Пористий матеріал, який містить діоксид кремнію і портландит, для заповнення ізоляційної цегли, яка має контрольовану структуру, і спосіб його одержання

Реферат: Винахід належить до способу одержання пористого матеріалу, який містить 25-75 мас. % діоксиду кремнію і 75-25 мас. % гідроксиду кальцію, у якому послідовно: етап а) синтезують негашене вапно, етап b) змішують згадане негашене вапно, одержане на етапі а), з водою і діоксидом кремнію в молярному відношенні CaO/SiO2, яке становить 0,8-1,2, і масовому відношенні вода/(СаО+SiO2), яке становить 2-60, етап с) виконують гідротермічний синтез під тиском насиченої водяної пари, більшим або 5 5 рівним 10 Па (1 бар) і меншим або рівним 3х10 Па (3 бари), і при температурі, більшій або рівній 80 °C і меншій за 150 °C і етап d) сушать керамічну масу, одержану на етапі с), при температурі 100-450 °C. Спосіб може втілюватися для виготовлення ізоляційної будівельної цегли. UA 110836 C2 (12) UA 110836 C2 UA 110836 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Об'єктом представленого винаходу є спосіб одержання пористої силікатної структури, а також її використання у виробництві будівельної цегли, яка забезпечує високі рівні ізоляції. Цегла, виготовлена з теракоти, відомої як "Monomur", або бетону, відома як "breezeblocks", з лунковою структурою, широко використовується для будівлі стін, підлог, перегородок або інших елементів будівель. Лунки цих цеглин змінного розміру і різної форми, які є зазвичай порожніми, передбачені для підвищення теплоізоляції. Однак, вільні простори цих лунок повинні бути достатньо малими за розміром для обмеження теплової конвекції, а їх стінки повинні бути достатньо тонкими для обмеження теплопровідності. Тепловий опір, створюваний порожнім простором цих лунок, однак, обмежується конвекцією повітря на внутрішній стороні. Можна обмежити цей ефект шляхом виготовлення цеглин з більшою кількістю лунок, які мають навіть менший розмір, але виготовлення такої цегли є складнішим і одержувана перевага часто анулюється посиленням ефекту теплопровідності, створюваного посиленням стінок згаданих лунок. Французька заявка на патент, опублікована під номером 2 521 197 A1, розкриває теракотову цеглу з лунками, заповненими "пористим матеріалом з високими теплоізоляційними властивостями", таким як "поліуретанова піна, полістиролова піна або будь-які інші волокнисті матеріали (скло- або шлаковата) або шаруваті матеріали (корковий агломерат)”. Однак, ці матеріали в різних випадках відповідно: (i) є займистими і/або виділяють токсичні гази у випадку вогню, (ii) є потенційно небезпечними сполуками, оскільки вони класифікуються в категорії RCF (Вогнетривкі Керамічні Волокна), які вимагають спеціальної установки і умов для видалення відходів, (iii) з часом втрачають ізоляційні властивості (осідання наповнювача), (iv) або мають певну кількість вищезгаданих недоліків. Більше того, в деяких випадках цегла заповнюється на місці будівництва, що є додатковим обмеженням і вимагає додаткової робочої сили. Французька заявка на патент, опублікована під номером 2 876 400, розкриває використання порожнистої цегли, заповненої "ізоляційним матеріалом на основі пористого сипкого матеріалу". Матеріал для заповнення базується на розширеному перліті або розширеному вермікуліті, де крохмаль використовується як загусник. Ця заявка на патент також згадує використання інших компонентів, таких як колоїдний діоксид кремнію, гідрофобні агенти або диспергований пластик. Недоліком цього рішення є мала механічна міцність агломератів, для яких існує ризик псування під час транспортування і складання елементів. Більше того, структура має малу когезивну міцність, що, зокрема, означає існування ризику втрати матеріалу при свердлінні і