КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
COMPOSITION FOR PRODUCING HEAT INSULATING MATERIAL

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам для изготовления теплоизоляционных материалов с улучшенными функциональными свойствами.
Известен теплоизоляционный вспененный углеродсодержащий материал, имеющий ячеистую структуру, полученную вспениванием и отверждением шликерного состава, приготовленного смешиванием молотой шихты, содержащей минеральный наполнитель, 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, при этом шихта дополнительно содержит прокаленный шунгит и порошок алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Минеральный наполнитель
22,5-47,0
Прокаленный шунгит
12,5-17,5
Порошок алюминия
5,0-7,5.
При этом материал имеет пористость до 60-81% и теплопроводность при 20°С 0,08-0,18 Вт(м·К). Минеральный наполнитель выбран из группы кварцевый песок, кварцит, перлит, вермикулит, шамот, динас, цемент, зола-унос, шлаки (патент РФ №2263647, кл. С04В 38/02, С04В 38/10, С04В 35/18. Опубл. 10.11.2005 г.).
К недостаткам известного теплоизоляционного материала относятся пониженные гидрофобные свойства из-за недостаточного количества углеродсодержащего компонента, высокий показатель коэффициента теплопроводности и высокая стоимость в связи с тем, что в качестве функциональных добавок используются дорогостоящие компоненты (кристаллический кремний марки КР-00, алюминиевая пудра марки АСД-1).
Известна также композиция для изготовления сферических гранул для теплоизоляционного материала, включающая жидкое стекло, наполнитель и добавку. В качестве наполнителя используют опоку следующего состава, мас.%:
Кремнезем (SiO<sub>2</sub>)
58,0-64,0
Оксид алюминия (Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
3,0-8,0
Fе<sub>2</sub>О<sub>3</sub>, СаО, SO<sub>3</sub>, MgO
остальное.
А в качестве добавки - промежуточный продукт производства метилметакрилата следующего состава, мас.%:
Бисульфат аммония
25,0-35,0
Серная кислота
33,0-35,0
Метилметакрилат
0,01-0,09
Метилакриловая кислота
0,2-0,8
Вода
остальное
при соотношении компонентов смеси, мас.%:
Жидкое стекло
47,0-62,5
Наполнитель
32,5-47,0
Указанная добавка
5,0-6,0
(патент РФ №2158716, кл. С04В 28/26, С04В 14:24, С04В 111:20. Опубл. 10.11.2000 г.).
Однако данная композиция имеет высокую стоимость, т.к. в качестве связующего используется дорогостоящее товарное жидкое стекло. Кроме того, композиция экологически вредна, т.к. содержит в себе в качестве добавки промежуточный продукт производства метилметакрилата, реакция которого с жидким стеклом приводит к выделению аммиака.
Наиболее близкой к изобретению по своей технической сущности является композиция для изготовления теплоизоляционного материала, включающая кремнеземсодержащий компонент, гидроксид натрия, цинксодержащую добавку (добавка, повышающая водостойкость) и воду. В качестве кремнеземсодержащего компонента она содержит трепел, или диатомит, или опоку, в качестве цинксодержащей добавки - оксид цинка, или сульфат цинка, или хлорид цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кремнеземсодержащий компонент
32,0-48,0
Гидроксид натрия
13,0-21,0
Цинксодержащая добавка (в пересчете на атом цинка)
1,0-2,5
Вода
остальное.
Причем соотношение гидроксида натрия и кремнеземсодержащего компонента (по массе) равно 0,4-0,5 (патент РФ №2053984, кл. С04В 38/02, С04В 28:26, С04В 18:26, С04В 111:20, С04В 111:27. Опубл. 10.02.1996 г.).
Однако известная композиция имеет повышенное значение коэффициента теплопроводности, а также высокую стоимость из-за большого содержания гидроксида натрия и использования дорогостоящих цинксодержащих компонентов в качестве добавок.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является снижение коэффициента теплопроводности, средней плотности и уменьшение стоимости готового теплоизоляционного материала.
