ПОРИСТЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ КРЕМНЕЗЕМА И ПОРТЛАНДИТА ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ИЗОЛИРУЮЩЕГО КИРПИЧА С КОНТРОЛИРУЕМОЙ СТРУКТУРОЙ И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ
POROUS SILICA-BASED MATERIAL AND PORTLANDITE FOR FILLING INSULATING BRICK WITH CONTROLLED STRUCTURE AND CORRESPONDING PRODUCTION METHOD

Объектом настоящего изобретения является новый способ получения пористой кремниево-известковой структуры, а также ее использование в производстве строительного кирпича с высокой изоляционной способностью.
Керамический кирпич, называемый «monomer», или цементный, называемый «parpaing-лицевой камень», с ячеистой структурой широко применяются для строительства стен, полов, перегородок или других элементов зданий.
Ячейки этих кирпичей, которые обычно являются пустыми, разных размеров и разных форм, предназначены для повышения теплоизоляции. Свободные пространства этих ячеек должны, тем не менее, быть достаточно небольшого размера для ограничения тепловой конвекции, и их стенки должны иметь достаточно небольшую толщину для ограничения эффекта проводимости. Термостойкость, обеспечиваемая пустым пространством этих ячеек является, тем не менее, ограниченной за счет эффекта конвекции воздуха внутри него. Этот эффект можно ограничить путем увеличения количества ячеек меньшего размера в кирпичах, но изготовление такого кирпича является более сложным, а получаемое в результате преимущество часто сводится к нулю за счет повышения эффекта проводимости, связанного с увеличением количества перегородок указанных ячеек.
Французская заявка на патент, опубликованная под номером 2521197 А1, раскрывает керамический кирпич с ячейками, заполненными «ячеистым материалом с высокой термоизоляционной способностью», таким как «полиуретановая пена, полистирольная пена или любой другой волокнистый (стекловата или каменная вата) или измельченный (пробковый агломерат) материал». Тем не менее, эти материалы в зависимости от обстоятельств:
(i) являются огнеопасными и/или выделяют токсичные газы в случае возгорания,
(ii) являются потенциально опасными соединениями, т.к. могут классифицироваться по категории FCR (огнеупорные керамические волокна), требующими специфических условий укладки с последующим контролем отходов,
(iii) со временем утрачивают изоляционные свойства (уплотнение заполнителя),
(iv) или имеют несколько из перечисленных выше недостатков.
К тому же в некоторых случаях заполнение кирпичей осуществляется на месте в процессе строительства, это является дополнительным негативным фактором и требует дополнительной рабочей силы.
Французская заявка на патент, опубликованная под номером 2876400, раскрывает использование пустотелых кирпичей, заполненных «изоляционным материалом на основе пористого неупорядоченного продукта». Материал для заполнения имеет в основе вспученный перлит или вспученный вермикулит, в котором в качестве загустителя применяют крахмал. В этой заявке на патент также упоминается использование других компонентов, таких как коллоидный кремнезем, гидрофобные агенты или дисперсный пластик. Недостаток этого решения заключается в низкой механической прочности агломератов, которые могут придти в негодность при транспортировке и монтаже элементов. Кроме того, структура обладает низкой способностью к сцеплению, что вызывает в частности риски потерь материала при сверлении и резке стен. Уплотнение зерен, происходящее в течение нескольких лет, вызывает со временем снижение изоляционной способности.
Французская заявка на патент, опубликованная под номером 2927623, раскрывает строительные элементы типа керамического кирпича, заполненные известковой пеной. Этот пористый материал состоит на 65%-95% в сухом веществе из смеси известь-цемент, волокон, минеральных наполнителей, отвердителя и пенообразующего агента. Принцип заключается в том, чтобы при помощи пенообразующего агента известь набрала пузырьков воздуха, удерживала их во время реакции и приобрела таким образом пористую структуру. Недостаток этого решения заключается в необходимости использовать синтетические химические продукты с тем, чтобы способствовать затвердеванию извести в виде пористого материала. Из этих продуктов можно назвать пенообразующие агенты, гелеобразующие агенты, ускорители схватывания, отвердители. При этом способе трудно контролировать микроструктуру такого материала после синтеза, в частности размер и распределение пор, общую пористость и вид расположения. Такая структура обладает низкой механической устойчивостью, что ограничивает уменьшение количества перегородок в керамическом кирпиче и вызывает риски разрушения пористого материала при кладке строительных элементов. Следует также отметить присутствие органических соединений (отвердитель, пенообразующий агент, …) в способе, которые могут снизить огнестойкость.
