CS262563B1

CS262563B1 - Insulating elements on the base of inorganic fibres

Info

Publication number: CS262563B1
Application number: CS877683A
Authority: CS
Inventors: Josef Ing Csc Pridal; Vladimir Ing Franc; Karel Komarek; Jan Kyral; Svatava Ing Lylova
Original assignee: Josef Ing Csc Pridal; Franc Vladimir; Karel Komarek; Jan Kyral; Svatava Ing Lylova
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1989-03-14
Also published as: CS768387A1

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.Insulation elements for thermal insulation wet-prepared by dewatering and drying The aqueous suspension components consist from 45 to 92 wt. % of inorganic fibers 1 to 20 wt. % colloidal silica, 0.5 to 12 wt. % pentahydroxide chloride di-aluminum, 5 to 30 wt. % titanium dioxide and 0.02 to 0.5 wt. % an organic flocculating agent, in particular based on polyacrylamide. The addition of clays, kaolin, drift from crystalline production silicon or mixtures thereof will increase strength at higher temperatures, addition of inorganic binders, in particular aqueous synthetic dispersions polymer, starch, etc., will improve handling and the mounting strength of the elements and their toughness. The pulp additive improves retention of fine fiber fractions.

Description

Vynález se týká izolačních prvků na bázi anorganických vláken připravovaných za mokra odvodňováním a sušením vodní disperze složek.The present invention relates to insulating elements based on inorganic fibers prepared by wet dewatering and drying of the aqueous dispersion of the components.

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.Inorganic fibers, glass, mineral, aluminosilicate, etc., are used for thermal insulation purposes in the form of loose wool, sheath, mats or slabs or shaped pieces. Their use is given by heat resistance depending on the type of fibers. Conventional glass fibers can be used up to temperatures of 250 to 400 ° C, mineral wool up to temperatures of about 700 ° C, aluminosilicate fibers are resistant to temperatures of 1 260 to 1450 ° C according to the ratio of base oxides in the raw material composition of the starting melt. Fibers of pure raw materials, Al ₂ O ₃ alumina or ZrO ₂ zirconia can satisfy temperatures up to 1,600 ° C. Glass and mineral fiber products are widely used as building and industrial insulation, aluminosilicate, mullite and corundum fibers are modern refractory materials successfully complementing or replacing conventional refractory linings made of heavy materials for furnaces, high temperature heaters and other thermal aggregates. In the technological process of the production of fibrous insulators, the fibers are felted and interconnected, which guarantees the basic cohesion of the fibrous material, which is further increased by other working operations such as stitching or needling. This allows direct use of insulating materials for some applications, possibly in combination with a suitable backing or carrier such as aluminum foil, kraft paper, wire mesh, etc. However, most fibrous insulating materials are prepared using binders that improve mechanical properties, especially tensile strength also in compression, compressibility and the like. In a dry production process, phenolic resin solutions are usually applied to the fibers followed by thermal curing with a binder. In the wet manufacturing process from aqueous suspensions or slurries of fibers and other additives improving product properties, usually starch binders or suitable polymer dispersions or inorganic binders, in particular colloidal silicon dioxide solutions, are employed. The highly porous structure of the fibrous insulators and the small dimensions of the air-filled cavities and chambers, together with the low thermal conductivity of the fibers themselves, are well placed to limit conduction and convection heat transfer. A common drawback, on the other hand, is the relatively low resistance to heat transfer by radiation, which occurs especially in high-temperature and refractory applications. The transmission of infrared radiation, which represents a substantial part of the heat transfer in this temperature range, also shows a considerable temperature dependence. Therefore, the thermal conductivity of insulators increases with temperature considerably. Also, achieving the necessary strength and cohesiveness of insulators in high working temperature environments, especially in materials produced by processing aqueous suspension of components on lines operating on the paper technology principle, causes some problems. The application of larger amounts of inorganic binders to achieve the necessary bonding power causes difficulty in filterability, high binder consumption, loss in underwater water, etc.

