ТЕПЛОЭФФЕКТИВНЫЙ КЛЕЙ
HEAT-EFFICIENT ADHESIVE

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к клеевым композициям для склеивания особо легких опалубочных элементов из полистиролбетона, ячеистого бетона или тяжелого бетона в сборно-монолитном, коттеджном или многоэтажном домостроительстве в виде блоков, стеновых камней, плит, перемычек, а также в качестве герметиков, уплотненных и ремонтных смесей и крепительных составов для декоративно-отделочных работ.
Известна клеевая композиция, включающая полимер, минеральный наполнитель, модификатор и диспергатор-растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%: 12,7-32,99 полимера, 40,0-55,0 минерального наполнителя, 0,01-0,3 модификатора и остальное - диспергатор-растворитель. Недостатком известной клеевой композиции является использование в своем составе летучих растворителей, таких как этилацетат, бутилацетат, или бензин, или уайт-спирит, или толуол, или бензол, что в значительной степени приводит к увеличению содержания вредных примесей в атмосфере воздуха и снижению экологической безопасности окружающей среды (Патент РФ №2109788, клеевая композиция, кл. 6 C09J 11/00, опубл. 25.05.93).
Известна клеевая композиция для строительных работ, включающая, мас.%: 19-23 натриевое жидкое стекло, 3-4,6 30-50%-ный раствор гидрата окиси натрия; 16-24 портландцемент; 29-33 низкокальциевая зола уноса ТЭС; 9,5-16 заполнитель; 2,8-5 противоморозная добавка; 0,5-0,7 гипсовое вяжущее; вода - остальное.
Недостатком известной композиции являются относительно высокая плотность затвердевшего материала и высокая его теплопроводность, а также присутствие в ее составе токсичных компонентов в виде натриевого жидкого стекла и раствора гидрата окиси натрия (Патент РФ №2199502, кл. 7 C04B 28/26, опубл. 11.05.2000).
Наиболее близкой к заявленной по технической сущности и достигаемому результату является смесь для изготовления теплоизоляционных изделий, включающая композиционное вяжущее на основе активированных техногенных отходов алюмосиликатного состава, пенополистирольный заполнитель, воздухововлекающую и водоредуцирующую добавки и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: 55-95 активированного техногенного отхода, 0-40 цементного клинкера, 0-5 гипса, 0-5 хлорид натрия, 0-3 водоредицирующей добавки, 1,73-11,37 легкого заполнителя, вода - остальное, при этом смесь в качестве заполнителя содержит пенополистирольный гравий фракции 0-10 мм (Патент РФ №2169132, кл. C04B 38/08, 7/14, 7,42, опуб. 20.06.2001)
Размер фракции, мм
Объем, %
Масса, %
5,0-10,0
15-30
20,0
2,5-5,0
20-35
25,0
1,25-2,5
30-40
32,5
0-1,25
20-30
22,5
Недостатком известной композиции является относительно низкая адгезия к основе, а также присутствие в ее составе относительно крупных гранул пенополистирольного заполнителя размером до 10 мм, что не позволяет формировать тонкослойные клеевые соединения толщиной 2-3 мм.
3
Техническая задача заключается в создании теплоэффективного клея плотностью 600-800 кг/м пониженной теплопроводности для склеивания опалубочных элементов из полистиролбетона и ячеистого бетона при обеспечении требуемых параметров качества по прочности и теплопроводности при минимальной толщине клеевого шва.
2
2
9
14
10
16
9
12
Поставленная задача решается тем, что теплоэффективный клей, включающий композиционное вяжущее на основе портландцемента и активированных техногенных отходов алюмосиликатного состава, легкий заполнитель, водоудерживающую и модифицированную пластифицирующую добавку и воду, в качестве активированных техногенных отходов содержит доменный или электротермофосфорный граншлак с удельной поверхностью 3000-4750 см/г и/или бокситовый шлам, и/или конверторный граншлак, измельченный до удельной поверхности 3500-4500 см/г или их смесь при массовом соотношении указанных компонентов 1:0,5, модифицированная поверхностно-активным веществом «Лидер-К» в количестве 0,01-0,07% к массе композиционного вяжущего, в качестве легкого заполнителя содержит пенополистирольные гранулы или стеклогранулы, или керамзитовый гравий полифракционного состава, или пенополистирол в виде отхода пиления пенополистирольных массивов, или перлитовый песок или их двойные или тройные смеси в любых объемных соотношениях с максимальным размером частиц не более 3 мм, в качестве водоудерживающей добавки содержит вещество из группы: метилгидроксиэтилцеллюлозу или метилгидроксипропилцеллюлозу, или редиспергируемые сополимерные порошки мономеров винилацетата или версатата, или акрилата, или этилена с поливиниловым спиртом, в качестве модифицированной пластифицирующей добавки содержит комплексную добавку полифункционального действия, отличающуюся тем, что в качестве функционально-активного вещества она содержит компонент