Способ получения теплоизоляционного материала
Владельцы патента RU 2504525:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к теплоизоляционным пористым материалам. Технический результат - повышение прочности при раскалывании. В способе получения теплоизоляционного пористого материала на основе жидкого стекла, включающем тщательное перемешивание компонентов композиции, содержащем жидкое стекло, хлорид натрия, подготовку изделий и термообработку их при 350°С, часть жидкого стекла перед тщательным перемешиванием компонентов предварительно термообрабатывают в интервале температур 250-300°С, затем полученную поризованную массу, измельченную до размера 2-5 мм с насыпной плотностью 50-80 кг/м3, тщательно перемешивают с жидким стеклом и хлоридом натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: жидкое стекло с плотностью 1,45 г/см3 70-80, хлорид натрия 10, указанная измельченная масса 10-20. 2 табл.
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к теплоизоляционным пористым материалам.
Известен способ получения теплоизоляционного материала (пористого заполнителя) керамзит оптимального состава, мас.%: отходы флотации углеобогащения - 60, модифицированное жидкое стекло - 40, керамзит гранулировался и подвергался термообработке при 700°C / Денисов, Д.Ю. Использование отходов флотации углеобогащения в производстве керамзита / Д.Ю. Денисов, И.В. Ковков, В.З. Абдрахимов // Башкирский химический журнал. - 2008. - Том 15. - №2. - С.107-109 / [1].
Недостатками указанного состава керамической массы являются относительно высокие температура обжига - 700°C и средняя плотность - 0,5-0,7 г/см3.
Наиболее близким к изобретению является способ получения теплоизоляционных пористых материалов на основе жидкого стекла, включающий следующие операции: тщательное перемешивание компонентов в керамической композиции при следующем их соотношении, мас.%: жидкое стекло плотностью 1,45 г/см3 - 90, хлорид натрия - 10. Затем из модифицированной жидкостекольной композиции системой ножей разрезают и получают отдельные гранулы, которые при 350°C вспучивают в печном грануляторе / Денисов Д.Ю. К вопросу о получении теплоизоляционного материала из жидкого стекла, модифицированного хлоридом натрия / Д.Ю. Денисов, В.А. Куликов, В.З. Абдрахимов, И.В. Ковков, Е.В. Вдовина, В.А. Михеев, Л.В. Журавель, И.Ю. Рощупкина // Новые огнеупоры. - 2011. - №9. - С.27-30 / [2]. Принят за прототип.
Недостатком указанного состава является относительно низкая прочность при раскалывании - 0,075-0,085 МПа.
Сущность изобретения - повышение прочности при раскалывании.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности при раскалывании теплоизоляционного пористого заполнителя.
Указанный технический результат достигается тем, что известный способ получения пористого заполнителя, включающий тщательное перемешивание компонентов в керамической композиции содержащий, мас.%: жидкое стекло плотностью 1,45 г/см3 - 90, хлорид натрия - 10, подготовку изделий и термообработка их при 350°C, отличается тем, что часть жидкого стекла в количестве 10-20% перед тщательным перемешиванием компонентов предварительно термообрабатывается в интервале температур 250-300°C, затем поризованная масса измельчается до размера 2-5 мм с насыпной плотностью 50-80 кг/м3, тщательно перемешивается с другими компонентами.
Известно, что при вспучивании больших объемов жидкого стекла, например при производстве плит, получаемая структура очень неравномерна в силу того, что вспучивание не происходит одновременно по всему объему, а образующиеся пористые участки структуры еще больше усиливают такую неравномерность, с другой стороны, удаляемая при термообработке влага приводит к «разжижению» массы и, как следствие, к слиянию пор и увеличению объема пустот.
Введение в составы жидкостекольных композиций наполнителей приводит к структурированию системы, что позволяет получать более однородные структуры. Но применяемые наполнители, как известно, либо имеют значительную плотность, что приводит к увеличению плотности получаемого теплоизоляционного материала, либо имеют отличный химический и минералогический составы, что отрицательно влияет на долговечность теплоизоляционных материалов при многократном нагреве и охлаждении (термостойкость) вследствие разности значений ТКР (термических коэффициентов расширения) компонентом.
