Связующая водорастворимая композиция для изготовления теплоизоляционных плит из минерального волокна
Изобретение относится к связующим композициям для изготовления теплоизоляционных плит. Технический результат - отсутствие выделения при эксплуатации токсичных компонентов, повышение термо-, водостойкости, низкая пожарная опасность. Связующая водорастворимая композиция получена добавлением к 45-55%-ному водному раствору силиката натрия Na2O*xSiO2, где х=2,5-3,1, 5-15% от его массы спирта с C1-C3, перемешиванием, выдержкой 24-240 ч при около 20°С, отделением верхнего слоя и разбавлением нижнего слоя, содержащего силикат натрия общей формулы Na2O*xSiO2*yH2O, где х=3,5-5,1, y=3-7, водой, дополнительно содержащей соединение меди, растворенное в водном растворе аммиака и/или мочевины. Соотношение компонентов, мас.%: указанный силикат 45-66, аммиак и/или мочевина 1-7,2, соединение меди в пересчете на медь 0,2-1,6, вода 32-54. Соединение меди - сульфат, основной карбонат или хлорид меди. 1 з.п. ф-лы, 13 табл.
Изобретение относится к составам строительных материалов, содержащих в качестве связующего силикаты щелочных металлов, и может быть использовано в качестве клеящей композиции, например, при изготовлении минераловатных изделий.
Минераловатные утеплители являются одним из важнейших строительных материалов. Для обеспечения механической прочности утеплители пропитывают полимерным связующим.
В настоящее время для придания плитам необходимых механических свойств широко применяют термоотверждаемые фенолоформальдегидные и аминоформальдегидные смолы, имеющие невысокую водостойкость и выделяющие в процессе эксплуатации токсичные компоненты: фенол, формальдегид, метилизоцианат и др. Особенно интенсивно токсичные компоненты выделяются при эксплуатации минераловатных изделий в условиях повышенных температур. При производстве жестких минераловатных плит расход связующего может превышать 10% от массы изделия, что приводит к горючести плит, наблюдающейся уже при содержании смолы 2-3%.
В качестве негорючего связующего известно применение фосфатов алюминия, например, марки Legarefl итальянской фирмы "Poletto", которые, обладая наилучшими свойствами по пожарной безопасности и отсутствию токсичности, гидрофильны, недостаточно технологичны и не всегда обеспечивают необходимую прочность плит.
Так, сырьевая смесь для огнезащитных теплоизоляционных плит [1] содержит жидкое стекло, тонкомолотый доломит, а также алкилсиликонат натрия и пылевые фракции от обжига вермикулита.
Широко распространены силикатные смеси, отверждаемые кремнефтористым натрием. Так, смесь, используемая при изготовлении строительных материалов [2], содержит (мас.%): жидкое стекло - 58,8-59,2, кремнефтористый натрий - 11,2-11,8, диатомит с удельной поверхностью 3000-3500 см2/г - 17,6-17,7, кварцевый песок с модулем крупности 0,31 - 11,8-11,9.
Известна также силикатная смесь [3], содержащая жидкое стекло, кремнефтористый натрий, кварцевый песок и модифицирующую добавку - поташ.
Известна также клеящая композиция, включающая растворимое стекло, кварцсодержащий компонент и органическую добавку, характеризующаяся тем, что она дополнительно содержит тальк, а в качестве органической добавки - алкилсиликонат натрия [4], а также сырьевая смесь для изготовления тепло- и огнезащитных минераловолоконных изделий, содержащая в качестве связующего силикат натрия, поверхностно-активное вещество оксиэтилированный алкилфенол ОП-10, гидрофобизатор - эмульсию реакционноспособного полисилоксана, а также отвердитель на основе смеси кремнефторида натрия и сернокислого алюминия [5].