из группы: пластификатор на основе поликарбоксилатов в виде водорастворимых солей щелочных и щелочноземельных металлов полиакриловых кислот, или пластификатор на основе продуктов сополимеризации полиакриловых кислот с алиловым или оксиэтилированным алиловым спиртом или малеиновой кислотой в виде тех же водорастворимых солей, или пластификатор на основе натриевых или кальциевых солей сульфированных продуктов поликонденсации нафталина с формальдегидом, или пластификатор на основе тех же солей сульфированных продуктов поликонденсации меламина с формальдегидом, или пластификатор на основе тех же солей сульфированных продуктов поликонденсации отходов производства фенола на основе кумилфенола и димеров а-метилстирола или их двойные или тройные смеси в любых соотношениях, модифицированные добавками направленного действия в количестве 0-5 мас.% в виде лигносульфонатов технических (ЛСТ), или водорастворимых формиатов щелочных и щелочноземельных металлов, или гидрофобизирующего агента на основе кремнийорганических соединений, или водных полимерных дисперсий на основе стирола, или бутадиена, или акронитрила, или смолы древесной нейтрализованной омыленной (СДО), или в виде смеси натриевых или триэтаноловых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракций C-C, или смесь тех же солей алкилсерных кислот фракций C-C, или смесь тех же солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракций C-C или их двойные или тройные смеси в равных соотношениях при следующем соотношении компонентов, мас.%: композиционное вяжущее 36,0-57,0; легкий заполнитель 7,5-13,5; водоудерживающая добавка 0,054-0,09; модифицированная пластифицирующая добавка 0,018-0,042; вода - остальное.
3
При этом максимальная плотность легкого заполнителя не превышает 160 кг/м.
Предлагаемая теплоэффективная клеевая смесь от известной отличается большей удельной поверхностью композиционного вяжущего, фракционным составом легкого заполнителя, природой водоудерживающей и пластифицирующей добавки, а также соотношением компонентов.
Использование легкого заполнителя с размером частиц не более 3 мм вместо 0-10 мм по прототипу позволяет формировать проектную толщину клеевого соединения при сохранении требуемых параметров качества по прочности и теплопроводности.
3
3
В качестве водоудерживающей добавки использовали эфиры целлюлозы из группы эфиров целлюлозы под условным наименованием Mesellose FMC или LK-70M, или их смесь в равных соотношениях, в качестве модифицирующей пластифицирующей добавки использовали пластификатор С-3 на основе натриевых солей полиметиленнафталиновых сульфокислот, а в качестве легкого заполнителя использовали пенополистирольный заполнитель с максимальным размером гранул до 3 мм, плотностью 8-20 кг/мили перлитовый песок фракции 0-1,5 мм плотностью 75-100 кг/м или их двойные смеси в равных соотношениях.
В качестве поверхностно-активного вещества для композиционного вяжущего использовали вещество под условным наименованием «Лидер-К» по ТУ 2483-005-13923249-2008.
Это позволило получать активированное вяжущее с заданными параметрами по его удельной поверхности, пространственной конфигурации его частиц при минимальных удельных энергетических затратах на процесс активации, а также позволяет получать теплоэффективный клей с заданными физико-механическими и теплофизическими характеристиками.
Состав теплоэффективного клея и его теплофизические характеристики приведены в табл.1 и 2.
2
3
Анализ данных показывает, что использование композиционного вяжущего с удельной поверхностью до 4750 г/см, легкого пенополистирольного заполнителя в виде гранул размером не более 3 мм, в том числе стеклогранул, керамзитового гравия и перлитового песка и использование предложенной водоудерживающей добавки в сочетании с модифицированной пластифицирующей добавкой полифункционального действия обеспечивает получение теплоэффективного клея плотностью 600-800 кг/м с коэффициентом теплопроводности 0,062-0,15 Вт/(м·°C) сопоставимым с теплопроводностью полистиролбетона на уровне 0,06-0,145 Вт/(м·°C) при обеспечении требуемых параметров качества по толщине клеевого шва и его адгезионной прочности.
Сравнительный анализ данных показывает, что толщина клеевого шва по прототипу (см. табл.2, составы 19-21) более чем в 3 раза превышает проектное значение при более низких его прочностных характеристиках.
Использование же технического решения за пределами заявленных условий (см. табл.2, составы 16-18) также не приводит к желаемым результатам. Теплопроводность клеевого шва возрастает в несколько раз по сравнению с предложенным составом.
Источники информации
1. Патент РФ №2109788, кл. 6 C09J 11/00, опубл. 25.05.1993.
2. Патент РФ №2199502, кл. 7 C04B 28/26, опубл. 11.05.2000.
