CS263888B1 - Tepelněizolační materiál - Google Patents

Abstract

Materiál pro izolace v prostředí zvýšených pracovních teplot připravený odvodněním a sušením vodné suspenze složek sestává ze 40 až 93 hmot. % anorganických 'vláken, 1 až 10 hmot. % organického pojivá, 0,1 až 10 hmot. % anorganického pojívá, '5 až 45 hmot. % odpadního kalu z výroby papíru plněného titanovou bělobou a 0,02 'až 0,5 hmot. °/o organického flokulantů.

Description

Vynález se týká tepelnějzolačního materiálu na bázi anorganických vláken pojených kombinací anorganického 'a órgánického pojivá, připravený odvodňováním; a sušením vodné suspenze složek. //.. ΐ j

Pro tepelnou izolaci v prostředí vysokých pracovních teplot se používají materiály sestávající v podstatě z anorganické složky či složek ve vláknité, disperzní či pěnové formě, s případnou příměsí anorganických či organických pojiv, či dalších přísad. Značně se rozšířilo· používání izolací z anorganických vláken; tyto hmoty náleží obecně k dobrým tepelným izolantům vzhledem k velkému množství pórů, jejichž malé rozměry omezují proudění přítomného vzduchu a uumožňují využít jeho vysokou izolační schopnost. Relativně nízké objemové hmotnosti vláknitých izolantů omezují rovněž množství tepla, šířícího se vedením. Vedle izolační schopnosti vykazují tyto hmoty další příznivé vlastnosti, jako nehořlavost, dobrou odolnost vůči řadě vnějších vlivů, atd. Díky přirozenému zplstění hlavní složky vyžadují vláknité izolace jen malou, případně žádnou přísadu pojiv pro dosažení Soudržnosti a potřebných mechanických Vlastností. Volbou výchozích surovin a složení vláken je možno dosáhnout teplotní odolností vláknitých izolací značně nad 1 000 stupňů Celsia. Pomocí dobře zvládnutých a stále zdokonalovaných technologií mohou být produkovány v širokém sortimentu konečných výrobků, vyhovujících specifickým potřebám a požadavkům izolační praxe. Jak žnámo, je tepelná vodivost izolačních hmot 'výslednicí celkem tří pochodů vedení tepla, ia to vedení v plynné fázi, obsažené v dutinách či pórech, dále vedení v pevné fázi a přestupu tepla zářením. Společným nedostatkem velké většiny izolačních materiálů je relativně nízký odpor vůči poslednímu druhu přenosu tepla. Většina běžných tepelněizolučnmh materiálů přenáší značný 'podíl infračerveného· záření, jež představuje 'hlavní vodivostní pochod při teplotách nad 1 000 °C, vykazující rovněž značnou teplotní závislost. Proto tepelná vodivost většiny izolačních materiálů s teplotou značně 'vzrůstá. Zvýšení odporu vůči přenosu zářivé 'energie je možno do určité míry ovlivnit •zvýšením objemové hmotnosti izolace, změ'nami složení a rozměrů částic základní anorganické složky u disperzních typů izolací či průměru vláken u vláknitých izolací, a'nebo velmi účinně zaváděním některých látek, které působí jako odrážeče čl absorbéry záření. Tyto látky mohou být rozptylového typu o vysokém indexu lomu v infračervené oblasti, dále absorpčního typu s vhodnou resonanční absorpcí infračerveného záření, anebo odrazového typu. Účinné jsou příkladně odrážeče záření rozptylového typu ze skupiny vysokoteplotních kovových oxidů, jmenovitě oxid titaničitý, oxid zirkoničitý apod., jež plní svoji funkci i při vysokých pracovních teplotách a. při rovnoměrném- rozložení ve hmotě izolace a optimalizované velikosti částic zpětně odrážejí většinu energie infračerveného záření. V současné technologii výroby je obtížné dosáhnout rovnoměrného rozloženi těchto přísad ve hmotě izolace, což snižuje požadovaný 'účinek. Navíc jejich použitím se zvyšují výrobní náklady.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny u tepeluěizolačního materiálu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává ze '40 až 93 hmot. % anorganických vláken, 1 'až' 10 hmot. ^fl/o organického· pojivá, 0,1 až 10 hmot. % anorganického pojivá, 5 až 45 'hmot. °/o odpadního kalu z výroby papíru plněného titanovou bělobou a 0,02 až 0,5 hmot. % organického flokulantu. Vedle těchto složek může materiál obsahoval do 30 hmot. % disperzních anorganických přísad a do 3 hmot. % anorganického koagulantu, zejména síranu hlinitého.

