Способ изготовления волокнистого огнестойкого теплозвукоизоляционного материала

 

Изобретение относится к технологии изготовления легковесных материалов, предназначенных для использования в авиа-, вагоно- и судостроении, строительной промышленности, теплоэнергетике. Кремнийорганические волокна диспергируют в воде, вводят органосиликонат натрия, фосфорную кислоту и поверхностно-активное вещество. При этом органосиликонат натрия и фосфорную кислоту вводят при соотношении от 0,57 : 1 до 11 : 1, а поверхностно-активное вещество - в количестве 4,0 - 23,1 мас.ч. на 100 мас.ч. волокна. При этом органосиликонат натрия и фосфорную кислоту вводят перед диспергированием, а поверхностно-активное вещество - перед диспергированием или в его процессе. При этом перед диспергированием или в его процессе может быть дополнительно введен полиэтилгидридсилоксан в количестве 4,6 - 28,9 мас.ч. на 100 мас.ч. волокна. Из полученной массы формуют материал и сушат. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к технологии изготовления огне- и водостойких теплозвукоизоляционных материалов на основе минеральных волокон, предназначенных для использования в транспортном (авиа-, судо-, вагоно-) строении, в строительной промышленности, в энергоемких технологиях (например, целлюлозно-бумажной промышленности), для нужд теплоэнергетики и пр.технологий и техники для сбережения тепла.

Известен способ изготовления огнестойких теплозвукоизоляционных материалов путем диспергирования в воде кремнийсодержащих волокон (бакорового, каолинового, стеклянного и базальтового) совместно с последующим введением в полученную волокнистую массу гидроокси алюминия, формовании материала и сушки (Авт. свид. СССР N 1172911, 1985).

Материал, полученный по этому известному способу, имеет сравнительно высокую объемную массу (520-700 кг/м³) и поэтому пониженные теплофизические свойства. Кроме этого, он обладает недостаточно высокими огне- и водостойкостью.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления волокнистого огнестойкого теплоизоляционного материала, включающий приготовление массы путем диспергирования кремнийсодержащего волокна в воде, введения кремнийсодержащего соединения и неорганической добавки, формование материала и сушку его. При этом сначала диспергируют кремнийорганические волокна в воде и затем в полученную волокнистую суспензию вводят кремнийсодержащее соединение силикат натрия и неорганическую добавку сульфат алюминия. В качестве кремнийсодержащего волокна используют стеклянное, каолиновое или базальтовое волокно. При приготовлении волокнистой суспензии дополнительно используют органические (целлюлозное и поливинилспиртовое) волокна (патент РФ N 2003750, 1993).

Этот способ не позволяет получать теплоизоляционные материалы, относящиеся к группе материалов особо низкой плотности (ОНП) с высокими изоляционными свойствами, которые также имеют более высокие огне- и водостойкие свойства (показатели).

Техническим результатом изобретения является значительное снижение объемной массы материала и улучшение его теплофизических свойств, а также повышение его огне- и водостойкости.

Этот технический результат достигается тем, что в способе изготовления волокнистого огнестойкого теплозвукоизоляционного материала, включающем приготовление массы путем диспергирования кремнийсодержащего волокна и введения кремнийсодержащего соединения и неорганической добавки, формование материала и его сушку, в качестве кремнийсодержащего соединения используют органосиликонат натрия, а в качестве неорганической добавки фосфорную кислоту, и диспергирование волокна ведут в присутствии поверхностно-активного вещества. Причем органосиликонат натрия и фосфорную кислоту вводят перед началом диспергирования волокна, а поверхностно-активное вещество перед диспергированием или в его процессе. При этом органосиликонат натрия и фосфорную кислоту вводят при соотношении от 0,57:1 до 11:1 и расходе фосфорной кислоты 1,5-13,1 мас.ч. на 100 мас.ч. кремнийсодержащего волокна, а поверхностно-активное вещество вводят в количестве 4,0-23,1 мас.ч. на 100 мас.ч. волокна и перед диспергированием или в его процессе дополнительно вводят полиэтилгидридсилоксан в количестве 4,6-28,9 мас.ч.

В процессе приготовления водной суспензии кремнийорганического волокна в присутствии органосиликоната натрия и неорганической добавки фосфорной кислоты (а также кислоты и полиэтилгидридсилоксана) и поверхностно-активного вещества (ПАВ), протекает ряд химических реакций как между веществами, так и образующимися соединениями и волокнами.