Международные заявки, опубликованные под номерами WO 2010/000999 и WO 2010/00100, а также европейская заявка на патент, опубликованная под номером ЕР 1887275, раскрывают способ получения пористой кремниево-известковой структуры в баллонах с ацетиленом, включающий в себя следующие последовательные стадии:
- стадия синтеза негашеной извести путем обжига при температуре по меньшей мере 850°С в течение по меньшей мере одного часа, известкового камня, содержащего по меньшей мере 90% масс. карбоната кальция, причем указанные камни имеют от 0% до 25% открытых пор;
2
2
- стадия смешивания негашеной извести, полученной на предыдущей стадии, воды и кремнезема, который может быть аморфным или кристаллическим, в молярном отношении СаО/SiO от 0,8 до 1; при этом массовое отношение вода/(СаО+SiO) может составлять от 2 до 60, предпочтительно от 3 до 25, для получения пасты из этих компонентов;
5
5
- стадия гидротермального синтеза массы для заполнения путем нагрева указанной пасты, полученной на предыдущей стадии и предварительно введенной в баллон, подлежащий заполнению, при температуре от 150°С до 300°С под давлением от 5.10 Па до 25.10 Па (от 5 до 25 бар) в течение периода от 10 до 70 часов;
- стадия сушки для удаления остаточной воды и придания обработанной массе главным образом кристаллической структуры при температуре от 150 до 400°С в течение периода от 5 до 48 часов.
Тем не менее, этот способ остается сложным, дорогостоящим и не адаптирован к современным линиям производства кирпича, даже если он приводит к получению материала с низкой теплопроводностью, присутствие которого за счет его микроструктуры позволяет свести к минимуму эффект конвекции, поскольку:
(i) он обладает очень высокой совокупной пористостью, главным образом больше 70% и предпочтительно больше 85%,
(ii) имеет распределение по размерам, больше или равное 0,4 мкм и меньше или равное 1 мкм, и
2
(iii) обладает сопротивлением сжатию больше 5 МПа (5 кг/см).
Авторами изобретения был разработан новый способ, не имеющий указанных выше недостатков.
В соответствии с первым аспектом объектом изобретения является способ получения пористого материала, содержащего от 25% масс. до 75% масс. кремнезема и от 25% до 50% гидроксида кальция, включающий в себя следующие последовательные стадии:
- Стадия а) синтеза негашеной извести путем обжига при температуре, выше или равной 850°С, известковых камней со средним размером от 1 мм до 15 мм, обладающих чистотой по меньшей мере 90% масс. и содержание открытых пор в которых больше 0% и меньше или равно 25%, для получения частиц негашеной извести;
2
2
- Стадия b) смешивания указанной негашеной извести, полученной на стадии а), воды и кремнезема в молярном отношении СаО/SiO от 0,8 до 1,2, и массовое отношение вода/(СаО+SiO) составляет от 2 до 60, предпочтительно от 3 до 25 для получения пасты из указанных компонентов;
5
5
- Стадия с) гидротермального синтеза путем нагрева указанной пасты, полученной на стадии b), под давлением насыщенного водяного пара, выше или равном 10 Па и ниже или равном 25.10 Па, для получения керамической массы и
- Стадия d) сушки указанной керамической массы, полученной на стадии с) при температуре от 100 до 450°С;
причем указанный способ отличается тем, что на его стадии с) температура реакции выше или равна 80°С и ниже 150°С.
В способе, таком как определен выше, средний размер известковых камней, используемых на стадии а), составляет от 1 мм до 15 мм, предпочтительно от 1 мм до 12 мм. Было установлено, что эти значения обеспечивают их обжиг до сердцевины в относительно простых условиях и получение после обжига обожженной извести, гранулометрия которой составляет от 0,1 мм до 15 мм, с гарантированной хорошей реакционноспособностью при добавлении воды на следующей стадии способа (реакционноспособность, измеренная в соответствии со стандартом NF EN 459-2) без чрезмерного риска гидратации и/или карбонизации, который может возникать в зависимости от способа хранения извести после обжига и который, наконец, может отразиться на качестве пористой кремниево-известковой структуры.
