CS263888B1

CS263888B1 - Thermally insulating material

Info

Publication number: CS263888B1
Application number: CS878942A
Authority: CS
Inventors: Josef Ing Csc Pridal; Vladimir Ing Franc; Karel Komarek; Jaroslav Chmelar; Jan Kyral
Original assignee: Josef Ing Csc Pridal; Franc Vladimir; Karel Komarek; Jaroslav Chmelar; Jan Kyral
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1989-05-12
Also published as: CS894287A1

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.Material for insulation in elevated environments working temperatures prepared by drainage and drying the aqueous suspension of components 40 to 93 wt. % inorganic 1 to 10 wt. % organic binder 0.1 to 10 wt. % inorganic, 5 to 45 wt. % of the production sludge of paper filled with titanium white and 0.02 up to 0.5 wt. ° / o organic flocculants.

Description

Vynález se týká tepelnějzolačního materiálu na bázi anorganických vláken pojených kombinací anorganického 'a órgánického pojivá, připravený odvodňováním; a sušením vodné suspenze složek. //.. ΐ jThe invention relates to a heat insulating material based on inorganic fibers bonded by a combination of an inorganic and anorganic binder, prepared by dewatering; and drying the aqueous suspension of the components. // .. 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.For thermal insulation in high-temperature environments, materials consisting essentially of an inorganic component or components in fibrous, dispersed or foam form, optionally with inorganic or organic binders, or other additives are used. The use of inorganic fiber insulations has become widespread; these materials are generally good thermal insulators due to the large number of pores, the small dimensions of which restrict the flow of air present and make it possible to exploit its high insulating capacity. The relatively low bulk density of the fibrous insulators also limits the amount of heat propagating through the conduit. In addition to their insulating properties, these materials exhibit other favorable properties such as non-flammability, good resistance to a variety of external influences, etc. Due to the natural felting of the main component, the fiber insulation requires little or no binder additive to achieve Cohesiveness and mechanical properties. By selecting the raw materials and fiber composition, it is possible to achieve a thermal resistance of the fiber insulation well above 1000 degrees Celsius. Using well-mastered and constantly improved technologies, they can be produced in a wide range of end products to meet the specific needs and requirements of insulation practice. As is well known, the thermal conductivity of insulating materials is the result of a total of three heat conduction processes, including vapor phase conduction in cavities or pores, solid phase conduction and radiation heat transfer. A common drawback of the vast majority of insulating materials is the relatively low resistance to the last kind of heat transfer. Most conventional thermally insulating materials carry a significant proportion of infrared radiation, which is the major conductivity process at temperatures above 1000 ° C, also exhibiting considerable temperature dependence. Therefore, the thermal conductivity of most insulating materials increases considerably with temperature. Increasing the resistance to radiant energy transfer can be influenced to some extent by increasing the bulk density of the insulation, changing the composition and particle size of the basic inorganic component for the dispersion types of fibers or the fiber diameter of the fiber insulation, or very effectively by introducing some acts as reflectors of cell absorbers. These may be of the high refractive index scattering type in the infrared region, the absorption type with suitable resonance absorption of the infrared radiation, or the reflection type. For example, scattering type reflectors from the group of high-temperature metal oxides, namely titanium dioxide, zirconium oxide, etc., are effective, which perform their function even at high working temperatures and reflect evenly the energy of the infrared radiation . In the current production technology, it is difficult to achieve an even distribution of these additives in the insulation mass, which reduces the desired effect. Moreover, their use increases production costs.

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.These drawbacks are overcome with the thermal insulation material according to the invention, which consists of 40-93 wt. % inorganic fibers, 1 to 10 wt. ^fl / o · organic binder, from 0.1 to 10 wt. % inorganic binder, 5 to 45 wt. % Of waste sludge from the production of paper filled with titanium white and 0.02 to 0.5 wt. % organic flocculant. In addition to these components, the material may contain up to 30 wt. % dispersing inorganic additives and up to 3 wt. % inorganic coagulant, in particular aluminum sulphate.

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.Waste sludge from the production of titanium dioxide-filled paper contains a relatively large proportion of titanium dioxide, the return of which to the production is detrimental to the presence of other components, in particular organic, namely short pulp fibers. When using the sludges according to the invention, the presence of these fibers is not detrimental, on the contrary, they improve the retention of dispersed inorganic components during production and contribute to improving the handling strength of the resulting insulation. At higher working temperatures, it burns, while the titanium dioxide present as an effective infrared scattering component reduces the thermal conductivity of the insulation. Also, another inorganic component, kaolin, present in said waste sludge is beneficial and improves the strength of the articles. Mineral wool, aluminosilicate refractory fibers or a combination of both can be used as inorganic fibers. Suitable organic binders are starch, starch wax or starch derivatives, as well as aqueous polymer dispersions meeting the rigidity and / or elasticity requirements of the insulating elements, providing safe and non-corrosive degradation products and suitable for wet forming technology. The addition of a flocculant, preferably based on polyacrylamide, improves the retention of the components, the filterability and purity of the underwater water, and the possible addition of an inorganic coagulant, preferably aluminum sulfate, supports these effects.

•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 proAddition of inorganic binders, preferably colloidal silica or alumina, aluminum pentahydroxide chloride, etc., to enhance strength and cohesiveness and improve the physico-mechanical properties of the insulation at higher temperatures, etc. Possible use of dispersed inorganic additives such as expanded perlite, silica fume, kaolin , bentonite, etc., is used in particular to regulate the bulk density l and the porosity of the resulting insulation. It is also possible to add an additional proportion of titanium dioxide for the

6 3 8 3 8 zvýšení jeho celkového obsahu ve výrobku a tím i rozptylového· efektu.6 3 8 3 8 increase its total content in the product and thus the dispersion effect.

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.The advantage of the heat-insulating material according to the invention is lower thermal conductivity and improved insulating ability especially at high working temperatures, which can reach up to 1100 to 1200 ^and C, depending on the content of refractory aluminosilicate fibers, lower material costs by using waste paper sludge instead of pure titanium dioxide. The environmental impact of this solution due to the utilization of waste material is also not negligible.

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.The insulating material in question is particularly suitable for the construction of fibrous linings of furnace aggregates, in particular as a back insulation behind a layer of refractory mats, for high-temperature industrial insulation, insulation of the head part of casting molds for steel casting etc.

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.The preparation of the heat-insulating materials according to the invention is carried out by the wet-forming technology of the aqueous suspension of components by dewatering on sieve machines or sieve bottom molds. This ensures perfect mixing and even distribution of the components in the product, which is a prerequisite for achieving a uniform temperature gradient over the entire insulation area. The actual production process starts by mixing the waste sludge from the production of titanium dioxide-filled papers, inorganic fibers and binders or dispersing inorganic additives in an excess of water in a mixing device, such as a hydropulper. The 0.2 to 5.0% by weight suspension is optionally subjected to granular separation and after precipitation has been carried out with an aluminum sulphate solution, it is fed to the inlet apparatus of a sieve machine. The flocculant solution is added prior to inflow. The wet carpet formed in the dewatering part of the screen machine is after the thickness adjustment subjected to steaming in the case of using a native starch binder, further to drying, formatting and possibly further treatment. The suspension of the starting components can also be processed by vacuum molding using sieves to form the molded elements or by filter molding in perforated bottom molds.

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

'Příklad 1Example 1

IAND

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.An aqueous mineral wool slurry was prepared by mixing 196 g of wool, prepared from a mixed melt of 50% basalt and 50% blast furnace slag, in 20 L of water. 160 g of dry matter sludge from 'titanium dioxide-filled paper' containing 45% inorganic fraction, of which 50% TiO2, 32 g of wheat starch, 8.0 g of colloidal silica, based on dry matter, were further mixed in the slurry. , in the form of 30% sol, 3.8 g of aluminum sulphate and 20 ml of 1% polyacrylamide-based organic flocculant. The suspension was dewatered on a 330 X 330 mm sieve laboratory suction. The resulting wet carpet was steamed after being pressed at 0.5 MPa to lubricate the starch binder and dried at 110 ° C. The bulk density of the resulting board was 389 kg. m ³ , flexural tensile strength 0,85 MPa, thermal conductivity coefficient at 200 ^r C 0,055 Wm ¹ K ¹ at 600 ^C C. 0,09 W. m- ¹ K- ¹ .