Наиболее близким аналогом является связующая водорастворимая композиция на основе силиката натрия для изготовления теплоизоляционных изделий, в том числе и плит из минеральных волокон различного вида. Эту композицию получают, добавляя к жидкому стеклу - различного разведения водному раствору силиката натрия или калия спирт метиловый или этиловый при равных количествах раствора и спирта, выдерживая при обычных условиях с получением осадка и жидкости над осадком. Эту жидкость отделяют и отбрасывают, а нижний слой промывают спиртом, разбавляют водой, снова производят спиртовое осаждение, получая таким образом продукт - силикат натрия или калия, обогащенный кремнеземом. При разбавлении водой образуется гидросиликат с различным отношением Na2O, SiO2 и H2O, обладающий связующей способностью. Связующие на основе силиката натрия или калия используют в сочетании с разними минеральными наполнителями для изготовления в том числе термостойких изделий, плит, блоков и других. Таким минеральным наполнителем может быть и, например, длинноволокнистый асбест [6].
Однако такие изделия не обладают достаточно высокой термо- и водостойкостью и не являются экологически безопасными из-за выделения токсичных элементов в окружающую среду.
Целью настоящего изобретения является создание клеящей композиции, пригодной, в частности, для использования в качестве связующего для минераловатных изделий - утеплителей, которая не выделяет в процессе эксплуатации токсичных элементов в окружающую среду, а также имеет высокую термо- и водостойкость и низкую пожарную опасность. Все эти качества сочетаются с невысокой ценой и доступностью используемых составляющих компонентов.
Поставленная цель достигается путем использования заявленной связующей водорастворимой композиции на основе силиката натрия.
По настоящему изобретению связующая водорастворимая композиция на основе силиката натрия для изготовления теплоизоляционных плит из минерального волокна получена путем добавления к водному раствору силиката натрия спирта, перемешивания, выдержки при температуре около 20°С, отделения и отбрасывания верхнего слоя и разбавления нижнего слоя водой. Используют 45-55%-ный водный раствор силиката натрия Na2O*xSiO2, где х=2,5-3,1, спирт с C1-C3, добавляемый в количестве 5-15% от массы указанного раствора, выдержку осуществляют в течение 24-240 часов с получением нижнего слоя, содержащего силикат натрия общей формулы Na2O*xSiO2*yH2O, где х=3,5-5,1, а y=3-7, разбавление осуществляют водой, дополнительно содержащей соединение меди, предварительно растворенное в водном растворе аммиака и/или мочевины. Соотношение компонентов следующее, мас.%:
| силикат натрия указанной формулы | 45-66 |
| аммиак и/или мочевина | 1-7,2 |
| соединение меди в пересчете на медь | 0,2-1,6 |
| вода | 32-54 |
При этом в качестве соединения меди используют сульфат, основной карбонат или хлорид меди.
Силикат натрия, выпускаемый промышленностью в виде водных растворов под названием жидкое стекло - ЖС, является доступным и дешевым сырьем для изготовления клеящих композиций. Качество ЖС регламентируется ГОСТ 13078-81 стекло натриевое жидкое.
Использованное для синтеза клеящих композиций по настоящему изобретению натриевое ЖС характеризовалось следующими показателями:
внешний вид: бесцветная или желтоватая жидкость
плотность: 1,40÷1,52 г/см3
силикатный модуль: 2,75÷3,1
содержание нелетучих веществ: 48÷69%
Обычно продаваемый 50%-ный водный раствор жидкого стекла содержит 20 молекул воды на одну молекулу силиката, то есть этот раствор соответствует формуле Na2Si3O7*20H2O. Высыхание этого раствора при комнатной температуре приводит к силикату, содержащему 3÷4 молекулы воды, примерно соответствующему формуле: Na2Si3O7*3,5H2O. В процессе нагрева такой пленки силикат плавится в кристаллизационной воде, образуя вязкий раствор, вспенивающийся в результате улетучивания воды и постепенно твердеющий. При нагреве выше 700°С образовавшаяся пена начинает опадать в результате плавления Na2Si3O7. Высыхание и растворение происходит обратимо. Высохшие пленки ЖС легко реагируют с углекислым газом, давая кремниевую кислоту и карбонат натрия. Дегидратация пленок ЖС, протекающая при уменьшении влажности воздуха, вызывает потерю прочности пленки. В результате дегидратации пленки ЖС перестают со временем вспучиваться.
