РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

(19) KZ (13) A4 (11) 29834 (51) C04B 26/02 (2006.01) C04B 14/38 (2006.01)

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ (21) 2013/1382.1 (22) 18.10.2013 (45) 15.05.2015, бюл. №5 (76) Абсиметов Владимир Эскендерович; Калмагамбетова Айзада Шамшитовна; Альменов Кусаин Сейтбаевич; Абсиметов Максим Владимирович (56) Патент РФ №2102350, кл. С04В 26/02, опубл. 20.01.98г (54) ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН

(57) Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов на основе минеральных волокон, а именно на основе базальтового волокна, которые могут быть использованы в промышленном и гражданском строительстве, при модернизации и ремонте существующих зданий и сооружений, для изоляции теплового оборудования и холодильных установок за счет введения таких компонентов: базальтовое волокно, поливинил ацетатную дисперсию, хлоропреновый латекс Наирит Л-18, сульфанол и кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10.

(19) KZ (13) A

4 (11) 29834

29834

2

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов на основе минеральных волокон, а именно на основе базальтового волокна, которые могут быть использованы в промышленном и гражданском строительстве, при модернизации и ремонте существующих зданий и сооружений, для изоляции теплового оборудования и холодильных установок.

В технике известны теплоизоляционные материалы получаемые на основе базальтового волокна. Как известно, большинство таких материалов в своем составе содержат глинистое связующее (А.с. NN 1214620, 1353603, патенты NN 2044718, 2081095 и др.). Наличие в их составе глинистого связующего приводит к низкой водостойкости теплоизоляционного материала, а также к низким прочностным свойствам.

Наиболее близким к заявляемому составу является теплоизоляционный материал по патенту РФ №2102350. кл. C04B 26/02 оп.20.01.98г., который содержит базальтовое супертонкое волокно, глинистое связующее, поливинилацетатную дисперсию, а в качестве гидрофобизирующей добавки - гидрофобизирующую жидкость 136-41 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Базальтовое волокно диаметром - 0,2-3,0 мкм - 88,7-98,3

Глинистое связующее - 0,5-7,0 Поливинилацетатная дисперсия -1,0-2,3 Гидрофобизирующая жидкость 136-41-0,2-2,0 Из-за наличия в его составе глинистого

связующего, данный теплоизоляционный материал, так же как и аналоги, обладает низкой водостойкостью.

Кроме того, известно, что глинистое связующее не обеспечивает создания в изделиях жесткой структуры, ответственной за реализацию высоких прочностных характеристик, поэтому теплоизоляционные материалы с применением глины относятся к классу мягких или полужестких изделий. Необходимые прочность и жесткость материалов достигаются при повышении содержания глинистого связующего в составе теплоизоляционного материала, однако при этом значительно увеличивается его объемная масса и ухудшаются теплоизоляционные свойства.

Следует также отметить, что введение свыше 1,0 мас.% кремнийорганических жидкостей, к классу которых относится используемая в прототипе гидрофобизирующая жидкость 136-41, в состав теплоизоляционного материала отрицательно влияет на горючесть, ограничивая его области применения.

Все эти недостатки в конечном итоге снижают эксплуатационные свойства теплоизоляционного материала.

Задачей настоящего изобретения является создание негорючего теплоизоляционного материала с улучшенными эксплуатационными свойствами за счет повышения водостойкости, прочностных характеристик и долговечности.

Поставленная задача решается предлагаемым составом теплоизоляционного материала, который содержит базальтовое волокно, поливинилацетатную дисперсию отличающуюся тем, что он дополнительно содержит хлоропреновый латекс Наирит Л-18, сульфанол, а в качестве гидрофобизирующей добавки - кремнийорганическую жидкость ГКЖ- 10 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поливинилацетатная дисперсия - 2,0-2,5 Хлоропреновый латекс Наирит Л-18-2,6-3,0 Сульфанол - 0,05-0,1 Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10-0,1-0,3 Базальтовое волокно диаметром 0,2-3,0 мкм -

остальное Так же как и в прототипе, базальтовое волокно

является волокнистой основной, поливинилацетатная дисперсия - один из компонентов связующего.

Хлоропреновые латексы представляют собой устойчивые, примерно 50%-ные дисперсии полимеризованного хлоропрена в воде, содержащие стабилизатор, которые обладают ценным комплексом технических свойств: хорошей клеящей способностью, образуют прочный сырой гель и вулканизованные пленки с высокими физико-механическими показателями без применения серы и активных наполнителей. Пленки из него имеют высокий предел прочности при растяжении, они маслостойки, теплостойки, озоностойки и газонепроницаемы. Хлоропреновые латексы применяются в резино-технической, легкой, химической, судостроительной, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.

В заявляемом техническом решении хлоропреновый латекс Наирит Л-18 используется в качестве дополнительного связующего, благодаря которому достигается создание достаточно прочной структуры базальтоволокнистого материала, а также повышается морозо-, водостойкость и упругость теплоизоляционного материала.

Кроме того, совместное применение хлоропренового латекса Наирит Л-18 и крем- нийорганической жидкости ГКЖ-10 приводит к образованию гидрофобной кремнийорганической системы, которая обеспечивает защиту материала от влаги, повышая срок службы и эксплуатационные свойства изделия.

Сульфанол способствует получению гомогенной суспензии связующего, создает условия для равномерного распределения ее по объему материала и, как следствие, обеспечивает стабильность его эксплуатационных свойств.

Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 является гидрофобизирующей добавкой, при этом содержание ее в составе теплоизоляционного материала минимальное (0,1-0,2 мас.%), что делает материал негорючим.

Заявляемый состав готовят известным в технике способом:

- приготовление связующего смешением компонентов:

29834

3

Пример 1 (мас.%) 1,8 поливинилацетатная дисперсия; 2,6 хлоропренового латекса Наирит Л-18; 0,1 кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 и 0,05 сульфанола;

Пример 2 (мас.%) 2,3 поливинилацетатная дисперсия; 3 хлоропренового латекса Наирит Л-18; 0,2 кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 и 0,1 сульфанола;

Пример 3 (мас.%) 2,1 поливинилацетатная дисперсия; 2,8 хлоропренового латекса Наирит Л-18; 0,15 кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 и 0,08 сульфанола;

- пропитка связующим ковра из базальтового волокна;

- формование материала заданной толщины вакуум-фильтрационным способом при разряжении 0,44-0,8 кг/см3 до остаточной влажности 15-20%;

- сушка при 150-180°С в течение 40-50 минут в зависимости от толщины материала.

Изготовленные образцы теплоизоляционного материала имеют следующие характеристики (таблица 1).

Таблица 1 Характеристики образцов, изготовленных теплоизоляционных материалов

№ Наименование параметров

1 Плотность, кг/м3 100 - 150 2 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С) 0,038 - 0,04 3 Сорбционное увлажнение за 24 ч, % 1,0 - 1,5 4 Водопоглощение за 24 часа: по массе, %

по объему, % 35 - 40

3 - 4 5 Прочность на сжатие при 10%-й деформации, МПа 0,03 - 0,04 6 Температура применения, °С до 700

Сопоставительный анализ с прототипом

позволяет сделать вывод, что заявляемый состав отличается от известного состава введением новых компонентов, а именно: хлоропренового латекса Наирит Л-18, сульфанола и гидрофобизирующей добавкой-кремнийорганической жидкостью ГКЖ-10. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «Новизна».

Сравнение предлагаемого состава теплоизоляционного материала не только с прототипом, но и с другими составами показало, что в технике не известен теплоизоляционный материал, в котором бы имело место предложенное сочетание компонентов. А именно такое сочетание позволило получить теплоизоляционный материал с высокими эксплуатационными характеристиками: негорючий, с повышенной водостойкостью и прочностью, т.е. решить поставленную задачу. Такое решение явно не вытекает из существующего уровня техники и не было очевидным для специалистов, что дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем.

Входящие в теплоизоляционный материал компоненты изготавливаются промышленностью. Изготовление самого материала производится известным в технике способом и на известном оборудовании. Наличие же теплоизоляционного материала, обладающего высокими эксплуатационными свойствами, не вызывает сомнений. Таким образом, предложение имеет третий признак - промышленную применимость.

Основными показателями, по изменению которых можно исследовать эксплуатационные свойства минераловатных изделий, могут быть морозо- и влагостойкость, предусмотренные стандартами.

Исследования на морозостойкость проводились в разработанных климатических камерах (фиг.1).

Циклическое замораживание (оттаивание) образца происходит со всех его сторон. Конструкция камеры позволяет проводить исследования одновременно и вместе с исследованием образцов на одностороннее замораживание - оттаивание, что создает сопоставимые условия для достоверной оценки данных по этим двум методикам.

Для обеспечения исследований разработана конструкция климатической камеры (фиг.1). Для проведения исследований была переоборудована испытательная климатическая камера тепло-холод серии СБ, в котором размещен переносной теплоизолированный короб, внутри которого установлены источники для создания постоянных расчетных температур и влажности микроклимата отапливаемого помещения.

Она состоит из двух теплоизолированных отделений (А и Б), между которыми размещены исследуемые образцы (1 и 5). Снизу образцов в отделении Б поддерживаются температура (18±2°С) и влажность над образцами, в отделении А - переменные температура и влажность наружного воздуха (замораживание и оттаивание), изменяющиеся по заданному режиму.

В минераловатных изделиях, как известно, может присутствовать технологическая вода - она остается в них после изготовления (не превышает 1,0-1,5%) - и эксплуатационная, приобретаемая не только при транспортировании, монтаже и эксплуатации, но и в условиях хранения, даже если нет непосредственного контакта с водой.

Свойство минераловатных изделий поглощать (сорбировать) влагу из окружающего воздуха называется гигроскопичностью, а достигаемое при этом увлажнение - сорбционной или равновесной влажностью. В соответствии с действующими стандартами минераловатные изделия выдерживают при 98% (+2%) влажности воздуха. Способность

29834

4

материалов сопротивляться разрушающему воздействию влаги называется влагостойкостью. Ее оценивают по степени снижения упруго-прочностных характеристик минераловатных изделий (прочности или сжимаемости) после выдерживания образцов в течение 3 суток в эксикаторе при температуре (22±5)°С и влажности (98±2)%.

Минераловатные материалы в 3-слойных стеновых панелях в процессе эксплуатации не подвергаются значительным механическим нагрузкам. От слоя теплоизоляции требуется сохранение в течение заданного времени упруго-

прочностных и теплозащитных свойств: при снижении упруго-прочностных характеристик возможно ослабление связей между элементами структуры материала, приводящее к разрывам в слое утеплителя, появлению "мостиков холода" и к общему снижению теплозащитных свойств. Поэтому в качестве главных эксплуатационных показателей приняты сжимаемость под нагрузкой 2 кПа (0,02 кгс/см2) и предел прочности при разрыве вдоль волокон, исследовалась степень разрушения образцов при вибрационных воздействиях, в том числе под нагрузкой 0,5; 2 и 5 кПа.

Таблица 2 Составы композиций

Соотношение компонентов, масс.% Компоненты

1 2 3 4 5 Поливинилацетатная дисперсия 1,8 2,1 2,3 1,5 2,5 Хлоропреновый латекс Наирит

Л-18 2,6 2,8 3,0 2 3,5

Сульфанол 0,05 0,08 0,1 0,03 0,2 Кремнийорганическая жидкость

ГКЖ-10 0,1 0,15 0,2 0,05 0,3

Таблица 3

Испытание эксплуатационной стойкости в климатической камере

Прочность плит на растяжение, кПа Составы 25 циклов 50 циклов 75 циклов 100 циклов

Предлагаемые 1

62

61

59

58

2 62 60 59 58 3 62 60 58 58 4 60 59 58 56 5 62 61 59 58

Известный 4 32 28 24 20

Таблица 4 Испытание влагостойкости

Сжимаемость, % Составы

25 циклов 50 циклов 75 циклов 100 циклов Предлагаемые

1 17 19 22 25 2 17 20 23 25 3 17 20 22 25 4 18 21 23 26 5 17 20 22 25

Известный 4 20 24 28 32

Для экспериментальной проверки заявляемого теплоизоляционного материала были приготовлены 5 составов, три из которых показали оптимальные результаты (см. таблицу 2).

Состав N 1 не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к теплоизоляционным материалам, из-за низкой прочности и низкой устойчивости к влаге, что связано с пониженным содержанием кремнезоля и гидрофобизатора - кремнийорганической жидкости ГКЖ-10 (таблица 3,4).

Состав N 5 обладает удовлетворительными прочностными характеристиками и высокой водостойкостью, однако при этом ухудшаются его теплоизоляционные свойства и значительно повышается объемная масса из-за снижения содержания базальтового супертонкого волокна, определяющего уровень данных характеристик (таблица 3,4). Высокие эксплуатационные свойства разработанного теплоизоляционного материала (негорючесть, малая объемная масса, низкий коэффициент теплопроводности, термо- и

29834

5

водостойкость) расширяют границы его применения. Он может использоваться не только в промышленном и гражданском строительстве, для модернизации и капитального ремонта существующих зданий и сооружений с целью приведения их ограждающих конструкций к современным требованиям по теплотехнике, но и в судо-, вагоно- и котлостроении, авиации и других отраслях промышленности.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Теплоизоляционный материал на основе

минеральных волокон, включающий базальтовое

супертонкое волокно, поливинилацетатную дисперсию отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлоропреновый латекс Наирит Л-18, сульфанол, а в качестве гидрофобизирующей добавки - кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Поливинилацетатная дисперсия - 2,0-2,5 Хлоропреновый латекс Наирит Л-18 - 2,6-3,0 Сульфанол - 0,05-0,1 Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 - 0,1-0,3 Базальтовое волокно диаметром 0,2-3,0 мкм -

остальное

Верстка Ж. Жомартбек Корректор К. Сакалова