СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2255060 (13) C1

(51) 7 C03C11/00, C03B19/08 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
к патенту Российской Федерации 
Статус: по данным на 03.05.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2005.06.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2003134604/03 
(22) Дата подачи заявки: 2003.12.01 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.12.01 
(45) Опубликовано: 2005.06.27 
(56) Аналоги изобретения: RU 2187473 С2, 20.08.2002. SU 1571015 A1, 15.06.1990. DE 3941732 A1, 12.07.1990. US 3261894 A, 19.07.1966. ДЕМИДОВИЧ Б.К. Производство и применение пеностекла. Минск: "Наука и техника", 1972, с.30, 50, 198-199. 
(72) Имя изобретателя: Леонидов В.З. (RU); Дудко М.П. (RU); Зиновьев А.А. (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Леонидов Валентин Зиновьевич (RU); Дудко Михаил Петрович (RU); Зиновьев Андрей Адольфович (RU) 
(98) Адрес для переписки: 121087, Москва, ул. Новозаводская, 2, корп.6/7, кв.66, пат.пов. Т.С.Скомороховой, рег. № 666 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА
Изобретение относится к производству строительных материалов с низкими значениями теплопроводности и плотности. Способ получения пеностекла включает предварительную термообработку при температуре ниже температуры вспенивания исходной смеси, получаемой из порошка стеклобоя, углеродсодержащего газообразователя и водного раствора силиката натрия и/или калия, нагрев до температуры вспенивания, выдержку при этой температуре до завершения процесса пенообразования и последующее охлаждение. Исходную смесь получают при температуре не выше 700С путем последовательного перемешивания водного щелочного раствора силиката натрия и/или калия, порошка стеклобоя и углеродсодержащего газообразователя, затем смесь обрабатывают при температуре 450-5500С до полного удаления воды, в том числе и химически связанной, полученный продукт после охлаждения измельчают, а затем нагревают до температуры вспенивания из диапазона 750-8300С, при этом ингредиенты при получении исходной смеси выбирают в соотношении, мас.%: водный щелочной раствор силиката натрия и/или калия 30-70, порошок несортированного стеклобоя 25-65, углеродсодержащий газообразователь 4-9. Технические результат: получение качественного пеностекла с низкими трудо- и энергозатратами. 1 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к производству строительных материалов с низкими значениями теплопроводности и плотности, в частности касается производства блочного пеностекла, применяемого в качестве эффективного теплоизолирующего материала в различных строительных конструкциях, и может быть применено при получении пеностекла из переработанного боя стекла безотносительно к его химическому составу.

Среди строительных материалов с хорошими тепло- и звукоизоляционными характеристиками пеностекло отличается малым объемным весом, низкой теплопроводностью и высоким звукопоглощением; это негорючий, теплостойкий, высокотермостойкий и химически устойчивый материал. Пеностекло представляет собой легкий пористый материал, получаемый путем спекания и вспенивания при высоких температурах смеси порошкообразного исходного стекла или других стеклообразных материалов с газообразователями (тонкоизмельченными известняком, мелом, сажей, коксом).

Пеностекло можно получать многими способами при использовании композиций на основе различного стекла и вспенивающих агентов. Стеклопорошок получают либо из специально сваренных стекломасс, либо из боя оконного, тарного, оптического и других стекол. Традиционная технология производства пеностекла включает варку стекла специального состава, его помол с газообразователем для получения тонкодисперсной шихты, вспенивание формованной шихты в процессе отжига при температуре не менее 700°С (US, 4192664, кл. С 03 В 19/00, 1980 г., US, 3403990, кл. 65-22, 1968 г.). Стекло обычно используют в порошкообразном виде. Применение известной технологии позволяет получать пеностекло достаточно высокого качества с однородной структурой, обеспечивающей его эксплуатационную стабильность, однако пеностекло имеет высокую себестоимость за счет высокой трудоемкости операции получения стекла требуемого состава.

Известно, что для получения пеностекла с постоянными физическими свойствами (объемной массой меньше 280 кг/м3, водопоглощением меньше 5% и относительно упорядоченной структурой) разработаны технологии применительно к исходному стеклу строго определенного состава. Именно поэтому выбор исходного сырья имеет большое значение. Сырье для получения пеностекла должно быть пригодным с учетом себестоимости его производства, для чего уделяется внимание к времени и температуре вспенивания. 