Příklad 2Example 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-¹.92 g of mineral wool, 92 g of aluminosilicate fibers, 180 g of waste paper sludge filled with titanium dioxide, 48 ml of a 50% aqueous dispersion of acrylate copolymers, 8.0 g of colloidal silicon dioxide per dry substance were gradually mixed in 20 l of water. in the form of 30% sol, 3.8 grams of aluminum sulphate and 20 ml of a 1% organic flocculant solution. The suspension was dewatered as in Example 1, the wet carpet was pressed at 0.5 MPa and dried at 120 ° C. The bulk density of the resulting plate was 387 kg. nr ³ , flexural tensile strength 1.6 MPa, coefficient of thermal conductivity at 200 ° C 0.05 W. m ^-1 . K ^_1 at 600 ° C. of 0.095 W m ¹ K ^_1 at 800 ° C 0.12 W m ^ K ^first

Příklad 3Example 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^_1.102 g of mineral wool, 102 g of aluminosilicate fibers, 40 g of dry paper sludge filled with titanium dioxide, 112 g of titanium dioxide, 32 g of wheat starch, 8.0 g of colloidal silica per dry matter in the form of 30 were mixed in 20 l of water. % sol, 3.8 g of aluminum sulfate and 20 ml of a 1% organic flocculant solution. The slurry was dewatered as in Example 1, the wet carpet was pressed at 0.5 MPa, steamed and dried at 105 ° C. The bulk density of the dried board was 351 kg. m- ³ , flexural strength 1.0 MPa, coefficient of thermal conductivity at 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.. K ¹ , at 600 ° C 0.08 W. nv ¹ . K ^{1 1} , at 800 ° C 0.1 Wm-MK- ¹ .

'Příklad 4Example 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, pevnost221.2 g of aluminosilicate fibers, 40 g of dry matter sludge filled with titanium dioxide, 100 g of titanium dioxide, 120 ml of a 20% colloidal silica solution, 12 ml of a 50% solution of aluminum pentahydroxide chloride, were mixed in 20 l of water. ml of a 50% aqueous dispersion of acrylate copolymers and 80 ml of a 1% organic flocculant solution. The suspension was dewatered as in Example 1, the wet carpet was pressed at 10 bar and dried at 120 ° C. The bulk density of the resulting plate was 271 kg. m ~ ³ , strength

6 3 3 S 8 ^{5 6} 6 3 3 N 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.Bending tensile at 0.49 MPa, after 24 hours at 600 ° G 0.085 W. m ^-1 . K ^-1 , at 1000 ° C drives to 800 ° C 0.69 MPa, thermal coefficient 0.155 W. m ^-1 . K ^_1 .

Vodivosti při 200 °'C činil 0,055 W . m^-1. K^-1,The conductivity at 200 ° C was 0.055 W. m ^-1 . K ^-1 ,

Claims

A heat-insulating material based on inorganic fibers bonded by a combination of an inorganic and organic binder, prepared by dewatering and drying an aqueous suspension of the components, characterized in that it consists of 40 to 93% by weight. 1 to 10 wt. % organic binder, 0.1 to 10 wt. 5 to 45% by weight of waste sludge from the production of titanium dioxide filled paper and 0.02 to 0.5% by weight of organic flocculant.

2. The heat-insulating material of claim 1, wherein the inorganic fibers are refractory aluminosilicate fibers and / or mineral wool.

Thermal insulation material according to claim 1, characterized in that the organic binder is a suitable dispersion of synthetic lymers and / or starch, starch grease or starch derivatives.

Thermal insulation material according to claim 1, characterized in that the inorganic binder is colloidal silicon dioxide and / or colloidal alumina and / or di-aluminum pentahydroxide chloride.

5. The thermal insulating material of claim 1, comprising up to 25 wt. % dispersing inorganic additives, in particular kaolin and / or titanium dioxide and / or fumed silica and / or expanded perlite.

6. The thermal insulating material of claim 1, comprising up to 3 wt. % inorganic kaogulant, in particular aluminum sulphate.