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.These disadvantages are eliminated with the insulating elements according to the invention, which consists in that these elements consist of 45 to 92% by weight. % inorganic fibers, 1 to 20 wt. % colloidal silica, 0.5 to 12 wt. % of aluminum pentahydroxide chloride, 5 to 30 wt. % titanium dioxide and 0.02-0.5 wt. % of an organic flocculating agent, in particular based on polyacrylamides. In addition to said components, the insulating elements according to the invention may contain up to 20 wt. % finely dispersed additives, in particular kaolin or powder from the production of crystalline silicon, or a combination thereof. Furthermore, an additive of up to 8 wt. % of organic binders such as starch, its derivatives or synthetic polymers; % cellulose as retention component. Conventional auxiliaries such as dlsperants, antifoams and the like can also be used.

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.Advantages of the insulators according to the invention are the increased strength and cohesiveness of the material up to the level of temperature resistance of the fibers themselves, improved thermal insulation performance and limited increase in the thermal conductivity coefficient with increasing temperature. The elements are further characterized by a uniform, uniformly interconnected structure, as a result of suppressing migration of the inorganic binder during drying and reducing binder losses in the underwater waters. The inorganic binder system, consisting of a colloidal silica solution and aluminum pentahydroxide chloride, is well entrapped in the fiber structure of the dewatered wet carpet, which is a prerequisite for forming the fiber insulation in an open-circuit wet manner, i.e. without recirculating the liquid phase.

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.At the same time, this binder system maintains a good binder power compared to other silicon dioxide gelation methods. Further solidification of the resulting elements at higher temperatures is achieved by the addition of finely dispersed substances, clays, kaolin, flakes from crystalline silicon production, or mixtures thereof. The addition of organic binder increases the handling and assembly strength of the resulting elements and their toughness. Aqueous dispersions of synthetic polymers, starch or derivatives thereof, starch wax and the like, or combinations thereof, may be used for this purpose. The addition of pulp improves the retention of fine fiber fractions. Pulped old paper, waste pulp, etc. can also be used.

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.The process for the production of the insulating elements according to the invention comprises the preparation of an aqueous suspension of inorganic fibers at a concentration of 0.2 to 5.0 wt. required final properties. The uniformly suspended component suspension is then dewatered on a sieve dewatering device. By introducing a portion of the colloidal silica solution by pouring into an already demolished wet carpet, the filtration rate and dewatering performance are improved. The formed wet carpet is dried after possible pressing.

Vynález a jeho účinky budou dále podrobněji objasněny pomocí příkladů jeho praktického využiti.The invention and its effects will be further elucidated by means of examples of its practical application.

PřikladlHe did

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^-1.223.2 g of aluminosilicate fibers, 92 g of titanium dioxide, 300 ml of a 20% colloidal silica solution, 60 ml of a 40% solution of aluminum pentahydroxide chloride and 80 ml of a 1% polyacrylamide-based flocculant solution were mixed in 15 liters of water. The suspension was dewatered on a 300x300 mm sieve laboratory suction apparatus; the wet carpet was pressed at 0.5 MPa and dried at 120 ° C. The density of the resulting board was 270 kg.m ³ , the flexural tensile strength of 0.44 MPa, after 24 hours annealing at 1000 ° C 0.49 MPa, the shrinkage of 1.9%, the thermal conductivity at 200 ° C 0.04 Wm ^-3 K ^-3 , at 600 ° C 0.08 Wm ^-3 K ^-3 , at 1000 ° C Wm ^-1 K ^-1 .

Příklad 2Example 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 %.299.2 g of aluminosilicate fibers, 60 g of titanium dioxide, 100 ml were mixed in 15 liters of water. 20% colloidal silica solution, 30 ml 40% di-aluminum pentahydroxide chloride solution, 16 ml 50% aqueous polyacrylate dispersion and 80 ml 1% flocculant solution as in Example 1. The component suspension was dewatered and dried as in Example 1. The resulting plate -3 It had a bulk density of 230 kg.m, a flexural tensile strength of 0.75 MPa, after a 24-hour annealing at 1000 ° C 0.38 MPa, a shrinkage of 1.7%.

