состав для изготовления теплоизоляционного материала

Формула изобретения

Состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий отверждаемую основу в виде 30-50%-ного натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель на основе натриевых солей неорганических фторсодержащих кислот, компонент, образующий пену, наполнитель и воду, отличающийся тем, что в качестве натриевых солей неорганических фторсодержащих кислот используют или натрия гексафторсиликат (Nа₂SiF₆), или натрия гексафтортитанат (Nа₂TiF₆), или их смеси при любом соотношении компонентов, а в качестве компонента, образующего пену, используют или натриевую, или триэтаноламмонийную соль лаурилсульфата при следующем содержании компонентов, мас.%:

Отверждаемая основа - 30-50%-ное натриевое
жидкое стекло с силикатным модулем 2,8-4,5	71-77
Отвердитель - или натрия гексафторсиликат
(Na 2SiF6), или натрия гексафтортитанат (Na 2TiF6),
или их смеси при любом соотношении компонентов	8,5-9,1
Компонент, образующий пену, - или натриевая,
или триэтаноламмонийная соль лаурилсульфата	0,9-1,2
Наполнитель - или асбест-хризотил, или
полипропиленовое волокно, или рубленое базальтовое
волокно, или их смеси при любом соотношении компонентов	2,4-3,4
Вода	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для изготовления теплоизоляционного материала, предназначенного для термоизоляции чердачных и подвальных перекрытий, а также фасадов зданий.

Для теплоизоляционных материалов указанного назначения чрезвычайно важными показателями являются: экологическая безопасность, срок эксплуатации, горючесть и механическая прочность.

Известен состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий в качестве отверждаемой основы карбамидную смолу, хлористый аммоний, полуводный фосфогипс, пенополистирол, сульфитный щелок, перлитовый песок и воду (а.с. СССР № 1505909).

Однако изделия из этого состава при высокой объемной массе имеют низкую механическую прочность.

Известен состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий в качестве отверждаемой основы карбамидоформальдегидную смолу, кислый отвердитель, наполнитель, поверхностно-активное вещество, карбамид, силикат натрия (патент СССР № 1834870).

Однако недостатками этого состава являются относительно высокое водопоглощение готовых изделий, значительное содержание вредных примесей, низкая механическая прочность готовых изделий и низкий срок их эксплуатации из-за старения и деструкции при температурах выше 40°С.

Известен состав для изготовления теплоизоляционного материала, который содержит следующие компоненты: отверждаемая основа - карбамидоформальдегидная смола, поверхностно-активное вещество, кислый отвердитель, наполнитель, пластификатор (патент РФ № 2055820).

Однако недостатками известного состава являются: выделение изделиями в атмосферу экологически вредного формальдегида, исключающее их применение в качестве теплоизоляторов в жилищном строительстве;

- невысокий срок эксплуатации изделий, получаемых на его основе, из-за старения и деструкции полимерной основы;

- низкие характеристики пожарной безопасности готового теплоизоляционного материала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий отверждаемую основу в виде 30-50% натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель - по крайней мере, одно из соединений, выбранное из группы, включающей ангидриды карбоновых кислот, хлорангидриды карбоновых кислот, эфиры хлормуравьиной кислоты и сульфохлориды, компонент, образующий пену, наполнитель и воду (патент США 3850650 по кл. С04В 38/00, 1974).

Известный состав имеет следующее содержание компонентов, мас.%:

отверждаемую основу - 40%-ное жидкое стекло	360-1600
отвердитель - органические соединения,
выделяющие кислоты при взаимодействии
с жидким стеклом	40-160
компонент, образующий пену -
низкокипящие органические жидкости	10-85
эмульгирующий агент - Na-С14-алкилсульфонат	4-5
наполнитель	30-200
вода	10-20

Известный состав позволяет получить пеномассу, твердеющую в процессе пенообразования.

Вспенивание состава происходит путем его нагрева, при котором вскипает эмульгированный в жидком стекле компонент, образующий пену и представляющий собой низкокипящую жидкость.

Отверждение пены происходит в результате взаимодействия жидкого стекла с эмульгированным в нем отвердителем - веществом, выделяющим в водной среде кислоту.