Схематически реакция между веществами можно представить так: при взаимодействии в водном растворе органосиликоната натрия, например, этилсиликоната натрия, и фосфорной кислоты образуется фосфатполиэтилсилоксанолят натрия (полиорганосиликонат натрия): nC₂H₅Si(OH)₂ONa+H₃PO₄ [C₂H₅Si(OH)₂O]_nNa_(1-3)H_(3-1)PO₄ где n > 1, при взаимодействии полиэтилгидридсилоксана и фосфорной кислоты образуется фосфатполиэтилсилоксанолят: [C₂H₅Si(H)O]_m+H₃PO₄ [C₂H0 где m > 1.

При взаимодействии поверхностно-активного вещества (ПАВ), например натрий-бис-(2-этилгексил)сукцинатосульфонат с фосфорной кислотой протекает следующая реакция: C₂₀H₃₇O₅SO₂Na+H₃PO₄ [C₂₀H₃₇O₅SO₂Na]_(1-3)H_(3-1)PO₄ Реакционноспособные группы образующихся соединений и поверхности кремнийсодержащего волокна взаимодействуют, образуя связь волокон в местах их контакта.

При сушке сформованного материала происходит образование разветвленной трехмерной "сетчатой" структуры. При этом имеет место как абсорбция образующегося фосфатополиорганосиликоната натрия в волокна, так и адсорбция образующихся компонентов на поверхности волокна.

Таким образом, при изготовлении неорганического теплозвукоизоляционного материала происходит образование новых химических связей как между отдельными компонентами, входящими в состав суспензии за счет их реакционноспособных групп, так и между образованными соединениями и поверхностью кремнийсодержащих волокон. Этим достигается эффект фиксации волокон (связывание), а также придание им водоотталкивающих (гидрофобных) свойств.

Способ осуществляют следующим образом. Готовят массу путем диспергирования волокна в воде и введения органосиликоната натрия, фосфорной кислоты и ПАВ. При этом указанные компоненты могут вводиться перед диспергированием волокна в воде, либо в процессе диспергирования, либо после диспергирования.

Кремнийсодержащее волокно диспергируют при концентрации 1-2% В диспергируемую смесь компонентов, до или после введения волокна, вводят ПАВ. Смесь компонентов перемешивают до равномерного распределения волокна по всему объему диспергирующей среды. При этом происходит увеличение общего объема гидромассы на 20 и более объемных процентов.

Для повышения эластичности материала в массу перед диспергированием или в его процессе может дополнительно вводиться полиэтилгидридсилоксан.

Из полученной массы формуют материал и сушат. При этом вода, выделяющаяся при формовании материала и содержащая часть неадсорбированных на волокна химикатов, возвращается в производство.

В качестве органосиликонатов натрия могут быть использованы метил-, этил- или винил-силиконаты натрия, а именно: кремнийорганические жидкости, например ГКЖ-10У, ГКЖ-11УД и др. При этом этилсиликонат натрия (ГКЖ-10У) имеет преимущество в силу более низкой стоимости по сравнению с другими вышеуказанными органосиликонатами.

В качестве неорганической добавки используют фосфорную, преимущественно ортофосфорную кислоту, что обусловлено большей стабильностью данного фазового состояния этой кислоты. В качестве ПАВ могут быть использованы как неионогенные ПАВ, например натрий бис(2-этилгексил)сукцинатосульфонат (СВ-102), так и катионоактивные, например полиоксиалкилкремнийорганические ПАВ (КЭП-1 или КЭП-2).

В качестве кремнийсодержащих волокон могут быть использованы стеклянное, каолиновое и базальтовое волокна или волокнистый гидросиликат магния (хризотил-асбест).

П р и м е р 1. Готовят огнестойкий теплозвукоизоляционный материал, содержащий стекловолокно марки М-20 МТВ-0,4 ТУ-6-11-483-79. Для этого в диспергатор емкостью 10 л, снабженный скоростной мешалкой, заливают 5000 г воды и вводят при перемешивании (по сухому) 3,9 г метилсиликоната натрия (ГКЖ-11УД) и 6,8 г ортофосфорной кислоты. Затем вводят 51,8 г предварительно подготовленного стекловолокна длиной 5-7 мм. При этом количество ортофосфорной кислоты составляет 13,1 мас.ч. на 100 мас.ч. волокна, а соотношение метилсиликоната натрия и ортофосфорной кислоты равно 0,57:1. Перед началом диспергирования волокна вводят поверхностно-активное вещество (СВ-102) в количестве 23,1 мас.ч. на 100 мас.ч. волокна. Полученную смесь компонентов перемешивают при скорости вращения мешалки 1000 об/мин в течение 2 мин. Из полученной массы формуют образцы материала и сушат.

П р и м е р 2. Материал получают аналогично примеру 1, но в смесь компонентов перед диспергированием дополнительно вводят полиэтилгидридсилоксан (КЖ-136-41) в количестве 28,9 мас.ч. на 100 мас.ч. волокна.