розрізанні стінок. Осідання зерен протягом декількох років приводить до послаблення ізоляційної здатності. Французька заявка на патент, опублікована під номером 2 927 623, розкриває цеглоподібні конструкційні елементи, виготовлені з теракоти і заповнені вапняною піною. Цей пористий матеріал складається з вапняно-цементної суміші, 65 % - 90 % якої становить суха речовина, волокна, мінеральні волокна, отверджувач і спінювач. Принцип полягає у змішуванні вапна з спінювачем для створення повітряних бульбашок, для уловлювання їх під час реакції і, таким чином, для одержання пористої структури. Недоліком цього рішення є необхідність використання синтетичних хімікатів для допомоги у твердненні вапна як пористого матеріалу. Ці продукти можуть містити спінювачі, желатинізуючі агенти, прискорювачі тужавіння і отверджувачі. За допомогою цього способу важко контролювати мікроструктуру такого матеріалу після синтезу, зокрема розмір пор і гранулометричний склад, загальну пористість і тип стекінгу. Така структура має малу механічну міцність, яка обмежує зменшення кількості стінок теракотової цеглини і ризики псування пористого матеріалу під час складання будівельних елементів. Також слід відзначити, що присутність органічних сполук (отверджувач, спінювач і так далі) у способі може підвищувати ризик займання. Міжнародні заявки, опубліковані під номерами WO 2010/000999 і WO 2010/00100, а також європейська заявка на патент, опублікована під номером EP 1 887 275, розкриває спосіб одержання пористої силікатної структури з ацетиленових пляшок, у якому послідовно: - синтезують негашене вапно шляхом кальцинації блоків з вапняку, які містять принаймні 90 мас. % карбонату кальцію, при температурі принаймні 850 °C протягом принаймні однієї години, при цьому згадані блоки мають відкриту пористість, яка складає 0 % - 25 %; - змішують негашене вапно, одержане на попередньому етапі, з водою і діоксидом кремнію, який може бути аморфним або кристалічним, в молярному відношенні CaO/SiO 2, що становить 0,8-1 (масове відношення вода/(CaO+SiO2) становить 2-60, переважно 3-25) для одержання піни із згаданих складових; 1 UA 110836 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - виконують гідротермічний синтез наповнювальної маси шляхом нагрівання згаданої піни, приготованої на попередньому етапі і попередньо введеної в пляшку для наповнення, при 5 5 температурі 150-300 °C під тиском 5×10 Па - 25×10 Па (5-25 бар) протягом 10-70 годин; - сушать наповнювальну масу при температурі 150-400 °C протягом 5-48 годин для видалення залишкової води і для надання обробленій масі головним чином кристалічної структури. Однак, цей спосіб залишається складним і дорогим, і, тому, не придатним для використання в сучасних лініях для виробництва цегли, навіть, якщо він надає матеріал з низькою теплопровідністю, присутність якого, дякуючи його мікроструктурі, робить можливим мінімізувати ефекти конвекції завдяки: (i) дуже високій загальній пористості, головним чином більшій за 70 % і переважно рівній 85 %, (ii) розподілу зерен за розміром, більшим або рівним 0,4 мкм і меншим або рівним 1 мкм, і 2 (iii) опору стисканню, більшому ніж 5 МПа (5 кг/см ), Тому, винахідники розробили новий спосіб, який не має вищевказаних недоліків. Згідно з першим аспектом об'єктом винаходу є спосіб одержання пористого матеріалу, який містить 25-75 мас. % діоксиду кремнію і 25 % - 50 % гідроксиду кальцію, у якому послідовно: - етап a) синтезують негашене вапно шляхом кальцинації блоків з вапняку середнього розміру з розміром зерен 1-15 мм з чистотою принаймні 90 мас. % і відкритою пористістю, більшою ніж 0 % і меншою або рівною 25 %, при температурі, більшій або рівній 850 °C, для одержання частинок негашеного вапна; - етап