Эффективность предложенного способа объясняется следующим. Хорошо известна способность натриевого жидкого стекла, представляющего собою гидратированный силикат натрия интенсивно вспучиваться при термообработке и отверждаться после этого. Полученный таким образом вспученный материал измельчается и используется в качестве наполнителя для получения теплоизоляционного материала. Данный наполнитель идентичный по составу дегидратированному жидкому стеклу имеет одинаковый с ним химический и минералогический состав и поэтому способствует равномерному вспучиванию по всему объему и однородности теплоизоляционного материала. Химический состав полученного такого теплоизоляционного материала идентичен по всему объему, что и обеспечивает ему равномерность теплотехнических и физико-механических свойств.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Для получения пористого наполнителя жидкое стекло термообрабатывалось в интервале температур 250-300°C, затем полученная поризованная масса измельчается до размера 2-5 мм с насыпной плотностью 50-80 кг/м3.
Композиции для производства теплоизоляционных материалов различных составов, представленных в таблице 1, готовили следующим способом: все компоненты тщательно перемешивали, что приводит к растворению хлористого натрия. Ионы натрия понижают силикатный модуль смеси, а ионы хлора, действуя в качестве сильного окислителя, способствуют коагуляции смеси. Понижение силикатного модуля, приводящее к снижению числа силоксановых связей, облегчает переход ионов щелочного металла в раствор и движение молекул воды в жидкостекольные композиции, что приводит к коагуляции смеси. Коагуляция смеси приводит к повышению вязкости, что дает возможность формовать изделия практически любого размера. Затем из модифицированной жидкостекольной композиции готовили изделия, которые термообрабатывали при 350°C. Изотермическая выдержка при конечной температуре 10-20 минут.
| Таблица 1 | ||||
| Составы жидкостекольных композиций | ||||
| Компонент | Содержание компонентов, мас.% | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Жидкое стекло | 80 | 70 | 80 | 70 |
| Хлорид натрия | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Жидкое стекло термообработнное при температуре 250°C плотностью 50 кг/м3 | 10 | 20 | - | - |
| Жидкое стекло термообработнное при температуре 300°C плотностью 80 кг/м3 | - | - | 10 | 20 |
При нагревании, содержащегося в гранулах гидратированного силиката до температуры 300°C он разжижается, и гидратная вода быстро превращается в пар. Вследствие большой вязкости расплавленного силиката водяные пары не могут свободно выделяться и задерживаются в густой массе, образуя пузыри с тонкими стенками. Из гидратированного растворимого стекла получаются пористые твердые стекловидные массы. Остатки, выделяющейся воды при температуре 350°C начинают вспучивать коагулированную массу. Начиная с 250°C, в результате разложения органических веществ наблюдается выделение Н2, CO, SO3 и CO2, которые также вспучивают керамический материал.
Физико-механические показатели теплоизоляционных материалов представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||
| Физико-механические показатели теплоизоляционных материалов | |||||
| Показатели | Составы | Прототип | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Прочность при раскалывании, МПа | 0,95 | 1,2 | 1,1 | 1,3 | 0,075-0.085 |
| Плотность в куске, г/см3 | 0,18 | 0,21 | 0,22 | 0,24 | 0,23-0,25 |
| Огнеупорность, °C | 1000 | 1050 | 1050 | 1100 | 850-950 |
| Изотермическая выдержка при конечной температуре, минут | 10 | 20 | 10 | 20 |
Как видно из таблицы 2, теплоизоляционные материалы, полученные из предложенного способа, имеют более высокие показатели, чем прототип.
Полученное техническое решение при использовании предложенного способа позволяет повысить прочность при раскалывании теплоизоляционного материала.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Денисов, Д.Ю. Использование отходов флотации углеобогащения в производстве керамзита / Д.Ю. Денисов, И.В. Ковков, В.З. Абдрахимов // Башкирский химический журнал. - 2008. - Том 15. - №2. - С.107-109.
2. Денисов Д.Ю. К вопросу о получении теплоизоляционного материала из жидкого стекла, модифицированного хлоридом натрия / Д.Ю. Денисов, В.А. Куликов, В.З. Абдрахимов, И.В. Ковков, Е.В. Вдовина, В.А. Михеев, Л.В. Журавель, И.Ю. Рощупкина // Новые огнеупоры. - 2011. - №9. - С.27-30. Прототип.
Способ получения теплоизоляционного пористого материала на основе жидкого стекла, включающий тщательное перемешивание компонентов композиции, содержащий жидкое стекло, хлорид натрия, подготовку изделий и термообработку их при 350°С, отличающийся тем, что часть жидкого стекла перед тщательным перемешиванием компонентов предварительно термообрабатывают в интервале температур 250-300°С, затем полученную поризованную массу, измельченную до размера 2-5 мм с насыпной плотностью 50-80 кг/м3, тщательно перемешивают с жидким стеклом и хлоридом натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Жидкое стекло с плотностью 1,45 г/см3 | 70-80 |
| Хлорид натрия | 10 |
| Указанная измельченная масса | 10-20 |