П р и м е р 3. Материал получают аналогично примеру 2, но в качестве органосиликоната натрия используют этилсиликонат натрия (ГКЖ-10У), берут его в соотношении с ортофосфорной кислотой 11:1 при расходе ортофосфорной кислоты 1,5 мас.ч. на 100 мас.ч. волокна, поверхностно-активное вещество (СВ-102) и полиэтилгидридсилоксан (КЖ-136-41) используют в количестве, соответственно равном 4,0 и 4,6 мас.ч. на 100 мас.ч. волокна, поверхностно-активное вещество и полиэтилгидридсилоксан вводят в процессе диспергирования волокна.

П р и м е р 4. Материал получают аналогично примеру 3. Отличие заключается в том, что ГКЖ-10У и ортофосфорную кислоту используют при соотношении 1,6: 1,0 и расходе ортофосфорной кислоты 7,3 мас.ч. на 100 мас.ч. волокна, при этом поверхностно-активное вещество и полиэтилгидридсилоксан (КЖ-136-41) берут в количестве, соответственно равном 11,1 и 16,7 мас.ч. на 100 мас.ч. волокна.

П р и м е р 5 (по прототипу). Готовят материал, содержащий то же стекловолокно, что в примерах 1-3. При этом массу готовят следующим образом. Сначала диспергируют в воде смесь стекловолокна, целлюлозного и поливинилспиртового волокна, затем в полученную волокнистую суспензию вводят сульфат алюминия и силикат натрия при соотношении (по сухому) 1:1. Полученную массу выдерживают в течение 20 мин. Из готовой массы формуют образцы материала и сушат.

П р и м е р ы 6-7. Материал получают аналогично примерам 3 и 4, но в качестве кремнийсодержащего волокна используют каолиновое штапельное волокно по ГОСТ 23619-79 с диаметром до 4 мкм и диспергируемую смесь компонентов перемешивают при скорости вращения мешалки 1000 об/мин в течение 0,75 мин.

П р и м е р 8 (по прототипу). Материал получают аналогично примеру 5, но в качестве кремнийсодержащего волокна используют то же каолиновое волокно, что и в примерах 5-6.

П р и м е р ы 9-10. Материал получают аналогично примерам 3 и 4, но в качестве кремнийсодержащего волокна используют базальтовое ультратонкое волокно РСТ 1970-86 и перемешивают диспергируемую смесь в течение 3 мин.

П р и м е р 11. Материал получают аналогично примеру 10, но ортофосфорную кислоту и метилсиликонат натрия вводят в процессе диспергирования базальтового волокна в воде.

П р и м е р 12. Материал получают аналогично примеру 10, но ортофосфорную кислоту и метилсиликонат натрия вводят после диспергирования базальтового волокна в воде.

П р и м е р 13 (по прототипу). Материал получают аналогично примеру 5, но в качестве кремнийсодержащего волокна используют то же базальтовое волокно, что и в примерах 9-12.

Результаты проведенных испытаний приведены в табл. 1, 2.

Как видно из данных, приведенных в табл. 2, предлагаемый способ по сравнению со способом по прототипу позволяет значительно снизить объемную массу материала и за счет этого улучшить его теплофизические свойства (теплопроводность и звукопоглощение), а также повысить огне- и водостойкость материала.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет получить экологически чистый материал.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата и соответствует требованию промышленной применимости, так как осуществимо на действующем оборудовании с использованием промышленно выпускаемого сырья и химикатов (в том числе выпускаемого промышленностью РФ).

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО ОГНЕСТОЙКОГО ТЕПЛОЗВУКОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, включающий приготовление массы путем диспергирования кремнийсодержащего волокна в воде и введения кремнийсодержащего соединения и неорганической добавки, формование материала и его сушку, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего соединения используют органосиликонат натрия, а в качестве неорганической добавки фосфорную кислоту, и диспергирование волокна ведут в присутствии поверхностно-активного вещества.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что органосиликонат натрия и фосфорную кислоту вводят перед началом диспергирования волокна, а поверхностно-активное вещество перед диспергированием волокна или в его процессе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что органосиликонат натрия и фосфорную кислоту вводят при их соотношении от 0,57 1 до 11 1 и количестве фосфорной кислоты 1,5 13,1 мас.ч. на 100 мас.ч. кремнийсодержащего волокна, а поверхностно-активное вещество вводят в количестве 4,0 23,1 мас.ч. на 100 мас. ч. волокна.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед диспергированием или в его процессе дополнительно вводят полиэтилгидридсилоксан в количестве 4,6 28,9 мас.ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3