Известковые камни, используемые на стадии а) способа, такого как определен выше, можно получить путем дробления более крупных известковых блоков с последующим грохочением.
3
Они обладают чистотой (содержание СаСО по отношению к общей массе известняка) по меньшей мере 90% масс. и предпочтительно по меньшей мере 95% масс., даже по меньшей мере 97% масс., что ограничивает присутствие примесей, способных повлиять на гидротермальный синтез исходя из предшественников кристаллических структур, описанных выше.
Известняк, используемой согласно способу по изобретению, предпочтительно содержит таким образом по меньшей мере 6% масс. карбоната магния и кремнезема и меньше 1% масс. глинозема, оксида железа, оксида марганца, других оксидов, в частности калия, натрия, титана и примесей, таких как сера или фосфор.
Наконец, открытая пористость известняка, измеренная ртутной порозиметрией, больше 0% и меньше или равна 25% и предпочтительно составляет от 5 до 25%, так что диоксид углерода может легко выделяться при образовании извести в ходе химической реакции:
и образовавшаяся негашеная известь не уплотняется в ходе этой реакции; и может легко абсорбировать воду для очень быстрого образования известкового молока, а именно в течение меньше чем десяти секунд в процессе осуществления стадии b) способа, такого как определен выше.
Во время осуществления стадии а) способа, такого как определен выше, было в частности отмечено, что для временного периода устойчивости, установленного равным 2 часам, температура не должна была быть ниже 800°С, ни выше 1100°С. Кроме того, в случае если температура обжига установлена равной 1100°С, временный период устойчивости не должен по существу превышать одного часа. Таким образом, очевидно, что специалист может в некоторой степени регулировать температуру и продолжительность обжига известняка, если только температура выше 850°С сохраняется в течение по меньшей мере одного часа. Регулировка может действительно стать необходимой в зависимости от определенного типа печи, от качества обрабатываемого известняка и от расположения (такого как толщина слоев) продукта в печи. Предпочтительной является температура примерно 900°С в течение примерно трех часов. При этой температуре, действительно, было отмечено, что кинетика обжига была относительно медленной и что временной период устойчивости имел лишь незначительное влияние на реакционноспособность. Таким образом, обжиг при этой температуре позволяет устанавливать продолжительность обжига в зависимости от промышленных требований.
Стадия а) способа по изобретению позволяет таким образом получать негашеную известь, обладающую удовлетворительной реакционноспособностью и способную образовывать после гидротермального синтеза целевую кристаллическую фазу. Предпочтительно полученная негашеная известь имеет суммарное содержание воды и диоксида углерода меньше 2% масс.
2
На стадии b) способа по изобретению негашеная известь, полученная на стадии а), смешивается с кремнеземом. Последний может быть аморфным или кристаллическим; он предпочтительно содержит по меньшей мере 90% масс. SiO; предпочтительно он содержит по меньшей мере 90% масс. частиц со средним размером меньше 1 мкм, так что его способность вступать во взаимодействие с известью является наибольшей. Кремнеземы этого типа обычно являются коммерчески доступными.
2
Известь и кремнезем более конкретно смешивают друг с другом в молярном соотношении СаО:SiO, равном 1. Кроме того, массовое отношение вода/твердые предшественники (известь + кремнезем) более конкретно больше или равно 3 и меньше или равно 10.
В соответствии с особым аспектом способа, такого как определен выше, на стадии b) волокна, выбранные, в частности, из синтетических волокон на основе углерода, таких как описаны в документе US-A-3454362, стеклянных волокон, устойчивых в отношении щелочных металлов, таких как описаны в документе US-A-4349643, или целлюлозных волокон, таких как описаны в документе ЕР-А-262301.
В этой опции присутствующее количество волокон меньше или равно 20% масс. и предпочтительно меньше или равно 10% масс. совокупности твердых предшественников, используемых на стадии b).
Более конкретно объектом изобретения является способ, такой как определен выше, в котором на стадии b) никакое волокно не добавляют.