Повышение силикатного модуля ЖС позволяет получить пленки с увеличенной водостойкостью и пластичностью. При получении ЖС с повышенным силикатным модулем путем синтеза и растворения силикат-глыбы с увеличенным мольным соотношением SiO2:Na2O существенно возрастают энергозатраты на растворение, которое проводится в автоклаве при повышенной температуре.
Для повышения модуля в стандартное ЖС можно добавлять растворимую форму кремнезема, например мелкодисперсный силикагель, растворяющийся в ЖС при нагревании. Полное растворение одного моля силикагеля происходит в 1 моле Na2Si3O7*20H2O за 1 час при температуре 95÷100°С. В результате реакции образуется ЖС с силикатным модулем 4. Учитывая, однако, что силикагель весьма дорог, экономически такой путь повышения силикатного модуля ЖС не выглядит привлекательно. Вместо силикагеля можно использовать тетраэтоксисилан или его технические аналоги - этилсиликатные жидкости марок ЭТС-40 или ЭТС-30, с которыми жидкое стекло реагирует при повышенной температуре. Для ускорения реакции выделяющийся этиловый спирт следует отгонять. Этот путь также приводит к многократному удорожанию ЖС с повышенным силикатным модулем.
Обнаружено, что при обработке ЖС легко смешивающимися с водой растворителями: низшими спиртами, ацетоном и др., вызывающими расслоение системы, происходит повышение силикатного модуля нижнего слоя. Отделяющийся верхний слой представляет собой водноорганический раствор, в который переходит часть воды из ЖС. Он способен растворять NaOH, и часть щелочи переходит в верхний слой. В нижнем слое, благодаря обезвоживанию и удалению избыточной щелочи, происходит конденсация силиката с образованием высокомолекулярных продуктов с уменьшенным содержанием натрия, т.е. рост силикатного модуля. Наиболее дешевым реагентом для осуществления этого способа повышения силикатного модуля является метанол. Благодаря низкой температуре кипения метанол можно легко отогнать из выделенного верхнего слоя и использовать в процессе повторно. В лабораторных исследованиях был использован в основном изопропанол. При обработке ЖС спиртом удается повысить силикатный модуль до 5÷6,5.
При промывке изопропанолом образцы ЖС, окрашенные в желто-коричневый цвет, обесцвечиваются. Окрашивающие примеси концентрируются в верхнем слое.
Ниже приведены конкретные примеры осуществления настоящего изобретения.
Пример 1. На 266 г (190 мл) ЖС формулы Na2O*3SiO2*20H2O наливают 15 мл изопропанола и выдерживают 3 недели. Декантируют верхний подвижный слой. Выход остатка лака 229 г (86% от исходного ЖС). Отделяют 52 г верхнего слоя, содержащего 1 г NaOH и 37 г воды. Введено i-PrOH 5% от массы ЖС. В нижнем слое: содержание нелетучих веществ 80,0%, плотность 1,57 г/см3, формула высохшего состава по данным элементного анализа Na2O*3,5SiO2*6,1H2O.
Пример 2. К 400 мл (551,4 г) ЖС с силикатным модулем 3,1 добавляют при перемешивании 50 мл (38,4 г) изопропанола. После отстаивания выделяется 499,9 г прозрачного вязкого нижнего слоя. Лак соответствует формуле: Na2O*4,5SiO2*19H2O. Содержание нелетучих веществ 70,8%. Найдено: %Na - 9,60; %Si - 26,35. Высушенный на воздухе остаток соответствует формуле: Na2O*4,5SiO2*8,1H2O. Свободной воды оттитровывается по Фишеру 1,7%. Введено i-PrOH 6% от массы ЖС.
Пример 3. При введении в ЖС 10% i-PrOH и последующем отстаивании в течение 3 дней образуется нижний слой вязкого прозрачного лака с силикатным модулем 5,1. Выход нижнего слоя 77% от исходного ЖС. Формула высохшего состава по данным элементного анализа Na2O*5,1SiO2*9,3H2O.
Аналогичные результаты по повышению силикатного модуля были получены при использовании для обработки ЖС метанола и этанола.
В качестве прототипа для сравнения в качестве связки использовали коммерческие образцы ЖС с силикатным модулем 3,1, содержащие 69,4% нелетучих веществ (плотность 1,48 г/см3), которые разбавляли водой до концентрации 26,7%.
