ВСПЕНЕННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ВСПЕНЕННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2268248 (13) C1

(51) МПК
C04B 38/00 (2006.01)
C04B 28/26 (2006.01)
C04B 111/40 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - может прекратить свое действие 

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

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.01.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004120692/03 
(22) Дата подачи заявки: 2004.07.06 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.07.06 
(45) Опубликовано: 2006.01.20 
(56) Аналоги изобретения: RU 2087447 C1, 20.08.1997.

RU 2173674 C2, 20.09.2001. 

RU 2111932 C1, 27.05.1998.

RU 2060238 C1, 20.05.1996. 

SU 968019 A1, 23.10.1982.

SU 1423546 A1, 15.09.1988. 

RU 2144009 C1, 10.01.2000.

DE 3202623 A1, 04.08.1983. 
(72) Имя изобретателя: Лотов Василий Агафонович (RU); Рудик Константин Александрович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Томский политехнический университет (RU) 
(98) Адрес для переписки: 634050, г.Томск, пр. Ленина, 30, Томский политехнический университет 

(54) ВСПЕНЕННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение направлено на сокращение длительности поризации смесей, повышение коэффициента вспучивания смесей и получение материалов на основе жидкого стекла, обладающих равномерной пористой и прочной структурой. Вспененный материал из сырьевой смеси, содержащей жидкое стекло, гелеобразователь - К2Cr 2O7 и тонкодисперсный наполнитель - мраморную муку или гидроксиапатит и воду при следующем соотношении компонентов (мас.%): жидкое стекло - 87-94, мраморная мука или гидроксиапатит - 3-10, бихромат калия - 0,1-1,0, вода - 1-2. В способе изготовления указанного выше вспененного материала осуществляют перемешивание компонентов в смесителе в течение 2-5 минут, а затем гранулирование в водном растворе смеси хлоридов кальция и алюминия, взятых в соотношении AlCl3:CaCl2:Н2O=(1-2):88:370 мас. частей с плотностью раствора 1300 кг/м3. Полученный при гранулировании исходной смеси жидкостекольный бисер высушивают при температуре 80-90°С до конечной влажности 35-38% и затем засыпают в металлическую форму в количестве, обеспечивающем получение изделий с заданной плотностью. Термическая обработка в формах осуществляется при переменных температурах в печи по режиму: нагрев форм до температуры 600-700°С - 1 мин; термический нагрев - выдержка при температуре 600-700°С - 5-7 мин; резкое снижение температуры до 450°С - 1 мин; выдержка при температуре 450°С - 15-20 мин. После охлаждения формы до температур 40-60°С производят разборку и извлечение готового изделия. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий, применяемых для тепло- и звукоизоляции жилых, административных и промышленных зданий.
Известен способ изготовления вспененного теплоизоляционного материала, включающий смешивание жидкого стекла с гелеобразователем, этилсиликатом и последующее вспучивание смеси при температурах 290-390°С [Авторское свидетельство СССР №1423546, Кл. С 04 В 38/08, 28/00, 1988]. По этому способу образовавшийся продукт предварительно перед вспучиванием отделяется от жидкой фазы с целью сокращения времени вспучивания. Главным недостатком данного изобретения является высокое содержание дорогостоящего этилсиликата и необходимость предварительного удаления большого количества воды, образующейся при смешивании жидкого стекла и этилсиликата. 
