ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2285680

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ СОСТАВ

Имя изобретателя: Быкова Эмма Валеевна (RU); Дорофеев Андрей Алексеевич (RU); Коршунова Гульзара Хамитовна (RU); Савкин Геннадий Григорьевич 
Имя патентообладателя: Федеральное агентство по атомной энергии (RU); Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
Адрес для переписки: 607188, Нижегородская обл., г. Саров, пр. Мира, 37, ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", начальнику ОПИНТИ
Дата начала действия патента:  2004.11.22

Изобретение относится к технологии производства строительных материалов из минеральных веществ и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных материалов для ненесущих конструкционных изделий. Технический результат: повышение технологичности при механической обработке за счет повышения механической прочности, деформируемости, снижения хрупкости при сохранении термостойкости и низкой плотности готового материала. Для получения формуемой массы предварительно готовят исходную композицию, выбирая в качестве связующего жидкое натриевое стекло с плотностью d=1,36-1,42 г/см ³, в качестве кремнийсодержащего отвердителя - кремнефтористый натрий и глицерин в качестве модифицирующего агента. Содержание ингредиентов выбирают в заявляемых пределах соотношений, мас.%: - кремнийсодержащее соединение - 2-5; - зольные микросферы - 20-45; - модифицирующий агент из группы многоатомных спиртов - 2-4; - жидкое стекло - остальное.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предполагаемое изобретение относится к области производства строительных материалов из минеральных веществ, и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных материалов для ненесущих конструкционных изделий.

Известен теплоизоляционный состав, включающий в качестве связующего жидкое стекло, огнеупорный наполнитель в виде полых микросфер на основе кремнийсодержащего вещества из золы-уноса ТЭС и порошкообразные добавки - кремнеземистая пудра, оксиды карбоната или бората (заявка Великобритании №1550184, МПК С 04 В 43/00, опубл. 1979 г.).

К недостаткам аналога относится достаточно высокая плотность готового материала за счет высокого содержания упрочняющих добавок, что негативно отражается на теплоизоляционных свойствах готовых изделий и ограничивает области их использования.

Известен в качестве наиболее близкого по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому теплоизоляционный состав для получения теплоизоляционного материала, включающий в качестве связующего жидкое стекло, в качестве огнеупорного наполнителя - стеклянные микросферы и микросферы из золы - уноса ТЭС, технологические добавки (патент РФ №2098379, опубл. БИ 24/95 от 20.08.95 г).

К недостаткам известного теплоизоляционного состава относится недостаточно высокая технологичность при механической обработке за счет невысоких показателей механической прочности, деформируемости и значительной хрупкости.

Задачей авторов предлагаемого теплоизоляционного состава является разработка рецептуры материала, характеризующегося высокими значениями технологичности при механической обработке за счет повышения механической прочности, деформируемости и стойкости к эксплуатации в умеренных климатических условиях, снижения хрупкости при сохранении термостойкости и низкой плотности.

Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого теплоизоляционного состава, состоит в повышении технологичности за счет улучшения показателей механической прочности, деформируемости, снижения хрупкости при одновременном сохранении термостойкости, низкой плотности готового материала.

Указанные задача и новый технический результат, обеспечиваемый изобретением, достигаются тем, что известный теплоизоляционный состав, включающий в качестве связующего жидкое стекло, в качестве огнеупорного наполнителя кремнийсодержащие микросферы из золы -уноса ТЭС, технологические добавки, дополнительно содержит соединение из группы многоатомных спиртов в качестве модифицирующего агента при следующем содержании ингредиентов, мас.%:

- кремнийсодержащее соединение	2-5
- зольные микросферы	20-45
- модифицирующий агент из группы
многоатомных спиртов	2-4
- жидкое стекло	остальное.

Наличие отличительных от прототипа существенных признаков свидетельствует о соответствии предлагаемого изобретения критерию "новизна".

Согласно предлагаемому изобретению композицию для теплоизоляционного материала готовят следующим образом.

Первоначально готовят формуемую массу путем смешения кремнийсодержащего соединения в качестве отвердителя, кремнийсодержащего связующего - водного раствора силиката щелочного металла, модифицирующего агента в виде органического соединения из группы многоатомных спиртов, затем огнеупорного наполнителя из кремнийсодержащих зольных микросфер, которые контактируют последовательным дозированием с последующим механическим перемешиванием смеси равномерно для избежания комкования сырьевой массы.

Наличие модифицирующего агента из группы многоатомных спиртов в составе формуемой массы способствует проявлению свойств, характерных не только для традиционного применения в качестве пластификаторов, но, как это показали эксперименты, и специфичных свойств в новой, отличной от прототипа, системе компонентов.

При этом снижается поверхностное натяжение в жидкой фазе формуемой массы, что приводит к ускоренному и более равномерному распределению частиц твердой фазы в ней, которое успевает наиболее полно реализоваться в течение фактического периода отверждения, а следовательно, и более оптимальному перераспределению когезионно-адгезионного взаимодействия между составляющими единицами формуемой системы.