Образцы вышеперечисленных связок были залиты в пластиковые формы объемом 4 мл и высушены в помещении в течение 15 дней. После извлечения из форм образцы подвергали испытаниям:
1. Погружали в 100 мл воды на 2 часа.
2. Помещали на 30 минут в печь, нагретую до 300°С. Определяли потерю массы, кратность увеличения объема (коэффициент вспучивания), плотность после испытаний.
Термообработанные образцы испытывали на водостойкость, определяя долю растворяющихся веществ за 2 и 24 часа и насыщение водой нерастворимого остатка (водопоглощение).
3. Помещали на 15 минут в печь, нагретую до 1000°С, и определяли затем те же свойства термообработанных материалов, что и в п.3.
Все испытанные образцы без термообработки полностью растворялись в воде при испытаниях по п.1 и не возгорались при испытаниях по п.3.
В таблице 1 представлены свойства высушенных пленок модифицированного жидкого стекла.
| Таблица 1. | |||||||||||
| Пример | Термообработка 300°С (30 мин) | Термообработка 1000°С (15 мин) | |||||||||
| 20°Сρ, г/см3 | Kвсп | Δm | ρ, г/см3 | Растворимость | Водопоглощение | Kвсп | Δm | ρ, г/см3 | Растворимость | Водопоглощение | |
| 1 | 1,62 | 93 | 20,7% | 0,01 | 1,4% | 540% | 11,0 | 37,6% | 0,09 | 7,8% | 60% |
| 2 | 1,53 | 6,6 | 32,7% | 0,14 | -18,1% | 180% | 3,1 | 50,9% | 0,24 | -3,5% | 70% |
| 3 | 1,92 | 129 | 29,7% | 0,02 | 4,8% | 740% | 14,0 | 30,0% | 0,14 | 7,2% | 50% |
Коэффициент вспучивания (Kвсп) определяли как отношение объема образца после термообработки к объему исходного образца, высушенного при 20°С.
Как видно из приводимых данных, связующее на основе ЖС с увеличенным силикатным модулем теряет способность к повторному растворению в воде после кратковременного нагрева до 300°С. Учитывая, что связующее подают на нити, полученные протягиванием из фильер расплава каменного сырья и еще не остывшие, такие условия сушки, вероятно, могут быть достигнуты при промышленном производстве без дополнительного нагревания. Отрицательная величина растворимости указывает на то, что термообработанный образец, погруженный в воду и затем высушенный, обнаруживает увеличение массы, т.е. связывает воду.
В таблице 2 приведены результаты изготовления образцов плит на основе высокомодульных силикатов натрия, полученных в соответствии с примерами 1-3.
Связки, не прошедшие термообработку, хорошо растворяются в воде. Фрагменты образцов подвергли термообработке при 300°С и последующему воздействию воды.
Растворимость термообработанной силикатной связки существенно уменьшается. Эти плиты не возгораются и практически не повреждаются от действия высоких температур, т.е. их можно использовать в качестве высокотемпературной теплоизоляции.
Для сравнения в таблицу включены свойства плит марки Rockwool, выпускаемых с использованием в качестве связующего фенолоформальдегидной смолы, а также плит, полученных с использованием в качестве связующего стандартного натриевого ЖС с силикатным модулем 3,1.
Из приведенных данных по примерам 1-3 следует, что повышение силикатного модуля натриевого жидкого стекла до 3,5-5,1 позволяет получить связку для изготовления минераловатных плит с удовлетворительными свойствами при условии сушки готовых изделий при повышенной температуре. Обработка жидкого стекла с низким силикатным модулем низшими спиртами позволяет проводить конденсацию кремниевой кислоты и уменьшать содержание щелочи в растворе силиката.