Příklad 3Example 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.In 15 liters of water was suspended 287.2 g hlinitokřemičitýeh fibers, 80 g of titanium oxide, 20 g of wheat starch, 40 ml of a 20% _SiO2 sol, 10 ml of 40% sodium chloride pentahydroxidu dihlinitého and 40 ml of 1% solution of the flocculant according to the Example 1. After dewatering on a sieve suction device, the wet carpet was pressed at 10 bar and dried. The bulk density of the resulting board was 285 kg.m ^-3 , the flexural strength of 1.1 MPa, after 24 hours annealing at 1000 ° C 0.59 MPa, the shrinkage of 2.1%, the thermal conductivity coefficient at 200 ° C 0, 04 Wm ³ K ³ , at 600 ° C 0.07 Wm ^-1 K ^-1 , at 1000 ° C 0.12 Wm ^-1 K ^-1 .

Příklad 4Example 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 %.In 15 liters of water was stirred up successively 267.2 g hlinitokřemičitýeh fibers, 100 g of titanium oxide, 20 g of kaolin, 40 ml of a 20% _SiO2 sol, 10 ml of 40% sodium chloride pentahydroxidu dihlinitého and 80 ml of 1% solution of the flocculant according to the Example 1. The slurry was dewatered and dried as in Example 3. The resulting plate exhibited a density of 305 kg.m, a flexural strength of 0.59 MPa, after 24h annealing at 1000 ° C 0.64 MPa, a shrinkage of 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 %.In 15 liters of water was suspended 227.6 g of aluminosilicate fibers, 100 g of titanium oxide, 24 g sulphate pulp, 40 ml of 50% aqueous polymer dispersion Sokrat 942, 100 ml of a 20% _SiO2 sol r 20 ml of 40% sodium chloride and pentahydroxidu dihlinitého 40 ml of a 1% flocculant solution according to Example 1. The suspension was dewatered and dried as in Example 1. The bulk density of the dried plates was 210 kg.m, the flexural tensile strength was 1.2 MPa, after 24 hours annealing at 1000 °. C 0.67 MPa, shrinkage 2.2%.

PříkladeExample

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.In 12 liters of water, 203 g of aluminosilicate fibers, 60 g of titanium dioxide, 20 g of kaolin, 20 g of SiO ₂ drift from the production of crystalline silicon, 120 ml of 20% SiO ₂ sol, ml of 40% di-aluminum pentahydroxide solution and 20 ml 1% were mixed. of an aqueous flocculant solution according to Example 1. The suspension was dewatered in a sieve dewatering apparatus and the wet carpet on the sieve was poured over 240 ml of 20% SiO2 silica sol; after being pressed at 0.5 MPa, the wet-3 carpet was dried. The bulk density of the resulting board was 263 kg.m, the flexural tensile strength of 0.51 MPa, after 24 hours annealing at 1000 ° C 0.59 MPa, the shrinkage of 1.8%, the thermal conductivity coefficient at 200 ° C 0.045 Wm ^-1 K ^_1 at 600 ° C of 0.075 ^Wm-1 ¹ at 1000 ° C of 0.13 Wm ^-1 K ^-1.

Claims

object of the invention

Inorganic fiber-based insulating elements prepared by wet dewatering and drying of an aqueous suspension of components, characterized in that they consist of 45 to 92 wt. % inorganic fibers, 1. to 20 wt. % colloidal silica, 0.5-12 wt. % of aluminum pentahydroxide chloride, 5 to 30 wt. % titanium dioxide and 0.02-0.5 wt. % of an organic flocculating agent, in particular based on polyacrylamide.

2: Insulation elements according to claim 1, characterized in that the fiber portion consists of mineral fibers and / or aluminosilicate refractory fibers.

3. The insulating element according to claim 1, further comprising up to 8 wt. % organic binders, in particular synthetic polymers, starch, starch wax and / or starch derivatives.

4. Insulating elements according to claim 1, characterized in that they also contain up to 20 wt. % finely dispersed inorganic additives, in particular kaolin and / or powder from the production of crystalline silicon.

5. Insulation elements according to claim 1, characterized in that they also contain up to 8 wt. % pulp.