Склад та спосіб отримання спученого зернистого матеріалу для теплоізоляції на основі рідкого скла

Реферат: Спосіб отримання спученого зернистого матеріалу на основі рідкого скла, що реалізується з використанням мобільної установки. Спосіб включає готування суміші рідкого скла з мінеральним наповнювачем та її розпилення за допомогою фарборозпилювача у ванну з отверджуючим розчином, витримування гранул у розчині, проведення їх попереднього сушіння на повітрі та спучення в печі СВЧ. UA 72198 U (54) СКЛАД ТА СПОСІБ ОТРИМАННЯ СПУЧЕНОГО ЗЕРНИСТОГО МАТЕРІАЛУ ДЛЯ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЇ НА ОСНОВІ РІДКОГО СКЛА UA 72198 U UA 72198 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до зернистих газонаповнених матеріалів на основі неорганічного полімеру - рідкого скла, отриманих шляхом термічного спучування, які мають підвищену термостійкість та можуть бути використані у виробництві матеріалів, призначених для теплоізоляції житлових і виробничих споруджень, виробничого устаткування й трубопроводів, а також великогабаритного транспорту. Такі матеріали відрізняються екологічною і пожежною безпекою, а особливості їх порової структури обумовлюють стабільність властивостей при тривалій експлуатації. Відомий спучений силікатний матеріал, для виготовлення якого змішують, мас.%: рідке скло 47-92, подрібнений піносилікат 5-18, тонкоподрібнений мінеральний наповнювач 0,1-43, олеїнову кислоту 0,02-0,04, насичений водний розчин цукру 0,4-1,0, воду 0,6-2,0, отриману суміш гранулюють в екструдері, гранули підсушують на повітрі протягом 2 годин або в сушарці за температури не більш 100 °C протягом 30 хв, укладають в перфоровану металеву форму і спучують в печі СВЧ при 400-500 °C протягом 30-80 хв. [RU (11) 2173674 (13) С2, 7 С04В28/26, С04В111:20. Состав и способ получения вспученного силикатного материала] Основним недоліком такого матеріалу є складна технологія його отримання та багатокомпонентний склад композиції, а також висока температура та тривалість спучування гранул. Відомі два типи спучених зернистих матеріалів на основі рідкого скла - склопор (грубозернисті матеріали, розмір зерен яких становить більше 5 мм) та силіпор (дрібнозернисті матеріали, розмір зерен яких становить 0,1-5 мм). При одержанні силіпору грануляція рідкоскляної суміші здійснюється шляхом її розпилювання в баштовій сушарці. У цьому випадку грануляція й спучування сполучаються в одній операції. Спучування гранулята відбувається за рахунок випаровування зв'язаної води, що міститься в рідкому склі. [Кулешов И.В., Торнер Р.В. Теплоизоляция из вспененных полимеров. М.: Будиздат, 1989. - 196 с] Недоліком технології отримання силіпору є те, що у гранулах, що спучуються міститься забагато води (більше 40 %), а це призводить до їх розтріскування або до утворення великих пор з тонкими неміцними перегородками. Найбільш близьким аналогом до заявленої корисної моделі за технічною суттю та досягуваному ефекту є склопор. Схема технологічного процесу одержання склопору полягає у наступному: суміш рідкого скла з мінеральним наповнювачем та гідрофобізуючою добавкою готується у змішувачах вертикального типу. Після досягнення однорідності вона перекачується у видатковий бак, потім у гранулятори і далі через фільєрну пластину самопливом у вигляді крапель надходить у ванну гранулятора, заповнену розчином хлористого кальцію. Гранули, що утворилися, осідають на сітку конвеєра й виносяться нею в приймальний пристрій гранулятора, з якого безперервним потоком через пересипний пристрій попадають у сушильний барабан. У сушильному барабані гранули висушуються за температури 85-90 °C впродовж 20-10 хв, до вологості 27-30 % і надходять по трубопроводу у видатковий бункер печі киплячого шару для спучування, що здійснюється за температури 350-500 °C впродовж 1-3 хв. [Кулешов И.В., Торнер Р.