b) змішують згадане негашене вапно, одержане на етапі a), з водою та діоксидом кремнію в молярному відношенні CaO/SiO2, що становить 0,8-1,2, і масовим відношенням вода/(CaO+SiO2), що становить 2-60, переважно 3-25, для одержання піни із згаданих складових; - етап c) виконують гідротермічний синтез шляхом нагрівання згаданої піни, одержаної на 5 етапі b), під тиском насиченої водяної пари, більшим або рівним 10 Па і меншим або рівним 5 25×10 Па, для одержання керамічної маси і - етап d) сушать згадану керамічну масу, одержану на етапі c), при температурі 100-450 °C; який відрізняється тим, що на етапі c) температура реакції більша або рівна 80 °C і менша ніж 150 °C. В описаному вище способі вапнякові блоки, які використовуються на етапі a), мають середній розмір зерен 1-15 мм, переважно 1-12 мм. Було встановлено, що ці величини дозволяють їм кальцинуватися з одержанням сердечника за відносно простих умов для одержання, після кальцинації, негашеного вапна з розміром зерен 0,1-15 мм, гарантуючи, що останнє має гарну реакційну здатність при додаванні води під час виконання другого етапу способу (реакційна здатність, вимірювана у відповідності зі стандартом NF EN 459-2) без надмірного ризику гідратації і/або карбонізації, які можуть бути наслідком способу зберігання вапна після кальцинації, і які, загалом, могли б впливати на якість пористої силікатної структури. Блоки з вапняку, використовувані на етапі a) способу, як визначено вище, можуть одержуватися шляхом подрібнення більших блоків з вапняку і потім шляхом сортування. Вони мають чистоту (вміст CaCO3 по відношенню до загальної маси вапняку) принаймні 90 мас. % і переважно принаймні 95 мас. %, фактично принаймні 97 мас. %, яка обмежує присутність домішок, здатних впливати на гідротермічний синтез з попередників вищеописаних кристалічних структур. Вапняк, використовуваний згідно зі способом винаходу, таким чином, містить переважно менше ніж 6 мас. % карбонату магнію і діоксиду кремнію, і менше ніж 1 мас. % алюмінію, оксиду заліза, оксиду магнію, інших оксидів, зокрема калію, натрію, титану, і домішки, такі як сірка або фосфор. Нарешті, відкрита пористість вапняку, виміряна ртутною порометрією, становить більше ніж 0 % - менше ніж або рівна 25 % і переважно 5-25 % так, що діоксид вуглецю може легко випускатися під час формування вапна під час протікання хімічної реакції: CaCO3 → CaO+CO2 і що одержане негашене вапно не збільшує свою густину під час цієї реакції, і може легко поглинати воду для дуже швидкого одержання вапнякового молока, зокрема через менше ніж десять секунд, під час виконання етапу b) вищевказаного способу. Під час виконання етапу a) вищевказаного способу відзначалося, що, для фіксованого часу одержання в дві години, температура не повинна падати нижче 800 °C і не повинна бути вищою за 1100 °C. Окрім того, якщо температура кальцинації встановлюється рівною 1100 °C, то час одержання не повинен бути більшим за одну годину. Тому, фахівець у цій галузі може до певної 2 UA 110836 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 міри регулювати температуру і тривалість відпалювання вапняку до тих пір, доки температура вища за 850 °C протягом принаймні однієї години. Регулювання може бути необхідним в залежності від особливого типу печі, кількості обробленого вапняку і осідання (як, наприклад, товщини шарів) продукту в печі. Перевагу надають температурі приблизно 900 °C протягом приблизно трьох годин. При цій температурі, фактично, було виявлено, що кінетика спікання була відносно повільною і що тривалість одержання мала тільки слабкий вплив на хімічну активність. Відпалювання при цій температурі робить можливим пристосування періоду кальцинації до промислових обмежень. Етап a) способу згідно з