ТЕПЛО- ШУМОВЛАГОИЗОЛИРУЮЩИЙ ТЕРМОСТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
HEAT-NOISE-MOISTURE INSULATING, HEAT-RESISTANT MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Изобретение относится к производству прочных, легких тепло-шумовлагоизолирующих термостойких строительных материалов, способных найти применение как в стройиндустрии, так и во многих других отраслях промышленности и народного хозяйства, где необходимо обеспечить надежную и прочную теплоизоляцию помещений, конструкций, агрегатов и т.п.
В настоящее время одним из самых популярных облицовочных материалов для строительства и облицовки является гипсокартон, представляющий собой слоистый материал с гипсовой внутренностью, покрытой с 2-х сторон обкладочной бумагой.
Известен «Способ изготовления легкого гипсокартона» (з-ка на изобретение РФ №2005116240, пр. 15.10.2003 г., конвенц. приоритет 29.10.2002 JP 2002-314847, опубликована в РФ 20.01.2006 г., МПК C04B 38/10), включающий стадии вдувания воздуха в пенообразователь с получением вспененной жидкости, смешивание этой жидкости с замешанной смесью, содержащей обожженный гипс и воду с получением вспененного жидкого гипсового теста, заливка его в пространство между верхним и нижним листами обкладочной бумаги для гипсокартона, формирование обкладочной бумаги и вспененного жидкого гипсового теста в форму картона, приблизительная нарезка и затем высушивание картонообразного материала и нарезка высушенного и сформированного материала по размеру изделия, где способ, дополнительно, включает стадию предварительного добавления агента для регулирования размера пор, распределенных во вспененном жидком гипсовом тесте, к одному из следующих материалов: маточному раствору пенообразователя или смеси маточного раствора пенообразователя и воды. В качестве агента для уменьшения размера пор во вспененном жидком гипсовом тесте может применяться ПАВ, типа сульфосукцината, тип саркозината, алкилбензолсульфоната, алкансульфоната, алкилбетаина.
Недостатками этого способа являются длительность процесса изготовления стеновых панелей. Кроме того, материалу, состоящему из одного гипса присущи такие недостатки, как низкая прочность и высокое влагопоглощение, вследствие чего происходит быстрое разрушение. А применение органических ПАВ в качестве стабилизатора ценообразования снижает пожаростойкость изделия и приводит к выделению химических веществ при пожарах.
Материал может быть использован только внутри помещений, там, где нет влаги. Требуются большие затраты времени и средств для доведения стен до окончательной доработки.
Известен материал, представляющий собой сердцевину панели на основе гипса, включающего наполнитель, выбранный из группы объемных полимерных и минеральных полых элементов (алюмосиликатные микросферы, вспученные перлит, вермикулит, стеклянные и полимерные шарики, асбест, пенополистирол), фиброволокно и органическое связующее из группы водорастворимых полимеров (патент на полезную модель РФ №77574, МПК B32B 13/00, опубл. 27.10.2008 г.).
Недостатками этого материала являются относительно низкая прочность изделий и высокое водопоглощение, низкие теплотехнические качества. Эти недостатки ухудшают технологические и эксплуатационные характеристики материала. Применение полимерного связующего делает материал пожароопасным и приводящим к выделению вредных химических веществ.
Наиболее близким к предлагаемому решению является теплоизоляционный вспененный углеродсодержащий материал (патент РФ №2263647, МПК C04B 38/02, опубл. 10.11.2005 г.), имеющий неорганическую ячеистую структуру, полученный вспениванием шликерного состава, приготовленного смешиванием молотой шихты с газообразователем - мелкодисперсным кристаллическим кремнием, смешанным с жидким стеклом, при следующих массовых соотношениях компонентов в шликерном составе: жидкое стекло: кремний = (3-6):1 и шихта: жидкое стекло = (1.0-1.5:1). Шихта содержит минеральный наполнитель - 22.5-47.0 мас.ч.; прокаленный шунгит - 12.5-17.5 мас.ч. и порошок алюминия - 5.0-7.5 мас.ч. В качестве минерального наполнителя используют кварцевый песок, кварцит, перлит, вермикулит, шамот, динас, цемент, золу-унос, шлаки. Материал выдерживает высокие температуры, но имеет большое влагопоглощение.
