CS262563B1 - Izolační prvky na bázi anorganických vláken - Google Patents

Abstract

Izolační prvky pro tepelné izolace připravované za mokra odvodňováním a sušením vodní suspenze složek sestávají ze 45 až 92 hmot. % anorganických vláken, 1 až 20 hmot. % koloidního oxidu křemičitého, 0,5 až 12 hmot. % chloridu pentahydroxidu dihlinitého, 5 až 30 hmot. % oxidu titaničitého a 0,02 až 0,5 hmot. % organického flokulačního činidla, zejména na bázi polyakrylamidu. Přísadou jílů, kaolinu, úletu z výroby krystalického křemíku či jejich směsí se zvýší pevnost za vyšších teplot, přídavek anorganického pojivá, zejména vodné disperze syntetických polymerů, škrobu apod. zlepší manipulační a montážní pevnost prvků a jejich houževnatost. Přísada buničiny zlepšuje retenci jemných vláknitých podílů.

Description

Vynález se týká izolačních prvků na bázi anorganických vláken připravovaných za mokra odvodňováním a sušením vodní disperze složek.

Anorganická vlákna, skleněná, minerální, hlinitokřemičitá apod., se používají pro tepelně izolační účely ve formě volné vlny, plášti, rohoží nebo desek, případně tvarovek. Jejich využití je dáno tepelnou odolností závislou na druhu vláken. Běžná skleněná vlákna je možno používat do teplot 250 až 400 °C, minerální vlnu do teplot kolem 700 °C, hlinitokřemičitá vlákna jsou odolná do teplot 1 260 až 1 450 °C podle poměrů základních oxidů v surovinové skladbě výchozí taveniny. Vlákna z čistých surovin, oxidu hlinitého A1₂O₃ nebo oxidu zirkoničitého ZrO₂ vyhoví do teplot až 1 600 °C. Výrobky ze skleněných a minerálních vláken nacházejí široké uplatnění jako stavební a průmyslové izolace, hlinitokřemičitá, mullitová a korundová vlákna představují novodobé žárovzdorné materiály úspěšně doplňující či nahrazující klasické žárovzdorné vyzdívky z těžkých materiálů pro pece, vysokoteplotní ohřívače a další tepelné agregáty. V technologickém procesu výroby vláknitých izolantů dochází ke zplstění a vzájemnému provázání vláken, což zaručuje základní soudržnost vláknitého materiálu, která se dále zvyšuje dalšími pracovními operacemi, jako prošívání či vpichování. To umožňuje přímé použití izolačních materiálů pro některé aplikace, případně v kombinaci s vhodnou podložkou či nosičem, jako hliníkovou fólií, sulfátovým papírem, drátěným pletivem aj. Většinou se však vláknité izolační materiály připravují s použitím pojiv, které zlepšují mechanické vlastnosti, zejména pevnost v tahu i v tlaku, stlačitelnost apod. Při suchém způsobu výroby se na vlákna nanášejí obvykle roztoky fenolických pryskyřic s následujícím tepelným vytvrzením pojivá. Při mokrém způsobu výroby z vodné suspenze, či kaše vláken a dalších přísad zlepšujících vlastnosti výrobků se uplatňují obvykle škrobová pojivá nebo vhodné polymerové disperze anebo anorganická pojivá, zejména koloidní roztoky oxidu křemičitého. Vysoce porézní struktura vláknitých izolantů a malé rozměry dutin a komůrek vyplněných vzduchem vytvářejí spolu s nízkou tepelnou vodivostí samotných vláken dobré předpoklady k omezeni přenosu tepla vedením a prouděním. Společným nedostatkem je naproti tomu relativně nízký odpor vůči přestupu tepla zářením, k němuž dochází zejména v případě vysokoteplotních a žárovzdorných aplikací. Přenos Infračerveného záření, představujícího podstatnou část přestupu tepla v této teplotní oblasti, vykazuje rovněž značnou teplotní závislost. Proto tepelná vodivost izolantů vesměs s teplotou značně vzrůstá. Rovněž dosažení potřebné pevnosti a soudržnosti izolantů v prostředí vysokých pracovních teplot zejména u materiálů vyráběných zpracováním vodné suspenze složek na linkách pracujících na principu papírenské technologie způsobuje určité problémy. Aplikace větších množství anorganických pojiv pro dosažení potřebné pojivé mohutnosti vyvolává obtíže s filtrovatelností, vysokou spotřebou pojivá, ztrátami v podsítových vodách apod.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny u izolačních prvků podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tyto prvky sestávají ze 45 až 92 hmot. % anorganických vláken, 1 až 20 hmot. % koloidního oxidu křemičitého, 0,5 až 12 hmot. % chloridu pentahydroxidu dihlinitého, 5 až 30 hmot. % oxidu titaničitého a 0,02 až 0,5 hmot. % organického flokulačního činidla, zejména na bázi polyakrylamidů. Vedle uvedených složek mohou izolační prvky podle vynálezu obsahovat do 20 hmot. % jemně disperzních přísad, zejména kaolinu nebo úletu z výroby krystalického křemíku, či jejich kombinace. Příznivé účinky má dále přísada do 8 hmot. % organických pojiv, jako škrobu, jeho derivátů nebo syntetických polymerů, dále přísada až 8 hmot. % bunlčiny jako retenční složky. Lze rovněž použít běžné pomocné přísady jako dlsperganty, prostředky proti pěnění apod.

