CZ30676U1 - Zpěnitelná směs pro výrobu pěnového skla - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zpěnitelné směsi pro výrobu pěnového skla s uzavřenými buňkami na bázi odpadního skla ve formě rozemleté skelné moučky. Zpěnitelná směs dále obsahuje zpěňovadlo ve formě uhličitanů kovů alkalických zemin.

Dosavadní stav techniky

Použití uhličitanu vápenatého - vápence, jako zpěňovadla pro výrobu pěnového skla je známé. František Schill v publikaci Pěnové sklo, SNTL Praha 1962 (str. 51, 52), uvádí jako jeden ze zpěňovačů uhličitan vápenatý, který v kombinaci s oxidem křemičitým ze skla vytváří tzv. neutralizační zpěňovač. Některé součásti skla, jako je oxid křemičitý nebo boritý nebo fosforečný, představují v neutralizační reakci kyselou složku, a zpěňovač, jimiž jsou obvykle uhličitany alkalických zemin, představují složku zásaditou. Uvolnění plynu, potřebné pro výrobu pěnového skla, nastává v okamžiku, kdy sklo je již dost tekuté, aby mohlo vytvořit pěnu, což lze vyjádřit jednoduchým reakčním schématem, např. pro vápenec:

CaCO₃ + SiO₂ = CaSiO₃ + CO₂.

F. Schill dále vysvětluje, že skutečný reakční mechanizmus je komplikovanější.

Začátek rozkladu nastává již v tuhém stavu mezi částicemi vápence a skla. Nemalý význam mají rovněž alkalické kovy, obsažené ve skle, které narušují souvislou mřížku tetraedrů SiO₂ a činí tak sklo reaktivnější. Mimo neutralizační reakce probíhá současně i termický rozklad vápence, který závisí nejen na teplotě, ale i na parciálním tlaku CO₂ v buňkách pěnového skla. Dále je zmíněno, že s největšími obtížemi se dá vyrábět sklo o hustotě menší než 200 až 250 kg.m'³ a nasákavosti pod 30 % hmotn. Uhličitan vápenatý jako zpěňovadlo je uveden poprvé v československém patentu CZ 63 398 (přihlášeno 1936, V. Straka) o názvu „Způsob výroby izolačních hmot, respektive izolačních tvárnic nebo desek z keramických a podobných hmot“. Tohoto typu zpěňovače se obvykle používá v množství 1 až 2 % na váhu skla. Dále F. Schill konstatuje, že zpěňování uhličitanem vápenatým, probíhá velmi rychle až bouřlivě. Jednotlivé „buňky“ pěnového skla jsou nestejnoměrné, co do tvaru i velikosti a již pouhým okem lze rozeznat mnoho spojených kanálků. Snad všichni, kteří pracovali s uhličitany jako zpěňovadly, zkoušeli různé způsoby, jak dosáhnout nenasákavé pěny s uzavřenými buňkami. Většina se zakrátko vzdala a přešla ke zpěňovačům uhlíkatým, které jsou dodnes nejrozšířenější, zmiňuje F. Schill v této publikaci. Obecné principy a procesy probíhající při tvorbě pěnového skla, uvedené v této publikaci jsou v podstatě stále platné.

Přesto, v poslední době, i dle patentové literatury, lze konstatovat návrat k vápenci jakožto ke zpěňovadlu, avšak v kombinaci s mnoha jinými komponentami.

Použití uhličitanů kovů alkalických zemin, do nichž vápenec patří, jakožto zpěňovadel, v kombinaci s rozemletým sklem, nebo odpadním sklem, popisují, např. následující vynálezy.

US 4 734 322 (US 29. 3.1998, Societe Nationale Elf Aquitaine, FR) popisuje způsoby přípravy skla a také výrobu různých předmětů z tohoto materiálu. Pro tento proces se používá směs, sestávající ze 100 hmotnostních dílů mletého skla a 0,2 až 2· hmotnostních dílů uhličitanu vápenatého a hořečnatého v poměru CaCO₃/MgCO₃ v rozmezí hmotnostního poměru 20:80 až 80:20. Je také možné vstupní směsi připravit ze směsi skla s karbonáty v hmotnostním poměru 200:10 až 200:15 a následně mixovat výchozí směs 4 až 30 hmotnostních dílů skla, mající částice do 200 mikrometrů s nejméně 70 % skla procházejících skrze síto o velikosti ok 100 mikrometrů. Tato směs se umístí do otevřených žáruvzdorných nádob s bočnicemi, které mají minimální výšku 15 cm, a které jsou naplněny uvedenou směsí do minimální výšky 6 až 12 cm. Nádoby se umístí do pece s vhodně regulovaným vytápěním. Směs se zahřívá na cca 800 °C, při maximální rychlosti ohřevu 150 až 170 °C za hodinu. Na maximální teplotě 800 °C je směs udržována nejméně půl hodiny. Chlazení probíhá maximální rychlostí 80 °Č za hodinu, kromě oblasti 500 až 600 °C, kde se používá maximální rychlost 20 °C za hodinu, až se obdrží blok tloušťky kolem

-1 CZ 30676 U1 cm, s hustotou 160 až 700 kg³.m'³, a s otevřenými póry v množství 30 až 90 objemových % z celkového objemu pórů. Získaný výrobek představuje blok pěnového skla, ve vynálezu jsou zmíněny výhody, jako je snadná variabilita tohoto pěnového skla, spočívající ve snadné adhezi při spojování s různorodými materiály, jako je omítka, plasty, umělý kámen, keramika, kov, pevné a expandované nebo laminátové polymery, což umožňuje velkou variabilitu při použití pro různé typy. Jako výhoda je uvedena nízká hustota a dostatečná tuhost. Nevýhodou je poměrně vysoký podíl otevřených pórů, jak je zmíněno výše, což způsobí vysokou nasákavost a nízkou pevnost pěnového skla.

SK 284 474 (1. 4.2005 Sk, Hoffmann László a další, HU) uvádí způsob výroby silikátové pěny s uzavřenými póry, zejména z odpadních materiálů, a výrobek tímto způsobem vyrobený. Ke 100 hmotnostním dílům skleněného prášku, který má měrný povrch 2000 až 8000 cm³.g⁴, se přidá 1 až 10 hmotnostních dílů materiálu, vytvářející plyn, s velikostí částic 10 až 100 μ; 0,5 až 15 hmotnostních dílů montmorillonitu; 0,5 až 2 hmotnostní díly hydrogenfosforečnanu alkalického kovu nebo dihydrogenfosforečnanu alkalického kovu, nebo směsi fosforečnanu alkalického kovu a křemičitanu sodného ve formě vodného roztoku; 0,01 až 5 hmotnostních dílů oxidu kovu vzácných zemin nebo směsi těchto oxidů. Načež se takto získaná směs zhomogenizuje, předsuší, potáhne se 1 až 5 hmotnostními díly oxidu titaničitého a/nebo oxid-hydroxidu titaničitého a/nebo oxid-hydroxidu hlinitého. Potom se podrobí tepelnému zpracování při teplotě 720 až 1000 °C a tvaruje se. Předmětem vynálezu je i výrobek tímto způsobem vyrobený, kterým jsou granule se sypnou hmotností 0,3 až 0,45 g.cm’³, deska nebo jiný výrobek, který sestává z 90 až 50 hmotnostních dílů granulí ze silikátové pěny, která má uzavřené póry a 10 až 50 hmotnostních dílů organického anebo anorganického pojivového materiálu. Vynález uvádí jako výhody získání pěnového skla s uzavřenými póry s vynikajícími antivibračními vlastnostmi a s výrobou využívající odpadové sklo. V příkladech provedení je uvedena široká škála recyklovaných skel, jako je sklo olovnaté, křišťálové, borosilikátové, sklo z fluoresenčních lamp a sklo z komunálního dopadu. Jsou nárokovány granule pěnového skla, povlékané TiO₂. Např., v příkladu 5 jsou uvedeny granule o velikosti částic 3 až 6 mm, povlečené směsí oxid-hydroxidu-hlinitého a oxidu titaničitého v poměru 1:1, která vytvoří na povrchu granulí hrubý povlak tloušťky 10 pm. Tento povlak na bázi TiO₂, póry pěnového skla obsahující plyn, v podstatě zataví a zpevní, čímž se pochopitelně sníží uváděná nízká nasákavost a absorpční kapacita těchto povlékaných granulí vůči vodě. Jedná se tedy o určitou speciální aplikaci pěnového skla. V příkladech provedení nejsou uvedeny vibrační vlastnosti získaných pěnových skel, ale u dvou příkladů, u aplikací jsou uvedeny tepelně izolační vlastnosti a zvukototěsné vlastnosti bez bližšího upřesnění.