Недостатками этого материала являются низкие прочностные характеристики, особенно прочность на растяжение и изгиб.
Материал выдерживает высокие температуры, но имеет большое влагопоглощение. При его использовании требуются большие затраты времени и расход материалов на обеспечение дизайна, что существенно повышает себестоимость работ.
Предлагаемое изобретение полностью устраняет эти недостатки, а ввод в смесь дополнительных компонентов позволяет придать изделиям из разработанного материала уникальные эксплуатационные характеристики и разрешить ряд технических задач.
3
3
Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для получения тепло-шумовлагоизолирующего термостойкого материала содержит минеральный наполнитель - вспученный перлит или вспученный вермикулит, кварцевый песок, шунгит и жидкое стекло, в отличие от прототипа содержит указанные перлит или вермикулит, с размером 0,5-2,5 мм, кварцевый песок, содержащий ил и глину не более 3%, с размером 0,01-0,03, жидкое стекло плотностью 1,45 г/см и дополнительно - базальтовое волокно или стекловолокно размером 3-7 мм, магнезитовый порошок, раствор хлорида магния плотностью 1,2-1,25 г/см и кремнефтористый натрий, причем магнезитовый порошок и шунгит - в виде магнезиально-шунгитовой смеси в соотношении 1:3, при следующем соотношении компонентов, масс %: указанный песок - 21,5-26,88; указанное волокно - 0,54-0,65; указанная смесь - 8,06-9,14; указанное жидкое стекло - 10,75-12,37; кремнефтористый натрий - 0,5-1,5; указанный раствор - 2,0-2,2; указанный наполнитель - остальное.
3
Также, технический результат достигается тем, что для реализации способа изготовления строительного изделия, характеризующегося тем, что перемешивают кварцевый песок с частью жидкого стекла до однородной массы, вводят вспученный перлит или вермикулит и базальтовое волокно или стекловолокно, перемешивают до равномерного распределения, после вводят магнезиально-шунгитовую смесь, в соотношении 1:3, хлористый магний, добавляют оставшееся жидкое стекло, кремнефтористый натрий и перемешивают все компоненты до однородности, выливают приготовленную смесь в форму, дно которой равномерно покрыто слоем кварцевого песка слоем 2,0-2,5 мм, так что до ее верхних кромок остается 2-3 мм, затем до верхних кромок форму заполняют перемешанной в течение 4-5 мин смесью магнезиально-шунгитовой смеси в соотношении 1:3 с раствором хлористого магния плотностью 1,2-1,25 г/см в соотношении 2,86:1, выдерживают 55-60 мин и после вибрационного воздействия на форму в течение 1,5-2,0 мин ее снимают.
Отличиями предлагаемого материала от известного (прототипа) являются: введение в смесь шунгита дисперсностью (0,02-0,05 мм), без прокаливания и в виде магнезиально-шунгитовой смеси (в соотношении 1:3); введение базальтового волокна или стекловолокна, дисперсность минерального наполнителя, кварцевого песка (0.01-0.03 мм).
3
При низком объемном весе нового материала 0.2-0.25 т/м высокая прочность на сжатие, хорошая теплоизоляция для строительных нужд, низкое водопоглощение, высокая пожаростойкость, экологичность, хорошие шумоизоляция, адгезия и оригинальный дизайн лицевой стороны.
Предлагаемый материал обладает высокими прочностными характеристиками, что дает неоспоримые преимущества в сравнении с известными материалами, в практическом применении, в качестве строительных плит, панелей, а также для различных смазок, штукатурок.
По данным предварительных исследований микробного загрязнения и устойчивости к плесневым грибам, выполненным химико-фармацевтической академией С-Петербурга, магнезиально-шунгитовые материалы обладают устойчивостью к большинству культур грибов и бактерий, что позволяет сделать выводы о бактерицидности этого строительного материала и возможности его применения даже в ответственных учреждениях здравоохранения, дошкольных и школьных помещениях.