Технический результат заключается в получении композиции с улучшенными теплотехническими и эксплуатационными показателями.
Поставленная задача решается тем, что в композицию для изготовления теплоизоляционного материала, включающую кремнеземсодержащий компонент - опоку, или трепел, или диатомит, гидроксид натрия и воду, дополнительно введены пиролизная сажа от сжигания резиновых покрышек, фильтрационный осадок сахарного производства - дефекат, мелкодисперсный порошок боя керамического кирпича или керамзита при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кремнеземсодержащий компонент
32,0-43,0
Гидроксид натрия
6,7-10,2
Пиролизная сажа от сжигания резиновых покрышек
4,0-6,4
Фильтрационный осадок сахарного производства
5,0-10,3
Мелкодисперсный порошок боя керамического
кирпича или керамзита
6,3-10,7
Вода
остальное.
При этом оптимальное соотношение гидроксида натрия и кремнеземсодержащего компонента по массе равно 0,2-0,3.
При отношении массы гидроксида натрия к массе кремнеземистого компонента, меньшем 0,2, имеет место резкое увеличение плотности теплоизоляционного материала и коэффициента теплопроводности. При превышении указанного выше отношения величины, равной 0,3, происходит удорожание готового материала и снижение термостабильности, а также однородности эксплуатационных свойств готового теплоизоляционного материала.
Оптимальное содержание в композиции пиролизной сажи от сжигания резиновых покрышек 4,0-6,4 (мас.%) и фильтрационного осадка сахарного производства 5,0-10,3 (мас.%), так как уменьшение доли пиролизной сажи и дефеката приведет к снижению водостойкости готового теплоизоляционного материала, а увеличение доли данных компонентов в композиции приводит к увеличению плотности и теплопроводности готового материала.
При содержании в композиции мелкодисперсного порошка боя керамического кирпича или керамзита менее 6,3 (мас.%) не влияет на снижение плотности теплоизоляционного материала. Превышение содержания данного компонента в композиции более 10,7 (мас.%) приведет к увеличению плотности и теплопроводности готового материала.
уд
3
3
2
3
2
5
2
3
2
Фильтрационный осадок сахарного производства (дефекат) применяют с удельной поверхностью S=1800-25 00 см/г и следующим составом, мас.%: СаСО 61,3-69,1; CaO 4,2-6,3; MgCO 8,6-3,4; АlО 0,2-3,8; РO 0,9-1,3; FеО 0,2-1,0; органические вещества 12,0-15,0; нерастворимые сахараты кальция и магния - остальное.
Данный компонент, содержащий активную известь в виде CaO, повышает коэффициент водостойкости теплоизоляционного материала за счет образования водостойких гидросиликатов кальция.
Фильтрационный осадок сахарного производства (дефекат) содержит в себе до 15% органических веществ и до 8% нерастворимых сахаратов кальция и магния, которые при термической обработке при 350-400°С отформованных сырцовых изделий образуют вторичный углерод. Образованный на внутренней поверхности пор вторичный углерод повышает водостойкость теплоизоляционного материала.
Использование отхода сахарного производства помимо повышения водостойкости также позволяет снизить стоимость готового материала, расширить сырьевую базу и решить экологическую проблему утилизации данного вида отходов.
уд
2
Введенный мелкодисперсный порошок боя керамического кирпича или керамзита с удельной поверхностью S=1800-2500 см/г, являющийся отходом керамического или керамзитового производства с преобладанием алюмосиликатной составляющей, используется в качестве водоудерживающей добавки. Мелкодисперсный порошок боя керамического кирпича или керамзита в заявленной композиции аккумулирует в себе определенное количество воды, которая, выделяясь при термической обработке отформованных сырцовых изделий, увеличивает пористость готового теплоизоляционного материала, снижая коэффициент теплопроводности и показатель средней плотности. Кроме того, введенный мелкодисперсный порошок боя керамического кирпича или керамзита снижает расход дорогостоящего гидроксида натрия до соотношения с кремнеземсодержащим компонентом, равного 0,2-0,3. Использование отходов керамического или керамзитового производств снижает стоимость готового материала, расширяет сырьевую базу и решает экологическую проблему утилизации данного вида отходов.