Výhodou izolantů podle vynálezu je zvýšená pevnost a soudržnost materiálu až do úrovně teplotní odolnosti samotných vláken, zlepšená tepelně izolační Bchopnobt a omezený nárůst součinitele tepelné vodivosti s rostoucí teplotou. Prvky se dále vyznačují rovnoměrnou, stejnoměrně propojenou strukturou, což je důsledkem potlačení migrace anorganického pojivá při sušení a snížení ztrát pojivá v podsítových vodách. Anorganický pojivový systém, tvořený koloidním roztokem oxidu křemičitého a chloridem pentahydroxidu dihlinitého, se dobře zachycuje ve vláknité struktuře odvodňovaného mokrého koberce, což je podmínkou při formování vláknitých izolací mokrým způsobem v otevřeném okruhu, tedy bez recirkulace kapalné fáze.

Tento pojivový systém současně zachovává dobrou pojivovou mohutnost ve srovnání s jinými způsoby gelace sólu oxidu křemičitého SiOj. Dalšího zpevnění výsledných prvků za vyšších teplot se dosáhne přísadou jemně disperzních látek, jílů, kaolinu, úletu z výroby krystalického křemíku, či jejich směsí. Přídavek organického pojivá zvyšuje manipulační a montážní pevnost výsledných prvků a jejich houževnatost. Pro tento účel lze použít vodné disperze syntetických polymerů, škrob nebo jeho deriváty, škrobový maz apod., případně kombinace těchto látek. Přísada buničiny zlepšuje retenci jemných vláknitých podílů. Lze rovněž použít rozvlákněného starého papíru, odpadní buničiny aj.

Technologický postup výroby izolačních prvků podle vynálezu zahrnuje přípravu vodní suspenze anorganických vláken o koncentraci 0,2 až 5,0 % hmot., do níž se vnese koloidní roztok oxidu křemičitého, roztok chloridu pentahydroxidu dihlinitého, oxid titaničitý a popřípadě další složky podle potřeb výroby a požadovaných konečných vlastností. Rovnoměrně rozmíchaná suspenze složek se pak odvodni na sítovém odvodňovacím zařízení. Vnesením části koloidního roztoku oxidu křemičitého prolivem do již odformovaného mokrého koberce se zlepší filtrační rychlost a průběh odvodňování. Vytvořený mokrý koberec se po případném přilisování suší.

Vynález a jeho účinky budou dále podrobněji objasněny pomocí příkladů jeho praktického využiti.

Přikladl

V 15 litrech vody bylo rozmícháno 223,2 g hlinitokřemičitýeh vláken, 92 g oxidu titaničitého, 300 ml 20% koloidního roztoku oxidu křemičitého, 60 ml 40% roztoku chloridu pentahydroxidu dihlinitého a 80 ml 1% roztoku flokulantu na bázi polyakrylamidu. Suspenze byla odvodněna na sítovém laboratorním odsávacím zařízení o rozměru síta 300x300 mm; mokrý koberec byl přilisován tlakem 0,5 MPa a vysušen při 120 °C. Objemová hmotnost výsledné desky činila 270 kg.m ³, pevnost v tahu za ohybu 0,44 MPa, po 24hodinovém žíhání při 1 000 °C 0,49 MPa, smrštěni 1,9 %, součinitel tepelné vodivosti při 200 °C 0,04 Wm^-3K^-3, při 600 °C 0,08 Wm^-3K^-3, při 1 000 °C Wm^-1K^-1.

Příklad 2

V 15 litrech vody bylo rozmícháno 299,2 g hlinitokřemičitýeh vláken, 60 g oxidu titaničitého, 100 ml. 20% koloidního roztoku oxidu křemičitého, 30 ml 40% roztoku chloridu pentahydroxidu dihlinitého, 16 ml 50% vodné polyakrylátové disperze a 80 ml 1% roztoku flokulantu jako v příkladu 1. Suspenze složek byla odvodněna a vysušena jako v příkladě 1. Výsledná deska —3 vykazovala objemovou hmotnost 230 kg.m , pevnost v tahu za ohybu 0,75 MPa, po 24hodinovém žíhání při 1 000 °C 0,38 MPa, smrštění 1,7 %.