Анализ известных составов смесей, используемых в производстве строительных огнестойких материалов, показывает, что применение таких компонентов, как, например, жидкое стекло, вспученный перлит, вермикулит, кварцевый песок, шунгит - известно. Однако нами применены различные временные режимы и определенная последовательность перемешивания компонентов, изменен дисперсный состав компонента, а также применение материалов в сочетании с другими добавками позволяют получить положительные качества, практически по всем базовым параметрам. Например, сочетание шунгита с магнезиальным вяжущим дает повышение показателя по прочности на растяжение и изгиб не только лицевой части, но и плиты в целом.
Новый материал обладает лучшими звуко- и теплоизолирующими свойствами и имеет малый объемный вес. Чтобы исключить способность перлита к поглощению влаги, сухой минеральный наполнитель измельчается до размеров в 50-70 раз меньше частиц перлита, предварительно перемешивается с жидким стеклом, что приводит к обволакиванию частиц наполнителя цементирующим раствором для закрытия доступа влаги к гигроскопичному материалу.
Таким образом, применение этих приемов в реализации предлагаемых сырьевой смеси и способа позволяет получить качественно новые положительные характеристики и свойства тепло-шумовлагоизолирующего термостойкого материала. Данный состав с новыми добавками компонентов придает смеси новые свойства, которые не являются суммой свойств исходных компонентов, а существенно превосходят их, свидетельствуя о дополнительных процессах, происходящих в приготавливаемом материале.
Предлагаемую сырьевую смесь для получения тепло-шумовлагоизолирующего термостойкого материала готовят следующим образом.
3
3
Первоначально, кварцевый песок (дисперсностью 0.01-0.03 мм) с содержанием ила не >3% и половину жидкого стекла плотностью 1,45 г/см перемешивают до однородного состава. Далее, добавляют вспученный перлит или вермикулит, с размером зерен 0,5-2,5 мм, и неорганическое фиброволокно - базальтовое волокно или стекловолокно размером 3-7 мм, перемешивают с полученной смесью в смесителе до равномерного распределения компонентов в объеме. Затем, в перемешиваемый состав добавляют магнезиально-шунгитовую смесь (в соотношении 1:3) с раствором хлорида магния (плотностью 1,2-1,25 г/см) в соотношении 2,86:1, в качестве затворителя после равномерного перемешивания добавляют остальное жидкое стекло, кремнефтористый натрий в качестве затворителя и перемешивают все компоненты в течение 4-5 мин.
3
Одновременно с этим, отдельно готовится смесь магнезиально-шунгитовой смеси в соотношении 1:3 с раствором хлористого магния плотностью 1,2-1,25 г/см в соотношении 2,86:1.
Далее, в заранее приготовленную форму, установленную на рабочем столе, дно которой равномерно покрыто слоем (2,0-2,5 мм) кварцевого песка, заливают первоначально приготовленную смесь так, чтобы до верхней плоскости формы оставалось 2-3 мм, на эту смесь тут же выливается магнезиально-шунгитовая смесь с раствором хлористого магния до заполнения формы до верхней кромки.
В таком виде форма выдерживалась 55-60 мин, при температуре 28-35°C. После этого на форму оказывалось вибрационное воздействие в течение 1.5-2.0 мин с частотой 50-150 Гц и амплитудой 0,2-0,6 мм, и затем форму снимали.
Таким образом, изготавливается строительное изделие в виде плиты, блока или стеновой панели на основе тепло-шумовлагоизолирующего термостойкого материала. Лицевая сторона изделия, которая формируется из магнезиально-шунгитовой смеси с затворителем (хлористым магнием) имеет оригинальный дизайн, обладает особой твердостью и прочностью и сравнима с такими природными материалами, как гранит, мрамор и т.п. Заливаемая смесь обладает эффектом самовыравнивания. Применяя различные профили для лицевой стороны изделия при застывании можно добиться идеально гладкой или с рисунком различного дизайна лицевой поверхности строительного изделия. Остальные поверхности строительного изделия получаются шероховатыми для повышения сцепляемости блоков или панелей между собой и лучшей адгезии тыльных сторон.
