СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОДЕКОРА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОДЕКОРА


RU (11) 2276659 (13) C2

(51) МПК
C03B 19/08 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

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

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.05.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004124304/03 
(22) Дата подачи заявки: 2004.08.09 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.08.09 
(43) Дата публикации заявки: 2006.01.27 
(45) Опубликовано: 2006.05.20 
(56) Аналоги изобретения: SU 914512 A, 23.03.1982.

SU 1654280 A2, 07.06.1991.

SU 1211237 A1, 15.02.1986.

SU 1291564 A2, 30.02.1987.

US 5895511 A, 20.04.1999.

WO 99/32411 A, 01.07.1999. 
(72) Имя изобретателя: Баранов Евгений Владимирович (RU); Шелковникова Татьяна Иннокентьевна (RU); Матющенко Ирина Николаевна (RU) 
(73) Имя патентообладателя: ГОУ ВПО Воронежский государственный архитектурно-строительный университет - ГОУ ВПО ВГАСУ (RU) 
(98) Адрес для переписки: 394006, г.Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, ГОУВПО ВГАСУ, патентно-информационный отдел 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОДЕКОРА

Изобретение относится к технологии производства пеноматериала и может быть использовано при изготовлении пенодекора. Задачей изобретения является упрощение технологического процесса, получение эффективного декоративного теплоизоляционного материала, предназначенного для наружной и внутренней облицовки жилых и промышленных зданий. Способ производства заключается в измельчении тарного стеклобоя до удельной поверхности 5000-7000 см2/г, увлажнении его до влажности 8%. Из полученной шихты прессуют на прессе образцы, давление прессования 20 МПа. Затем образцы подвергают обводнению при тепловлажностной обработке для образования силанольной воды, которая и будет способствовать вспучиванию при термообработке. Режим тепловлажностной обработки: подъем температуры в течение 2 часов, выдержка при максимальной температуре 85-95°С в течение 6 часов, охлаждение до 15-25°С в течение 3 часов. На обводненные образцы методом полива наносят декоративный слой и далее подвергают термообработке при температуре 800°С с последующим отжигом. Получаемые образцы имеют плотность 350 кг/м3, предел прочности при изгибе 28 кгс/см2 и декоративную, глянцевую водонепроницаемую пленку стекла толщиной 0,2-0,3 мм, что дает возможность использовать теплоизоляционный материал для облицовки стен зданий, создавать из них художественные и декоративные вставки. 1 табл.



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к технологии производства пеноматериалов и может быть использовано при изготовлении пенодекора для отделки фасадов зданий и снижения теплопроводности ограждающих конструкций.
Известен способ получения пенодекора в виде непрерывной ленты, заключающийся в прогревании до температуры 400-500°С шихты, состоящей из стеклобоя и газообразователя, и прессовании из нее непрерывной ленты толщиной 10-20 мм. На образующуюся ленту наносится слой шихты толщиной 20-40 мм. Далее лента поступает на термообработку при температуре 820-860°С с последующим отжигом [1].
Однако при производстве пенодекора в виде непрерывной ленты из-за неравномерности изотермии по ширине канала печи происходит неравномерное вспенивание и, как следствие, снижение прочности изделия [2].
При окрашивании лицевой поверхности требуется большой расход пигмента, так как окрашивание можно произвести в данном случае только по всей толщине отпрессованной ленты.
Кроме того, данный способ предполагает непосредственное соприкосновение лицевой поверхности пенодекора с роликами, по которым происходит движение материала в печи, тем самым не исключается деформация и повреждение лицевой поверхности изделия, что снижает архитектурно-художественную выразительность.
Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения пенодекора, сущность которого заключается в изготовлении пеноматериала путем подготовки шихты, укладки в форму слоями и формования с последующей термообработкой при температуре разложения газообразователя. В качестве газообразователя используется тонкомолотый мел. В покровный слой декора с удельной поверхностью стеклопорошка 100-200 м2/кг дополнительно вводят силикатную надглазурную краску. Однако получаемый материал имеет сравнительно большую плотность 800-1000 кг/м3 и требует большое количество пигмента для получения равномерно окрашенного материала при нанесении методом опудривания [3]. Кроме этого, у пенодекора, производящегося в формах, за счет пристенного эффекта на поверхности материала образуется горбушка, что снижает архитектурно-художественную выразительность.
Задачей изобретения является упрощение технологического процесса и получение эффективного декоративного теплоизоляционного материала, предназначенного для наружной и внутренней облицовки жилых и промышленных зданий.
Поставленная задача достигается тем, что:
1. В качестве газообразователя используется силанольная вода, это позволяет получить пеноматериал с равномерной ячеистой пористостью.
2. Вспенивание производится без форм на керамических лещадках в щелевой печи. Для предотвращения прилипания пеномассы к лещадкам их смазывают каолиновой суспензией. Данная операция позволяет исключить из технологического процесса дорогостоящий парк форм из жаростойкой стали, тем самым способствуя упрощению технологического процесса и снижению себестоимости получаемого материала.
3. Нанесение покровного слоя декора осуществляется методом полива. Это позволяет упростить технологический процесс, способствует получению равномерно распределенного покровного слоя по изделию с меньшим расходом пигмента по сравнению с методом опудривания, способствует получению эффективного декоративного теплоизоляционного материала, предназначенного для наружной и внутренней облицовки жилых и промышленных зданий.
Пенодекор получают следующим образом: измельченный стеклобой до удельной поверхности 5000-7000 см2/г подвергается увлажнению до влажности 8%, а затем прессованию при давлении прессования 20 МПа.
Состав шихты для основания из пеностекла:
Стеклобой 92% 
Вода 8% 