Příklad 3

V 15 litrech vody bylo rozmícháno 287,2 g hlinitokřemičitýeh vláken, 80 g oxidu titaničitého, 20 g pšeničného škrobu, 40 ml 20% sólu SiO₂, 10 ml 40% roztoku chloridu pentahydroxidu dihlinitého a 40 ml 1% roztoku flokulantu dle příkladu 1. Po odvodněni na sítovém odsávacím zařízení byl mokrý koberec přilisován tlakem 1 MPa a vysušen. Objemová hmotnost výsledné desky činila 285 kg.m^-3, pevnost v tahu za ohybu 1,1 MPa, po 24hodinovém žíháni při 1 000 °C 0,59 MPa, smrštění 2,1 %, součinitel tepelné vodivosti při 200 °C 0,04 Wm ³K ³, při 600 °C 0,07 Wm^-1K^-1, při 1 000 °C 0,12 Wm^-1K^-1.

Příklad 4

V 15 litrech vody bylo postupně rozmícháno 267,2 g hlinitokřemičitýeh vláken, 100 g oxidu titaničitého, 20 g kaolinu, 40 ml 20% sólu SiO₂, 10 ml 40% roztoku chloridu pentahydroxidu dihlinitého a 80 ml 1% roztoku flokulantu dle příkladu 1. Suspenze byla odvodněna a vysušena jako v příkladě 3. Výsledná deska vykazovala objemovou hmotnost 305 kg.m , pevnost v tahu za ohybu 0,59 MPa, po 24hodinovém žíhání při 1 000 °C 0,64 MPa, smrštění 2,0 %.

V 15 litrech vody bylo rozmícháno 227,6 g hlinitokřemičitých vláken, 100 g oxidu titaničitého, 24 g sulfátové buničiny, 40 ml 50% vodné polymerové disperze Sokrat 942, 100 ml 20% sólu SiO₂r 20 ml 40% roztoku chloridu pentahydroxidu dihlinitého a 40 ml 1% roztoku flokulantu dle příkladu 1. Suspenze byla odvodněna a vysušena jako v příkladě 1. Objemová hmotnost •»3 vysušené desky činila 210 kg.m , pevnost v tahu za ohybu 1,2 MPa, po 24hodinovém žíhání při 1 000 °C 0,67 MPa, smrštění 2,2 %.

Příklade

Ve 12 litrech vody bylo rozmícháno 203 g hlinitokřemičitých vláken, 60 g oxidu titaničitého, 20 g kaolinu, 20 g úletu SiO₂ z výroby krystalického křemíku, 120 ml 20% sólu SiO₂, ml 40% roztoku chloridu pentahydroxidu dihlinitého a 20 ml 1% vodního roztoku flokulantu dle příkladu 1. Suspenze byla odvodněna v sítovém odvodňovacím zařízení a mokrý koberec na sítu přelit 240 ml 20% sólu oxidu křemičitého SiO_; po přilisování tlakem 0,5 MPa byl mokrý —3 koberec vysušen. Objemová hmotnost výsledné desky činila 263 kg.m , pevnost v tahu za ohybu 0,51 MPa, po 24hodinovém žíhání při 1 000 °C 0,59 MPa, smrštění 1,8 %, součinitel tepelné vodivosti při 200 °C 0,045 Wm^-1K^_1, při 600 °C 0,075 Wm¹^¹, při 1 000 °C 0,13 Wm^-1K^-1.

Claims (5)

1. předmEt vynálezu

   1. Izolační prvky na bázi anorganických vláken připravované za mokra odvodňováním a sušením vodní suspenze složek, vyznačující se tím, že sestávají ze 45 až 92 hmot. % anorganic kých vláken, 1.až 20 hmot. % koloidního oxidu křemičitého, 0,5 až 12 hmot. % chloridu pentahydroxidu dihlinitého, 5 až 30 hmot. % oxidu titaničitého a 0,02 až 0,5 hmot. % organického flokulačního činidla, zejména na bázi polyakrylamidu.
2. 2: Izolační prvky podle bodu 1, vyznačující se tím, že vlákenný podíl je tvořen minerálními vlákny a/nebo hlinitokřemičitými žárovzdornými vlákny.
3. 3. Izolační prvky podle bodu 1, vyznačující se tím, že dále obsahují až 8 hmot. % organických pojiv, zejména syntetických polymerů, škrobu, škrobového mazu a/nebo derivátů škrobu.
4. 4. Izolační prvky podle bodu 1, vyznačující se tím, že obsahuji rovněž až 20 hmot. % jemně disperzních anorganických přísad, zejména kaolinu a/nebo úletu z výroby krystalického křemíku.
5. 5. Izolační prvky podle bodu 1, vyznačující se tím, že obsahují též do 8 hmot. % buničiny.