| Таблица 2. | |||||||||
| Свойства плит, полученных с использованием связующего по примерам 1-3, до и после термообработки. | |||||||||
| Тип связующего по примеру/ БВ | Термообработка 300°С (30 мин) | Без термообработки | |||||||
| Потеря массы | Уд. вес, г/см3 | Растворимость | ВП% 24 часа | Доля сухой связки в плите | Уд. вес ρ, г/см3 | ВП% 24 часа | Растворимость | Горючесть | |
| ФФС/Rockwool | 1,9% | 0,14 | 0,2% | 110% | 2,2% | 0,17 | 35% | 0% | Г |
| 1/2 | 18,0% | 0,35 | 4,2% | 112% | 60% | 1,05 | 160% | 29% | НГ |
| 2/4 | 11,9% | 0,21 | 6,0% | 160% | 46% | 0,94 | 174% | 25% | НГ |
| 3/10 | 14,6% | 0,19 | 6,9% | 110% | 62% | 0,38 | 200% | 28% | НГ |
| ЖС/11 | 16,7% | 0,22 | 15,4% | 225% | 56% | 0,29 | 234% | 31% | НГ |
Как видно из таблицы 2, водопоглощение таких плит остается весьма высоким. Для его снижения плиты со связующим по примерам 1-3 обрабатывали гидрофобизирующей жидкостью ГКЖ-11н, которая представляет собой смесь натриевых солей метил- или этилсиликоновых кислот, растворенную в воде или водном спирте. Установлено, что максимальный гидрофобизирующий эффект достигается при десятикратном разбавлении водой товарной формы ГКЖ-11н, содержащей около 50% нелетучих веществ, что в пересчете на алкилсиликонат натрия составляет около 30% активного вещества. Обработке подвергались плиты, высушенные при комнатной температуре. Повторную сушку после обработки ГКЖ-11н проводили также при комнатной температуре.
При обработке ГКЖ-11н и последующем высушивании образца по примеру 2 (модуль 5,1) получены гидрофобные плиты аналогичные по свойствам плитам Rockwool. Если проводить сушку при повышенной температуре, то наблюдается улучшение гидрофобности плит. Близкий результат получается при добавке ГКЖ-11н в состав модифицированного жидкого стекла и последующем высушивании образцов плит при температуре 150-300°С.
Наряду с ГКЖ-11н для гидрофобизации могут быть использованы и другие кремнийорганические вещества, например гидрофобизатор П-812.
В таблице 3 приведены результаты проведенных исследований.
| Таблица 3. | |||
| Гидрофобизация плит, полученных с использованием связующего по примерам 1-3, раствором ГКЖ-11н, разбавленным в 10 раз. | |||
| Тип связующего по примеру | Доля гидрофобизатора | Растворимость | Водопоглощение |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | 18% | 26% | 60% |
| 2 | 31% | 8% | 33% |
| 3 | 7% | 20% | 157% |
| ЖС | 8% | 41% | 148% |
Авторы неожиданно обнаружили, что дополнительного улучшения качества связующего на основе ЖС удается добиться при введении в его состав соединений меди.
Увеличение размера катиона в силикате приводит к стабилизации конденсированного состояния кремниевой кислоты. Наилучшими свойствами обладают силикаты, в которых противоионами являются крупные органические молекулы - четвертичные аммониевые катионы. Увеличения размера неорганических ионов можно добиться за счет комплексообразования. Переход М → [ML6], где L электронейтральная молекула, например аммиак NH3, сопровождается ростом объема катиона. Такие комплексы с простыми лигандами достаточно стабильны, когда М переходный металл, например Ni, Cu и др.
Обнаружено, что соли меди, подвергшиеся предварительному комплексообразованию с аминами, оксиэтилированными ПАВ, многоатомными спиртами и фенолами, аммиаком, тиомочевиной, биуретом, мочевиной и др., в отличие от аквакомплексов не образуют осадка при смешивании с ЖС. Наиболее устойчивым продуктом реакции ионов Cu2+ с водным аммиаком являются тетраамминионы: [Cu(NH3)4]2+, a при высоких концентрациях могут образовываться пентаамминионы [Cu(NH3)5]2+. Наиболее доступной солью меди является медный купорос CuSO4*5H2O. Если в ЖС добавить водный раствор соли Cu2+, например раствор медного купороса, то оно мутнеет и через некоторое время на дне сосуда начинает появляться студенистый бледно-голубой осадок. Если же к водному раствору соли меди сначала добавить водный аммиак, а затем полученный ярко-синий раствор вводить в ЖС, то помутнения и образования осадка не наблюдается.