Наиболее близкими по сути к предлагаемому изобретению является состав [Патент РФ №2087447, Кл. С 04 В 28/26, 111/40, 1997], включающий жидкое стекло, гидроксид кальция, молотый песок, кремнийорганическую жидкость при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Жидкое стекло - 67-95;
Гидроксид кальция - 4-25;
Молотый песок - 0,1-10;
Кремнийорганическая жидкость - 0,01-10,
и способ [Патент РФ №2087447, Кл. С 04 В 28/26, 111/40, 1997], который включает в себя смешивание жидкого стекла с модулем 2,5-3, гидроксида кальция, молотого песка и кремнийорганической жидкости в течение 5-60 мин при температуре 20-60°С, формование гранул путем продавливания смеси через отверстия диаметром 1-3 мм, после чего гранулы сушат при 60-100°С в течение 1-15 мин. После сушки осуществляют вспенивание гранул при температуре 360-800°С в течение 0,1-15 мин.
Недостатком этого изобретения является высокая температура вспенивания, большая длительность процесса получения вспененного материала в виде гранул и малая вспучиваемость состава при его поризации в замкнутом объеме формы.
Введение существенного количества гелеобразователя имеет серьезный недостаток:гелеобразователь разрушает структуру жидкого стекла с образованием геля кремневой кислоты, который способен удерживать меньшее количество воды по сравнению с жидким стеклом. Это негативно влияет на поризационную способность получаемых жидкостекольных смесей. Поэтому необходимо вводить такие материалы, которые являются инертными по отношению к жидкому стеклу при нормальной температуре, а при температурах 300-700°С взаимодействуют с жидким стеклом и разлагаются с выделением газа, который совместно с парами химически связанной воды участвует в процессе вспучивания материала. Кроме того, существенным недостатком известных способов является проведение поризации при постоянных температурах в печи в интервале 300-700°С. При сравнительно небольших температурах (300-450°С) процесс поризации осложняется за счет образования вокруг поризуемого объема смеси пористого теплоизоляционного слоя, который резко замедляет прогрев внутренних слоев, в результате чего длительность процесса поризации увеличивается до 60-90 минут. Медленный прогрев жидкостекольных смесей также приводит к значительным потерям химически связанной воды, за счет которой происходит поризация смеси. Поризация смесей при повышенных температурах (600-700°С) сопровождается одновременно протекающим процессом спекания и уплотнения поризованной смеси, в результате чего готовые изделия приобретают неравномерную пористую структуру и высокую плотность. Поэтому поризацию смесей при таких температурах необходимо проводить в течение небольшого промежутка времени.
Задачей настоящего изобретения является сокращение длительности процесса изготовления вспененного материала с заданной геометрической формой, повышение коэффициента вспучивания смесей и получение материалов на основе жидкого стекла, обладающих равномерной пористой и прочной структурой.
Поставленная задача достигается тем, что в сырьевой смеси, содержащей жидкое стекло, тонкодисперсную добавку, гелеобразователь и воду, в качестве тонкодисперсной добавки используется мраморная мука или гидроксиапатит, с размером частиц менее 0,1 мм, а в качестве добавки, вызывающей частичное гелеобразование, используется К2Cr2O 7, которые смешиваются при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Жидкое стекло - 87-94; 
Мраморная мука или гидроксиапатит - 3-10; 
К 2Cr2O7 - 0,1-1,0; 
Вода - 1-2. 