винаходом, таким чином, робить можливим одержання негашеного вапна із задовільною хімічною активністю, яке здатне формувати, після гідротермічного синтезу, бажану кристалічну фазу. Переважно, одержане негашене вапно має загальний вміст води і діоксиду вуглецю, що складає менше ніж 2 мас. %. На етапі b) способу згідно з винаходом негашене вапно, одержане з етапу a), змішують з діоксидом кремнію. Останній може бути аморфним або кристалічним; Він переважно містить принаймні 90 мас. % SiO2 і переважно принаймні 90 мас. % частинок з середнім розміром менше ніж 1 мкм так, що його хімічна взаємодія з вапном є якомога високою. Діоксиди кремнію цього типу на сьогоднішній день доступні на ринку. Точніше, вапно і діоксид кремнію змішуються між собою в молярному відношенні CaO:SiO 2, яке дорівнює 1. Окрім того, масове відношення вода/тверді попередники (вапно + діоксид кремнію), зокрема, більше або рівне 3 і менше ніж або рівне 10. Згідно з особливим аспектом вищевизначеного способу на етапі b) додають волокна, вибрані, зокрема, серед вуглецевих синтетичних волокон, таких як ті, що описані в документі US A 3 454 362, стійких до лугів скловолокон, таких як ті, що описані в документі US A 4 349 643, або целюлозних волокон, таких як ті, що описані в документі EP A 262301. Згідно з цим варіантом кількість присутніх волокон менша або дорівнює 20 мас. % і переважно менша або дорівнює 10 мас. % усіх твердих попередників, використовуваних на етапі b). Зокрема, об'єктом винаходу є вищевизначений спосіб, у якому на етапі b) не додають волокно. Згідно з іншим особливим аспектом вищевизначеного способу на етапі b) додають один або більшу кількість диспергаторів і/або зв'язуючих агентів, таких як ті, що одержують з целюлози, зокрема карбоксиметилцелюлози, гідроксипропілцелюлози або етилгідроксиетилцелюлози, поліетерів, таких як поліетиленгліколь, монтморилонітові синтетичні глини, аморфний діоксид 2 кремнію, який має питому поверхню, яка становить переважно 1-300 м /г, і їх суміші, і/або один або більшу кількість мастил, таких як полі(оксиетилен). Пориста силікатна структура може оптимальним чином містити диспергатори і/або зв'язуючі агенти, такі як похідні целюлози, зокрема карбоксиметилцелюлоза, гідроксипропілцелюлоза або етилгідроксиетилцелюлоза, поліетери, такі як поліетиленгліколь, монтморилонітові синтетичні 2 глини, аморфний діоксид кремнію з питомою поверхнею, яка переважно становить 1-300 м /г, і їх суміші, при цьому цей перелік не є обмежувальним. Під час етапу c) вищевизначеного способу піну з етапу b) нагрівають протягом головним чином 1год-40год. Згідно з особливим аспектом вищевизначеного способу на етапі c) температура реакції більша або дорівнює 100 °C і, зокрема, менша або дорівнює 130 °C. Згідно з іншим особливим аспектом етап c) вищевизначеного способу виконується під тиском 5 насиченої пари, який менший або дорівнює 5×10 Па (5 бар), переважно менше ніж або 5 дорівнює 3×10 Па (3 бари). Під час етапу d) вищевизначеного способу тривалість сушіння головним чином становить 1 година - 48 годин і воно головним чином виконується під атмосферним тиском. Цей етап не тільки має окрему функцію видалення залишкової води, а й також надання обробленій масі кристалічної структури. Цей етап виконується в традиційній електричній або газовій печі; вона може співпадати або відрізнятися від функції, використовуваної на етапі c). Згідно з особливим аспектом вищевизначеного способу на етапі d) температура сушіння більша або дорівнює 100 °C і менша або дорівнює 150 °C. Пористий матеріал, одержаний вищевизначеним способом, містить головним чином 2575 мас. % діоксиду кремнію і 25 % - 75 % гідроксиду кальцію. Він може також містити в мікрокількостях фази від бінарних CaO-SiO2 головним чином