Аналогичный эффект наблюдается, если соль меди растворять сразу в водном аммиаке. Наряду с медным купоросом можно использовать также хлорид меди и другие ее соединения, растворяющиеся в водном аммиаке. Таким образом, аммиачные комплексы меди дают водорастворимые силикаты, в которых аммиак сохраняет координацию с ионом меди.
Ниже приведены примеры композиций, включающих аммиакаты меди.
Примеры 4-13. 15 г медного купороса растворяют в 100 г водного аммиака плотностью 0,92-0,95 г/см3 на холоду при перемешивании. Образуется темно-синий раствор. Полученный раствор добавляют в силикат натрия по примеру 1 в различном соотношении, получая продукты, состав которых приведен в таблице 4. В некоторых случаях дополнительно разбавляли составы водой.
| Таблица 4 Композиции ЖС с сернокислым тетрааммиакатом меди. Массовая доля компонентов в связующем. | |||||
| Пример | Na2O*3,5SiO2*6,5H2O | NH3 | Cu | Вода | x |
| 4 | 66,0% | 1,0% | 0,2% | 32,8% | 72 |
| 5 | 57,8% | 5,2% | 0,6% | 36,4% | 18 |
| 6 | 46,3% | 7,2% | 1,1% | 45,4% | 7 |
| 7 | 52,5% | 4,5% | 1,6% | 41,4% | 6 |
Параметр x (графа 8) представляет собой число молей [Na2O*3,5SiO2*6,5H2O], приходящихся на 1 моль [Cu(NH3)4SO4]. Таким образом, формула соединения, описывающая сухую пленку лака [Cu(NH3)4SO4]*x[Na2O*3,5SiO2*6,5H2O].
| Таблица 5. Свойства композиций водорастворимых силикатов с сернокислым тетрааммиакатом меди | |||||||||||
| При мер | Уд. вес высохш его, г/см3 | Термообработка 300°С (30 мин) | Термообработка 1000°С (15 мин) | ||||||||
| Потеря массы | Kвсп | Уд. вес т/о г/см3 | Р-римость т/о | ВП % | Потеря массы | Kвсп | Уд. вес т/о, г/см3 | Р-римость т/о | ВП % | ||
| 4 | 1,46 | 37% | 33,1 | 0,03 | -27% | 336% | 42% | 2,1 | 0,39 | 0% | 167% |
| 5 | 1,22 | 33% | 6,2 | 0,12 | -12% | 613% | 38% | 2,3 | 0,34 | 0% | 94% |
| 6 | 1,02 | 30% | 6,6 | 0,11 | -6% | 537% | 33% | 2,6 | 0,26 | 1% | 52% |
| 7 | 0,99 | 34% | 2,3 | 0,23 | 0% | 110% | 42% | 1,9 | 0,35 | 0% | 9% |
В таблице 5 содержатся данные о свойствах связок после их высыхания до постоянного веса при комнатной температуре.
Сушка рассматриваемых композиций при 300°С приводит к продуктам нерастворимым в воде. Аммиачный комплекс разрушается и образуется нерастворимый силикат меди, обеспечивающий нерастворимость всей композиции.
Таким образом, составы по примерам 4-7 могут быть рекомендованы для пропитки минераловатных изделий взамен фенолоформальдегидной смолы при условии, что эти изделия подвергаются сушке при температуре 250-300°С. Пропитанные им плиты будут иметь термостойкость порядка 1000°С и относится, в отличие от изделий Rockwool, к негорючим строительным материалам. При пропитке и эксплуатации они не выделяют токсичных испарений. Для удобства пользования концентрированные растворы могут быть разбавлены водой до нужной консистенции.
