КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2148044 (13) C1

(51) 7 C04B28/26, C04B38/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.10.2007 - прекратил действие 

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

(14) Дата публикации: 2000.04.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 98115696/03 
(22) Дата подачи заявки: 1998.08.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.08.10 
(45) Опубликовано: 2000.04.27 
(56) Аналоги изобретения: RU 2026844 C1, 20.01.1995. SU 836575 A, 15.09.1981. SU 434073 A, 10.11.1974. SU 1706997 A1, 23.01.1992. SU 1766872 A1, 07.10.1992. SU 543643 A, 10.05.1977. SU 592787 A, 13.02.1978. RU 2044715 C1, 27.09.1998. RU 2060239 C1, 20.05.1996. GB 2201410 A, 01.09.1988. GB 2174084 A, 29.10.1986. DE 4009998 A, 02.10.1991. 
(71) Имя заявителя: Зорин Владимир Михайлович; Пронин Валерий Николаевич; Морозов Семен Андреевич 
(72) Имя изобретателя: Гаркави М.С.; Оглоблина Е.А.; Шишкин В.И.; Якубов В.И. 
(73) Имя патентообладателя: Зорин Владимир Михайлович; Пронин Валерий Николаевич; Морозов Семен Андреевич 
(98) Адрес для переписки: 455000, Магнитогорск, пр.Ленина 38, Магнитогорская государственная горно-металлургическая академия, Патентный отдел 

(54) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА 

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления поризованных строительных изделий и конструкций, теплоизоляции строительных конструкций, трубопроводов и технологического оборудования, работающих в широком диапазоне температур - от низких до высоких. Технический результат - уменьшение коэффициента теплопроводности и повышение прочности изготавливаемых из материала изделий. Композиция для изготовления ячеистого материала имеет следующий состав, мас.%: жидкое стекло - 40,0-47,0; кремний - 18,0-28,0; гидрат окиси натрия - 1,0-3,0; лигносульфонат технический - 0,2-0,6; ускоритель твердения жидкого стекла - 3,0-7,0; наполнитель - остальное. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления поризованных строительных изделий и конструкций, теплоизоляции строительных конструкций, трубопроводов и технологического оборудования, работающих в широком диапазоне температур: от низких до высоких.

Известен состав для изготовления теплоизоляционного ячеистого материала, включающий следующие компоненты в мас.% (по сухому веществу):

Каолин - 92

Кремний - 4

Кремнефтористый натрий - 4

жидкое стекло - в количестве, обеспечивающем связывание компонентов до пастообразного состояния (см. Григорьев П.Н., Матвеев М.А. Растворимое стекло. -М.: Стройиздат, 1956, с. 332 - 335).

Недостатками известного состава являются низкая механическая прочность и высокий коэффициент теплопроводности за счет того, что при затвердевании образуется материал с неоднородной пористой структурой, имеющей "рваные" поры различного размера, которые неравномерно распределены по объему.

Наиболее близким аналогом к заявляемому веществу является состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий следующие компоненты, мас. %:

Жидкое стекло - 48-53

Кремний - 15-23

Гидрат окиси алюминия - 18-10

Гидрат окиси натрия - 3-4

Каолин - Остальное

(см. Патент РФ N 2026844, С 04 В 28/24, С 04 В 38/02).

Недостатком известного состава являются низкая механическая прочность и высокий коэффициент теплопроводности за счет того, что входящий в состав прототипа гидрат окиси алюминия способствует выделению дополнительного количества водяного пара, вследствие чего происходит увеличение размера и количества пор и нарушается их равномерность распределения в объеме материала.

В основу изобретения поставлена задача разработать такой состав композиции для изготовления ячеистого материала, который при отверждении в естественных условиях обеспечил бы значительное увеличение объема материала с равномерно распределенными мелкими порами, обладающего при этом одновременно высокими прочностными свойствами и низким коэффициентом теплопроводности.

Поставленная задача решается тем, что известная композиция для изготовления ячеистого материала, включающая жидкое стекло, кремний, гидрат окиси натрия и наполнитель, согласно изобретению дополнительно содержит лигносульфонат технический и ускоритель твердения жидкого стекла при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Жидкое стекло - 40,0 - 47,0

Кремний - 18,0 - 28,0

Гидрат окиси натрия - 1,0 - 3,0

Лигносульфонат технический - 0,2 - 0,6

Ускоритель твердения жидкого стекла - 3,0 - 7,0

Наполнитель - Остальное

При этом композиция в качестве ускорителя твердения жидкого стекла содержит кремнефтористый натрий, или портландцемент, или шлакопортландцемент, или молотый сталеплавильный шлак.

Лигносульфонат технический (ЛСТ) является побочным продуктом переработки древесины на целлюлозу сульфитным способом и представляет собой темно-коричневую жидкость или твердую массу, хорошо растворимую в воде (см. Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий. К СНиП 3.09.01-85. М.: Стройиздат, 1989, с.28).

Кремнефтористый натрий (Na2SiFe6) является побочным продуктом при производстве суперфосфата и представляет собой кристаллическое вещество, малорастворимое в воде (см. Пащенко А.А. и др. Вяжущие материалы. - Киев: Вища школа, 1975, с.396).

Портландцемент является гидравлическим вяжущим, твердеющим в воде и на воздухе, получаемым путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса. Клинкер получается в результате обжига до спекания сырьевой смеси, обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция (см. Пащенко А. А. и др. Вяжущие материалы. - Киев: Вища школа, 1975, с. 156).

Шлакопортландцемент является гидравлическим вяжущим, получаемым путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера и гранулированного доменного шлака с добавлением небольшого количества гипса (см. Пащенко А.А. и др. Вяжущие материалы. - Киев: Вища школа, 1975, с. 323).

Сталеплавильный шлак является отходом при производстве стали, который образуется за счет окисления примесей шихты специально вводимыми раскислителями и растворения флюса (см. Пащенко А.А. и др. Вяжущие материалы. - Киев: Вища школа, 1975, с. 314).

Сталеплавильный шлак имеет следующий химический состав, мас.%:

CaO - 35.3; SiO2-20.9; А12O3 - 12.2; Fe2O3 - 23.3; MgO - 6.93; SO3 - 1.37.

В состав кристаллической фазы сталеплавильного шлака входят двухкальциевый силикат (2CaOSiО2), мервинит, алюмоферриты кальция.

Известно применение лигносульфоната технического (ЛСТ) в качестве пластифицирующей добавки в бетонные и растворные смеси для увеличения их подвижности или уменьшения жесткости, а также для уменьшения расхода цемента (см. Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий (к СНиП 3.09.01-85). - М.: Стройиздат, 1989, с. 11).

Известно также использование лигносульфоната технического (ЛСТ) в качестве связующих материалов в литейном производстве (см. Борсук П.А. Жидкие самотвердеющие смеси. - М.: Машиностроение, 1979, с.87-94).

В заявляемой композиции лигносульфонат технический (ЛСТ) проявляет новые технические свойства, заключающиеся в регулировании размера пор и повышении однородности их распределения в объеме ячеистого материала. Это достигается в результате того, что при химическом взаимодействии кремния с гидратом окиси натрия происходит выделение газообразного водорода. Наличие при этом в композиции лигносульфоната технического (ЛСТ) будет способствовать образованию мелких пузырьков водорода и их равномерному распределению по объему за счет снижения величины поверхностного натяжения на границе раздела "газ-жидкость".

Кроме того, лигносульфонат технический (ЛСТ) нейтрализует избыточную щелочность композиции, вследствие чего снижается тепловыделение при реакции взаимодействия кремния с гидратом окиси натрия и уменьшается температура разогрева композиции и выделение в ней водяного пара. В результате этого повышается однородность распределения пор в объеме композиции и уменьшается их средний размер, что ведет к снижению теплопроводности ячеистого материала и увеличению его прочности.

Известно использование кремнефтористого натрия (Na2SiFe) в качестве ускорителя твердения жидкого стекла в результате протекания химической реакции

2Na2SiO3+6H2O + Na2SiF6 = 6NaF+3Si(OH)4.

Образующийся по этой реакции гель кремнекислоты Si(OH)4 коагулирует и полимеризуется, вследствие чего происходит отвердевание жидкого стекла (см. Тарасова А.П. Жаростойкие вяжущие на жидком стекле и бетоны на их основе. - М.: Стройиздат, 1982, с. 16-17).

В заявляемой композиции кремнефтористый натрий (Na2SiF6) также проявляет свойства ускорителя твердения жидкого стекла. Однако, наравне с известным техническим свойством, в заявляемой композиции кремнефтористый натрий (Na2SiF6) проявляет новое техническое свойство, заключающееся в регулировании пористости ячеистого материала. Это обеспечивается тем, что, во-первых, кремнефтористый натрий (Na2SiF6) связывает часть гидрата окиси натрия по реакции

Na2SiF6 + NaOH = 6NaF + Si(OH)4,

вследствие чего снижается величина pH композиции, а это способствует уменьшению ее разогрева и образованию ячеистой структуры с мелкими равномерно распределенными по объему материала порами.

Во-вторых, кремнефтористый натрий (Na2SiF6) взаимодействует с водой, входящей в состав жидкого стекла по реакции

Na2SiF6+ 4H2O = 2NaF + 4HF + Si(OH)4,

в результате чего уменьшается количество воды в композиции, способной превратиться в водяной пар при ее разогреве, что уменьшает количество крупных пор в объеме ячеистого материала и способствует увеличению его прочности и снижению теплопроводности. Все это приводит к снижению теплопроводности и увеличению прочности ячеистого материала.

Кроме того, образующееся по указанным реакциям дополнительное количество кремнекислоты Si(OH)4 вследствие ее коагуляции и полимеризации также ведет к увеличению прочности ячеистого материала.

Известно использование портландцемента и шлакопортландцемента в строительстве в качестве вяжущих материалов для производства бетона, железобетона и строительных растворов (см. Пащенко А.А. и др. Вяжущие материалы. - Киев: Вища школа, 1975, с. 156, 329).

Известно также использование портландцемента и шлакопортландцемента в качестве ускорителей твердения жидкого стекла (см. Шульце В. и др. Растворы и бетоны на нецементных вяжущих. - М.: Стройиздат, 1990, с.229).

В заявляемой композиции портландцемент и шлакопортландцемент, наравне с вышеуказанным известным техническим свойством, проявляют новое техническое свойство, заключающееся в регулировании порообразования за счет взаимодействия входящих в их состав силикатов кальция (3CaOSО2, 2CaOSiO2) с жидким стеклом, вследствие чего снижается температура разогрева композиции и уменьшается количество образующегося водяного пара. Это способствует образованию ячеистой структуры с мелкими равномерно распределенными в объеме порами, обладающей низкой теплопроводностью и высокой механической прочностью.

Кроме того, портландцемент и шлакопортландцемент химически связывают часть воды, входящей в состав жидкого стекла, что приводит к уменьшению количества образующегося при саморазогреве композиции водяного пара, вследствие чего в ячеистом материале формируются мелкие равномерно распределенные поры, также способствующие увеличению его прочности и снижению теплопроводности.

Известно использование сталеплавильного шлака в качестве компонента вяжущих веществ совместно с известью, гипсом или портландцементным клинкером, твердеющих при автоклавной обработке (см. Пащенко А.А. и др. Вяжущие материалы. - Киев: Вища школа, 1975, с.315-321).

В заявляемой композиции сталеплавильный шлак проявляет новое техническое свойство, заключающееся в ускорении твердения жидкого стекла за счет того, что входящий в его состав силикат кальция (2CaOSiO2) вступает во взаимодействие с жидким стеклом, вследствие чего уменьшается температура разогрева композиции и снижается количество образующегося водяного пара, что приводит к формированию ячеистого материала с равномерной мелкопористой структурой, обладающей низкой теплопроводностью и высокой механической прочностью.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемая композиция для изготовления ячеистого материала не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности - "изобретательский уровень".

Пример конкретного выполнения

Для приготовления заявляемой композиции для изготовления ячеистого материала в лабораторных условиях были использованы следующие исходные сырьевые компоненты: - жидкое стекло по ГОСТ 13079-67 плотностью 1,41 г/см2; гидрат окиси натрия по ГОСТ 2263-71; кремний, представляющий собой пылевидный отход производства ферросплавов; - лигносульфонат технический по ОСТ 13-188-83.

В качестве ускорителя твердения жидкого стекла был использован - кремнефтористый натрий; портландцемент (шлакопортландцемент) по ГОСТ 10178-85; молотый сталеплавильный шлак, имеющий следующий химический состав, маc.%: СаО - 35.3; SiO2 - 20.9; Al2O3 - 12.2; Fе2O3 - 23.3; MgO - 6.93; SO3 - 1.37.

В качестве наполнителя была использована пыль электрофильтров вращающихся печей обжига шамота.

В заявляемой композиции в качестве наполнителя может быть использован любой тонкодисперсный минеральный материал.

Готовят композицию следующим образом.

Вначале в жидком стекле растворяют гидрат окиси натрия и лигносульфонат технический (ЛСТ), а затем вводят 80% наполнителя от общей его массы. Полученную смесь перемешивают в течение 5 минут, затем в нее вводят ускоритель твердения жидкого стекла, кремний и остальной наполнитель. Смесь вновь перемешивают до получения однородной текучей массы в течение 3 минут, после чего она готова к употреблению и ее могут заливать в формы для изготовления строительных изделий, например теплоизоляционных плит, скорлуп и т.п., или непосредственно в опалубку при изготовлении монолитных сооружений.

Для обоснования преимуществ заявляемой композиции для изготовления ячеистого материала по сравнению с прототипом, а также для обоснования количественного содержания компонентов в заявляемой композиции в лабораторных условиях было проведено три серии опытов: в 1 серии (опыты N 1-5) в качестве ускорителя твердения жидкого стекла был использован кремнефтористый натрий, во II серии (опыты N 6-10) в качестве ускорителя твердения жидкого стекла был использован портландцемент (шлакопортландцемент), в III серии (опыты N 11-15) в качестве ускорителя твердения жидкого стекла был использован молотый сталеплавильный шлак.

В каждой серии опытов было приготовлено и испытано по пять составов композиции:

составы N 1-3, N 6-8 и N 11-13 - с заявляемым содержанием компонентов:

составы N 4, N 9 и N 14 - с содержанием компонентов, выходящим за минимальные заявляемые значения:

составы N 5, N 10 и N15 - с содержанием компонентов, выходящим за максимальные заявляемые значения.

Состав N 16 был приготовлен по прототипу.

Составы композиции приведены в таблице 1, а результаты их испытания в таблице 2.

Анализ результатов исследования показывает, что приготовление композиции по заявляемому составу (опыты N 1-3, N 6-8 и N 11-13) позволяют по сравнению с прототипом снизить теплопроводность от 6,6 до 19,8% и повысить прочность от 17 до 67% при сохранении практически одинаковой средней плотности ячеистого материала. Снижение коэффициента теплопроводности ячеистого материала и повышение его прочности достигается вследствие того, что входящий в состав заявляемой композиции лигносульфонат технический (ЛСТ) снижает величину поверхностного натяжения на границе раздела "газ-жидкость", что приводит к образованию мелких пузырьков водорода и их равномерному распределению в объеме заявляемой композиции, а входящий в состав композиции ускоритель твердения жидкого стекла химически связывает часть воды, имеющейся в составе жидкого стекла, что способствует уменьшению количества образующегося при твердении композиции водяного пара, вследствие чего устраняется образование в ее объеме "рваных пор".

При этом одновременное использование лигносульфоната технического (ЛСТ) и ускорителя твердения жидкого стекла в составе заявляемой композиции также способствует снижению ее pH, что приводит к уменьшению температуры разогрева композиции и, следовательно, количества образующегося в ней водяного пара. В результате этого уменьшается размер образующихся пор и повышается равномерность их распределения в объеме ячеистого материала, что способствует снижению его теплопроводности. Снижение pH композиции за счет одновременного использования лигносульфоната технического (ЛСТ) и укорителя твердения жидкого стекла также способствует образованию в объеме композиции дополнительного количества кремнекислоты Si(OH)4, коагуляция и полимеризация которой приводят к увеличению прочности межпоровых перегородок и, следовательно, к повышению механической прочности ячеистого материала.

Использование композиций составов N 4, 9 и 14 нецелесообразно ввиду того, что получаемый ячеистый материал обладает высокой теплопроводностью. Для композиций составов N 5, 10 и 15 наблюдается снижение прочности ячеистого материала, поэтому, несмотря на низкий коэффициент теплопроводности, их использование нецелесообразно.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемая композиция для изготовления ячеистого материала работоспособна и устраняет недостатки, имеющие место в решении - прототипе, что подтверждается примерами конкретного выполнения. Соответственно, заявляемое решение может быть применено как в заводских условиях при изготовлении конструкционных, конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных изделий, так и на строительных площадках при возведении монолитных зданий и сооружений, устройстве теплоизоляции технологического оборудования и трубопроводов. Следовательно, заявляемая композиция соответствует условию "промышленной применимости". 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Композиция для изготовления ячеистого материала, включающая жидкое стекло, кремний, гидрат окиси натрия и наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит лигносульфонат технический и ускоритель твердения жидкого стекла при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Жидкое стекло - 40,0 - 47,0

Кремний - 18,0 - 28,0

Гидрат окиси натрия - 1,0 - 3,0

Лигносульфонат технический - 0,2 - 0,6

Ускоритель твердения жидкого стекла - 3,0 - 7,0

Наполнитель - Остальное

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве ускорителя твердения жидкого стекла она содержит кремнефтористый натрий, или портландцемент, или шлакопортландцемент, или молотый сталеплавильный шлак




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