Однако известный состав обладает рядом недостатков:

1. Высокая экологическая опасность как в процессе производства, так и при использовании готовых изделий, так как:

- вспенивание растворов жидкого стекла достигают введением в состав отверждаемой композиции экологически вредных органических жидкостей (трихлорфторметана, дихлордифторметана, хлороформа, винилхлорида, трихлорэтилена), которые в процессе производства и при последующем использовании полученных изделий выделяются в атмосферу в количествах, в десятки раз превышающих предельно допустимые концентрации;

- в качестве отверждающих компонентов используют органические соединения, например бутиловый, изо-октиловый, фениловый эфиры хлормуравьиной кислоты, реагирующие с жидким стеклом, выделяя бутанол, изо-октанол, фенол в количествах, несовместимых с требованиями техники безопасности.

2. Низкая механическая прочность отвердевшей пены, имеющей предел прочности при сжатии не выше 50 кПа, что не позволяет использовать ее в качестве конструкционного теплоизоляционного материала.

3. Низкие характеристики пожарной безопасности теплоизоляционного материала, теряющего при воздействии пламени в течение 30 мин с температурой 850°С более 50% массы (группа горючести Г2).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание состава для изготовления теплоизоляционного материала, обладающего одновременно экологической безопасностью, высокими показателями механической прочности и характеристиками пожарной безопасности.

Технического результата в предлагаемом изобретении достигают созданием состава для изготовления теплоизоляционного материала, включающего отверждаемую основу в виде 30-50% натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель на основе натриевых солей неорганических фторсодержащих кислот, компонент, образующий пену, наполнитель и воду, в котором, согласно изобретению, в качестве натриевых солей неорганических фторсодержащих кислот отвердителя используют или натрия гексафторсиликат (Na₂ SiF₆), или натрия гексафтортитанат (Na₂ TiF₆), или их смеси при любом соотношении компонентов, а в качестве компонента, образующего пену, используют или натриевую, или триэтаноламмонийную соль лаурилсульфата при следующем содержании компонентов, мас.%:

отверждаемая основа -
30-50%-ное натриевое жидкое
стекло с силикатным модулем 2,8-4,5	71-77
отвердитель -
или натрия гексафторсиликат (Na2SiF6),
или натрия гексафтортитанат (Nа2TiF6),
или их смеси при любом соотношении компонентов	8,5-9,1
компонент, образующий пену -
или натриевая, или триэтаноламмонийная
соль лаурилсульфата	0,9-1,2
наполнитель -	2,4-3,4
или асбест-хризотил, или полипропиленовое волокно,
или рубленое базальтовое волокно, или их
смеси при любом соотношении компонентов
вода	остальное

Изобретение позволяет получить следующие преимущества:

- высокая экологическая безопасность производства и потребления теплоизоляционных материалов, так как предложенный состав в своем составе не содержит вредных органических жидкостей;

- высокие прочностные показатели материала, имеющего предел прочности при сжатии не менее 120 кПа;

- пожарная безопасность теплоизоляционного материала, имеющего группу горючести НГ (несгораемый).

Для получения заявленного состава можно использовать следующие вещества.

В качестве отверждаемой основы можно использовать, например, 30-50% натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 3-4,5 (ГОСТ 13078-81).

В качестве отвердителя используют, например, натрия гексафторсиликат (ТУ 113-08-587-86) или натрия гексафтортитанат (ТУ 6-09-01425-77), или их смеси при любом соотношении компонентов.

В качестве наполнителя можно использовать, например, асбест-хризотил (ГОСТ 12871-93) полипропиленовое волокно (ТУ 2272-001-44340211-2000) или рубленое базальтовое волокно (ТУ В.2.7.88 023.025-96), или смеси этих материалов. При этом соотношение компонентов в наполнителе может быть любым и определяется лишь необходимостью получения качества готовых изделий, определяемого спецификой области применения последних.

В качестве компонента, образующего пену, используют триэтаноламмонийную соль лаурилсульфата (торговое название пенообразователь № 3, ТУ 6-14-508-80, изменение № 1) или натриевую соль лаурилсульфата.

Заявленный состав можно получить, например, при атмосферном давлении и температуре 10-65°С.

В смеситель емкостью 25 л заливают 4-6 л 40%-ного натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 3,

250 г асбеста-хризотила, предварительно замешанного с 130 мл воды, и включают мешалку.

Через 30 мин добавляют 600-900 г натрия кремнефтористого и одновременно с помощью пеногенератора подают пену требуемой кратности до заполнения аппарата.