В. Теплоизоляция из вспененных полимеров. М.: Будиздат, 1989. - 196 с] Для реалізації технологічної схеми отримання склопору необхідна дорога стаціонарна установка. Отримані гранули склопору мають великий діаметр (більше 5 мм), що негативно відбивається на міцнісних показниках. В основу корисної моделі поставлена задача отримання спученого зернистого матеріалу на основі рідкого скла, яка поєднує в собі переваги технологій отримання склопору й силіпору і відрізняється від них більшою простотою і меншою температурою спучування зерен. Поставлена задача вирішується використанням мобільної установки, яка складається з генератора, компресора, фарборозпилювача, та полягає у готуванні суміші рідкого скла з мінеральним наповнювачем та її розпиленні за допомогою фарборозпилювача у ванну з отверджуючим розчином, де краплі утворюють гранули (бісер) із зміцненим поверхневим шаром, витримуванні гранул у розчині, проведенні їх попереднього сушіння на повітрі та спученні в печі СВЧ. Така схема відрізняється більш простою технологією отримання спученого зернистого матеріалу. Спочатку готується суміш рідкого скла з мінеральним наповнювачем у ємності для змішування. Потім вона завантажується у фарборозпилювач і за допомогою пістолетарозпилювача через форсунку певного діаметра проводиться розпилювання суміші у ванну з 3 отверджуючим розчином хлористого кальцію, густина якого повинна бути 1,29-1,35 г/см . Потрапляючи в отверджуючий розчин, краплі утворюють гранули (бісер) із зміцненим поверхневим шаром, що являє собою кремнегель, що містить адсорбований оксид кальцію. 1 UA 72198 U 5 10 Зміцнення верхнього шару гранул в отверджуючому розчині відбувається в часі й залежить від температури розчину. Оптимальним параметром формування гранул з міцним поверхневим шаром є 40-хвилинне перебування їх в отверджуючому розчині за температури розчину 2030 °C. Після витримки гранул у розчині проводиться їхнє попереднє сушіння на повітрі впродовж 24 годин. Наступне сушіння, спучування й твердіння гранул відбувається в печі СВЧ протягом 68 хвилин при потужності 800 Вт, яка відповідає температурі 200-220 °C, що значно менше температури спучування зерен склопору і силіпору. Як мінеральні наповнювачі пропонується використовувати доломітове борошно, каолін, аеросил. Кількість наповнювача, що вводиться у композицію, підбирається таким чином, щоб надати системі в'язкість, необхідну для пропускання її через форсунку певного діаметра. Корисну модель ілюструють приклади запропонованих полімерних композицій, рецептури яких представлені в таблиці 1. Таблиця 1 Рецептури для отримання спученого зернистого матеріалу № рецептури 1 2 3 4 15 Наповнювач Доломіт Доломіт Каолін Аеросил Кількість наповнювача, масс. ч. 30 10 5 1,2 Кількість рідкого скла, масс. ч. Діаметр форсунки, мм 100 100 100 100 2,5 1 2,5 2,5 Основні фізико-механІчні показники спученого зернистого матеріалу наведені в таблиці 2. Таблиця 2 Основні фізико-механічні показники спученого зернистого матеріалу Найменування показника Розмір зерен, мм 3 Щільність насипна, кг/м Щільність дійсна, кг/м Вологість, % Сорбційна вологість, % Водопоглинання, % 20 25 Показники для кожної рецептури 2 3 2-2,5 4-5 250 220 470 400 0 0 4,9 3,8 68 60 1 3-4 285 500 0 4,7 65 4 4-5 210 380 0 3,6 62 На основі спученого зернистого матеріалу можна виготовляти штучні вироби у вигляді плит (блоків). Технологія одержання блокового матеріалу складається з наступних стадій: • змішування зернистого матеріалу і зв'язуючого (рідкого скла); • формування блока; • попереднє сушіння блока на повітрі; • отвердження блока в печі СВЧ. Основні фізико-механічні показники блокового теплоізоляційного матеріалу представлені в таблиці 3. 2 UA 72198 U Таблиця 3 Основні фізико-механічні показники блокового теплоізоляційного матеріалу Найменування показника 3 Щільність, кг/м Вологість, % Сорбційна вологість, % Водопоглинання, % Межа міцності при 10 % деформації стискування, МПа Межа міцності при вигині, МПа Теплопровідність, Вт/мК 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1 328 0,7-0,8 4,0 48 Значення показника для кожної рецептури 2 3 4 318 315 311 0,7-0,8 0,7-0,8 0,7-0,8 4,2 4,25 4,39 64,4 64,9 65,2 0,331 0,176 0,143 0,121 1,188 0,0383 1,174 0,0375 1,152 0,0323 1,134 0,0348 Приклад 1. Готують композицію, яка містить 100 мас.ч. рідкого скла та 30 мас.ч. доломітового борошна. Потім вона завантажується у фарборозпилювач і за допомогою пістолета-розпилювача через форсунку діаметром 2,5 мм проводиться розпилювання суміші в ванну з розчином хлористого кальцію. Потрапляючи в розчин, краплі утворюють гранули, вони перебувають у розчині 40хвилин за температури розчина 20-30 °C. Після витримки гранул у розчині проводиться їхнє попереднє сушіння на повітрі впродовж 24 годин. Наступне сушіння, спучування й твердіння гранул відбувається в печі СВЧ. Спучені гранули змішуються із рідким склом у співвідношенні 1:1,5, суміш завантажується у форму та надходить до печі СВЧ, де відбувається її спучування та твердіння. Як видно з наведених даних такі матеріали відрізняються найвищою міцністю, але й найвищою щільністю та теплопровідністю, це обумовлено найбільшою кількістю наповнювача в композиції. Приклад 2. Готують композицію, яка містить 100 мас.