Отпрессованные таким образом сырцовые плитки подвергаются тепловлажностной обработке (ТВО) с целью обводнения массы и упрочнения сырца.
В общем виде процесс обводнения может быть записан в виде следующей химической реакции:
Si-ONa+Н2О Si-OH+NaOH
Согласно [4] присоединение воды к стеклу происходит в двух формах: Н2О и ОН-, при этом мономерные группы ОН- входят в стекло с разрывом связей Si-O-Si .
В соответствии с данными [5, 6, 7] в стеклах принято различать гидратированные и негидратированные участки. Гидроксильные группы, связанные непосредственно с кремнием, называют силанольной водой.
При 6-часовой изотермической выдержке при ТВО общее количество связанной воды составляет 4%, в том числе силанольной - 2%, что достаточно для вспенивания материала.
В случае уменьшения изотермической выдержки при ТВО до 4 часов общее количество связанной воды составляет 3%, в том числе силанольной - 1%.
В случае увеличения изотермической выдержки при ТВО до 8 часов общее количество связанной воды составляет 4,8%, в том числе силанольной - 2,6%.
Необходимым и достаточным условием для вспенивания материала является содержание силанольной воды в количестве 2% и более.
Прочностные показатели образцов после ТВО возрастают в интервале от 4 до 6 часов изотермической выдержки и понижаются в интервале от 6 до 8 часов за счет изменения и перестройки микроструктуры образцов. Максимальную прочность после ТВО образцы достигают при 6-часовой изотермической выдержке. 
ТВО в среде насыщенного водяного пара сырцовых плиток может осуществляется в известных из уровня техники пропарочных камерах (ямной, щелевой, туннельной) по следующему режиму: подъем температуры в течении 2 часов, выдержка при максимальной температуре 85-95°С и атмосферном давлении в течении 6 часов, охлаждение до температуры 15-25°С в течении 3 часов.
После ТВО материал имеет определенную прочность, достаточную для транспортирования и нанесения покровного слоя. Покровный слой наносится методом полива заранее приготовленной суспензией, состоящей из измельченного до удельной поверхности 3000-4000 см2/г стеклобоя, пигмента и воды.
Состав покровного слоя декора:
Стеклобой 49,9-45% 
Пигмент 0,1-5% 
Вода 50% 