CN 10 299 25 93 A (27. 3.2013, Kim Yeon Hwan a další, KR) popisuje způsob přípravy pěnových skleněných částic s nanostrukturou. Tento způsob zahrnuje následující kroky: (1) smísení a reakce roztoku křemičitanu sodného, uhličitanu hořečnatého, oxidu hořečnatého; sody a kyseliny borité v poměru 100: 1,5-4: 1-3: 0,1-1: 3-10 a přirozené vysušení získaných produktů na prášek při normální teplotě 5 až 40 °C; a (2) zahřívání a napěnění prášku získaného v kroku (1) s teplotou napěňování 200 až 500 °C. Jako výhoda vynálezu je uvedeno, že připravené částice pěnového skla pěny vykazují nanostrukturu, jsou připraveny za nižších teplot napěňování, které jsou snadněji ovladatelné, a jsou připraveny za relativně nízkou cenu. V popisuje uvedeno, že získaný výrobek může být využit jako plnivo do různých stavebních materiálů jako jsou izolační materiály s nízkou hustotou, bez uvedení jakýchkoliv konkrétních vlastností získaného výrobku. Jakožto zpěňovadla se využívá uhličitanu hořečnatého nebo sodného s dalšími modifikátory, jak je soda a kyselina boritá, což jsou poměrně běžné a dostupné suroviny. Jak je dosaženo skleněných částic s nanostrukturou, není v tomto řešení popsáno, není uvedeno chlazení, a nejsou uvedeny žádné konkrétní charakteristiky vstupních surovin, ani konečného výrobku. Nevýhodou je složitý dvojstupňový proces. Pouze vodním sklem se dávkuje veškerý potřebný sklotvomý oxid křemičitý, což představuje dost drahou surovinu pro průmyslovou výrobu pěnového skla. Pěnové sklo potom bude obsahovat vysoký poměr Na:Si, což nutně povede k nízké chemické odolnosti vůči vodě a tím i vysoké nasákavosti pěnového skla.

-2CZ 30676 Ul

Je popsáno využití vodního skla v kombinaci s odpadním sklem, jakožto základní suroviny pro výrobu pěnového skla, v kombinaci se zpěňovadly na bázi uhličitanů kovů vzácných zemin, jak uvádí např. další vynálezy.

RU 2009 139 009 A (27. 4.2011, ZAO ST1KLOPORAS) se týká granulované směsi pro výrobu pěnového skla a způsobu přípravy granulované směsi. Granulovaná směs vsázky pro výrobu pěnového skla obsahuje následující složky v hmotnostních %: vodní sklo 5 až 15; voda 5 až 15; pěnotvomé činidlo obsahující glycerin 1 až 2; kaolin nebo kaolinit; 1 až 3; jemně mleté sklo zbytek. Jakožto pěnotvomé činidlo se používají uhličitany vzácných zemin, jako je CaCO₃ nebo MgCO₃ nebo BaCO₃ nebo SrCO₃, v množství až do 1 % hmotnostních ve směsi s glycerinem. Při přípravě směsi, jsou poměry složek experimentálně stanoveny pro maximální a minimální povolenou hustotu mletého skla s ohledem na hustotu tekutého skla, jakož i průměrné hustoty směsi po smíchání a přidáním minimálního množství vody, potřebné k získání vlhkého granulátu. Je řízena velikost granulí a kvalita směsi. Je možno zároveň zvýšit množství vody, přiváděné v daných mezích a řídit hustotu směsi během přípravy. Jako výhodu uvádí vynález efektivní recyklaci odpadního skla, řešící problematiku životního prostředí při zachování kvality získaného produktu. Způsob výroby granulované směsi pro výrobu pěnového skla uvádí, že jsou použity přečištěné komponenty vsázky, které jsou předem prosety k extrakci částic, což představuje komplikovanou, náročnou a poměrně drahou přípravu těchto pevných částic.

US 4 347 326 A (31. 8.1982, ASAHI DOW Ltd, JP) popisuje napěnitelnou skleněnou kompozici vhodnou pro výrobu pěnového skla, obsahující na 100 hmotnostních dílů bezvodého modifikovaného křemičitanu sodného 0,5 až 4 hmotnostní díly uhličitanu vápenatého jako zpěňovače. Směs bezvodého modifikovaného sodnokřemičitého skla obsahuje Na₂.OxSiO₂ v množství 75 až 95 % hmotn., kde x je 3 až 3,8; modifikátor CaO v množství 5 až 15 % hmotn.; a další modifikátor MO v množství 0 až 10 % hmotn., kde MO je vybráno ze skupiny, obsahující oxid hořečnatý, hlinitý, železitý, mědnatý, zinečnatý, boritý, zirkoničitý, strontnatý, olovnatý, draselný a lithný. Řešení je určeno pro termální izolaci budov a průmyslových staveb. Uváděnou výhodou řešení je získání pěnového skla, které obsahuje až 50 % objemu plynu CO₂ v buňkách pěnového skla, velikost buněk v pěnovém skle 4 mm nebo méně, a podíl uzavřených buněk 40 % nebo více. Nevýhodou je velikost buněk v pěnovém skle až 4 mm, což představuje poměrně nepříznivě vysokou hodnotu, které odpovídá i nárokovaná hodnota tepelné vodivosti 0,08 kcal.mfhoďÝC, odpovídající 0,09 W.m''.K¹. Další nevýhodou je, že bezvodý modifikovaný křemičitan sodný se získává z vodního skla, což představuje opět poměrně komplikovanou a drahou výrobu, protože je nutné vodní sklo vysušit a zbavit jej vody. Dále, pěnové sklo obsahuje kolem 20 % hmotn. oxidu sodného, což významně snižuje chemickou odolnost vůči vodě, o čemž svědčí hodnoty odolnosti vůči vodě, které se pohybují v rozmezí 0,4 až 5 přírůstku hmotnosti výchozího skla, nikoliv pěnového, což se projevuje ve vysoké nasákavosti pěnového skla, která se podle tabulek příkladných provedení pohybuje v rozpětí 7 až 65 %, přednostně 40 %, nebo méně.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody se odstraní nebo omezí u zpěnitelné směsi pro výrobu pěnového skla s uzavřenými buňkami, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že zpěnitelná směs obsahuje na 100 kg skelné moučky z odpadního skla o velikosti částic 0,5 pm až 500 pm, s výhodou 0,5 pm až 200 pm: 0,1 až 10 kg vody, s výhodou 0,4 až 5 kg vody, 0,1 až 10 kg zpěňovadla, s výhodou 0,4 až 6 kg zpěňovadla, kterým je alespoň jeden uhličitan kovu alkalických zemin, vybraný ze skupiny, zahrnující uhličitan vápenatý, hořečnatý, bamatý a strontnatý, o velikosti částic 1 nm až 40 p, s výhodou 1 nm až 1000 nm, a 0,1 g až 500 g tekutého a/nebo pevného protisrážlivého prostředku, s výhodou 1 g až 100 g tekutého a/nebo pevného protisrážlivého prostředku, velikostí částic obecně se v tomto technickém řešení míní střední velikost částic, většinou ve formě kulovitých práškových částic.