3
4
10
2
3
При этом в качестве добавки, повышающей водостойкость, выбрана пиролизная сажа - отход от сжигания резиновых покрышек со следующим химическим составом, мас.%: аморфный углерод С - 90; кристаллический углерод С - до 3; ZnO - до 5; ZnS - до 1; Mg[SiO](OH) - до 0,5; MgCO - до 0,5. Пиролизная сажа повышает водостойкость готового теплоизоляционного материала за счет гидрофобизации поверхности материала, а также за счет химического взаимодействия цинксодержащих в ней соединений с метасиликатнатриевым связующим. При термической обработке отформованных сырцовых изделий пиролизная сажа взаимодействует с вторичным углеродом термического разложения сахаратов дефеката, образуя тем самым углерод-углеродистую составляющую заявленной композиции, которая является источником гидрофобизационных свойств готового материала.
Для составления композиции использованы следующие исходные материалы: гидроксид натрия технический ГОСТ 2263-79 «Натр едкий технический. Технические условия», кремнистые породы: опока карьера села Поливановка Саратовской области, трепел Зикеевского месторождения Калужской области, диатомит Балашейского месторождения Самарской области (химический состав приведен в табл.1), фильтрационный осадок сахарного производства (дефекат) ООО «Балашовский сахарный комбинат» Саратовской области (химический состав приведен в табл.2), отход пиролиза резиновых покрышек - сажа ООО «Элитар» Саратовской области (химический состав приведен в табл.3).
уд
уд
2
2
Приготовление композиции производят в следующей последовательности: в герметично закрывающийся сосуд, снабженный перемешивающим устройством, загружают водный раствор гидроксида натрия, кремнеземсодержащий компонент с удельной поверхностью S=1800-2500 см/г (например, S=2000 см/г для состава №3 таблицы 4) в количестве 2/3 от общего количества и осуществляют гидротермальную обработку при постоянном перемешивании при атмосферном давлении и температуре 80-90°С в течение 25-45 мин (в примере состав №3 - 35 мин). Подогрев смеси интенсифицирует процесс выщелачивания аморфного кремнезема из породы и образования метасиликатов натрия. Образовавшееся метасиликатнатриевое связующее загружают в смеситель. После чего в смеситель подают кремнеземсодержащий компонент в количестве 1/3 от общего количества, пиролизную сажу от сжигания резиновых покрышек, мелкодисперсный порошок боя керамического кирпича или керамзита, дефекат и смешивают эти компоненты в течение 1-1,5 мин при частоте вращения перемешивающего органа смесителя 150-200 об/мин (для состава №3 табл. 4 - 180 об/мин). Затем приготовленная смесь поступает в формовочный агрегат, где производят формование полуфабриката. Отформованные полуфабрикаты подают в агрегат вспучивания композиции, в котором проводят их термическую обработку при 350-400°С с целью получения готового материала и формирования в нем пористой структуры. Для данного вида операции могут быть использованы различные печи: с газопламенным, электротермическим или СВЧ-нагревом. После термического вспучивания материалы поступают на склад готовой продукции.
В табл.4 приведены конкретные составы предлагаемой композиции, а в табл.5 - физико-механические характеристики теплоизоляционных материалов на основе заявленной композиции.
Таким образом, теплоизоляционные материалы, изготовленные из предлагаемой композиции, обладают меньшим коэффициентом теплопроводности, меньшим показателем средней плотности по сравнению с показателями известной композиции (прототипа).