ч. рідкого скла та 10 мас.ч. доломітового борошна. Потім вона завантажується у фарборозпилювач і за допомогою пістолета-розпилювача через форсунку діаметром 1 мм проводиться розпилювання суміші в ванну з розчином хлористого кальцію. Потрапляючи в розчин, краплі утворюють гранули, вони перебувають у розчині 40хвилин за температури розчину 20-30 °C. Після витримки гранул у розчині проводиться їхнє попереднє сушіння на повітрі впродовж 24 годин. Наступне сушіння, спучування й твердіння гранул відбувається в печі СВЧ. Спучені гранули змішуються із рідким склом у співвідношенні 1:1,5, суміш завантажується у форму та надходить до печі СВЧ, де відбувається її спучування та твердіння. При використанні 10 мас.ч. доломітового борошна композиція має низьку в'язкість і її можна пропустити через форсунку діаметром 1 мм. Такі матеріали мають найменший розмір зерен, достатньо високі міцнісні показники та низьку теплопровідність. Отже така рецептура є найбільш оптимальною. Приклад 3. Готують композицію, яка містить 100 мас.ч. рідкого скла та 5 мас.ч. каоліну. Потім вона завантажується у фарборозпилювач і за допомогою пістолета-розпилювача через форсунку діаметром 2,5 мм проводиться розпилювання суміші в ванну з розчином хлористого кальцію. Потрапляючи в розчин, краплі утворюють гранули, вони перебувають у розчині 40-хвилин за температури розчина 20-30 °C. Після витримки гранул у розчині проводиться їхнє попереднє сушіння на повітрі впродовж 24 годин. Наступне сушіння, спучування й твердіння гранул відбувається в печі СВЧ. Спучені гранули змішуються із рідким склом у співвідношенні 1:1,5, суміш завантажується у форму та надходить до печі СВЧ, де відбувається її спучування та твердіння. При використанні як наповнювача каоліну композиція має високу боязкість і її можна пропустити тільки через форсунку діаметром не менше 2,5 мм. Фізико-механічні показники матеріалів, отриманих за рецептурою 3 є близькими до показників рецептури 2 за винятком розміру отриманих гранул, який у два рази вищий. Приклад 4. Готують композицію, яка містить 100 мас.ч. рідкого скла та 1,2 мас.ч. аеросилу. Потім вона завантажується у фарборозпилювач і за допомогою пістолета-розпилювача через форсунку 3 UA 72198 U 5 10 15 діаметром 2,5 мм проводиться розпилювання суміші в ванну з розчином хлористого кальцію. Потрапляючи в розчин, краплі утворюють гранули, вони перебувають у розчині 40-хвилин за температури розчина 20-30 °C. Після витримки гранул у розчині проводиться їхнє попереднє сушіння на повітрі впродовж 24 годин. Наступне сушіння, спучування й твердіння гранул відбувається в печі СВЧ. Спучені гранули змішуються із рідким склом у співвідношенні 1:1,5, суміш завантажується у форму та надходить до печі СВЧ, де відбувається її спучування та твердіння. При використанні як наповнювача аеросилу, максимальна його кількість у композиції складає 1,2 мас.ч., щоб композицію можна було пропустити через форсунку діаметром 2,5 мм. Через форсунку діаметром 1 мм композицію навіть із значно нижчим вмістом аеросилу пропустити не вдається через дуже високу її в'язкість. Як видно з наведених даних такі матеріали відрізняються найнижчою щільністю, але як наслідок і найнижчою міцністю, що обумовлено найменшою кількістю наповнювача в композиції. Отримані газонаповнені матеріали мають достатньо високі міцнісні й теплоізоляційні властивості. Ефективний діапазон температур їх експлуатації від -200 до +600 °C, вони стійкі до дії кислот та їх парів, вони повністю негорючі, не виділяють токсичних речовин, не пошкоджуються грибками та мікроорганізмами, термін їх служби не обмежений. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб отримання спученого зернистого матеріалу на основі рідкого скла, який відрізняється тим, що реалізується з використанням мобільної установки, яка складається з генератора, компресора, фарборозпилювача, який полягає у готуванні суміші рідкого скла з мінеральним наповнювачем та її розпиленні за допомогою фарборозпилювача у ванну з отверджуючим розчином, де краплі утворюють гранули (бісер) із зміцненим поверхневим шаром, витримуванні гранул у розчині, проведенні їх попереднього сушіння на повітрі та спученні в печі СВЧ. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4