Hlavní výhodou tohoto technického řešení je získání pěnového skla s uzavřenými póry, s vysokou pevností v tlaku a odolnosti proti drcení, s příznivou nízkou nasákavostí a s dlouhodobou tvarovou stabilitou. Pěnové sklo podle tohoto technického řešení je odolné proti plísním, korozi, běžným biologickým a chemickým vlivům a proti obvyklým výkyvům teploty. Pěnové sklo

-3CZ 30676 Ul podle technického řešení je nehořlavé a je zařazeno do třídy stavebního materiálu AI, EN 13501-1. Pěnové sklo podle tohoto technického řešení je zdravotně nezávadné, nepřijímá ani nevylučuje žádné škodlivé látky a pachy. Je odolné vůči běžným mechanickým vlivům, povětrnostním podmínkám, též vůči hmyzu, ptákům či hlodavcům. Složení zpěnitelné směsi přináší možnost získání neutrální světlé barvy pěnového skla, které se dá snadno obarvit běžnými barvivý na požadovaný barevný odstín, což přináší zajímavá architektonická řešení. Sklo má stálé tepelně izolační vlastnosti. Další velkou předností pěnového skla podle tohoto technického řešení je aplikace pro protihlukové bariéry, protože např. zvuková pohltivost pěnového skla podle ČSN EN ISO 11654, např. odpovídá pro panel pěnového skla o tloušťce 300 mm; 0,65 MH; zvuková pohltivost 7 dB podle ČSN EN 1793 -1.

Rozmělněná skelná moučka získaná z odpadního skla využívá recyklovanou surovinu, čímž se uspoří významné množství energie a využije se odpadního skla. Odstranění odpadního skla výrazně zvýší kvalitu životního prostředí. Nárokovaná velikost částic rozemletého skla představuje optimální velikost částic do zpěňovací směsi, umožňující efektivní slinování a při tepelném zpracování a tvorbu jemné a vysoce pevné mikrostruktury pěnového skla, s vysokým počtem propojených stěn jednotlivých buněk pěnového skla.

Zpěňovadlo na bázi uhličitanů kovů alkalických zemin o nárokované velikosti částic umožňuje zpěňovací proces, prakticky nezávislý na tlaku a oxidačně - redukční atmosféře ve zpěňovací peci při tepelném zpracování. Tato zpěňovadla jsou běžně dostupné suroviny. Vápenec představuje nejlevnější dostupnou surovinu požadované velikosti částic. Uhličitan hořečnatý má uplatnění v případě snížení zpěňovací teploty skelné moučky s nižší viskozitou. Po případě lze užít dolomit jakožto přírodní surovinu, obsahující uhličitan vápenatý a hořečnatý. Uhličitan bamatý a strontnatý představují méně časté uhličitany, vhodné ke zvýšení zpěňovací teploty pro skelné moučky s vyšší viskozitou. Uhličitany ve speciálních případech lze kombinovat, a tak reagovat na různé chemické složení skelné moučky s různou viskozitou.

Protisrážlivý prostředek, kapalný a/nebo pevný, podle našich znalostí, nebyl dosud použit při výrobě pěnového skla, respektive zpěnitelné směsi. Při zavádění zpěňovadel dle předloženého technického řešení bylo zjištěno, že čím je menší velikost jejich částic, tím je vyšší pevnost v tlaku, odolnost vůči drcení a nižší nasákavost konečného pěnového skla. Částice zpěňovadel o velikosti v řádu pm a nanometrů mají vysoký měrný povrch, což může vést k jejich srážení do shluků, k jejichž rozdružení významně pozitivně působí protisrážlivý prostředek, přidaný do zpěňovací směsi i ve velmi malých dávkách.

Je výhodné, když zpěnitelná směs dále obsahuje 1 až 20 kg vodního skla, výhodou 2 až 12 kg, o obsahu nejméně 30 až 35 % křemičitanu sodného. Přídavek vodního skla usnadňuje vznik taveniny skla při zpěňování zpěňovací směsi, především v případě skelné moučky s vyšší viskozitou, a vytváří taveními o vhodné napěňovací viskozitě.

Dále je výhodné, když zpěnitelná směs dále obsahuje 0,01 kg až 4 kg alespoň jednoho aditiva ze skupiny, zahrnující oxid křemičitý o rozměru částic 10 nm až 50 pm, s výhodou; oxid titaničitý o rozměru částic lOnm až 50 pm, kyselinu boritou a/nebo borax, a alespoň jednu hlinitou komponentu vybranou ze skupiny, zahrnující oxid hlinitý, hydroxid hlinitý, síran hlinitý a kaolin o velikosti částic 10 nm až 100 pm.

S výhodou zpěnitelná směs obsahuje: 0,1 kg až 1 kg alespoň jednoho aditiva ze skupiny zahrnující oxid křemičitý, titaničitý, kyselinu boritou a/nebo borax a alespoň jednu hlinitou komponentu, ze skupiny, zahrnující oxid hlinitý, hydroxid hlinitý, síran hlinitý a kaolin. Přičemž jednotlivé aditivum obsahuje výhodně: 50 g až 300 g oxidu křemičitého o velikosti částic 400 nm až 1000 nm, 50 g až 300 g oxidu titaničitého o velikosti částic 400 nm až 1000 nm, 50 g až 300 g alespoň jednu hlinitou komponentu vybranou ze skupiny, zahrnující oxid hlinitý, hydroxid hlinitý, síran hlinitý a kaolin o velkosti částic 0,1 pm až 50 pm, a 50 g až 300 g kyseliny borité a/nebo boraxu.

Výhoda přidaného aditiva přináší možnost modifikace výsledného pěnového skla. Oxid křemičitý jako sklotvomý prvek vytváří vysoce viskózní sklo s vysokou pevností. Oxid titaničitý vytvořením pevných můstkových vazeb s oxidem křemičitým rovněž přispívá k významnému zvýšení

-4CZ 30676 U1 pevnosti výsledného pěnového skla. Dále, oxid titaničitý i samostatně, v podstatě titanová běloba, výrazně přispívá i v malých množstvích k získání šedých, světle šedých až bělavých odstínů konečného pěnového skla. Kyselina boritá a/nebo borax se velmi snadno rozpouští ve vodě, čímž se usnadňuje vstup těchto látek do zpěňovací směsi. Obě borité sloučeniny jsou běžně dostupné v dobré kvalitě. Kyselina boritá se i během zpěňovacího procesu rozkládá na vodu a na oxid boritý, který snadno vytváří s oxidem křemičitým pevné můstkové vazby a současně snižuje počet méně pevných nemůstkových sazeb tím, že váže sodné kationty a přechází na pevnou tetraedrickou koordinaci. Efekt boraxu je podobný, avšak méně výrazný, přesto je jeho využití rovněž příznivé v případě vysoce viskózní skelné moučky.

Hlinité komponenty jsou většinou běžně dostupné suroviny, ale cenově zatím méně výhodné s požadovanou malou velikostí částic, mimo kaolin. Proto jejich využití znamená většinou jejich omezenou rozpustnost ve zpěnitelné směsi, což v současné době znamená i jejich omezenější využití pro daný účel.

Rovněž je výhodné, když zpěnitelná směs obsahuje 0,1 až 5 kg uhlíkatého zpěňovadla, s výhodou 0,5 až 3 kg zpěňovadla, vybraného ze skupiny, zahrnující glycerin a/nebo saze. Uhlíkaté zpěňovadlo je dosud jedno z nejrozšířenějších běžně dostupných a cenově příznivých zpěňovadel. Výhoda glycerinu spočívá v jeho snadné rozpustnosti ve vodě. Cenově dostupnější a užívanější jsou saze. Pěnové sklo vyrobené použitím uhlíkatých zpěňovadel však nedosahuje nárokovaných hodnot pevnost v tlaku a odolnosti proti drcení. Mírné zlepšení těchto nárokovaných vlastností pěnového skla je možno dosáhnout přidáním uvedených uhličitanů alkalických zemin a aditiv.

Pro barvení konečného pěnového skla je výhodné, když zpěnitelná směs obsahuje 1 g až 5 kg, s výhodou 50 g až 1 kg, nejméně jednoho barviva ze skupiny, zahrnující oxid kobaltnatý, mědnatý, železitý, chromitý a vanadičný o velikosti částic pod 100 pm. Při použití oxidu titaničitého je možno docílit u pěnového skla v podstatě běžnými, cenově dostupnými, a velmi účinnými sklářskými barvivý i v malých nárokovaných množstvích, poměrně zajímavé a doposud netradiční barevné pěnové sklo, za ekonomicky výhodných podmínek. Přičemž vlastnosti pěnového skla se použitím těchto barviv významně nemění.

Zpěnitelná směs se může připravit v následných základních technologických krocích. Nejprve se při běžné teplotě do vody přidá zpěňovadlo na bázi uhličitanů kovů alkalických zemin, případně se přidá tekutý a/nebo pevný protisrážlivý prostředek, případně ve vodě rozpustná aditiva jako je kyselina boritá, případně vodní sklo, případně glycerin, případně vodní sklo smíchané předem s glycerinem, případně vodní sklo s glycerinem, k němuž byly přidány uhlíkové saze. Poté se získaný vodný roztok nebo vodná suspenze přidá do skelné moučky z odpadního skla, případně do skelné moučky předem smíchané s práškovými aditivy jako je oxid křemičitý, nebo oxid titaničitý, nebo práškové hlinité komponenty. Přitom, po každém přidání jakékoliv komponenty s vodou se získaný vodný roztok nebo vodná suspenze vždy promíchává po dobu 0,5 minut až 30 minut, přednostně o dobu 1 až 5 minut. Rovněž, po přidání jakékoliv komponenty do skelné moučky z odpadního skla se provádí promísení po dobu 0,5 minuty až 30 minut, přednostně po dobu 1 až 5 minut. Nakonec, při smísení takto získané promísené skelné moučky s promíchaným vodným roztokem nebo vodnou suspenzí se provádí promíchání po dobu 1 až 30 minut, přednostně po dobu 1 až 5 minut.

Zpěnitelná směs se získává v nárokovaných základních technologických krocích v časové návaznosti při nutném promíchávání v nárokovaných časech, řádově v minutách, aby došlo k získání homogenního roztoku (např., voda a protisrážlivý prostředek), nebo k získání homogenní vodné suspenze, která vzniká častěji po přidání ve vodě nerozpustných komponent. Rovněž skelná moučka s přidávanými komponentami se musí náležitě promísit v nárokovaných časech, řádově v minutách, aby došlo k rovnoměrnému promísení směsi. Konečně, i po přidání vodného roztoku/suspenze do skelné moučky je třeba tuto směs řádně pomíchat v nárokovaných časech, též řádově v minutách. Dlouhodobě odzkoušená nárokovaná doba promíchávání závisí na typu technologického zařízení, množství zpěnitelné směsi a typu jednotlivých komponent. Homogenní směs rozliší znalý pracovník již vizuálně. Případné nehomogenity se výrazně projeví již po promíchání viditelnými shluky částic. Není třeba zvýšené teploty k promíchání. Podle našich zkuše-5CZ 30676 Ul ností trvá celková doba promíchávání zpěnitelné směsi o hmotnosti kolem 115 kg, obvykle 50 minut.

Je výhodné, když na homogenní suspenzi se působí ultrazvukem o výkonu 5 kW až 100 kW, s výhodou 50 kW až 80 kW, po dobu alespoň 2 minut. Ultrazvuk má příznivý vliv na rozdružení shluků mikročástic a nanočástic zpěňovadla, aditiv nebo barviv.

Objasnění výkresu

Technické řešení je podrobně popsáno dále na příkladných provedeních a je blíže osvětleno na připojeném obrázku, znázorňujícím snímek z optického mikroskopu v pohledu na vybroušenou plochu pěnového skla.

Příklady uskutečnění technického řešení

Zpěnitelná směs může být vyhotovena z odpadního skla a ze střepů skla obalového, užitkového, křišťálového, olovnatého, borosilikátového, drátového, televizního, fluorescenčního, opálového, barevného atp. Podmínkou je, že sklo nesmí obsahovat jakýkoliv materiál nebo látky, které mohou být nebezpečné lidskému zdraví nebo životnímu prostředí.

V příkladech provedení je podrobně kvantifikováno složení zpěnitelné směsi a její příprava. Ze zpěnitelné směsi se běžným technologickým způsobem získá pěnové sklo, jehož charakteristické vlastnosti jsou v příkladech též podrobně popsány a komentovány.

Příklad 1

Tabulka 1. Složení skelné moučky.

Složky	Přfk	adné složeni
P1-1	P1-2	P1-3	P1-4	P1-5
hmotn. %
SiO2	69,91	69,91	69,91	69,91	69,91
Na2O	14,82	14,82	14,82	14,82	14,82
CaO	10,60	10,60	10,60	10,60	10,60
MgO	2,21	2,21	2,21	2,21	2,21
AI2O3	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99
K2O	0,31	0,31	0,31	0,31	0,31
Fe2O3	0,38	0,38	0,38	0,38	0,38
M.Ob	0,78	0,78	0,78	0,78	0,78
Suma	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00

1.1. Skelná moučka z odpadového skla.

Skelná moučka může být vyhotovena z odpadního skla a ze střepů skla obalového, užitkového, křišťálového, olovnatého, borosilikátového, drátového, televizního, fluorescenčního, opálového, barevného atp. Podmínkou je, že sklo nesmí obsahovat jakýkoliv materiál nebo látky, které mohou být nebezpečné lidskému zdraví nebo životnímu prostředí.

V tomto technickém řešení pro všechny příklady provedení byla použita skelná moučka z odpadního obalového sodnovápenatokřemičitého skla.

V každém příkladu 1 až 6 tohoto technického řešení je vždy uvedeno složení skelné moučky.

Např., pro příklad 1 byla použita skelná moučka následného chemického složení v rozsahu % hmotn.:

SiO₂: 69,91 až 70,41

Na₂O 13,59 až 14,82

-6CZ 30676 Ul

CaO 9,73 až 10,60

MgO 2,19 až 2,29

A1₂O₃ 2,07 až 2,15

K₂O 0,31 až 0,75

Fe₂O₃ 0,31 až 0,38

M_aO_b a/nebo XY: 0,59 až 0,79.

Zbytek do 100 % hmotn. představují další doprovodné složky oxidů M_aO_b a/nebo solí XY, kde představují M kov, _a a _b stechiometrický koeficient oxidu, XY představují soli. Doprovodné oxidy M_aOb a/nebo solí XY jsou přítomny ve skle v setinách či tisícinách % hmotn. Doprovodné oxidy M_aO_b jsou, např. TiO₂, MnO, CuO, ZnO, SrO, ZrO₂, SnO₂, Nb₂O₃, Sb₂O₃, BaO, B₂O₃ P₂O₅ a PbO. Soli XY jsou např. chloridy, fluoridy, simíky/sírany a fosforečnany.

1.1.2. Zrnitost skelné moučky

Zrnitost skelné moučky získaná rozemletím na velikosti částic s obsahem částic o velikosti 0,5 až 500 pm, s výhodou 0,5 až 200 pm.

Velikostí, většinou kulatých práškových částic, je v celém předloženém technickém řešení míněna jejich střední velikost.

Tabulka 2. Složení zpěnitelné směsi.

Složky		Složeni zpinitelni emisi
P1-1	P1-2	P1-3	P1-4	P1-S
Skelná moučka [kg]	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0
Voda [kg]	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0
C[g]	2.4	2,4	2.4	2.4	2,1
CaCO3 [kg]	-	2.1	-	-	2.4
MgCO3 [kg]	-	1.1	-	-	-
TiO2[g]	-	-	100	100	100
SiO2 [g]	-	-	-	50	50
HaBOslg]	-	-	-	-	20
Protisrážlivý prostředek [g]	-	6	-	-	6

1.2. Použité suroviny pro zpěnitelnou směs

1.2.1 Zpěňovadlo na bázi uhličitanů kovů alkalických zemin

Ve všech příkladných provedeních byl užit stejný druh zpěňovadla uhličitanu vápenatého chemického vzorce CaCO₃, výrobce Gummem, AT s názvem Omyacarb® Extra - GU, s obsahem 98 % uhličitanu vápenatého; 0,2 % Fe₂O₃ a s uvedením nerozpustného zbytku v HC1. Střední velikost částic je 4 pm, 50 % z nich mají velikost částic do 0,9 pm, přičemž 90 % částic je menší než 2 pm, tj. 2000 nm.

Oxid hořečnatý v příkladných provedeních byl použit jako běžný technický uhličitan hořečnatý, jemně mletý, výrobce, např. německé firmy Alsalco.

1.2.2. Zpěňovadlo na bázi uhlíkatých komponent

Jako uhlíkaté komponenty byly použity běžně dostupné suroviny, jako je glycerin či uhlíkové saze.

Glycerol neboli glycerín, chemicky propan-1,2,3-triol, je hygroskopická bezbarvá viskózní kapalina. Díky přítomnosti hydroxylových skupin je molekula glycerolu polární, a proto se neomezeně mísí s vodou. Byl použit čistý, 100 % glycerin od českého, výrobce PANOIL.

-7CZ 30676 U1

Uhlíkové saze v podstatě odpovídají amorfnímu uhlíku. Technické uhlíkové saze byly použity od českého distributora MERTRADE spol. s r.o., který je dlouholetým zástupcem výrobce technických sazí, ukrajinské firmy OJSC Kremenchug Carbon Black Plant, určených též pro výrobu pneumatik a technické pryže.

1.2.3. Oxid titaničitý

Oxid titaničitý TiO₂ byl použit v tomto i dalších příkladných provedeních, a to názvu TB ANATS, výrobce PRECHEZA Přerov, CZ. Oxid titaničitý obsahuje 98,01 % částic pod 2 pm, z toho 78,26 % částic pod 1 pm.

1.2.4. Oxid křemičitý

Oxid křemičitý SiO₂ byl použit o názvu DORSUJT, distributora CHEJN, CZ ve formě jemně rozemletého písku s obsahem přes 98 % SiO₂ o velikosti částic od 2 pm do 160 pm, případně MIKRO- DORSILIT s obsahem částic od 2 pm do 25 pm.

1.2.5. Kyselina boritá a borax

Byla použita běžná kyselina boritá H3BO3 krystalická, a běžně dostupný borax, technické kvality, které jsou oba velmi snadno rozpustné ve vodě. Výrobce, např. Mach - Chemikálie, CZ.

Jako borax lze použít běžně dostupnou sklářskou surovinu technické kvality, např., ochranné známky ETIBOR®.

1.2.6. Tekutý a/nebo pevný protisrážlivý prostředek

Jako tekutý a/nebo pevný protisrážlivý prostředek výborně poslouží např., buď pevný dispergátor a/nebo kapalný tenzid.

Jako pevný dispergátor byl použit běžný mastek, v podstatě křemičitan hořečnatý, velmi jemně mletý. Např. byl použit mastek o názvu Finntalc 30, výrobce Mondon Minerals B. V., NL se střední velikostí částic 35 pm v množství 98 %, z toho 50 % částic 10 pm a se specifickým povrchem dle BET 3 m².g**. Nebo byl použit mastek o názvu TALC CHD2, výrobce IMI Fabi, ΓΓ.

Střední velikost částic pod 16 pm obsahuje 98 %, přitom nejméně 50 % částic má velikost 4,5 p, a se specifickým povrchem dle BET 7,5 m².g*’.

Jako tekutý tenzid byl použit běžný a dostupný emulgátor, snižující povrchové napětí vody/roztoků, susupenzí a zvyšuje jejich smáčivost, např. typu JAR® výrobce The Procter & Gamble Company, US.

Tabulka 3. Vlastnosti pěnového skla.

Vlastností	R1-1	P1-2	P1-3	P1-4	P1-5
Pevnost (MPa]	0,81	2.11	1.77	1,91	2,21
Odolnost vůči drceni (MPa]	0,59	0,99	0,89	0,91	1,05
Nasákavost [hmotn.%]	7.8	6.9	6,6	6.1	5.9
Tepelná vodivost (Wm ’Κ'1 ]	0,081	0,079	0,080	0,080	0,078
Sypná hmotnost (kg m'3]	280	295	301	322	344
Barva	černá	černá	černá	černá	černá

1.3. Charakteristika složení zpěňovací směsi

V tomto příkladu byly jako zpěňovadlo použity uhlíkové saze ve všech příkladných provedeních Pl-1 až PÍ-5. Jejich kombinace s uhličitanem vápenatým byla použita pro příkladná provedení

PÍ-2 a PÍ-5, a pro příkladné provedení PÍ-2 navíc se zpěňovadlem uhličitanem hořečnatým, vzhledem k použití zpěňovadel na bázi uhličitanů alkalických kovů byl použit v příkladných provedeních PÍ-2 a PÍ-5 protisrážlivý prostředek, který napomáhá rovnoměrnému rozptýlení velmi malých částic vápence ve vodě.

-8CZ 30676 U1

Složení zpěnitelné směsi je obohaceno aditivy, a to, v příkladných provedeních Pl-3, Pl-4 a Pl-5 oxidem titaničitým, v příkladných provedeních Pl-4 a Pl-5 oxidem křemičitým, a v příkladném provedení Pl-5 kyselinou boritou.

Jako zpěňovadlo bylo použito běžně užívané uhlíkové saze. Použitá kombinace uhličitanů kovů 5 alkalických zemin jakožto zpěňovadel vede ke zpevnění struktury pěnového skla, což vede ke zvýšení pevnosti pěnového skla a odolnosti vůči drcení. Dvojmocné kationty vápníku a hořčíku ve struktuře sodno-křemičitého skla zvyšují pevnost vazeb skelné sítě a zlepšují chemickou odolnost skla. Užití uhličitanů kovů alkalických kovů nevedlo k nežádoucímu nárůstu tepelné vodivosti.

1.4. Charakteristika pěnového skla

Vlastnosti získaného pěnového skla rovněž příznivě modifikují užitá aditiva. Oxid titaniěitý, oxid křemičitý a kyselina boritá přispívají ke zvýšení pevnosti skla v tlaku, odolnosti vůči drcení a vedou ke snížení nasákavosti. Nedošlo také k nežádoucímu zvýšené tepelné vodivosti. Došlo však k mírnému nárůstu sypné hmotnosti. Použití uhlíkového zpěňovadla ve formě sazí vedlo k černé barvě pěnového skla.

Příklad 2

Tabulka 4. Složení skelné moučky.

		Přík	adnó složeni
Složky	P2-1	P2-2	P2-3	P2-4	P2-5
		hmotn.%
SiO2	70,41	70.41	70,41	70,41	70,41
Na2O	13,59	13.59	13,59	13,59	13,59
CaO	9,99	9,99	9,99	9,99	9,99
MgO	2.19	2,19	2,19	2,19	2,19
AI2Oj	2.15	2.15	2,15	2,15	2.15
K?O	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75
FejOs	0,33	0,33	0,33	0,33	0,33
m.o6	0,59	0,59	0,59	0,59	0,59
Suma	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00

Tabulka 5. Složení zpěnitelné směsi.

Složky	Složeni zpěnitelné směsi
P2-1	P2-2	P2-3	P2-4	P2-5
Skelná moučka [kg]	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0
Vodní sklo [kg]	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0
Voda [kg]	1.4	1.4	1,4	1.4	1.4
C[g]	2.4	2.4	2.4	2.4	2.1
CaCO3 [kg]	-	2.1	-	-	2.4
MgCOj [kg]	-	1.3	-	-	-
TiO2[g]	-	-	100	100	100
SiO2 [g]	-	-	-	50	50
HjBOatg]	-	-	-	-	20
Protisrážlivý prostředek [g]	-	5	-	-	5

-9CZ 30676 U1

Tabulka 6. Vlastností pěnového skla.

Vlastnosti	P2-1	P2-2	P2-3	P2-4	P2-S
Pevnost [MPa]	0,91	2,17	1.87	1,99	2,20
Odolnost vůči drceni [MPa]	0,69	1,09	0,99	1.01	1,25
Nasákavost [hmotn. %]	7.1	6.3	5,9	5.4	5,1
Tepelná vodivost [Wm1 K'1 ]	0,086	0,081	0,083	0,084	0,080
Sypná hmotnost [kgm3]	291	301	322	332	351
Barva	černá	černá	černá	černá	černá

2.1. Použité suroviny pro složení zpěnitelné směsi

2.1.1. Vodní sklo

Jako nová složka byl v tomto příkladu 2 a dalších příkladech 3, 5 a 6 použito vodní sklo, a to běžně dostupné vodní sklo technické kvality o obsahu 30 až 35 % křemičitanu sodného o chemickém vzorci Na2O.xSiO2.yH2O, kde x a y jsou proměnné konstanty závislé na proměnném obsahu oxidu křemičitého a vody. Výrobcem tohoto vodního skla je např., LABAR s.r.o., Ústí nad Labem, CZ

2.2. Charakteristika složení zpěňovací směsi ve všech příkladných provedeních P2-1 až P2-5 bylo použito vodní sklo a jako zpěňovadlo byly použity uhlíkové saze (C). Jejich kombinace s uhličitanem vápenatým byla použita pro příkladná provedení P2-2 a P2-5, a pro příkladné provedení P2-2 navíc se zpěňovadlem uhličitanem hořečnatým. Vzhledem k použití těchto zpěňovadel na bázi uhličitanů alkalických kovů byl proto v příkladných provedeních P2-2 a P2-5 použit protisrážlivý prostředek, který napomáhá rovnoměrnému rozptýlení velmi malých částic vápence a uhličitanu hořečnatého ve vodě.

Složení zpěnitelné směsi je obohaceno aditivy, a to: v příkladných provedeních P2-3, P2-4 a P2-5 oxidem titaničitým; v příkladných provedeních P2-4 a P2-5 oxidem křemičitým; a v příkladném provedení P2-5 kyselinou boritou.

2.3. Charakteristika pěnového skla

Přidáním vodního skla ve všech příkladných provedeních dochází ke zvýšení obsahu oxidu sodného v pěnovém skle. Tím dojde ke snížení viskozity na kontaktu částic skelné moučky, což usnadňuje vznik taveniny skla ve zpěnitelné směsi, což usnadňuje napěnění skelné moučky z odpadního skla, jejíž složení se v použitém odpadním skle většinou mírně kolísá, čímž kolísá i viskozita vznikající taveniny. Přítomnost oxidu sodného snižuje pevnost a chemickou odolnost pěnového skla. Tento mírně nepříznivý efekt vodního skla je kompenzován přidáním uhličitanů kovů alkalických zemin a/nebo aditiv, jako je oxid titaničitý, křemičitý a kyselina boritá. Snížení viskozity skla vede k lepšímu uzavření nežádoucích kanálků propojujících póiy ve skle. Tím dochází ke snížení nasákavosti pěnového skla.

Užití uhlíkových sazí vede k černému zbarvení pěnového skla.

-10CZ 30676 U1

Příklad 3

Tabulka 7. Složení skelné moučky.

	Příkladné aložani
Složky	P3-1	P3-2	P3-3	P3-4	P3-8
hmotn.%
SÍO2	70,19	70,19	70,19	70,19	70,19
NSjO	14,25	14,25	14,25	14,25	14,25
CaO	9,73	9,73	9,73	9,73	9,73
MgO	2,29	2,29	2,29	2,29	2,29
AljOj	2,07	2,07	2,07	2,07	2,07
K2O	0,37	0,37	0,37	0,37	0,37
Fe2Oj	0,31	0,31	0,31	0,31	0,31
M.O„	0,79	0,79	0,79	0,79	0,79
Suma	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00

Tabulka 8. Složení zpěnitelné směsi.

Složky	Složeni zpénitolné smési
P3-1	P3-2	P3-3	P3-4	P3-5
Skelná moučka [kg]	100,0	100.0	100.0	100,0	100,0
Vodní sklo [kg]	-	-	10,0	10.0	10.0
Glycerin [kg]	2.0	2,0	2.0	2,0	2.0
Voda [kg]	0.4	0,4	0.4	0,4	0,4
CaCOj [kg]	-	2,1	-	-	2.4
MgCOslkg]	-	1,4	-	-	-
TiOzlfl]	-	-	100	100	100
SiO2[g]	-	-	-	50	50
HjBO3[g]	-	-	-	-	20
Protisrážlivý prostředek [g]	-	4	-	-	4

3.1. Charakteristika složení zpěňovací směsi

V příkladných provedeních P3-3 až P3-5 bylo použito vodní sklo a jako zpěňovadlo byly použity uhlíkové saze (C). Jejich kombinace s uhličitanem vápenatým byla použita pro příkladná provedení P2-2 a P2-5. a pro příkladné provedení P2-2 navíc se zpěňovadlem uhličitanem hořečnatým. Vzhledem k použití těchto zpěňovadel na bázi uhličitanů alkalických kovů byl proto v příkladných provedeních P2-2 a P2-5 použit protisrážlivý prostředek, který napomáhá rovnoměrnému rozptýlení velmi malých částic vápence a uhličitanu hořečnatého ve vodě.

Složení zpěnitelné směsi je obohaceno aditivy, a to: v příkladných provedeních P2-3, P2-4 a P2-5 oxidem titaničitým; v příkladných provedeních P2-4 a P2-5 oxidem křemičitým; a v příkladném provedení P2-5 kyselinou boritou.

-11 CZ 30676 U1

Tabulka 9. Vlastnosti pěnového skla.

Vlastnosti	P3-1	P3-2	P3-3	P3-4	P3-5
Pevnost [MPa]	1,12	1.31	1.41	1.67	1.84
Odolnost vůči drceni [MPa]	0,71	0,81	1.31	1.45	1.57
Nasákavost (hmotn. %]	7.1	6,5	6.1	5,8	5,4
Tepelná vodivost [Wm'1K'’ ]	0,080	0,078	0.082	0.083	0.077
Sypná hmotnost [kg m’Ί	251	266	271	289	297
Barva	černá	čemá	čemá	černá	čemá

3.2. Charakteristika pěnového skla

Nahrazením uhlíkových sazí glycerinem, který je snadno rozpustný ve vodě, případně ve vodním skle, vede k rovnoměrnější struktuře uzavřených pórů v pěnovém skle. .To se projevilo ve zvýšení pevnosti v tlaku pěnového skla a jeho odolnosti vůči drcení. Nedošlo ke zhoršení nasákavosti ani ke zvýšení tepelné vodivosti.

Přidání uhličitanů alkalických kovů a aditiv se příznivě projeví rovněž ve zvýšení pevnosti v tlaku a odolnosti pěnového skla vůči drcení.

ío Užití kombinace zpěňovadel uhličitanů alkalických kovů s uhlíkatými zpěňovadly dává nej lepší výsledky vlastnosti pěnového skla, ve srovnání s příkladem 1 a 2.

Barva jev důsledku uhlíkatého zpěňovadla čemá.

Příklad 4

Tabulka 10. Složení skelné moučky.

		Příkladné složení
Složky	P4-1	P4-2	P4-3	P4-4	P4-5
		hmotn.%
SiO?	70,19	69,91	69,91	69,91	69.91
NajO	14,25	14,82	14,82	14,82	14,82
CaO	9,73	10,60	10,60	10,60	10,60
MgO	2,29	2,21	2,21	2,21	2,21
AljOj	2,07	0,99	0,99	0,99	0,99
K,0	0,37	0,31	0,31	0,31	0,31
F62O3	0,31	0.38	0,38	0.38	0,38
M.O„	0,79	0,78	0,78	0,78	0,78
Suma	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00

Tabulka 11. Složení zpěnitelné směsi.

Složky	Složení zpánitelná směsi
P4-1	P4-2	P4-3	P4-4	P4-5
Skelná moučka [kg]	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0
Voda [kg]	0,4	0.4	0,4	0.4	0.4
CaCO3 [kg]	2,0	2.1	3,2	3.2	3,2
MgCOjJkg]	-	1,1	-	-	-
TiO2(g]	-	-	100	100	100
SiO2 [g]	-	-	-	50	50
H,BO,[g]	-	-	-	-	20
Protisrážlivý prostředek [g]	5	5	5	5	5

- 12CZ 30676 U1

4.1. Charakteristika složení zpěňovací směsi

Ve všech příkladných provedeních P4-1 až P4-5 nebylo použito vodní sklo, ani uhlíkatá zpěňovadla. Jako zpěňovadla byly použity pouze uhličitany kovů alkalických zemin. Uhličitan vápenatý byl použit pro všechna příkladná provedení P4-1 až P4-5, a pro příkladné provedení P4-2 navíc se zpěňovadlem uhličitanem hořečnatým, vzhledem k použití zpěňovadel na bázi uhličitanů alkalických kovů, byl proto ve všech příkladných provedeních P4-1 až P4-5 použit protisrážlivý prostředek, účinně napomáhající rovnoměrnému rozptýlení velmi malých částic vápence a uhličitanu hořečnatého ve vodě.

Složení zpěnitelné směsi je obohaceno aditivy, a to: v příkladných provedeních P4-3, P4-4 a P4-5 oxidem titaničitým; v příkladných provedeních P4-4 a P4-5 oxidem křemičitým; a v příkladném provedení P4-5 kyselinou boritou.

Tabulka 12. Vlastnosti pěnového skla.

Vlastnosti	P4-1	P4-2	P4-3	P4-4	P4-5
Pevnost [MPa]	2,71	2,89	2,99	3,28	3,67
Odolnost vůči drceni [MPa]	1.61	1.71	2,01	2,27	2,31
Nasákavost [hmotn. %]	6,01	6,00	5,91	5,61	5,50
Tepelná vodivost [W m1 K'1 ]	0,071	0,070	0,068	0,069	0,063
Sypná hmotnost [kg m3]	321	334	351	367	389
Barva	šedá	šedá	šedá	šedá	šedá

4.2. Charakteristika pěnového skla

Užití pouze uhličitanů kovů alkalických zemin jakožto zpěňovadel představuje zpěňovadla bez uhlíku. Uhlík nevytváří s křemičitým sklem pevné vazby, čímž snižuje žádanou pevnost pěnového skla v tlaku, snižuje odolnost pěnového skla vůči drcení a chemickou odolnost pěnového skla. Nepřítomnost uhlíku ve zpěňovací směsi, a naopak přítomnost kationtů vápníku a/nebo hořčíku ve zpěňovací směsi podle příkladu 4, se výrazně projevila na výrazném zvýšení pevnosti pěnové skla v tlaku, odolnosti vůči drcení a poklesu nasákavosti. Tento efekt je též zvýšen přítomností aditiv, oxidu křemičitého, titaničitého a kyseliny borité. Pozitivní účinky zpěňovadel a aditiv byly též výrazně zlepšeny použitím protisrážlivého prostředku, zabraňujícímu shlukování nano a mikročástic těchto komponent.

Nepřítomnost uhlíku v tomto příkladném provedení vede k získání výsledného světlého zabarvení pěnového skla.

Příklad 5

Tabulka 13. Složení skelné moučky.

Složky	Příkladná složeni
P5-1	P5-2	P5-3	P5-4	P5-5	Ρβ-β	P5-7
			hmotn.%
SiO,	70,41	70,41	70.41	70,41	70,41	70,41	70,41
NajO	13,59	13,59	13,59	13,59	13,59	13,59	13,59
CaO	9,99	9,99	9,99	9,99	9,99	9,99	9,99
MgO	2,19	2,19	2,19	2,19	2,19	2,19	2,19
AljOj	2.15	2.15	2,15	2,15	2,15	2.15	2,15
KjO	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75
Ρ®ϊθ3	0,33	0,33	0,33	0,33	0,33	0,33	0,33
M»Ob	0,59	0,59	0,59	0,59	0,59	0,59	0,59
Suma	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00

- 13CZ 30676 U1

Tabulka 14. Složení zpěnitelné směsi.

Složky	Složeni zpěnitelné směsi
P5-1	P5-2	P5-3	P5-4	P5-5	P54	P5-7
Skelná moučka [kg]	100.0	100,0	100,0	100.0	100.0	100.0	100.0
Vodní sklo [kg]	10.0	10.0	10,0	10.0	10,0	10.0	10.0
Voda [kg]	2.4	2.4	2.4	2.4	2.4	2.4	2,4
CaCO,[kg]	3.8	3.7	3.5	3,8	3,8	3.8	3,8
MgCO3 [kg]	-	1.3	-	-	-	-	-
TiO2[g]	-	-	100	100	100	50	80
SiOj [g]	-	-	-	50	50	20	30
H3BO, [g]	-	-	-	-	20	-	-
AI(OH), a/nebo AI2O3 a/neboAMSO*) ífll	-	-	-	-	10	50	30
Kaolin [g]	-	-	-	-	-	-	50
Protisrážlivý prostředek [g]	6	6	6	6	6	6	6

5.1. Použité suroviny pro složení zpěnitelné směsi.

5.1.1. Hydroxid hlinitý, oxid hlinitý, síran hlinitý

Byl použit běžný práškový hydroxid hlinitý, dodavatele Krátoška chemin spol. s. r.o., Uhříněves. Hydroxid hlinitý lze kombinovat s práškovým oxidem hlinitým nebo práškovým síranem hlinitým. Oxid hlinitý byl použit dodavatele Krátoška chemin spol. s. r.o. Síran hlinitý byl použit od dodavatele ΡΕΝΤΑ s.r.o., Praha.

5.1.2. Kaolin io Byl použit práškový kaolin výrobce Sedlecký kaolin a. s., Poříčany.

5.2. Charakteristika zpěňovací směsi

Ve všech příkladných provedeních P5-1 až P5-5 bylo použito vodní sklo. Nebyla použita žádná uhlíkatá zpěňovadla. Jako zpěňovadla byly použity pouze uhličitany kovů alkalických zemin. Uhličitan vápenatý byl použit pro všechna příkladná provedení P5-1 až P5-5, a pro příkladné provedení P5-2 navíc se zpěňovadlem uhličitanem hořečnatým. Vzhledem k použití těchto zpěňovadel na bázi uhličitanů alkalických kovů byl proto ve všech příkladných provedeních P4-1 až P4-5 použit protisrážlivý prostředek za účelem rovnoměrného rozptýlení velmi malých částic vápence a uhličitanu hořečnatého ve vodě.

Složení zpěnitelné směsi je obohaceno aditivy, a to: v příkladných provedeních P5-3, P5-4 a P5-5 oxidem titaničitým; v příkladných provedeních P5-4 a P5-5 oxidem křemičitým; a v příkladném provedení P5-5 kyselinou boritou.

V příkladných provedeních P5-6 a P5-7 byly jako aditiva použity hlinité suroviny, a to v příkladném provedení P5-6 byl použit hydroxid hlinitý, v příkladném provedení P5-7 kaolín. Kaolin jakožto uhličitan vápenato-hořečnatý přispívá ke zpěňovám.

Tabulka 15. Vlastnosti pěnového skla.

Vlastností	P5-1	P5-2	P5-3	P5-4	P5-5	P5-6	P5-7
Pevnost [MPa]	4,01	4,65	4,98	5,55	6,78	5,05	4,51
Odolnost vůči drceni [MPa]	3.01	3,21	3,45	4,6	5,09	4.01	3,05
Nasákavost [hmotn. %]	5,11	4.91	4,88	3,67	3.11	4.91	5,07
Tepelná vodivost [W m ’ K ’ ]	0,061	0.056	0,051	0,048	0.049	0,055	0,061
Sypná hmotnost [kgm-3]	388	379	401	415	417	395	400
Barva	šedá	šedá	šedá	šedá	šedá	šedá	šedá

-14CZ 30676 Ul

5.3. Charakteristika pěnového skla

Nej lepší vlastnosti pěnového skla byly dosaženy v tomto příkladu 5, při použití zpěňovadla na bázi uhličitanů kovů alkalických zemin v kombinaci s vodním sklem a aditivy, bez použití uhlíkatých zpěňovadel. Pozitivní účinky zpěňovadel a aditiv byly též výrazně zlepšeny použitím protisrážlivého prostředku, zabraňujícímu shlukování nano a mikročástic těchto komponent.