В патенте US, 4198224, кл. С 03 В 19/08, 1980 г. раскрыт способ получения пеностекла из стеклобоя, включающий нагрев порошкообразной шихты до температуры вспенивания, выдержку при этой температуре до завершения процесса пенообразования и последующее охлаждение. Пеностекло, производимое фирмой Pittsburgh Corning Corporation, получают из тонкодисперсного порошка стекла и газообразователя. Шихту для производства пеностекла готовят из стекла, подлежащего утилизации (так называемого стеклобоя), и газообразователя. Стекло строго определенного состава и газообразователь, находящиеся в твердой фазе, тщательно перемалывают и перемешивают в шаровой мельнице до среднего размера зерна 3-10 мкм. При этом помол компонентов осуществляют раздельно и в несколько стадий: сначала осуществляют раздельный помол стекла и газообразователя, затем проводят их совместный помол. Перемешивание тонкодисперсных компонентов сырьевой смеси осуществляют в твердой фазе. Полученную порошкообразную смесь затем спекают в два этапа при температуре ниже температуры вспенивания, а затем охлаждают. К сожалению, известный способ осложнен тем, что он также связан с проблемой перемешивания исходных компонентов в состоянии твердой фазы, что не обеспечивает их высокого уровня однородности распределения в объеме смеси. Кроме того, помол в металлических мельницах приводит к загрязнению смеси металлом шаров и футеровки, что, как уже указывалось выше, в дальнейшем нарушает условия порообразования на стадии производства пеностекла. К сожалению, в условиях резкого подъема цен на энергоносители использование известной порошкообразной шихты и способа ее получения приводит к удорожанию пеностекла. Это требование налагает ограничения на выбор подвергаемой вспениванию композиции.

Из патента RU, 2109700, кл. С 03 С 11/00, 1998 г. известна технология изготовления гранулированного пеностекла на основе стекольных отходов путем приготовления порошкообразной шихты из стекольного боя и газообразователя. В документе WO 00/61512, С 03 С 11/00, 2000 г. раскрыт способ получения гранулированного пеностекла с использованием отходов стекла с одно- или двухстадийной обработкой гранулята при температуре 200-300°С или 400-800°С в течение времени не более 15 минут.

Жидкое стекло достаточно широко известно как добавка при производстве гранулированного пеностекла, необходимая в качестве связующего для гранул (например, DE, 2010263, С 03 С 11/00, 1979 г.). В патенте RU, 2162825, кл. С 03 С 11/00, 2001 г., раскрыт способ изготовления пеностекла из разобранного стеклобоя определенного состава, включающий приготовление шихты путем совместного помола стеклобоя и карбонатного газообразователя, гранулирование шихты с орошением ее водным раствором растворимого стекла, сушку гранул и термообработку при температуре вспенивания 780-820°С с последующим отжигом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному способу является способ получения пеностекла, включающий предварительную термообработку при температуре ниже температуры вспенивания исходной смеси, получаемой из тонкодисперсного порошка стеклобоя, углеродсодержащего компонента и силиката натрия, нагрев смеси до температуры вспенивания, выдержку при этой температуре до завершения процесса пенообразования и последующее охлаждение (RU, 2187473, кл. С 03 В 19/08, 2000 г.). Известный способ позволяет получать качественное блочное пеностекло на основе щелочных алюмосиликатных стеклообразных отходов. В известном способе смешивают диспергируемый стеклобой и вспенивающую смесь, содержащую кремнезем, углеродсодержащий компонент, сульфат металла и жидкое натриевое стекло в количестве 0,5-5,0 мас.%. Затем полученную смесь сначала спекают, затем вспенивают при температуре 790-860°С и проводят закалку и отжиг. Вспенивающую добавку готовят путем перемешивания кремнезема, жидкого стекла в сухом либо смоченном водой состоянии, сажи, сульфата и борной кислоты. Полученную смесь подвергают грануляции в присутствии жидкого стекла для улучшения собирания материала в гранулы. Для улучшения грануляции материала смесь увлажняют, если жидкое стекло вводится сухим порошком. Заполняют металлические формы гранулированным материалом и направляют в печь для спекания, вспенивания и отжига. Получаемое по известной технологии пеностекло характеризуется высокой себестоимостью, связанной с необходимостью долгого и достаточно сложного механического перемешивания компонентов до очень равномерного распределения частиц пенообразователя в стеклопорошке. Кроме того, помол в металлических мельницах приводит к загрязнению шихты металлом шаров и футеровки, что в дальнейшем нарушает условия порообразования в спекаемой шихте. Это в свою очередь сказывается на устойчивости, равномерности и воспроизводимости структуры закрытых пор пеностекла. Коэффициент однородности такого пеностекла не достаточно высокий. Технологические режимы известного способа отработаны применительно к конкретному составу стеклобоя, что делает их неприемлемыми при использовании стеклобоя произвольного состава. Нестабильность и сложность состава стеклобоя, обусловленные зависимостью от функционального назначения произведенного технического стекла, состава исходных ингредиентов, а также режимов его варки, приводят и к нестабильности качеств производимого из него пеностекла. 