Характеристика компонентов смеси:
- песок кварцевый дисперсностью (0.01-0.03 мм), измельченный, с содержанием ила и глины не >3%, по ГОСТ 8736-93;
- шунгит дисперсностью (0,02-0,05 мм) следующего состава: углерод 28.6%, SiO2 - 57.2%, остальное окислы Al, Mg, Ni, F, К. Отношение минеральной и углеродной фаз составляет 3.6;
- натриевое жидкое стекло, ГОСТ 13079-81, с плотностью 1.45 г/см3 и силикатным модулем 2,3-2,6, (согласно ГОСТ) в качестве вяжущего;
- кремнефтористый натрий (Na2SiF6) - затворитель для жидкого стекла, ГОСТ 19433-88;
- магнезиальное связующее - порошки магнезитовые, ГОСТ 1216-87;
- хлористый магний, ГОСТ 7759-73 в качестве затворителя магнезиального связующего;
- вспученный перлит, ГОСТ 10832-91, наполнитель;
- вспученный вермикулит, ГОСТ 12865-67, наполнитель;
- базальтовое волокно ГОСТ 21880-94 или стекловолокно.
3
6
ПРИМЕР 1. Сначала перемешивали в смесителе кварцевый песок, измельченный (0.01-0.03 мм), с содержанием ила и глины не >3%, -19 кг (19.0 мас %, по отношению к общей массе сырьевой смеси см. таблицу), с жидким стеклом 4,5 кг (4,5 мас %) до однородного состава, затем вводили вспученный перлит или вермикулит - 57 кг (57 мас %), базальтовое волокно или стекловолокно - 0.4 кг (0.4 мас %), перемешивая до равномерного распределения, после этого вводили магнезиально-шунгитовую смесь в массовом соотношении 1:3, в количестве 7.15 кг (7.15 мас %), раствор хлористого магния (плотностью 1,2-1,25 г/см), в количестве 2,5 кг (2,5%), далее в перемешиваемую смесь последовательно добавляли оставшееся жидкое стекло, в количестве 4 кг (4 мас %), перемешивали в течение 4-5 мин, затем добавляли раствор хлористого магния, (плотностью 1.2-1.25 г/м3), в количестве 2.5 кг (2.5%) и кремнефтористый натрий (NaSiF) в количестве 0.4 кг (0.4 мас %), перемешивали 4-5 мин. Далее на дно заранее приготовленной формы, покрытое равномерным слоем в 2.0-2.5 мм кварцевого песка, выливали смесь таким образом, чтобы до верхней плоскости формы оставалось 2-3 мм.
Одновременно с приготовлением первой смеси в другой мешалке готовили состав магнезиально-шунгитовой смеси (в массовом соотношении 1:3) в количестве 7.15 кг, с раствором хлористого магния в количестве 2.5 кг. После равномерного перемешивания в течение 4-5 мин этой смесью заполняли форму до верхних кромок. Смесь в форме оставляли в течение 25-30 мин и далее подвергали вибрационному воздействию в течение 1.5-2.0 мин, после этого форму снимали.
Полученные изделия выдерживали под навесом в течение месяца, при температуре 20-28°C, затем испытывали на прочность по ГОСТ 10180, определяли плотность по ГОСТ 17623, теплопроводность по ГОСТ 7076, акустические характеристики по ГОСТ 23499-79, водопоглощение по ГОСТ 5802-86. Результаты испытаний приведены в таблице «Состав и свойства тепло-влагошумоизолирующего термостойкого материала», (смесь №1).
Смеси 2-5 приготовлены аналогичным образом, с различным содержанием компонентов. Смесь №6 - прототип.
Анализ результатов испытаний свойств образцов тепло-шумовлагоизолирующего термостойкого строительного материала, исходя из данных, приведенных в таблице показывает следующее.
1. Введение в состав сырьевой смеси вспученного перлита (вермикулита), в заявляемых количествах, с размером зерен 0.5-2.5 мм, позволяет получать легкие строительные изделия с высокими тепло- и шумовлагоизолирующими пожароустойчивыми характеристиками (смеси 2-4). Дальнейшее увеличение количества вспученного наполнителя в смеси нецелесообразно, так как происходит падение прочности получаемого тепло-шумовлагоизолирующего строительного материала.
2. Введение неорганического фиброволокна, в заявляемых количествах, приводит к повышению прочности строительного изделия, особенно прочности на изгиб.