3. Патент РФ №2169132, кл. C04B 38/08, 7/14, 7,42, опуб. 20.06.2001
Таблица 1
Состав теплоэффективного клея
№№ состава
Состав смеси теплоэффективного клея, мас., %
Композиционное вяжущее
Легкий заполнитель фракции 0-3 мм
Водоудерживающая добавка
Модифицированная пластифицирующая добавка
Вода
1
36,0
13,5 (ППГ)
0,09 FMC60150
0,042 Melfluxl641F
остальное
2
36,0
13,5 (РПП)
0,09 FMC15US
0,042 Melflux1651F
остальное
3
36,0
13,5 (ПРП)
0,09 FMC2070
0,042 MelmentF10
остальное
4
36,0
13,5 (СТГ)
0,09 FMC2310
0,042 СПС-3
остальное
5
36,0
13,5 (КГ)
0,09 LK-70M
0,042 MeImentF15G
остальное
6
46,2
10,5 (ППГ)
0,072 FMC60150
0,03 Melflux1641F
остальное
7
46,2
10,5 (РПП)
0,072 FMC15US
0,03 Melflux1651F
остальное
8
46,2
10,5 (ПРП)
0,072 FMC2070
0,03 MelmentF10
остальное
9
46,2
10,5 (СТГ)
0,072 FMC2310
0,03 СПС-3
остальное
10
46,2
10,5 (КГ)
0,072 LK-70M
0,03 MelmentF15G
остальное
11
57,0
7,5 (ППГ)
0,054 FMC60150
0,18 Melflux1641F
остальное
12
57,0
7,5 (РПП)
0,054 FMC15US
0,18 Melflux1651F
остальное
13
57,0
7,5 (ПРП)
0,054 FMC2070
0,18 MelmentF10
остальное
14
57,0
7,5 (СТГ)
0,054 FMC2310
0,18 СПС-3
остальное
15
57,0
7,5 (КГ)
0,054 LK-70M
0,18 MelmentF15G
остальное
16
57,0
22,766 (строительный песок)
0,054 FMC60150
0,18 Melflux1641F
остальное
17
57,0
22,766 (строительный песок)
0,054 FMC15US
0,18 Melflux1651F
остальное
18
57,0
22,766 (строительный песок)
0,054 FMC2070
0,18 MelmentF10
остальное
19
53,57
11,05 (ППГ*)
0.23 FMC2310
-
остальное
20
64,28
5,76 (ППГ*)
0,09 LK70M
0,64 Лигнопан Б
остальное
21
72,19
1,76 (ППГ*)
0,08 FMC60150
0,44 СПС-3
остальное
Примечание: ППГ - пенополистирольные гранулы; РПП - рваный пенополистирол; ПРП - перлитовый песок; СТГ - стеклогранулы; КГ - керамзитовый гравий.
* - составы №19-21 по прототипу на легком заполнителе (ППГ) фракции 0-1 Омм.
Таблица 2
Теплофизические характеристики теплоэффективного клея
№№ состава
Плотность ПСБ, кг/м<sup>3</sup>
Плотность клея, кг/м<sup>3</sup>
Прочность ПСБ при сжатии, МПа
Прочность клея при сжатии, МПа
Адгезионная прочность клеевого шва, МПа
Толщина клеевого шва, мм
Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/м °C)
ПСБ
Клеевого шва
1
150-200
600
0,2-0,25
3,2
0,09-0,1
2,3
0,06
0,02
2
150-200
600
0,2-0,25
3,2
0,09-0,1
2,0
0,06
0,065
3
150-200
600
0,2-0,25
3,2
0,09-0,1
2,5
0,06
0,064
4
150-200
600
0,2-0,25
3,2
0,09-0,1
3,0
0,06
0,065
5
150-200
600
0,2-0,25
3,2
0,09-0,1
2,2
0,06
0,062
6
250-300
700
0,35-0,5
4,0
0,12-0,125
3,0
0,08
0,085
7
250-300
700
0,35-0,5
4,0
0,12-0,125
2,5
0,08
0,082
8
250-300
700
0,35-0,5
4,0
0,12-0,125
2,3
0,08
0,085
9
250-300
700
0,35-0,5
4,0
0,12-0,125
2,0
0,08
0,09
10
250-300
700
0,35-0,5
4.0
0,12-0,125
2,7
0,08
0,09
11
400
600
1,02
3,2
0,15
3,0
0,1
0,11
12
450
700
1,48
4,0
0,17
2,5
0,115
0,12
13
500
750
2,15
5.1
0,21
2,0
0,125
0,13
14
550
800
2,7
5,8
0,25
2,7
0,135
0,14
15
600
850
3,42
6,3
0,27
3,0
0,145
0,15
16
300
1800
0,35-0,5
25,7
0,125
2,3
0,08
0,58
17
450
1800
1,48
25,7
0,17
2,5
0,115
0,58
18
600
1800
3,42
25,7
0,27
2,3
0,145
0,58
19
300
600
0,55
0,55
0,08
9,5
0,08
0,09
20
450
700
1,50
1,50
0,12
10,0
0,115
0,12
21
600
800
3,52
3,52
0,18
9,8
0,145
0,15
Примечание: составы №19-21 по прототипу.