В рамках данной заявки решается задача расширения сырьевой базы и разработки такой технологии, которая позволила бы производить пеностекло безотносительно к химическому составу стеклобоя, т.е. из несортированного стеклобоя, и с малой энергоемкостью производства. Имеется потребность в разработке способа получения пеностекла с использованием различных по химическому составу типов технических стекол - бой оконного, тарного, химическая посуда и их смеси в различных пропорциях по отношению друг к другу. Кроме того, решается задача повышения воспроизводимости структуры пеностекла с гомогенной мелкопористой структурой, содержащей поры замкнутой формы.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения пеностекла, включающем предварительную термообработку при температуре ниже температуры вспенивания исходной смеси, полученной из порошка стеклобоя, углеродсодержащего компонента и силиката натрия, нагрев до температуры вспенивания, выдержку при этой температуре до завершения процесса пенообразования и последующее охлаждение, исходную смесь получают при температуре не выше 70°С путем последовательного перемешивания водного щелочного раствора силиката натрия и/или калия, порошка стеклобоя и углеродсодержащего компонента, затем смесь обрабатывают при температуре 450-550°С до обезвоженного состояния, полученный продукт термообработки после охлаждения измельчают, а затем нагревают до температуры вспенивания из диапазона 750-830°С, при этом ингредиенты при получении исходной смеси выбирают в соотношении, мас.%:

водный раствор силиката натрия и/или калия 30-70 

порошок несортированного стеклобоя 25-65

углеродсодержащий газообразователь 4-9.

Поскольку несортированный стеклобой, т.е. искусственные технические стекла, представляют собой системы, содержащие различные оксиды, то процесс взаимодействия водного раствора щелочного металла и неразобранного стеклобоя потребовал изучения его термодинамических режимов. Данные оптимальные соотношения ингредиентов и температурные режимы были установлены авторами экспериментально на основе изучения термодинамики процесса синтеза исходной смеси на базе водного раствора щелочного металла и несортированного стеклобоя, т.е. стеклобоя произвольного химического состава. Растворенный в воде до определенной концентрации силикат натрия и/или калия представляет собой щелочной раствор, который необходим для протекания необходимых физико-химических процессов, сопровождающих его взаимодействие с оксидами стеклобоя безотносительно к их составу, включая содержание в стекле щелочных оксидов.

Сущность изобретения состоит в установлении причинно-следственной связи между физико-химическими свойствами пеностекла, термодинамическими режимами получения сырьевой смеси, включая состав исходных ингредиентов и температуру ее получения, последовательностью смешения ингредиентов и режимами ее термообработки. При отсутствии общеизвестных закономерностей физико-химического состояния вещества после его обработки при температуре вспенивания и исходным составом при получении сырьевой смеси авторами экспериментально были найдены те оптимальные значения содержания водного раствора силиката щелочного металла, порошка стеклобоя и углеродсодержащего газообразователя, которые позволяют после их последовательного перемешивания и последующей обработки при температуре из диапазона 450-550°С получить требуемые параметры пеностекла. Наиболее приемлемый силикатный модуль водного раствора силиката щелочного металла составляет 2-3,5 при плотности раствора 1,3-1,5 г/см3.

В данном способе получения пеностекла перемешивание силиката щелочного металла, порошка технического стекла произвольного химического состава и углеродсодержащего газообразователя осуществляют не в твердом состоянии, а в водном растворе силиката щелочного металла, представляющем собой вязкотекучую жидкость с водородным показателем среды рН>7 и являющемся таким компонентом, который обеспечивает как однородность распределения порошкообразных добавок по объему шихты, так и протекание необходимых физико-химических процессов при перемешивании, а затем при нагревании до температуры 450-550°С, связанных, в том числе, с обезвоживанием смеси и удалением химически связанной воды. Перемешивание исходных компонент смеси в состоянии жидкой фазы без предварительного нагрева при температуре не выше 70°С позволяет в дальнейшем получить равномерную по объему пеностекла структуру закрытых газонаполненных пор при низкой энергоемкости производства безотносительно к химическому составу технического стекла.