2
В соответствии с другим особым аспектом способа, такого как определен выше, на стадии b) вводят один или несколько диспергентов и/или связующие, такие как производные целлюлозы, в частности карбоксиметилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза или этилгидроксиэтилцеллюлоза, простые полиэфиры, такие как полиэтиленгликоль, синтетические глины типа смектита, аморфный кремнезем с удельной поверхностью преимущественно от 1 до 300 м/г и их смеси и/или одно или несколько смазывающих средств, таких как поли(оксиэтилен).
2
Кремниево-известковая структура может необязательно содержать диспергенты и/или связующие, такие как производные целлюлозы, в частности карбоксиметилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу или этилгидроксиэтилцеллюлозу, простые полиэфиры, такие как полиэтиленгликоль, синтетические глины типа смектита, аморфный кремнезем с удельной поверхностью преимущественно от 1 до 300 м/г и их смеси, причем этот список не является ограничивающим.
5
5
На стадии с) способа, такого как определен выше, пасту, полученную на стадии b), нагревают в течение периода главным образом от 1 часа до 40 часов. В соответствии с особым аспектом способа, такого как определен выше, на его стадии с) температура реакции выше или равна 100°С и более конкретно ниже или равна 130°С. В соответствии с другим особым аспектом стадию с) способа, такого как определен выше, проводят при давлении насыщенного пара ниже или равном 5×10 Па (5 бар), предпочтительно ниже или равном 3×10 Па (3 бара).
На стадии d) способа, такого как определен выше, продолжительность сушки главным образом составляет от 1 часа до 48 часов и ее главным образом проводят при атмосферном давлении. На этой стадии, в частности, не только выводят остаточную воду, но также придают обработанной массе кристаллическую структуру. Эту стадию осуществляют в традиционной электрической или газовой печи; она может быть такой же, как используемая на стадии с) или отличаться от нее. В соответствии с особым аспектом способа, такого как определен выше, на его стадии d) температура сушки выше или равна 100°С и ниже или равна 150°С.
2
x
y
z
w,
2
Пористый материал, полученный способом, таким как определен выше, содержит главным образом от 25% масс. до 75% масс. кремнезема и от 25% масс. до 75% масс. гидроксида кальция. Он может также содержать в виде следов фазы, происходящие из бинарной смеси СаО-SiO, главным образом, кремниево-известковые фазы типа SiCaO(OH) i(HO).
Объектом изобретения также является вариант способа, такого как определен выше, отличающийся тем, что от содержит стадию b1), в ходе которой все или часть ячеек по меньшей мере одного строительного кирпича с ячеистой структурой и более конкретно керамического кирпича частично или полностью заполняются указанной пастой, полученной на стадии b), и тем, что указанный строительный кирпич с ячеистой структурой подвергнутый указанной стадии b1), проходит затем стадию с), затем d).
В соответствии с особым аспектом этого варианта способа, такого как определен выше, указанный строительный кирпич с ячеистой структурой предварительно смачивают водой перед прохождением стадии b1).
В соответствии с этим особым аспектом указанный строительный кирпич более конкретно погружают в емкость, заполненную водой, и оставляют достаточно надолго до насыщения водой.
В соответствии с другим особым аспектом варианта способа, такого как определен выше, по меньшей мере 50% ячеек указанного строительного кирпича с ячеистой структурой частично или полностью заполнены указанной пастой, полученной на стадии b).
В соответствии с другим особым аспектом варианта способа, такого как определен выше, под частично заполненной понимают, что ячейка заполнена по меньшей мере на 50% своего внутреннего объема указанной пастой, полученной на стадии b).
В соответствии с совершенно особым аспектом варианта способа, такого как определен выше, все ячейки указанного строительного кирпича с ячеистой структурой заполнены по меньшей мере на 50% их внутреннего объема указанной пастой, полученной на стадии b).
В соответствии с другим совершенно особым аспектом варианта способа, такого как определен выше, все ячейки указанного строительного кирпича с ячеистой структурой полностью заполнены указанной пастой, полученной на стадии b).
Объектом изобретения также является строительный кирпич с ячеистой структурой и более конкретно керамический кирпич или цементный кирпич, содержащий пористый материал, отличающийся тем, что указанный пористый материал получают способом, таким как определен выше, а также строительный кирпич с ячеистой структурой и более конкретно керамический кирпич или цементный кирпич, содержащий пористый материал, отличающийся тем, что указанный кирпич получают вариантом способа, такого как определен выше.