Odpadní kaly z výroby papíru plněného titanovou bělobou obsahují relativně značný podíl oxidu titaničitého, jehož zpětnému vracení do výroby je na závadu přítomnost dalších složek především organických, jmenovitě krátkých buničitých vláken. Při použití kalů dle vynálezu přítomnost těchto vláken není na závadu, naopak zlepšují retenci disperzních anorganických složek při výrobě a přispívají ke zlepšení manipulačních pevností výsledné izolace. Za vyšších pracovních teplot vyhoří, zatímco přítomný oxid titaničitý jako efektivní složka rozptylující infračervené záření snižuje součinitel 'tepelné vodivosti izolace. Rovněž další anorganická složka, kaolin, přítomná v uvedeném odpadním kalu je přínosem a zlepšuje pevnosti výrobků. Jako anorganická vlákna· je možno· použít minerální vlnu, hlinitokřemičitá žárovzdorná vlákna anebo kombinaci obou. Vhodnými organickými pojivý jsou •škrob, škrobový maz anebo deriváty škrobu, dále vodné polymerové disperze splňující požadavky z hlediska tuhosti anebo elastičnosti izolačních prvků, poskytující nezávadné a nekorozívní rozkladné produkty a vhodné pro technologii formování za mokra. Přísada flokulantu, s výhodou na bázi polyakrylamidu, zlepšuje retenci složek, filtrovatelnost a čistotu podsítových vod, případná přísada anorganického· koagulantu, s výhodou síranu hlinitého, tyto účinky podporuje.

•Pro zvýšení pevnosti a soudržnosti a zlepšení fyzikálněmechanických vlastností izolace za vyšších teplot je použita přísada anorganických pojiv, s výhodou koloidního oxidu křemičitého nebo hlinitého, chloridu pentahydroxidu díhlinitého apod. Případné použití disperzních anorganických přísad, 'jako expandovaného perlitu, úletového oxidu křemičitého·, kaolinu, bentonítu aj. slouží zejména k regulaci objemové hmotnosti la porozity výsledné izolace. Je rovněž mož'no přidat další podíl oxidu titaničitého pro

6 3 8 3 8 zvýšení jeho celkového obsahu ve výrobku a tím i rozptylového· efektu.

Výhodou iepelněizolačního materiálu podle vynálezu je nižší tepelná vodivost a zlepšená izolační schopnost zejména za vysokých pracovních teplot, které podle obsahu žárovzdorných hlinitokřemičitých vláken mohou dosahovat až 1100 až 1 200 ^aC, dále pak nižší materiálové náklady využitím odpadníh· kalu z papírenské výroby namísto přísady čistého o-xidu titaničitého. Nezanedbatelný je rovněž ekologický dopad tohoto řešení daný zužitkováním odpadní suroviny.

Předmětný izolační materiál je vhodný zejména pro· konstrukce vláknitých vyzdívek pecních agregátů, zejména jako zadní izolace za vrstvu rohoží ze žárovláken, pro vysokoteplotní průmyslové izolace, izolace hlavové části kokil pro odlévání oceli apod.

Příprava tepelněizolačních hmot podle vynálezu se provádí technologií formování 'za mokra z vodné suspenze složek odvodňováním na sítových strojích nebo formách se sítovým dnem. Tím je zajištěno dokonalé promísení a rovnoměrné rozložení složek ve Výrobku, což je předpokladem pro dosažení rovnoměrného teplotního spádu v celé ploše izolace. Vlastní výrobní postup začíná tím, že v míchacím zařízení, např. typu hydropulper, se rozmíchá odpadní kal z výroby papírů plněných titanovou bělobou, dále anorganická vlákna a pojivá, případně i disperzní anorganické přísady, v přebytku vody. Suspenze o koncentraci 0,2 až 5,0 hmotnostních % se případně podrobí separaci granálií a po provedeném srážení roztokem síranu hlinitého se uvádí do nátokového zařízení sítového stroje. Před nátokem se přidává roztok flokulačního prostředku. Mokrý koberec, vytvořený v odvodňovací části sítového stroje se po úpravě tloušťky podrobí propaření v případě použití nativního škrobového pojivá, dále sušení, formátování a případně další úpravě. Suspenzi výchozích složek je možno zpracovat rovněž vakuovým formováním za použití sítových forem na tvarované prvky, případně filtračním formováním ve formách s děrovaným dnem.

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

'Příklad 1

I

Byla připravena vodná suspenze minerální vlny rozmícháním 196 g vlny, připravené ze směsné taveniny 50 % čediče a 50 % vy'sokopecní strusky, ve 20 1 vody. V suspenzi 'bylo dále rozmícháno 160 g sušiny kalu z 'výroby papíru, plněného titanovou bělobou 'a obsahujícího 45 % anorganického podílu, z toho· 50 % TiO2, dále 32 g pšeničného škrobu, 8,0 g koloidního oxidu křemičitého, vztaženo na sušinu, ve formě 30% sólu, 3,8 g síranu hlinitého a 20 ml 1% roztotoku organického· flokulantu na bázi polyakrylamidu. Suspenze byla odvodněna na 'laboratorním odsávacím zařízení o rozměru síta 330 X 330 mm. Vzniklý mokrý koberec byl po přilisování tlakem 0,5 MPa propařen za účelem zmazovatění škrobového pojivá •a vysušen při 110 °C. Objemová hmotnost výsledné desky činila 389 kg. m ³, pevnost v tahu za ohybu 0,85 MPa, součinitel tepelné vodivosti při 200 ^rC 0,055 Wm¹K¹ při 600 ^CC. 0,09 W . m-¹K-¹.