3. Введение жидкого стекла совместно с измельченным кварцевым песком, в заявляемом количестве и виде, обеспечивает оптимальное соотношение таких характеристик тепло-шумовлагоизолирующего термостойкого материала, как «прочность:плотность», низкий объемный вес, и особенно резко снижается водопоглощение.
4. Введение магнезиально-шунгитовой смеси, (в соотношении 1:3), затворяемой хлористым магнием, в заявляемых количествах, позволяет существенно повысить прочность и термостойкость готовых изделий, особенно лицевой части, и обеспечивает оригинальный дизайн. Составы 2-4 приняты как оптимальные.
Заявляемый тепло-шумовлагоизолирующий материал, по сравнению с прототипом, имеет следующие преимущества:
- плотность материала снижается в 1.5-3.0 раза;
- теплопроводность в 2.0-2.5 раза;
- прочностные характеристики материала, увеличиваются в среднем, в 3 раза;
- звукоизоляционные характеристики повышаются в 1.6-2.0 раза;
- водопоглощение снижается в 3,5 раза.
Физико-химическая сущность технического решения достижения задачи заключается в следующем.
Вспученный перлит (вермикулит), с размером зерен 0.5-2.5 мм, снижает плотность материала за счет своей объемной пористой структуры, что позволяет повысить такие характеристики материала, как теплопроводность, шумоизоляция и термостойкость.
Вспученному перлиту, обладающему рядом достоинств (низкая плотность, термостойкость, теплоизолирующие качества), присущ такой недостаток, как высокая гигроскопичность. Для нейтрализации этого недостатка измельченный кварцевый песок перемешивается с жидким стеклом, которое обволакивает частицы перлита, предохраняя его, с одной стороны, от контакта с влагой, с другой повышает прочность материала в целом.
Применение неорганического волокна размером (3-7 мм) выполняет роль армирующей добавки, придающей готовому материалу дополнительную прочность (особенно на изгиб), что немаловажно при применении материала в качестве стенового.
Введение шунгита в состав материала обеспечивает антиэлектростатическую искробезопасность, что немаловажно для пожаростойкости материала, а также обеспечивает защиту человеческого организма от неблагоприятных воздействий электромагнитного излучения антропогенной природы и статического электричества. Кроме того, шунгитовые породы характеризуются высокой прочностью.
Магнезиальное вяжущее было выбрано исходя из того, что материалы на нем обладают высокими прочностными характеристиками, близкими к таким природным материалам, как гранит, мрамор. Магнезиальное вяжущее - сочетание порошка оксида магния с водным раствором хлористого магния. В результате фазовых взаимодействий в системе MgO-MgCl2-H2O образуется структура, с образованием кристаллов гидрооксихлорида Mg, имеющая спутанно-волокнистую микроструктуру, действующую как дополнительно армирующий материал. Выбор магнезиального связующего для тепло-шумовлагоизолирующего термостойкого материала объясняется тем, что оно позволяет получить более высокие показатели по прочности на растяжение и изгиб (до 20 МПа), а также характеризуется высоким показателем адгезии к различным веществам. Этим и объясняется выбор магнезиально-шунгитовой смеси, затворенной хлоридом магния, для покрытия, формирующего лицевую сторону тепло-шумовлагоизолирующего изделия.
Таким образом, применение названных компонентов смеси позволяет повысить прочность, тепло-шумовлагоизолирующие показатели, термостойкость (пожаростойкость), исключить вредное влияние на организм человека различных видов электромагнитного излучения и статического электричества. Материал не содержит и не выделяет вредных для здоровья человека веществ, удовлетворяет современным требованиям по гигиене и комфорту в жилых, промышленных, медицинских и образовательных учреждениях.
Материал предназначен для изготовления экологически чистых, долговечных, прочных термостойких, пожаробезопасных строительных материалов.
Получаемый по заявляемому способу тепло-шумовлагоизолирующий термостойкий материал и изделия из него не образуют трещин, прочны и обладают хорошими декоративными характеристиками и возможностью формирования лицевой поверхности материала широкого спектра и требуемого дизайна.
Таблица
Состав и свойства тепло-, влагошумоизолирующего термостойкого материала