Время перемешивания вспененной реакционной массы составляет 5-6 мин. Затем пену выливают в формы размерами 100×300×50 мм, где выдерживают 2 часа, далее перекладывают на поддон и высушивают при 35-35°С в течение 10-12 часов.

Все приведенные режимы способа получения изделия из предлагаемого состава для изготовления теплоизоляционного материала были получены экспериментальным (лабораторным) путем.

Полученные изделия подвергали испытаниям по ГОСТ 30244-94, ГОСТ 30402-96, ГОСТ 17177-94.

О сроке эксплуатации изделий судили по результатам ускоренных испытаний старения образцов. Для этого изделия размерами 100×100×50 мм плавно нагревали и выдерживали при температуре 200°С, визуально фиксируя время (сутки) появления первой трещины в образце, это время принимали как t_ускор.

Для расчета срока эксплуатации изделий в реальных условиях, т.е. при температуре, не превышающей 70°С (t_реал, лет), использовали термический коэффициент скорости деструкции, равный 22,47.

Показатель горючести определяли по двум параметрам: 1) убыль массы (в процентах) образцов диаметром 45 мм и высотой 50 мм и 2) прирост температуры пламени над образцами (°С).

Для сравнения изготавливали изделия из состава прототипа, используя следующие компоненты, мас.%:

отверждаемая основа - 40%-ное натриевое жидкое стекло
с 69,0 силикатным модулем	2,95
отвердитель - бензоилхлорид	7,8
вспенивающий агент - трихлорфторметан	5,6
эмульгатор - Na-С14-алкилсульфонат	0,4
наполнитель-мел	17,2

Для получения корректных сравнительных данных состава-прототипа и изобретения изделия получали и испытывали в условиях, аналогичных условиям получения и испытания заявленного состава и изделий из него.

Примеры заявленного состава при различном содержании различных компонентов приведены в табл.1.

Результаты сравнительных испытаний составов, указанных в табл.1, и составов по прототипу представлены в табл.2.

Как с очевидностью следует из представленных данных, заявленный состав позволяет получать изделия с высокими качественными характеристиками.

Таблица 1
Примеры заявленного состава
Компоненты, мас.%	Примеры составов
	1	2	3	4
Натриевое жидкое стекло
30%, силикатный модуль 3	77	-	-	-
40%, силикатный модуль 3	-	74	-	-
50%, силикатный модуль 4	-	-	71	-
				72,1
40%, силикатный модуль 4	-	-	-
Отвердитель
натрия гексафторсиликат	8,5	-	-	-
натрия гексафтортитанат	-	9,1	-	-
смесь натрия	-	-	9,0	-
гексафторсиликата и натрия	-	-	-	8,5
гексафтортитаната (1:1 по весу)
Компонент, образующий пену
триэтаноламмонийная соль
лаурилсульфата	1,2	-	1,0	-
(пенообразователь № 3)
натриевая соль		1,2		0,9
лаурилсульфата
наполнитель:
полипропиленовое волокно	3,4	-	-	-
базальтовое волокно	-	2,4	-	-
асбест	-	-	3,4	-
асбест+базальтовое волокно	-	-	-	2,4
8:2
Вода	9,9	13,3	15,6	16,1

Таблица 2
Качественные показатели
Наименование показателя	Примеры	Прототип
	1	2	3	4
Выделение
трихлорфторметана, мг/м3:	0	0	0	0	2100
в воздухе рабочей зоны*	0	0	0	0	110
в помещении**
Срок эксплуатации:
- tускор, суток	4,44	4,46	4,45	4,46	0,2
- t реал, лет	99,8	100,2	100	100,2	9
Показатель горючести:
- убыль массы, %	4	5	5	4	60
- прирост температуры, °С	10	12	10	9	50
- группа горючести	НГ	НГ	НГ	НГ	Г2
Предел прочности при сжатии, кПа	120	160	120	180	50
Коэффициент
теплопроводности, ·103,	32	35	32	38	34
Вт/(м·К)
Плотность, кг/м3	110	140	110	180	60
* Предельно допустимая концентрация трихлорфторметана в воздухе рабочей зоны 1000 мг/м3 ** В соответствии с гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.1338-03 предельно допустимая среднесуточная концентрация трихлорфторметана в атмосферном воздухе составляет 10 мг/м3