Объектом изобретения также является использование пористого материала, полученного способом, таким как определен выше, в качестве термоизоляционного агента внутри строительного кирпича с ячеистой структурой и более конкретно керамического кирпича или цементного кирпича.
Объектом изобретения также является способ улучшения теплоизоляционных характеристик строительного кирпича с ячеистой структурой и более конкретно керамического кирпича или цементного кирпича, отличающийся тем, что заполняют частично или полностью все или часть ячеек указанного строительного кирпича с ячеистой структурой указанной пастой, полученной на стадии b).
В соответствии с этим особым аспектом этого способа все ячейки указанного строительного кирпича с ячеистой структурой заполняют по меньшей мере на 50% их внутреннего объема.
Объектом изобретения, наконец, является пористый материал, содержащий от 25% масс. до 75% масс. кремнезема и от 75% масс. до 25% масс. гидроксида кальция, отличающийся тем, что его получают способом, таким как определен выше.
2
2
2
x
y
z
w,
2
2
2
Пористый материал, полученный способом по изобретению, отличается тем, что он представляет собой смесь агломерированных кремнезема (SiO) и портландита (Ca(OH)), в которой можно также обнаружить фазы, происходящие из бинарной смеси СаО-SiO, главным образом кремниево-извествовые фазы типа SiCaO(OH) i(HO). Он содержит от 25% до 75% кремнезема (SiO) и от 25% до 75% портландита (Ca(OH)).
Общая пористость этого материала является значительной и составляет главным образом от 70% до 95%, предпочтительно от 80% до 90%. Эта значительная пористость в сочетании с распределением (бимодальная система, составляющая примерно 0,01 мкм - 0,2 мкм и 0,5 мкм до 1 мкм) и с контролируемыми размерами пор (<5 мкм, предпочтительно <1 мкм) позволяет, таким образом, материалам ограничивать феномены конвекции воздуха в ячейке и, следовательно, иметь очень низкий коэффициент проводимости.
2
2
2
Разработанные кремниево-известковые материалы должны иметь достаточную пористость и адекватные распределение и размеры пор для уменьшения феномена теплопроводности. Они также должны обладать хорошей механической устойчивостью вследствие морфологии и упаковки кристаллитов. Эти материалы традиционно состоят из пористых керамических кремниево-кальциевых масс, полученных, например, из однородной смеси в воде (НО), негашеной извести (СаО) или известкового молока (Ca(OH)) и кремнезема (SiO, в частности в виде кварцевой муки).
90
Более конкретно авторы изобретения теперь показали, что недостатки уровня техники можно преодолеть, используя пористую кремниево-кальциевую структуру кирпича, которая имеет форму кристаллических фаз, присутствующих в особых пропорциях. В пористой кремниево-кальциевой структуре по изобретению эти две кристаллические фазы имеют форму кристаллизованных и агломерированных между собой упаковок. Этот агломерат состоит из более или менее сферических узелков, расположенных рядом друг с другом. Внутри этих узелков находятся обе кристаллические фазы, смешанные с кремнеземом в форме зерен и портландитом в форме иголок малого размера. Именно эта особая микроструктурная упаковка придает материалам бимодальное распределение пор с d<1 мкм и пористость, превышающую 80%, которые позволяют почти устранить любой эффект конвекции воздуха («захват воздуха») в «заполненных» ячейках кирпича.
2
2
2
2
Пористая кремниево-известковая структура по изобретению предпочтительно обладает сопротивлением сжатию больше или равным 5 кг/см, или 5 МПа, более предпочтительно больше 20 кг/см, или 20 МПа. Механическая устойчивость при сжатии может измеряться путем получения куба 100×100 мм из пористого материала и оказания силы давления на верхнюю поверхность последнего, в то время как она прижата к горизонтальной металлической пластине. Эта сила соответствует давлению (в кг/см или МПа), начиная с которого материал начинает трескаться.
Пористый материал, полученный способом, являющимся объектом настоящего изобретения, обладает общей теплопроводностью около 0,05 W/м/°К, самый широкий диапазон которой составляет от 0,01 до 0,10 W/м/°К.
