагреву. При вспенивании материал заполняет собой свободный внутренний объем формы, поверхностные слои уплотняются, а поризуемый материал приобретает заданные геометрические размеры и форму.
3
3
3
Пример. Для изготовления материала было приготовлено семь составов смесей с различным содержанием компонентов. При приготовлении смесей использовалось жидкое стекло с модулем m=3 и плотностью 1450 кг/м, которое смешивалось с тонкоизмельченным бруситом и водой в соответствующих пропорциях. Исходные смеси тщательно перемешивались в течение 5-7 мин и подвергались жидкостной грануляции в растворе хлорида кальция плотностью 1350 кг/м. Извлеченные через 15-20 мин из раствора гранулы высушивались до остаточной абсолютной влажности 35-38%. Гранулированная жидкостекольная смесь засыпалась в разборную металлическую форму с внутренним объемом 100 см в необходимом количестве, которое рассчитывалось по формуле:
m=ρ·V·(1+Wa),
где m - масса гранул, кг;
3
ρ - заданная плотность изделий, кг/м;
3
V - внутренний объем формы, кг/м;
Wa - абсолютная влажность гранул, отн.ед.
Поризация материала в форме осуществлялась в муфельной печи при температуре 450°С в течение 15-30 минут.
Коэффициент вспучивания гранул исследованных составов определялся по отношению объема вспененных при 450°С к первоначальному объему гранул.
Данные по составам смесей и свойствам полученных материалов представлены в табл.1.
Результаты испытаний подтверждают возможность изготовления из предлагаемых составов смеси вспененных материалов с широким диапазоном свойств как по плотности и прочности, так и по теплопроводности.
В табл.2 представлены сравнительные характеристики материалов, изготовленных по составу, предложенному в патенте RU 2268248 С1, кл. С04В 28/26, С04В 38/00, С04В 111/40 20.01.2006 (состав 1) и по данному изобретению (состав 2). Коэффициент вспенивания в прототипе не приводится, но для сравнения характеристик материалов этот показатель был определен из отношения объема гранул до вспучивания и после термической обработки. Коэффициент вспучивания жидкосткольных гранул предлагаемого состава определялся аналогично.
Преимуществом предложенного состава смеси является возможность сохранения силиката натрия в гидратированном состоянии внутри гранул жидкостекольной смеси, упрочнение которых происходит за счет гелеобразования в поверхностном слое гранул. Гелеобразование происходит в результате протекания обменных реакций между силикатом натрия и раствором хлорида кальция, по следующей схеме:
2
2
2
2
2
2
4
NaO·3SiO·nHO+CaCl=CaO·SiO·mHO+2Si(OH)+2NaCl
Образующиеся в поверхностном слое в результате этого взаимодействия гидросиликаты кальция и гель кремневой кислоты образуют водонепроницаемую, упрочняющуюся во времени оболочку, которая надежно блокирует дальнейшее взаимодействие жидкого стекла с хлоридом кальция. Гидрооксид магния (брусит), так же как и мраморная мука или гидроксиапатит в прототипе, обладает небольшой растворимостью в воде и поэтому, находясь в составе жидкостекольной композиции, не разрушает структуру жидкого стекла. Мраморная мука (или гидроксиапатит) в составе смеси разлагается при температуре более 800°С и не оказывает влияния на процесс поризации смеси, которая протекает в интервале температур 130-450°С. Брусит дегидратируется при 350-450°С и температура его разложения совпадает с интервалом температур поризации жидкостекольной смеси. Объем водяного пара, выделяемого 1 г брусита при нормальных условиях, составляет 0,38 л, а при температуре 450°С - 1 л. Выделяемые пары воды способствуют более длительному пребыванию поризуемой смеси в пиропластичном состоянии и интенсифицируют процесс ее поризации. При этом оказывается положительное влияние на формирование равномерной пористой структуры изделий с преобладающим размером пор 1-3 мм и более низкой плотностью.
Изготавливаемый по предлагаемому составу теплоизоляционный вспененный материал в виде плит, блоков или другой заданной формы можно использовать для целей тепло- и энергосбережения на различных объектах жилищного и промышленного назначения.
Таблица 1
Компоненты смеси и свойства полученного материала
Содержание компонентов (мас.%) и уровень свойств
1 состав
2 состав
3 состав
4 состав
5 состав
6 состав
7 состав
Жидкое стекло
92
85
80
75
73
70
67
Брусит
7
13,5
18
22,5
24
27
30
Вода
1
1,5
2
2,5
3
3
3
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
110
160
190
220
230
255
300
Прочность при сжатии, МПа
0,25
0,35
0,38
0,45
0,52
0,87
1,05
Коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С
0,045
0,057
0,062
0,068
0,070
0,073
0,081
Коэффициент вспучивания гранул в свободном объеме
48
40
37
34
29
24
20
Средний размер пор, мм
1-3
1-3
1-3
1-3
1-3
1-3
1-3
Таблица 2
Свойства полученного материала
Состав 2
Состав 1
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
160
150
Прочность при сжатии, МПа
0,75
0,5
Коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С
0,062
0,124
Коэффициент вспучивания
19,5/40*
11/20*
Средний размер пор, мм
1-3
2-5
* вспучивание в замкнутом объеме/вспучивание в свободном объеме.