Эксперименты показали, что наличие модифицирующего агента указанного типа совместно с отвердителем создает мягкие условия при формовании и отверждении, способствующие образованию упругих и подвижных связей между молекулами связующего и огнеупорного наполнителя в менее вязкой среде, вследствие чего готовый материал характеризуется более высокой технологичностью за счет улучшения деформируемости и значительного снижения хрупкости, чем это достигнуто в прототипе.

Кроме того, показано, что совместное присутствие соединения из группы многоатомных спиртов и кремнийсодержащего отвердителя в среде кремнийсодержащего связующего приводит к тому, что процесс взаимодействия их с поверхностным веществом кремнийсодержащих зольных микросфер протекает наиболее полноценно. При этом проявляется и каталитическое, и, одновременно, структурообразующее воздействие модифицирующего агента на процесс отверждения формуемой массы, результатом чего является повышение механической прочности и сохранение показателей термостойкости, несмотря на то, что исключены стеклянные микросферы в качестве наполнителя и относительное содержание связующего как структурной основы прочности формуемого материала ниже, чем в прототипе.

Указанные компоненты вводят в количествах, соответствующих заявленному диапазону соотношений.

Снижение содержания отвердителя и модифицирующего агента ниже нижнего предела заявляемых соотношений ведет к недооформлению готового материала, тогда как превышение содержания их выше предельных концентраций ведет к чрезмерному ускорению процесса отверждения и проявлению брака неоднородности структуры.

Экспериментально обоснован и выбор содержания связующего и огнеупорного наполнителя, и способствующих в совокупности с отвердителем и модифицирующим агентом достижению максимальных значений показателей термостойкости и механической прочности.

Готовую композицию, содержащую все указанные компоненты в заявляемых пределах соотношений, после смешения подвергают формованию по методу свободного литья в формы для получения пористой заготовки. В процессе формования на формовочную смесь воздействуют тепловым потоком в диапазоне температур порядка 250°С.

После завершения процесса отверждения форму разбирают и готовые изделия охлаждают. Образцы подвергают испытаниям.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

Таким образом, использование предлагаемого теплоизоляционного состава обеспечивает сравнимые с прототипом термостойкость и низкую плотность, и более высокие показатели механической прочности и упругости.

Возможность промышленной реализации изобретения подтверждается следующими примерами реализации.

Пример 1. Предлагаемый теплоизоляционный состав был изготовлен в лабораторных условиях для изделий массой Q=7 кг. Для получения формуемой массы предварительно готовили исходную композицию, выбирая в качестве связующего жидкое натриевое стекло с плотностью d=1,38 г/см³, в качестве кремнийсодержащего отвердителя - кремнефтористый натрий, и глицерин в качестве модифицирующего агента. Каждую операцию смешения осуществляют при механическом перемешивании на механической мешалке не менее 1,5 минут.

Фракцию полых зольных микросфер в диапазоне размеров частиц 10-300 мкм вводят в готовую смесь связующего, отвердителя и модифицирующего агента и перемешивают на электрической мешалке в течение 10 минут. Подготовленную формовочную смесь выливают в форму, которую прогревают в электропечи ступенчато при температуре от 100 до 250°С в течение 9 часов. Термообработку ведут до полного удаления растворителя (воды), затем отключают нагрев, извлекают и испытывают образцы. Результаты испытаний сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что готовый материал характеризуется более высокими показателями технологичности, механической прочности и деформируемости (предела прочности на сжатие, относительной величины деформации) при сохранении высокой термостойкости и низкой плотности.

Как показали экспериментальные исследования, использование изобретения позволяет получить теплоизоляционный материал, характеризующийся более высокими показателями технологичности за счет повышения механической прочности и деформируемости, при одновременном сохранении термостойкости и низкой плотности.

Таблица
Технико-экономические показатели готовых изделий	Составы по примерам
	Прототип			Предлагаемый состав
Примеры	1	2	3	4	5	6	7	8
Кремнийсодержащее соединение (отвердитель), % мас.	4	3	2	2	3	4	4	4
Зольные микросферы, % мас.	19	28	40	30	40	45	40	40
Стеклянные микросферы, % мас.	11	7	-	-	-	-	-	-
Общее количество микросфер, % мас.	30	35	40	20	40	45	40	40
Модифицирующий агент, % мас.				2	2	2	3	4
Жидкое стекло	Остальное
Плотность, г/см 3	0,44	0,52	0,56	0,41	0,53	0,57	0,51	0,61
Предел прочности при сжатии , МПа	3,7	6,0	6,8	6,0	7,3	9,5	8,8	12
Средняя относительная деформация при испытаниях на сжатие, %	1,03 (практически отсутствует)			3,5

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Теплоизоляционный состав, содержащий жидкое стекло в качестве связующего, огнеупорный наполнитель в виде кремнийсодержащих зольных микросфер, кремнийсодержащее соединение в качестве отвердителя, отличающийся тем, что он дополнительно содержит соединение из группы многоатомных спиртов в качестве модифицирующего агента при следующем содержании ингредиентов, мас.%:

Кремнийсодержащее соединение	2-5
Зольные микросферы	20-45
Модифицирующий агент из группы
многоатомных спиртов	2-4
Жидкое стекло	Остальное

Версия для печати
Дата публикации 18.01.2007гг

---

---