В таблице 6 суммированы свойства минераловатных плит, полученных с использованием связующего по примерам 4-7, до и после термообработки.
| Таблица 6. Свойства плит, полученных с использованием связующего по примерам 4-1, до и после термообработки. | |||||||||
| Тип связующего по примеру | Термообработка 300°С (30 мин) | Без термообработки | |||||||
| Потеря массы | Уд. вес, г/см3 | Растворимость 24 часа | ВП % 24 часа | Доля сухой связки в плите | Уд. вес ρ, г/см3 | ВП % 24 часа | Растворимость 24 часа | Горючесть | |
| 4 | 8,2% | 0,20 | 7,7% | 300% | 37% | 0,23 | 150% | 10% | НГ |
| 5 | 7,5% | 0,30 | 5,0% | 240% | 25% | 0,30 | 125% | 8% | НГ |
| 5 | 2,9% | 0,10 | 3,0% | 255% | 3% | 0,2 | 375% | 2% | НГ |
| 5 | 4,3% | 0,20 | 4,0% | 255% | 11% | 0,2 | 285% | 8% | НГ |
| 6 | 6,5% | 0,20 | 4,2% | 245% | 22% | 0,27 | 180% | 7% | НГ |
| 6 | 3,4% | 0,15 | 0,5% | 290% | 3% | 0,15 | 180% | 2% | НГ |
| 6 | 3,5% | 0,10 | 1,6% | 260% | 2,5% | 0,1 | 285% | 1% | НГ |
| 7 | 5,4% | 0,20 | 3,9% | 230% | 12% | 0,2 | 350% | 4% | НГ |
Наряду с сульфатом другие соли меди также могут быть использованы для целей настоящего изобретения. В табл.7 и 8 приведен состав связок по примерам 8-9, полученных из основного карбоната меди, который также хорошо растворяется в водном аммиаке, и их свойства после термообработки при 300°C и 1000°С.
Предполагаемая формула соединения, описывающая сухую пленку лака: [Cu(NH3)4OH2]*x[Na2O*3,5SiO2*6,5H2O].
| Таблица 7. Композиции ЖС с аммиакатами основного карбоната меди. Массовая доля компонентов в лаке. | |||||
| Пример | Na2O*3,5SiO2*6,5H2O | NH3 | Cu | Вода | X |
| 8 | 51,0% | 2,5% | 1,1% | 45,4% | 98 |
| 9 | 64,0% | 2,4% | 0,3% | 33,3% | 56 |
| Таблица 8. Свойства композиций ЖС с аммиакатами основного карбоната меди | |||||||||||
| При мер | Уд. вес высохшего, г/см3 | Термообработка 300°С (30 мин) | Термообработка 1000°С (15 мин) | ||||||||
| Потеря массы | Kвсп | Уд. вес т/о, г/см3 | Р-римость т/о | ВП т/о | Потеря массы | Kвсп | Уд. вес т/о г/см3 | Р-римость т/о | ВП т/о к ост. массе | ||
| 8 | 2,16 | 31% | 46,3 | 0,04 | 0% | 200% | 39% | 8,4 | 0,14 | 0% | 77% |
| 9 | 1,79 | 32% | 6,8 | 0,13 | -17% | 195% | 40% | 8,3 | 0,17 |
Свойства связок, полученных на основе аммиакатов сульфата или основного карбоната меди, близки. При растворении основного карбоната на 1 вес. часть сухой соли берут 15-25 вес. частей водного аммиака. Известны также другие вещества, способные образовывать с медью стойкие комплексы, например карбамид или триэтаноламин, с которыми был получен ряд комплексов меди. Термообработка комплексов меди с карбамидом приводит к малорастворимым силикатам.
| Таблица 9. Композиции ЖС с комплексами сульфата меди с мочевиной (Мч). Массовая доля компонентов в лаке. | ||||||
| Пример | Na2O*3,5SiO2*3,5H2O | NH3 | Мч | Cu | Вода | X |
| 10 | 45,0% | 7,0% | 0,5% | 47,5% | 32 | |
| 11 | 46,4% | 0,2% | 5,9% | 0,6% | 46,9% | 76 |
| 12 | 48,4% | 2,8% | 0,5% | 48,3% | 76 | |
| 13 | 50,4% | 4,4% | 0,8% | 44,4% | 76 |
Термообработанные образцы связок, содержащих комплексные соединения меди с мочевиной и, возможно, триэтаноламином в качестве лигандов, по сравнению со связками, содержащими аммиак, показали большую водостойкость и меньшую вспучиваемость при термообработке.