Покрытые покровным слоем декора образцы проходят термообработку при температуре 800°С с последующим отжигом. При термообработке силанольная вода испаряется, что способствует вспениванию материала с образованием равномерно распределенных замкнутых ячеек. Удаление молекулярной воды происходит при 70...170°С, а основной части силанольной воды при температуре более 500°С. 
Получаемые образцы при данной температуре имеют равномерно распределенную ячеистую пористость и плотность 350 кг/м3 .
Покровный слой декора при тепловой обработке в печи образует на готовом изделии водонепроницаемую, плотную пленку декора толщиной 0,2-0,3 мм, хорошо сцепленную с основанием из пеностекла.
Отжиг производится по ранее известным температурным режимам для отжига пеностекла.
После отжига образцы проходят механическую обработку для придания им четких геометрических размеров.
Пример изготовления пенодекора в лабораторных условиях.
Для получения пенодекора может использоваться стеклобой тарного и оконного стекла, измельченный до удельной поверхности 5000 см2/г в шаровой мельнице и увлажненный до влажности 6-8%. Из полученной шихты в стальных формах прессуются образцы диаметром 5 см, высотой 1 см при давлении прессования 20 МПа. Затем отпрессованные образцы подвергаются ТВО в пропарочной камере по ранее описанному режиму, при этом происходят физико-химические процессы, приводящие к упрочнению сырца и его обводнению. Прочность сырца после ТВО составляет 100-150 кгс/см2. На поверхность образцов наносится покровный слой декора методом полива.
Вспенивание проводилось в лабораторной муфельной печи при температуре 800°С на керамической подложке, смазанной суспензией из каолина и воды. После вспенивания образцы отжигались по ранее известным температурным режимам для отжига пеностекла.
Основные свойства пенодекора приведены в таблице.
Таблица

Сравнительные характеристики пенодекора 
Показатели Предлагаемый способ По прототипу 
Плотность, кг/м3 350 800 
Коэффициент теплопроводности, Вт/мК 0,06-0,07 - 
Предел прочности при изгибе, кгс/см2 28 20 

Таким образом, пенодекор, получаемый предложенным способом, имеет улучшенные показатели по плотности, а в итоге и по коэффициенту теплопроводности, что способствует получению эффективного декоративно-теплоизоляционного материала, сочетающего в себе свойства теплоизоляции стен зданий и придание им архитектурно-художественной выразительности.
Источники информации
1. АС №654554. Устройство для изготовления пеностекла, Грабовских В.А., Миронов В.Л., Архипенко А.И., Смычук В.А., приоритет 09.10.77, опубл. 30.03.79, бюл. №12.
2. Демидович Б. К. Производство и применение пеностекла. - Минск,: Изд-во Наука и техника, 1972. - 300 с.
3. AC №914512. Способ изготовления пеноматериалов, Демидович Б.К., Пилецкий В.И., Новиков Е.С., Хайновская Т.С., Красько К.Ф., приоритет 05.05.80, опубл. 23.03.82, бюл. №11.
4. Наседкин В.В. Типы воды в природных и искусственных стеклах различного состава / В.И.Панеш, Е.С.Рудницкая // Труды VXX совещ. по экспериментальной и технической минералогии и петрографии. - М.: Наука, 1966. - С.220-224.
5. Исследование поликонденсационных процессов, сопровождающих реакций получения и твердения вяжущих и других материалов на силикатной основе.: Отчет по г/б. УДК 666.79.022 / Н.И.Малявский, Э.П.Агасян, Е.И.Мартынычева, А.В.Прощин, Н.А.Сахарова. - М.: МИСИ, 1983. - 78 с.
6. Шелковникова Т.И. Пористые заполнители на основе обводненных техногенных стекол.: Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. / Шелковникова Татьяна Иннокентьевна. - М.: 1989. - С. 40-54 - 132 с
7. Айлер Р. Коллоидная химия кремнезема и силикатов. - М.: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1956. - 287 с.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ изготовления пенодекора, включающий подготовку шихты, укладку основного слоя из измельченного стеклобоя, покровного слоя, содержащего измельченный стеклобой и силикатную надглазурную краску, и вспенивание, отличающийся тем, что измельченный стеклобой для получения основного слоя подвергают увлажнению до влажности 8%, затем прессуют при давлении 20 МПа, полученные сырцовые плитки подвергают тепловлажностной обработке для обводнения по следующему режиму: подъем температуры в течение 2 ч, выдержке при максимальной температуре 85-95°С в течение 6 ч, охлаждение до температуры 15-25°С в течение 3 ч, покровный слой наносят поливом.