Příklad 2

Ve 20 1 vody bylo· postupně rozmícháno 92 g minerální vlny, 92 g hlinitokřemičitých 'vláken, 180 g sušiny odpadního kalu z výroby papíru, plněného titanovou bělobou, 48 ml 50% vodné disperze akrylátového kopolymerů, 8,0 g koloidního oxidu křemičitého na sušinu ive formě 30% sólu, 3,8 gramu síranu hlinitého a 20 ml 1% roztoku organického· flokulantu. Suspenze byla odvodněna jako· v příkladu 1, mokrý koberec prilisován tlakem 0,5 MPa a vysušen při 120· °C. Objemová hmotnost výsledné desky činila 387 kg . nr³, pevnost v· tahu za ohybu 1,6 MPa, součinitel tepelné 'vodivosti při 200 °C 0,05 W . m^-1. K^_1, při 600 °'C 0,095 W. m¹K^_1, při 800 °C 0,12 W. m^K-¹.

Příklad 3

Ve 20 1 vody bylo rozmícháno 102 g minerální vlny, 102 g hlinitokřemičitých vláken, 40 g sušiny kalu z výroby papíru, plněného titanovou bělobou, 112 g oxidu titaničitého, 32 g pšeničného škrobu, 8,0 g koloidního oxidu křemičitého na sušinu ve formě 30% sólu, 3,8 g síranu hlinitého a 20 ml 1% roztoku organického flokulantu. Suspenze byla odvodněna jako v příkladu 1, mokrý koberec prilisován tlakem 0,5 MPa, propařen a vysušen při 105 °C. Objemová hmotnost vysušené desky činila 351 kg . m~³, ‘pevnost v tahu za ohybu 1,0 MPa, součinitel 'tepelné vodivosti při 200 °C 0,05 W. m^_1.

. K¹, při 600 °C 0,08 W . nv¹. K”¹, při 800 °C 0,1 W.m-MK-¹.

'Příklad 4

Ve 20 1 vody bylo rozmícháno 221,2 g hlinitokřemičitých vláken, 40 g sušiny kalu 'z výroby papíru, plněného titanovou bělobou, 100 g oxidu titaničitého, 120 ml 20% koloidního roztoku oxidu křemičitého, 12 mililitrů 50% roztoku chloridu pentahydroxidu dihlinitého, 16 ml 50% vodné disperze akrylátového kopolymerů a 80 ml 1% roztoku organického flokulantu. Suspenze byla odvodněna jako v· příkladu 1, mokrý koberec prilisován tlakem 1,0 MPa 'a vysušen při 120 “C. Objemová hmotnost 'výsledné desky činila 271 kg. m~³, pevnost

6 3 3 S 8 ^{5 6}

V> tahu za ohybu 0,49 MPa, ipo 24 hod. ží- při 600 °G 0,085 W. m^-1. K^-1, při 1 000 °C hání na 800 °C 0,69 MPa, součinitel tepelné 0,155 W . m^-1. K^_1.

Vodivosti při 200 °'C činil 0,055 W . m^-1. K^-1,

Claims (6)

1. Tepelněizolační materiál na bázi anorganických vláken pojených kombinací anorganického a organického pojivá, připravený odvodňováním a sušením vodné suspenze složek, vyznačující se tím, že sestává ze 40 až 93 % hmot. anorganických vláken, 1 až 10 hmot. % organického pojivá, 0,1 až 10 Ihmot. % anorganického pojivá, 5 až 45 (hmot. % odpadního kalu z výroby papíru plněného titanovou bělobou a 0,02 až 0,5 hmot. % organického flokulantu.

2. Tepelněizolační materiál podle bodu 1, Vyznačující se tím, že anorganickými vlákIny jsou žárovzdorná hlinitokřemičitá vlákína a/nebo minerální vlna.

3. Tepelněizolační materiál podle bodu 1, vyznačující se tím, že organickým pojivém jsou vhodné disperze syntetických poVYNÁLEZU lymerů a/nebo škrob, škrobený maz nebo deriváty škrobu.

4. Tepelněizolační materiál podle bodu 1, vyznačující se tím, že anorganickým pojivém je koloidní oxid křemičitý a/nebo koloidní oxid hlinitý a/nebo· chlorid pentahydroxid dihlinitý.

5. Tepelněizolační materiál podle bodu 1, vyznačující se tím, že obsahuje do 25 hmot. % disperzních anorganických přísad, zejména kaolin a/nebo oxid titaničitý a/nebo úletový oxid křemičitý a/nebo expandovaný perlit.

6. Tepelněizolační materiál podle bodu 1, vyznačující se tím, že obsahuje do 3 hmot. '% anorganického kaogulantu, zejména síranu hlinitého.