К2Cr2O7 предварительно растворяется в воде, перемешивается с жидким стеклом и далее - с мраморной мукой или гироксиапатитом, затем смесь дополнительно перемешивается в смесителе в течение 2-5 минут и далее гранулируется в водном растворе смеси хлоридов кальция и алюминия, взятых в соотношении AlCl3:CaCl2:Н2O=(1-2):88:370 мас. частей с плотностью раствора 1300 кг/м3. Присутствие AlCl3 в растворе позволяет сократить время отвердевания гранул жидкого стекла. Полученный при гранулировании исходной смеси жидкостекольный бисер высушивается при температуре 80-90°С до конечной влажности 35-38% и затем засыпается в металлическую форму в количестве, обеспечивающем получение изделий с заданной плотностью. Форма с бисером закрывается металлической крышкой, которая жестко фиксируется с помощью специального приспособления. Для предотвращения прилипания изделий к форме внутренняя поверхность основания и крышки формы смазываются глиняной или меловой суспензией. Поризация материала в формах осуществляется при переменных температурах в печи по режиму:
нагрев форм до температуры 600-700°С - 1 мин;
выдержка при температуре 600-700°С - 5-7 мин;
резкое снижение температуры до 450°С - 1 мин; 
выдержка при температуре 450°С - 15 мин.
При вспучивании материала по предлагаемому режиму он в течение короткого времени заполняет собой весь свободный внутренний объем формы, поверхностные его слои уплотняются, а поризуемый материал приобретает заданные геометрическую форму и размеры. После охлаждения формы до температур 40-60°С производится ее разборка и извлечение готового изделия.
Для получения материала по предлагаемому способу были приготовлены 4 состава смесей с различным содержанием компонентов. При приготовлении смесей использовалось жидкое стекло с модулем m=3 и плотностью 1450 кг/м3. Исходные смеси гранулировались капельным способом в водном растворе смеси хлоридов алюминия и кальция с плотностью раствора 1300 кг/м3 . Совместное присутствие хлоридов алюминия и кальция в растворе обеспечивает сокращение времени гелеобразования жидкого стекла в поверхностном слое жидкостекольных гранул, в результате чего они приобретают достаточную прочность и не слипаются друг с другом. Добавка К2Cr2O7 способствует частичному гелеобразованию внутри гранул. Извлеченные из раствора гранулы высушивались в сушильном шкафу при температуре 85°С в течение 1 часа до остаточной абсолютной влажности 35-38%. Гранулированная жидкостекольная смесь засыпалась в разборную металлическую форму с внутренним объемом 100 см3 в необходимом количестве, которое рассчитывалось по формуле:

где m - масса гранул, кг;
- заданная плотность пеносиликата, кг/м3;
V - внутренний объем формы, м3;
Wa - абсолютная влажность гранул, отн.ед.
Поризация смесей в формах осуществлялась в двух муфельных печах, в одной из которых поддерживалась температура 700°С, а в другой - 450°С. Сначала форма помещалась в печь с температурой 700°С и выдерживалась в ней в течение 5 минут, а затем форма переносилась во вторую печь с температурой 450°С и выдерживалась при этой температуре в течение 15 минут. Данные по составу смесей и свойства полученных на их основе материалов представлены в таблице 1.
Результаты испытаний подтверждают возможность изготовления по предлагаемому способу и из предлагаемых составов смеси вспенных материалов с широким диапазоном как по плотности и прочности, так и по теплопроводности. 
Основным преимуществом предлагаемого способа изготовления вспененного материала на основе жидкостекольных смесей является возможность сокращения времени термической обработки за счет применения ступенчатого температурно-временного режима в печи. 
Под воздействием температуры в печи при 600-700°С происходит быстрый прогрев металлической формы и слоя гранул в форме. Резкий нагрев гранул в форме приводит к образованию на их поверхности паронепроницаемого слоя, что обеспечивает увеличение объема гранул в 5-10 раз. Присутствие паров воды вплоть до температур 450-500°С обеспечивает пребывание поризуемого материала в вязкопластичном состоянии, что обеспечивает протекание деформационных процессов в материале за счет термического расширения газовой фазы. Последующее резкое снижение температуры в печи до 450°С предотвращает развитие усадочных деформаций в результате разрушения образовавшейся первоначальной пористой структуры. Выдержка форм с изделиями при 450°С обеспечивает стабилизацию процесса дальнейшей поризации их структуры, а также способствует образованию на поверхности поризованных изделий достаточно плотной и прочной оболочки толщиной 1-3 мм.
Преимуществом предложенного состава смеси является возможность сохранения силиката натрия в гидратированном состоянии внутри гранул жидкостекольной смеси, упрочнение которых происходит за счет гелеобразования частично внутри и в поверхностном слое гранул в результате протекания обменных реакций между жидким стеклом и водным раствором смеси хлоридов алюминия и кальция. Образующиеся в поверхностном слое в результате этого взаимодействия гидроалюминаты натрия, гидросиликаты кальция и гель кремневой кислоты образуют водонепроницаемую, быстро упрочняющуюся во времени оболочку, которая надежно блокирует дальнейшее взаимодействие жидкого стекла с хлоридами алюминия и кальция. После подсушки гранул до остаточной влажности 35-38% внутренняя часть гранул состоит из гидратированного силиката натрия с меньшим количеством воды по сравнению с исходным жидким стеклом. Такой состав исходных гранул обеспечивает при их нагреве формирование равномерной пористой структуры с преобладающим (до 90%) размером пор диаметром 1-3 мм.
Вводимые в состав жидкостекольной смеси мраморная мука или гидроксиапатит являются нейтральными по отношению к жидкому стеклу и не участвуют в гелеобразовании, однако их присутствие обеспечивает равномерность процесса поризации по всему объему жидкостекольной смеси вплоть до высоких температур, при которых мраморная мука и гидроксиапатит разлагаются соответственно с выделением углекислого газа и паров воды, а ионы кальция взаимодействуют с силикатом натрия и участвуют в формировании межпоровых перегородок. Кроме того, совместное присутствие в поризуемой смеси алюминатов натрия, силикатов кальция и оксида кальция благоприятно сказывается на протекании химических реакций образования материала межпоровых перегородок, обладающего большей водостойкостью, т.е. меньшей растворимостью в воде.
Добавка бихромата калия способствует частичному гелеобразованию внутри гранул жидкостекольного бисера при его изготовлении, а при температурах поризации снижает поверхностное натяжение поризуемой смеси, что обеспечивает получение изделий с равномерной пористой структурой.
Кроме того, добавка бихромата калия увеличивает вспучиваемость смесей, что позволяет формировать на поверхности получаемых изделий плотную и прочную стеклообразную оболочку, которая увеличивает прочность изделий при сжатии и снижает их водопоглощение в 2-4 раза.
Получаемый по предлагаемому способу и составу теплоизоляционный вспененный материал в виде плит, скорлуп или другой заданной формы можно использовать для целей тепло- и энергосбережения на различных объектах жилищного и промышленного назначения.
Таблица 1 
Компоненты смеси и свойства полученного материала Содержание компонентов (%, мас.) и уровень свойств 
1 состав 2 состав 3 состав 4 состав 
Жидкое стекло 94,0 93,6 88 87 
Мраморная мука 3,5 5 - 10 
Гидроксиапатит - - 10 - 
Бихромат калия 1,0 0,4 1,0 1,0 
Вода 1,5 1,0 1,0 2,0 
Объемная масса, кг/м 3 150 165 225 250 
Прочность при сжатии, МПа 0,50 0,60 0,72 0,85 
Водопоглощение,% 2-5 2-5 3-7 3-8 
Коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С 0,045 0,048 0,073 0,086 
Средний размер пор, мм 1-3 мм (˜90%) 1-3 мм (˜90%) 1-3 мм (˜90%) 1-3 мм (˜90%) 




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Вспененный материал из сырьевой смеси, содержащей жидкое стекло, тонкодисперсный наполнитель и гелеобразователь, отличающийся тем, что сырьевая смесь содержит в качестве тонкодисперсного наполнителя мраморную муку или гидроксиапатит, в качестве гелеобразователя - бихромат калия и дополнительно воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Жидкое стекло 87-94 
Мраморная мука или гидроксиапатит 3-10 
Бихромат калия 0,1-1,0 
Вода 1-2 

2. Способ изготовления вспененного материала, включающий смешивание компонентов, гранулирование полученной сырьевой смеси и термическую обработку, отличающийся тем, что при изготовлении указанного материала по п.1 осуществляют гранулирование сырьевой смеси в водном растворе смеси хлоридов алюминия AlCl3 и кальция CaCl2 при соотношении компонентов раствора AlCl3:CaCl2:Н2O, равном (1-2):88:370, а термический нагрев - при температуре 600-700°С в течение 5-7 мин, затем при температуре 450°С 15-20 мин.





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