Спосіб отримання блокового теплоізоляційного матеріалу на основі грануляту з рідкого скла

Реферат: Спосіб отримання теплоізоляційного матеріалу на основі грануляту з рідкого скла. Блоковий матеріал отримують шляхом одночасного спучування гранул та зв'язуючого. UA 88461 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ БЛОКОВОГО ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНОГО МАТЕРІАЛУ НА ОСНОВІ ГРАНУЛЯТУ З РІДКОГО СКЛА UA 88461 U UA 88461 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області технології отримання негорючих тепло- і звукоізоляційних матеріалів на основі рідкого скла, отриманих шляхом термічного та хімічного 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 пустотної 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 С04В 28/26, С04В 111/20. 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). 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. При одержанні силіпору грануляція рідкоскляної суміші здійснюється шляхом її розпилювання в баштовій сушарці. У цьому випадку грануляція й спучування сполучаються в одній операції. Спучування грануляту відбувається за рахунок випаровування зв'язаної води, що міститься в рідкому склі. З отриманого спученого грануляту виготовляють блоки, шляхом змішування його із зв'язуючим [Кулешов И.В., Торнер Р.В. Теплоизоляция из вспененных полимеров. - М.: Будиздат, 1989. - 196 c.]. Недоліком такої технології отримання блочних матеріалів є велика витрата зв'язуючого та велика щільність блока. Найбільш близьким до заявлюваної корисної моделі за технічною суттю та досягнутим ефектом є спучений зернистий матеріал для теплоізоляції на основі рідкого скла [Патент на корисну модель № 72198, МПК С04В 28/26, C08J 9/16, В29С 44/54. Склад та спосіб отримання спученого зернистого матеріалу для теплоізоляції на основі рідкого скла / Римар Т.Е. U201201018; заявл. 31.01.2012; опубл. 10.08.2012, Бюл. № 15]. За даним способом отримання спученого зернистого матеріалу відбувається з використанням мобільної установки, що складається з генератора, компресора та фарборозпилювача. Технологія отримання спіненого зернистого матеріалу полягає у приготуванні суміші рідкого скла з мінеральним наповнювачем та розпилюванні її за допомогою фарборозпилювача у ванну з отверджуючим розчином, де краплі утворюють гранули (бісер) із зміцненим поверхневим шаром, витримки гранул у розчині, попередньої їх сушки на повітрі та спучуванні в печі СВЧ. На основі спученого зернистого матеріалу виготовляють штучні вироби у вигляді плит (блоків). Технологія одержання блокового матеріалу складається з наступних стадій: змішування зернистого матеріалу і зв'язуючого (рідкого скла); формування блоку; попереднє сушіння блоку на повітрі та спучування його в печі СВЧ. В основу корисної моделі покладена технологія отримання теплоізоляційного матеріалу на основі грануляту з рідкого скла, яка відрізняється тим, що за запропонованою технологію блоковий матеріал отримують шляхом одночасного спучування гранул та зв'язуючого. Отримання блокового теплоізоляційного матеріалу шляхом одночасного спучування гранул та зв'язуючого дозволяє у півтори рази зменшити енерговитрати, тому що не потрібно окремо спучувати гранули, у 2 рази зменшити витрати зв'язуючого, завдяки його спінюванню перекисом водню та отримати більш однорідний за структурою матеріал, тому що зв'язуюче при спінюванні 1 UA 88461 U 5 10 15 20 25 рівномірно заповнює порожнини між гранулами. Технологія отримання блокового теплоізоляційного матеріалу полягає в отриманні гранул з використанням мобільної установки, яка складається з генератора, компресора, фарборозпилювача, витримуванні гранул в отверджуючому розчині, проведенні їх попередньої сушки на повітрі, приготуванні зв'язуючого, змішуванні його з гранулами у певній формі та одночасному спученні гранул та зв'язуючого у печі СВЧ. 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 представляє собою кремнегель, який містить адсорбований оксид кальцію. 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 розчина 20-30 °C. Після витримки гранул у розчині проводиться їхня попередня сушка на повітрі впродовж 24 годин. Далі готують зв'язуюче шляхом змішування рідкого скла з газоутворювачем (перекисом водню), стабілізатором (поверхнево-активною речовиною ΟΠ-10), наповнювачем (цементом) та оксидом магнію, який вводиться для розкладання перекису водню. Зв'язуюче змішують з гранулами у співвідношенні 1:1, формують блок та спучують його в печі СВЧ протягом 10-12 хвилин при потужності 800 Вт, що відповідає температурі 200-220 °C, до постійної маси. Як мінеральний наповнювач при виготовленні гранул був використаний каолін. Кількість каоліну, що вводиться у композицію, підбиралася таким чином, щоб надати системі в'язкість необхідну для пропускання її через форсунку певного діаметра. Корисну модель ілюструють приклади запропонованих композицій, рецептури яких представлені в таблиці 1 і 2. Таблиця 1 Рецептура для отримання гранул Кількість рідкого скла, мас. ч. 100 Кількість каоліну, мас. ч. 5 Діаметр форсунки, мм 2,5 Таблиця 2 Рецептура для отримання зв'язуючого № Кількість рідкого Кількість ОПрецептури скла, мас. ч. 10, мас. ч. 1 2 3 4 100 100 100 100 2 2 2 2 Кількість перекису водню (35 %-вий розчин), мас. ч. 5 10 15 20 Кількість Кількість оксиду цементу, мас. магнію, мас. ч. ч. 0,1 20 0,2 20 0,3 20 0,4 20 30 Основні фізико-механічні показники блокового теплоізоляційного матеріалу представлені в таблиці 3. 