Пример

Сущность изобретения поясняется способом получения пеностекла. Исходную смесь готовят из следующих компонентов. В качестве стеклообразующего компонента используют 150 кг коммерчески доступного, т.е. имеющегося в продаже водного щелочного раствора силиката натрия и калия (оптимальное соотношение 1:1), изготовленного на Рязанском заводе из трепела автоклавным или безавтоклавным методом гидротермального выщелачивания оксида кремнезема в щелочной среде (рН>7) при температуре 90-100°С. Водный раствор силиката натрия и калия (оптимальное соотношение 1:1) при температуре окружающей среды сначала перемешивают в течение 10-15 минут с тонкомолотым порошком нерассортированного, неразобранного стеклобоя разных марок и химического состава, взятого в количестве 65 кг. Данный стеклобой готовят из боя оконного, тарного любого цвета и химической посуды в произвольных пропорциях по отношению друг к другу. Затем в процессе перемешивания полученной вязкотекучей композиции в нее добавляют 20 кг углеродсодержащего газообразователя. В процессе перемешивания композиции происходит связывание свободной воды и щелочи, негативно влияющих на водорастворимость конечного продукта - пеностекла. Полученная смесь имеет серый цвет. После перемешивания всех компонент сырьевой смеси проводят ее термообработку при температуре 530°С в течение 65 минут. При термообработке происходят дальнейшие физико-химические процессы, сопровождающиеся удалением свободной гидратной и химически связанной воды и увеличением вязкости смеси, после чего она приобретает темно-серый цвет. Вес охлажденной до температуры окружающей среды сырьевой смеси составляет около 60% от веса исходных компонент. Затем осуществляют помол смеси до величины зерна 15-20 мкм. Измельченную сырьевую смесь засыпают в металлические формы, обработанные специальным составом, и термообрабатывают при температуре вспенивания 780°С не менее 90 минут.

В таблице 1 приведены результаты сравнительных испытаний пеностекла, получаемого по данной технологии, в сравнении с пеностеклом "FOAMGLAS"R производства компании Pittsburgh Corning Europe (Бельгия).

Табл.1


Наименование показателей Результаты испытаний данного пеностекла Результаты испытаний пеностекла "FOAMGLAS R 
Кажущаяся плотность, кг/м3 218-188 253-226 
Коэффициент теплопроводности, Вт/м К 0,062-0,065 0,072-0,082 
Коэффициент теплоемкости, кДж/кгК 0,80-0,81 0,84-0,89 
Гигроскопичность, мас.% 0,3-0,5 0,3-0,2 
Потеря массы после кипячения в воде в течение 3 часов, % 0 0 
Водопоглощение, % 1,2-1,00 0,7-0,68 
Прочность при сжатии при 10% линейной деформации, кг/см2 1,61-2,7 1,83-2,23 
(16,1-27) (18,3-22,3) 
Горючесть не горит не горит 


Сравнительный анализ результатов испытаний данного пеностекла и пеностекла FOAMGLASR показывает значительное совпадение в свойствах между ними.

Изобретение может быть использовано при получении пеностекла с воспроизводимой мелкопористой структурой из стеклобоя произвольного химического состава. Изобретение предусматривает использование водного щелочного раствора силиката натрия и/или калия и химически активных к нему добавок, одной из которых является порошок стеклобоя произвольного химического состава, позволяющих получать после их перемешивания с углеродсодержащим газообразователем и термообработки при температуре 450-550°С обезвоженную композицию, пригодную для получения пеностекла с высокими теплотехническими характеристиками, но с малой энергоемкостью производства за счет исключения варки специального по химическому составу стекла при высоких температурах.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ получения пеностекла, включающий предварительную термообработку при температуре ниже температуры вспенивания исходной смеси, получаемой из порошка стеклобоя, углеродсодержащего газообразователя и водного раствора силиката натрия и/или калия, нагрев до температуры вспенивания, выдержку при этой температуре до завершения процесса пенообразования и последующее охлаждение, отличающийся тем, что исходную смесь получают при температуре не выше 70°С путем последовательного перемешивания водного щелочного раствора силиката натрия и/или калия, порошка стеклобоя и углеродсодержащего газообразователя, затем смесь обрабатывают при температуре 450-550°С до полного удаления воды, в том числе и химически связанной, полученный продукт после охлаждения измельчают, а затем нагревают до температуры вспенивания из диапазона 750-830°С, при этом ингредиенты при получении исходной смеси выбирают в соотношении, мас.%:

Водный щелочной раствор силиката натрия и/или калия 30-70

Порошок несортированного стеклобоя 25-65

Углеродсодержащий газообразователь 4-9.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru