CS212651B1 - Vláknité izolační prvky o zvýšené pevnosti - Google Patents

Abstract

Vynález se týké tuhých desek a tvarovek z anorganických vláken, jako minerálních, hlinitokřemiíitých apod., jež zachovávají svoji soudržnost a pevnost i za vysokých teplot a jsou určeny pro použití jako izolační, případně žáruvzdorný materiál tam, kde je nežádoucí sníženi pevnostních vlastností v důsledku vyhoření organického pojivá. Prvky jsou připravovány z vodných suspenzí vláken, koloidního roztoku kysličníku křemičitého a polymerových di sperzí.

Description

Vynález se týká lehkých vláknitých tepelně izolačních prvků na bázi anorganických vláken, jako skleněných, minerálních a zejména hlinitokřemičitých vláken a pojiv.

Je známo použití anorganických vláken ve formě volné vlny, plstí, rohoží anebo tuhých desek, pro nejrůznější účely, při nichž je požadována vysoká tepelně izolační schopnost za vyšších teplot. Speciální použití vzhledem k tepelné odolnosti do 1 200 °C umožňují hlinitokřemičitá vlékna. Náleží sem zejména obložení tepelných agregátů, například vnitřních prostor různých druhů pecí, spalovacích komor, reaktorů, dále odlévacích forem, žlabů pro dopravu tavenin kovů apod. Nízké objemová hmotnost spolu s vysokou tepelně-izolační schopností a dostatečnou pevností prvků v žáru umožňuje příkladně nový, netradiční přístup k řešení konstrukcí pecí vzhledem k podstatnému snížení hmotnosti vyzdívek.

Pro přípravu prvků z anorganických vláken se obvykle používá přísada různých organických, anebo anorganických pojiv. Druh a množství pojiv jsou dány především charakterem aplikace výsledných prvků a požadavky, které při daném použití musejí tyto prvky splňovat, zejména z hlediska fyzikálně mechanických vlastností. Pro udělení manipulačních či montážních pevností výrobkům bez nároku na jejich zachování v žáru je možno používat příkladně jen organické pojivá, jež se po zabudování prvku při pracovních teplotách rozkládají či vyhořívají.

Tam, kde mají prvky z anorganických vláken vykazovat dostatečnou pevnost za vysokých teplot, je třeba používat pojivá, jež zachovávají svoji pojivou schopnost i v těchto podmínkách, zejména vhodná anorganická pojivá. Pro tyto účely se osvědčily zvláště koloidní kyslič nik křemičitý, koloidní kysličník hlinitý apod. Obvykle aplikovaný kysličník křemičitý se používá zejména ve formě vodných stabilizovaných koloidních roztoků - solů o velikosti částic přibližně v rozmezí 10 až 100 milimikronů.

Pro přípravu homogenních, stejnoměrně propojených prvků, zejména desek o rovnoměrné tloušťce a fyzikálně mechanických vlastnostech, je účelné použit formování za mokra z vodných suspenzí vláken a pojiv. Při vytváření prvků z volné keramické vlny je možno příkladně rozmíchat hlinitokřemičitá vlákna v uvedeném koloidním kysličníku křemičitém o vhodné koncentraci na suspenzi,která se odvodní ve formách se sítovým dnem, anebo na nekonečném sítovém pásu a vzniklý mokrý koberec se po předchozím předlisováni vysouší. Podle obsahu kysličníku křemičitého v koberci, jenž odpovídá množství zadrženého koioidního roztoku a jeho koncentraci, se tak získají prvky o různé tuhosti, případně až pevné desky, které zachovávají svoji pevnost i při pracovních teplotách kolem 1 260 °C.

Uvedený způsob mé některé nedostatky, k nimž patři zejména migrace koioidního kysličníku křemičitého při sušení do povrchových vrstev a nehomogenita vzniklých výrobků.

Byl rovněž navržen způsob formování prvků z vodné suspenze hlinitokřemičitých vláken a koioidního kysličníku křemičitého, obsahující dále přísadu solí vícemocných kovů, příkladně síranu hlinitého, jemně disperzního nosiče, příkladně úletu z výroby krystalického křemíku a flokulačního prostředku na bázi polyakrylamidu. V přítomnosti síranu hlinitého dochází k vysréžení gelu kyseliny křemičité, který se spolu s hydroxidem hlinitým, vyloučeným na základě hydrolýzy síranu hlinitého, zachycuje při odvodňování ve vláknitém koberci a po vysušení poskytuje výsledným prvkům potřebnou soudržnost a pevnost. Zachycování je podporováno přítomností nosiče a flokulačního prostředku, který podmiňuje vytvářeni větších, lépe odfiltrovatelných shluků. Tento způsob odstraňuje problém migrace pojivá při sušení a umožňuje pracovat a nízkou spotřebou pojivá.

Pro některé aplikace je zapotřebí používat prvky s vysokými manipulačními pevnostmi, které zabraňují jejich poškozování při dopravě a zejména montáži, přičemž po zabudování a v provozu nemusí být teto vysoké pevnost zachována. Určitou nevýhodou právě popsaného způsobu je, že pro zajištění dobré filtrovatelnosti suspenze je možno použít pouze omezenou koncentraci koioidního kysličníku křemičitého. Při vyšších koncentracích vyloučený gel kyše212651 líny křemičité 3ílně zpomaluje odvodňování, což může narušovat kontinuální výrobu. Pevnost výsledných prvků je tedy omezena koncentrací koloidního roztoku kysličníku křemičitého, použitelnou z hlediska zpracovatelnosti. Navíc vykazuje pojivý systém na bázi koloidního kysličníku křemičitého, sraženého solemi vícemocných kovů sníženou pojivou mohutnost.

Bylo proto navrženo zvýšit manipulační pevnosti prvků z hlinitokřemičitých vláken, pojených koloidním kysličníkem křemičitým za přítomnosti zmíněných soli, přísadou škrobového mazu. Výsledné prvky vykazují dobrou tuhost a pevnost, vyhovující pro dopravu a montáž; nedostatkem je zavádění organické složky v poměrně značném množství (až cca 5 hmot. %).

Výše uvedenou nevýhodu odstraňují vláknité izolační prvky podle vynálezu, jehož podstata je v tom, že sestávají z 62,0 až 98,5 hmot. % anorganických vláken, 10 až 30,0 hmot. % koloidního kysličníku křemičitého, 0,45 až 4,0 hmot. % syntetického polymeru s vysokou teplotou skelnatění ve formě disperze a 0,05 až 4,0 hmot. % srážecího činidla.

Uváděné množství koloidního kysličníku křemičitého i polymerové disperze - latexu jsou vztažena na sušinu. Do výchozí suspenze složek je možno před formováním přidávat malé množství flokulantu na bázi polyakrylamidu. Srážení je možno provést v závislosti na druhu použité polymerové disperze, technologii zpracování, případně požadovaných vlastnostech výrobku okyselením, anebo přísadou solí vícemocných kovů. Jako srážecí činidlo možno použít roztok síranu hlinitého, anebo vhodnou kyselinu, příkladně kyselinu sírovou.

Vhodnou polymerovou disperzí je disperze karboxylovaného styren-butadienového kopolymeru s obsahem styrenu nad 50 dále termoreaktivní akrylétová disperze, anebo disperze styren-akrylétových kopolymerů obsahující malé množství termoreaktivního monomeru a poskytující tuhý a tvrdý film; je možno použít rovněž vinylacetátovou disperzi. Z akrylátových polymerů jsou vhodné zejména kopolymer methylmethakrylét (ethylakrylét) s menším množstvím N-methylolakrylamidu a methakrylamidu a dále polymery styren/butylakrylátového typu. Vysoká hodnota teploty skelnatění spolu s případným částečným zesilováním u některých typů podmiňují u těchto disperzí vznik tuhého až tvrdého, nelepivého filmu, zajišťujícího vysoké pevnosti výrobku při malém obsahu polymeru. Další výhodou je, že v průběhu procesu přípravy nedochází k nežádoucím jevům předčasné koagulace latexu či nalepování na zařízení; během odvodňování po přísadě síranu hlinitého zůstává pojivo v jemně rozptýlené formě homogenně zachyceno ve vláknité struktuře při relativně dobré retenci a čistotě podsítových vod, která může být déle zvýšena přísadou flokulantů na bázi polyakrylamidu. Po výstupu ze sušárny jsou prvky nelepivé a nevyžadují chlazení před další manipulací.

Přítomnost uvedených polymerových disperzí uděluje výsledným prvkům po vysušení vysoké manipulační pevnosti a usnadňuje dopravu a montáž zejména desek většího formátu. Umožňuje rovněž případně snížit množství přidávaného koloidního roztoku kysličníku křemičitého oproti výrobě bez použití polymerové disperze. Množství zaváděné organické složky se oproti škrobovému mazu sníží - obvykle postačuje cca 2,0 hmot. % polymeru, vztaženo na sušinu.

Při přípravě prvků podle vynálezu se postupuje tak, že se anorganické vlékna rozmíchají v přebytku vody na suspenzi o koncentraci 0,01 až 6,0 %. Do suspenze vláken se dávkuje příslušné množství koloidního roztoku kysličníku křemičitého a polymerové disperze a po promíchání se provede srážení příkladně 10% roztokem síranu hlinitého v množství přibližně 1 % síranu, vztaženo na sušinu a odvodnění suspenze na sítovém odvodňovacím zařízení. Před odvodněním a nejlépe před dávkováním pojív se provede separace granálií. Použijeli se přísada polyakrylamidu, dávkuje se jako silně zředěný roztok do suspenze krátce před odvodňováním.

Příklady provedení

Příklad 1

Byla připravena suspenze hlinitokřemičitých vláken o koncentraci 1,5 hmot. %, do níž byl přidán karboxylovaný styren-butadienový latex s obsahem 81 % styrenu o pH 8,5 v množství 2 % sušiny, vztaženo na vlákna a dále koloidní roztok alkalicky stabilizovaného kysličníku křemičitého v množství 8 % sušiny, vztaženo na vlékna. Po promíchání byla suspenze vysréžena přídavkem zředěné kyseliny sírové a polyakrylamidu, odvodněna a mokrý koberec vysušen při teplotě 130 °C. Byla získéna tuhé deska objemové hmotnosti 290 kg/m³, rovnoměrně propojené, zachovávající svoji tuhost a soudržnost po odstranění organického podílu vyžíhéním.

Přiklad 2

Byla připravena suspenze hlinitokřemičitých vláken o koncentraci 1 hmot. %, do níž byl přidán akrylétový latex o složení 45 % methyl-methakrylátu, 47 % ethylakrylétu, 3 % N-methylolakrylamidu a 5 % methakrylamidu, v množství 2 % sušiny, vztaženo na vlákna a déle koloidní roztok alkalicky stabilizovaného kysličníku křemičitého v množství 9 % sušiny, vztaženo na vlékna. Po promíchání byla suspenze vysrážena přídavkem roztoku síranu hlinitého a polyakrylamidu, odvodněna a mokrý koberec vysušen při teplotě 140 °C. Byla získéna tuhé deska objemové hmotnosti 300 kg/m³, zachovávající svoji tuhost i po vyžíhéní.

Claims (7)

1. Vláknité izolační prvky o zvýšené pevnosti, připravované sušením mokrého produktu, vytvořeného odvodňováním a formováním vodné suspenze anorganických vláken a pojiv, vyznačené tím, že sestávají z 62,0 až 98,5 hmot. % anorganických vláken, 1,0 až 30,0 hmot. % koloidního kysličníku křemičitého, 0,45 až 4,0 hmot. % syntetického polymeru s vysokou teplotou skelnatění ve formě disperze a 0,05 až 4,0 hmot. % srážecího činidla,

2. Vláknité izolační prvky podle bodu 1, vyznačené tím, že polymerovou disperzí je disperze karboxylovaného styrenbutadienového kopolymerů s obsahem styrenu nad 50 íS.

3. Vláknité izolační prvky podle bodu 1, vyznačené tím, že polymerovou disperzí je termoreaktivní kopolymerní disperze, obsahující 42 až 48 hmot. % methylmethakrylétu, 44 až 50 hmot. % ethylakrylétu, 2 až 4 hmot. % N-methylolakrylamidu a 3 až 7 hmot. £ methakrylamidu.

4. Vláknité izolační prvky podle bodu 1, vyznačené tím, že polymerovou disperzí je termoreaktivní kopolymerní disperze obsahující 25 až 29 hmot. % styrenu, 56 až 62 hmot. % hutylakrylátu, 8 až 12 hmot. % methakrylamidu, 2 až 4 hmot. % N-butoxymethakrylamidu a 1 až 2 hmot. % kyseliny akrylové.

5. Vláknité izolační prvky podle bodů 1 až 4, vyznačené tlm, že srážecím činidlem je síran hlinitý.

6. Vláknité izolační prvky podle bodů 1 až 4, vyznačené tím, že srážecím činidlem je kyselina sírová 65 °Bé. *

7. Vláknité izolační prvky podle bodů 1 až 6, vyznačené tím, že obsahují do 0,1 hmot. % flokulantu na bézi polyakrylamidu.