Образцы плит готовили следующим образом. Базальтовую вату выкладывали на пластиковый поддон, взвешивали и заливали составом до полного смачивания всего базальтового волокна (состав обычно разбавляли водой в соотношении от 1:10 до 1:100). Взвешиванием определяли массу пропитки и вычисляли ее долю. Высушивали равномерно пропитанные образцы на поддоне до постоянного веса (9-15 дней) при комнатной температуре. На основании этих данных определяли содержание нелетучих веществ в пропитке, долю сухой связки в плите. Вырезали из плиты прямоугольные фрагменты и определяли плотность образца. После погружения в воду и последующего высушивания на основе изменения масс исследуемого фрагмента определяли водопоглощение и необратимую потерю массы образца за счет растворения связки в воде.
Приемлемый баланс механических свойств плит и их плотности соблюдается при содержании сухой связки в количестве до 20% от массы плиты.
На основании состава по примеру 6 получена минераловатная плита, испытанная на соответствие ГОСТ 22950-95 «Плиты минераловатные повышенной жесткости на синтетическом связующем». Результаты испытаний представлены в табл.13.
| Таблица 13 | ||||
| Наименование показателя | Минплита на ФФС требования ГОСТ 22950-95 | Минплита по данному изобретению* | ||
| Марка 175 | Марка 200 | |||
| 1 | Плотность плит - кг/м3 | 172,5-177,5 | 175-225 | 175-200 |
| 2 | Теплопроводность Вт/(м*K) | 0,051 | 0,053 | 0,045-0,065 |
| 3 | Прочность на сжатие при 10%-ной деформации МПа не менее | 0,045 | 0,060 | 0,08 |
| 4 | Прочность на сжатие при 10%-ной деформации после увлажнения МПа не менее | 0,03 | 0,045 | 0,06 |
| 5 | Массовая доля органических веществ % не более | 7 | 7 | 0,5 |
| 6 | Водопоглощение % по массе не более | 40 | 30 | 0,5 |
| 7 | Влажность % по массе не более | 1 | 1 | 1 |
| * - дополнительно аппретирован кремнийорганическими гидрофобизаторами |
Таким образом, связующее для минераловатных плит по настоящему изобретению позволяет получать плиты с лучшими свойствами, чем при использовании фенолоформальдегидной смолы.
Источники научно-технической информации
1. Патент РФ №2126776, 27.02.1999, С04В 28/26.
2. Патент РФ №2244694, 20.01.2005, С04В 28/26.
3. Заявка на выдачу патента РФ №2003103200, 10.08.2004, С04В 28/26.
4. Патент РФ №2143450, 27.12.1999, C09J 1/02.
5. Заявка на выдачу патента РФ №2003100727, 20.07.2003, С04В 28/26.
6. Григорьев П.Н. и др. Растворимое стекло, Москва, ГИЛСМ, 1956, с.97, 98, 203, 303, 345, 346.
1. Связующая водорастворимая композиция на основе силиката натрия для изготовления теплоизоляционных плит из минерального волокна, полученная путем добавления к водному раствору силиката натрия спирта, перемешивания, выдержки при температуре около 20°С, отделения и отбрасывания верхнего слоя и разбавления нижнего слоя водой, отличающаяся тем, что используют 45-55%-ный водный раствор силиката натрия Na2O·xSiO2, где х=2,5-3,1, спирт с C1-C3, добавляемый в количестве 5-15% от массы указанного раствора, выдержку осуществляют в течение 24-240 ч с получением нижнего слоя, содержащего силикат натрия общей формулы Na2O·xSiO2·yH2O, где х=3,5-5,1, а y=3-7, разбавление осуществляют водой, дополнительно содержащей соединение меди, предварительно растворенное в водном растворе аммиака и/или мочевины, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| силикат натрия указанной формулы | 45-66 |
| аммиак и/или мочевина | 1-7,2 |
| соединение меди в пересчете на медь | 0,2-1,6 |
| вода | 32-54 |
2. Связующая водорастворимая композиция по п.1, где в качестве соединения меди используют сульфат, основной карбонат или хлорид меди.