силікатних фаз типу SixCayOz(OH)w, i(H2O.), Об'єктом винаходу є також варіант вищевизначеного способу, який відрізняється тим, що у ньому на етапі b1) усі або частина лунок принаймні однієї будівельної цеглини з пористою структурою, і, зокрема, теракотової цеглини, заповнюється частково або повністю згаданою 3 UA 110836 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 піною, одержаною на етапі b), і при цьому згадану будівельну цеглину з пористою структурою, яка пройшла згаданий етап b1), потім подають на етапи c) і d). Згідно з особливим аспектом цього варіанту вищевизначеного способу згадану будівельну цеглину з пористою структурою попередньо зволожують водою перед виконанням етапу b1). Згідно з цим особливим аспектом загадану будівельну цеглину занурюють, зокрема, в ємність, заповнену водою, і залишають протягом достатньо довгого періоду часу для насичення її водою. Згідно з іншим особливим аспектом варіанту вищевизначеного способу принаймні 50 % лунок згаданої будівельної цеглини з пористою структурою частково або повністю заповнюються згаданою піною, одержаною на етапі b). Згідно з іншим особливим аспектом варіанту вищевизначеного способу частково заповнений означає, що лунка заповнюється до принаймні 50 % свого внутрішнього об'єму згаданою піною, одержаною на етапі b). Згідно з дуже особливим аспектом варіанту вищевизначеного способу усі лунки згаданої будівельної цеглини з пористою структурою заповнюються до принаймні 50 % свого внутрішнього об'єму згаданою піною, одержаною на етапі b). Згідно з іншим особливим аспектом варіанту вищевизначеного способу усі лунки згаданої будівельної цеглини з пористою структурою повністю заповнюються згаданою піною, одержаною на етапі b). Об'єктом винаходу є також будівельна цеглина з пористою структурою і, точніше, теракотовий або бетонний блок, який містить пористий матеріал, яка відрізняється тим, що згаданий пористий матеріал одержують вищезгаданим способом, а також будівельна цеглина з пористою структурою і, точніше, теракотовий або бетонний блок, який містить пористий матеріал, яка відрізняється тим, що вона одержується варіантом вищеописаного способу. Об'єктом винаходу є також використання пористого матеріалу, одержаного вищеописаним способом, як теплоізоляційної речовини всередині будівельної цеглини з пористою структурою і, точніше, всередині блоку, виготовленого з теракоти або бетону. Об'єктом винаходу є також спосіб покращення теплоізоляції будівельної цеглини з пористою структурою і, точніше, теракотового або бетонного блоку, який відрізняється тим, що усі або частину лунок згаданої будівельної цеглини з пористою структурою заповнюють частково або повністю згаданою піною, одержаною на етапі b). Згідно з особливим аспектом цього способу принаймні 50 % внутрішнього об'єму згаданої будівельної цеглини з пористою структурою заповнено лунками. Нарешті, об'єктом винаходу є пористий матеріал, який містить 25-75 мас. % діоксиду кремнію і 75-25 мас. % гідроксиду кальцію, який відрізняється тим, що його одержують вищеописаним способом. Пористий матеріал, одержаний способом згідно з винаходом, відрізняється тим, що він є сумішшю агломерованого діоксиду кремнію (SiO2) та портландиту (Ca(OH)2), при цьому також можна знайти фази з бінарних CaO-SiO2 головним чином силікатних фаз типу SixCayOz(OH)w, i(H2O). Він містить 25 % - 75 % діоксиду кремнію (SiO2) і 25-75 % портландиту (Ca(OH)2). Одержувана загальна пористість цього матеріалу потім є значущою і переважно головним чином становить 70 % - 95 %, переважно 80 % - 90 %. Цей високий рівень пористості, пов'язаний з гранулометричним складом (бімодальна система, центрована навколо розміру частинок 0,01 мкм - 0,2 мкм і 0,5 мкм - 1 мкм) і контрольованим розміром пор (