2
Настоящее изобретение позволяет преодолеть недостатки уровня техники путем получения неорганического пористого материала на основе СаО-SiO с контролируемой структурой способом его получения, микроструктурные свойства которого (размер(ы) и распределение размера пор микро- и мезопористого типа, общая пористость, структура упаковки, контакты перегородки кирпича-пористый материал) и химический состав придают ему, в частности, низкую теплопроводность (λ) при 25°С, главным образом ниже 100 мW/°С.м и предпочтительно ниже 70 мW/°С.м.
Примеры
Получение пористого материала по изобретению
Стадия а): Обжиг известняка
Используют известняк со следующими характеристиками:
Состав (массовый):
3
3
2
2
3
2
3
97,50% СаСО, 1,00% MgCO, 0,8% SiO, 0,16% AlO, 0,5% FeO
Гранулометрия: от 5 до 10 мм
Пористость: 18,9%
D50: 0,93 мкм
Примерно 40 кг этого известняка были распределены на четырех подах по 10 кг этого продукта на каждом слое толщиной 3 см, затем подвергались обжигу в электропечи в атмосфере сухого воздуха со скоростью подъема температуры 5°С/мин до 900°С с последующим поддержанием этой температуры в течение 5 часов. Вентиляцию активировали во время подъема температуры и временного периода устойчивости, затем останавливали с непринудительным охлаждением. Полученная известь соответствовала реакционноспособности, измеренной в соответствии со стандартом NF EN 459-2, а именно гашению продукта при 60°С после добавления воды в течение меньше чем 10 с, затем при максимальной температуре известкового молока от 70 до 82°С.
Стадия b): Получение пасты
Негашеную известь, полученную на стадии а), гасили добавлением горячей воды (43°С), затем смешивали в воде при 20°С с разными добавками для получения пасты, состав которой указан ниже в Таблице 1.
Таблица 1Состав пасты
Компонент
Количество
СаО
172 г
SiO<sub>2</sub>
180 г
Вода
1258 г
Эту пасту после заполнения ячеек кирпича либо синтезировали в умеренных гидротермальных условиях (температура от 100 до 120°С, давление насыщенного пара от 0,1 до 2 относительных бар), либо в более суровых гидротермальных условиях синтеза (температура в пределах от 120°С и до значения ниже 150°С, давление насыщенного пара от 1 до 7 относительных бар). Первый режим называется гидротермальным синтезом в упрощенном низкотемпературном режиме (от 100 до 120°С, от 0,1 до 2 относительных бар), второй режим называется гидротермальным синтезом в упрощенном среднетемпературном режиме (130°С - ниже 150°С, от 1 до 7 относительных бар). Результат, как показано ниже в двух примерах, заключается в том, что:
- при упрощенном низкотемпературном режиме (от 100 до 120°С) и при низком давлении (от 1 до 2 относительных бар) по изобретению присутствует главным образом кремнезем и портландит с контролируемой микроструктурой; очевидно присутствует мало кремниево-известковых фаз;
x
y
z
2
4
3
10
2
3
3
8
2
6
4
14
2
- при упрощенном среднетемпературном режиме (120°С - ниже 150°С) и при низком давлении (от 1 до 7 относительных бар) по изобретению совместно присутствуют кремнезем, портландит и кремниево-известковые фазы. Присутствуют главным образом кремниево-известковые фазы типа CaSiO(OH)i, j(HO), такие как ксенолит, фошагит, тоберморит 11А, тоберморит 9А, риверсайдит 9А, трабзонит [CaSiO, 2HO], розенханит [CaSiO (HO)], килалаит [CaSiO, HO], или гиролит.
При стандартном высокотемпературном режиме (от 160°С до 210°С) и при повышенном давлении (от 10 до 25 бар) из уровня техники преимущественно присутствуют кремниево-известковые фазы и, в частности, ксонолит.
Стадия с): Гидротермальный синтез в упрощенном низкотемпературном режиме (от 100 до 120°С)
Пасту, полученную на стадии b), впрыскивают в ячейки кирпича размером 12×40×40 275×200×565 мм, отслеживая удаление возможных пузырьков в пасте. После заполнения кирпич помещают в автоклав, затем помещают в печь, где его нагревают при заданной температуре 120°С в течение 40 часов под давлением, равным давлению насыщенного пара при данной температуре от 1 до 2 относительных бар.
Стадия d): Сушка
Затем кирпич сушат во второй печи после выхода из автоклава при заданной температуре 100°С в течение достаточного времени 24 часа при атмосферном давлении.