2 UA 88461 U Таблиця 3 Основні фізико-механічні показники блокового теплоізоляційного матеріалу Найменування показника 1 3 Щільність, кг/м Водопоглинання, % Сорбційна вологість, % Вологість, % Межа міцності при вигині, МПа Межа міцності при 10 % деформації стискування, МПа Теплопровідність, Вт/м*К 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Значення показника для кожної рецептури 1 2 3 4 2 3 4 5 298 295 266 276 48,0 48,7 50,4 50,6 5,5 5,8 6,5 6,8 0,5 0,5 0,5 0,5 0,624 0,597 0,546 0,432 0,645 0,637 0,623 0,457 0,0322 0,032 0,030 0,031 Приклад 1. Спочатку готують композицію для виготовлення гранул за рецептурою, наведеною в таблиці 1. Суміш завантажується у фарборозпилювач і за допомогою пістолета-розпилювача через форсунку діаметром 2,5 мм проводиться її розпилювання 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 їхня попередня сушка на повітрі впродовж 24 годин. Потім готують зв'язуюче шляхом змішування 100 мас. ч. рідкого скла, 2 мас. ч. ОП-10, 5 мас. ч. перекису водню, 0,1 мас. ч. оксиду магнію та 20 мас. ч. цементу. Зв'язуюче змішують з гранулами у співвідношенні 1:1, формують блок та спучують його в печі СВЧ протягом 10-12 хвилин при потужності 800 Вт, що відповідає температурі 220-250 °C, до постійної маси. Як видно з наведених даних такі матеріали відрізняються найвищою міцністю, але й найвищою щільністю та теплопровідністю, це обумовлено найменшою кількістю газоутворювача (перекису водню) в композиції зв'язуючого. Крім цього через недостатню кратність спінювання зв'язуючого у верхньому шарі блока гранули не повністю покриті отвердженим зв'язуючим та виступають, через що поверхня блока не рівна. Приклад 2. Спочатку готують композицію для виготовлення гранул за рецептурою, наведеною в таблиці 1. Суміш 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 їхня попередня сушка на повітрі впродовж 24 годин. Потім готують зв'язуюче шляхом змішування 100 мас. ч. рідкого скла, 2 мас. ч. ОП-10, 10 мас. ч. перекису водню, 0,2 мас. ч. оксиду магнію та 20 мас. ч. цементу. Зв'язуюче змішують з гранулами у співвідношенні 1:1, формують блок та спучують його в печі СВЧ протягом 10-12 хвилин при потужності 800 Вт, що відповідає температурі 220-250 °C, до постійної маси. При використанні 10 мас. ч. перекису водню щільність спученого блоку зменшується, гранули повністю вкриті зв'язуючим, а блоковий матеріал має достатньо високі міцнісні показники та низьку теплопровідність. Приклад 3. Спочатку готують композицію для виготовлення гранул за рецептурою, наведеною в таблиці 1. Суміш 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 їхня попередня сушка на повітрі впродовж 24 годин. Потім готують зв'язуюче шляхом змішування 100 мас. ч. рідкого скла, 2 мас. ч. ОП-10, 15 мас. ч. перекису водню, 0,3 мас. ч. оксиду магнію та 20 мас. ч. цементу. Зв'язуюче змішують з гранулами у співвідношенні 1:1, формують блок та спучують його в печі СВЧ протягом 10-12 хвилин при потужності 800 Вт, що відповідає температурі 220-250 °C, до постійної маси. Фізико-механічні показники матеріалів, отриманих за рецептурою 3 є близькими до показників рецептури 2, але мають нижчу щільність. Отже така рецептура є найбільш 3 UA 88461 U 5 10 15 20 оптимальною. Приклад 4. Спочатку готують композицію для виготовлення гранул за рецептурою, наведеною в таблиці 1. Суміш 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 їхня попередня сушка на повітрі впродовж 24 годин. Потім готують зв'язуюче шляхом змішування 100 мас. ч. рідкого скла, 2 мас. ч. ОП-10, 20 мас. ч. перекису водню, 0,4 мас. ч. оксиду магнію та 20 мас. ч. цементу. Зв'язуюче змішують з гранулами у співвідношенні 1:1, формують блок та спучують його в печі СВЧ протягом 10-12 хвилин при потужності 800 Вт, що відповідає температурі 220-250 °C, до постійної маси. При використанні 20 мас. ч. перекису водню щільність спученого блока збільшується у порівнянні з рецептурою 3, у якій було використано 15 мас. ч. перекису водню. Це обумовлено тим, що через підвищений вміст газоутворювача спінений матеріал не встигає стабілізуватися та дещо осідає. Отримані газонаповнені матеріали мають достатньо високі міцнісні й теплоізоляційні властивості. Ефективний діапазон температур їх експлуатації від -20 °C 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 25 Спосіб отримання теплоізоляційного матеріалу на основі грануляту з рідкого скла, який відрізняється тим, що за запропонованою технологією блоковий матеріал отримують шляхом одночасного спучування гранул та зв'язуючого, що дозволяє зменшити енерговитрати, витрати зв'язуючого, зменшити щільність блока та отримати більш однорідний за структурою матеріал. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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