Результаты
На Фигурах 1А и 1В представлены фотографии сечения ячейки изоляционного кирпича, а также строительного полного кирпича, заполненного пористым материалом по изобретению.
На Фигурах 2А и 2В представлены фотографии, сделанные при помощи электронной микроскопии (два разных увеличения). Они показывают микроструктуру пористой массы, полученной способом, являющимся объектом настоящего изобретения. Они позволяют выявить узелки волокон малого размера (длина <500 нм), обеспечивающие мезопористость (поры <0,2 мкм), при этом упаковка этих узелков (зерен) обеспечивает микропористость (порядка от 0,7 мкм до 0,9 мкм).
Таким образом, наблюдается общая пористость порядка от 85% до 80% с переплетающимися иголками разного размера (длина, толщина, ширина), приводящими к распределению по размеру (d90) пор меньше 1 мкм, как показано на Фигуре 3. Также отмечается, что система главным образом является бимодальной, состоящей из пор порядка от 0,05 мкм до 0,2 мкм и от 0,6 мкм до 0,8 мкм. Микроскопические анализы (фигура 2) подтверждают это распределение по размеру пор.
2
2
x
y
z
2
Анализы DRX (фигура 4) этого пористого материала показывают состав фазы, состоящей на 50% из SiO и на 50% из Са(ОН). Следует отметить присутствие следов кремниево-известковых соединений, трудно определяемых при помощи DRX (фазы типа CaSiO(OH)i, j(HO).
Картография EDS (фигура 5) подтверждает это распределение и выявляет присутствие зерен кремнезема микронного размера, не вступивших в реакцию, и портландита, характеризующегося переплетением игольчатых зерен.
На Фигуре 6 показаны свойства теплопроводности пористой массы, полученной способом по изобретению (материал 1). Для сравнения измеряли теплопроводность пористой массы (материал 2), использованной для заполнения баллонов с ацетиленом и полученной способом, описанным в европейской заявке на патент ЕР 1887275.
Средняя температура (°С)
Теплопроводность (W/м.К)
Материал 2
Материал 1
отклонение
25
0,093
0,067
-28%
197
0,119
0,081
-32%
398
0,173
0,129
-25%
597
0,269
0,209
-22%
Различия между двумя продуктами, являющиеся результатом различий между способом по изобретению и способом из уровня техники, следующие:
(i) разная микроструктура
- мономодальная в случае материала 2, составляющая от 0,5 мкм до 0,8 мкм;
- бимодальная в случае материала 1;
(ii) общая пористость одного порядка: от 82% до 85% в обоих случаях;
(iii) разные кристаллические фазы:
6
6
17
2
- ксонолита CaSiO, iHO в случае материала 2;
2
2
2
x
y
z
w,
2
- смесь агломерированных кремнезема (SiO) и портландита (Са(ОН)), в которой можно также обнаружить в виде следов фазы, происходящие из бинарной структуры СаО-SiO, главным образом кремниево-известковые фазы типа SiCaO(OH)i(HO) в случае материала 1).
Это различие микроструктуры приводит к более низкой теплопроводности материала 1 при температурах от 25 до 600°С, которая на 20-30% ниже теплопроводности материала 2.
Стадия с′): Упрощенный среднетемпературный гидротермальный синтез (от 130°С до температуры ниже 150°С)
Пасту, полученную на стадии b), впрыскивают в ячейки кирпича размером 12×40×40 275×200×565 мм, отслеживая, чтобы возможные пузырьки воздуха были удалены из пасты. После заполнения кирпич посещают в автоклав, затем помещают в печь, где его нагревают при заданной температуре от 130°С до 150°С в течение 40 часов под давлением, равным давлению насыщенного пара при данной температуре от 4 до 6 относительных бар.
Стадия d′): Сушка
Затем кирпич сушат во второй печи после выхода из автоклава при заданной температуре 100°С в течение 24 часов при атмосферном давлении.
Результаты
На Фигурах 7А и 7В представлены две фотографии, сделанные при помощи электронного микроскопа (с двумя разными увеличениями) пористой массы, полученной после сушки. Наблюдают структуру, образованную пластинками толщиной от 0,05 мкм до 2 мкм и шириной от 0,5 мкм до 3 мкм. Эти пластинки, переплетенные между собой, образуют пористую структуру.