Ve vodním skle se všechna použitá aditiva dobře rozpouštějí. Přídavky aditiva zvyšují pevnost v tlaku pěnových skel, a tím i jejich odolnost proti drcení. Z aditiv vykazují nejlepší zlepšení pevnosti v tlaku a odolnosti proti drcení oxid titaniěitý a křemičitý, menší vliv mají v tomto ohledu kyselina boritá a rovněž hlinitá aditiva.

ío Na připojeném obrázku je snímek z optického mikroskopu v pohledu na vybroušenou plochu pěnového skla, pořízený na mikroskopu NICON. Snímek představuje porézní povrch pěnového skla, zhotoveného podle příkladu 5 předloženého technického řešení, příkladného provedení P5-3, ve 20 násobném zvětšení. Střední velikost uzavřených pórů je 230 gm.

Příklad 6

6.1. Charakteristika zpěňovací směsi

Pro příkladná provedení P6-1 až P6-5 bylo použito shodné chemické složení skelné moučky z odpadního skla a shodné složení zpěnitelné směsi jako v předchozím Příkladu 5 (pro příkladná složení P5-1 až P5-5) s tím rozdílem, že zpěnitelná směs obsahuje nejméně jeden barvící oxid ze skupiny CoO, CuO, Fe₂O₃, Cr₂O₃ a V₂O₅ Každý tento oxid má velmi silné barvicí účinky na sklo po tepelném zpracování.

6.2. Použité suroviny zpěnitelné směsi

V tomto příkladném provedení byla použita jako barviva běžné dostupné oxidy, jako je CoO, CuO, Fe₂O₃, Cr₂O₃ a V₂O₅, výrobce, např. Krátoška-Chemin.

Tabulka 14. Složení zpěnitelné směsi.

Složky	Složení zpěnitelné směsi
P6-1	P6-2	P6-3	P6-4	P6-5
CoO [g]	70	-	-	-	-
CuOIgJ	-	500	-	-	-
Fe2O3 [gj	-	-	1000	-	-
Cr2O3[g]	-	-	-	100	-
V2OS [g 1					200

Tabulka 15. Vlastnosti pěnového skla

Vlastnosti	P6-1	P6-2	P6-3	P6-4	P6-5
Barva	modrá	zelená	červená	zelená	zelená

6.3. Charakteristika pěnového skla

Výsledné barvy pěnového skla, získané po tepelném zpracování jsou např., modrá, červená 30 a zelená. Modře zabarvené sklo ze zpěnitelné směsi P6-1 se získá velmi silně barvicím oxidem

CoO v množství 70 g. Zeleně zbarvené sklo se získá ze zpěnitelné směsi P6-2 s přidaným množstvím 500 g barvícího oxidu CuO. Zpěnitelná směs dle P6-3 s přídavkem 1000 g Fe₂O₃, případně směsí oxidů železa Fe₂O₃ a FeO, obarví pěnové sklo červeně. Přídavek Cr₂O₃ v množství 200 g ke zpěnitelné směsi P6-4 zbarví pěnové sklo zeleně. Zeleně zbarvené sklo dle příkladného prove35 dění P6-5 se získá přídavkem 200 g V₂O₅.

- 15CZ 30676 Ul

Příklad 7

Způsob přípravy zpěnitelné směsi

Zpěnitelná směs se získá v následných technologických krocích.

Při běžné teplotě se do vody přidá zpěňovadlo na bázi uhličitanů kovů alkalických zemin. Pří5 pádně, podle požadavku se přidá: tekutý a/nebo pevný protisrážlivý prostředek; ve vodě rozpustná aditiva jako je kyselina boritá; vodní sklo; glycerin; vodní sklo smíchané předem s glycerinem; uhlíkové saze; prášková aditiva, jako je oxid křemičitý, nebo oxid titaničitý, nebo práškové hlinité komponenty.

Poté se získaný vodný roztok nebo vodná suspenze přidá do skelné moučky z odpadního skla.

ío Po každém přidání jakékoliv komponenty do vody a do skelné moučky z odpadního skla, a po smísení skelné moučky s vodným roztokem nebo vodnou suspenzí, se vždy provádí promíchání směsi po dobu 1 až 30 minut, přednostně po dobu 1 až 5 minut.

Podrobněji:

Při běžné teplotě se do 1 až 10 kg, s výhodou 0,4 až 5 kg vody, přidá 0,1 až 10 kg, s výhodou 0,4 až 6 kg zpěňovadla, kterým je alespoň jeden uhličitan kovu alkalických zemin vybraný ze skupiny, zahrnující uhličitan vápenatý, hořečnatý, bamatý a strontnatý, o velikosti částic 1 nm až 40 pm, s výhodou 1 až 1000 nm. Následně se směs promíchává až do vzniku homogenní suspenze po dobu alespoň 0,5 minut až 30 minut, s výhodou 1 až 5 minut.

Případně se přidá 0,1 kg až 5 kg, s výhodou 0,5 až do 3 kg, uhlíkatého zpěňovadla vybraného ze skupiny, zahrnující glycerin a/nebo uhlíkové saze.

Při výhodném použití protisrážlivého prostředku se ve vodě rozpustí 0,1 až 500 g, s výhodou 1 až 100 g tekutého a/nebo pevného protisrážlivého prostředku a promíchá se alespoň 0,5 minut až 30 minut, s výhodou 1 minutu až 5 minut.

Do vody se případně přidá 0,01 až 4 kg, s výhodou 0,1 až 1 kg aditiva, a to vždy nejméně jedno aditivum, a to:

0,01 až 1 kg, s výhodou 50 do 300 g, oxidu titaničitého o velikosti částic 400 nm až 1000 nm;

0,01 až 1 kg, s výhodou 50 až 300 g, oxidu křemičitého o velikosti částic 1 až 50 pm;

0,01 až 1 kg, s výhodou 50 až 300 g, kyseliny borité a/nebo boraxu;

0,1 až 1 kg, s výhodou 50 až 300 g, hlinité komponenty vybrané ze skupiny, zahrnující oxid hli30 nitý, síran hlinitý, hydroxid hlinitý a kaolin, o velkosti částic 0,1 pm až 100 pm.

Po každém přidání aditiva ke zpěnitelné směsi se směs promíchává až do získání homogenní suspenze po dobu alespoň 0,5 až 30 minut, s výhodou 1 až 5 minut.

Takto získaná homogenní suspenze se přidá do 100 kg skelné moučky z odpadního skla s obsahem částic 0,5 pm až 500 pm, s výhodou 0,5 pm až 200 pm, a promíchává se do vzniku homo35 genní směsi 0,5 až 30 minut, s výhodou 1 až 5 minut.

Případně se přidá 1 g až 5 kg, přednostně 50 g až 1 kg, nejméně jednoho barviva ze skupiny zahrnující oxid kobaltnatý, oxid mědnatý, oxid železitý, oxid chromitý a oxid vanadičný o velikosti částic pod 100 pm, s výhodou o velikosti částic pod 10 pm.

S výhodou se k dokonalejšímu rozdružení a homogenizaci malých částic ve vodné suspenzi, pů40 sobí na tuto suspenzi ultrazvukem o výkonu 5 kW až 100 kW, s výhodou 50 kW až 80 kW, po dobu alespoň 2 minuty. Pro působení ultrazvuku lze využít, např. zařízení společnosti Hielscher Ultrasonics GmbH, DE.

Takto získaná homogenní suspenze se s výhodou přečerpá do míchací nádrže, obsahující 1 až 20 kg, s výhodou 3 až 12 kg, vodního skla o obsahu nejméně 30 až 35 % křemičitanu sodného, a promíchá do homogenní suspenze po dobu 0,5 až 30 minut, s výhodou 1 až 5 minut.

- 16CZ 30676 Ul

Nakonec se získaná vodná suspenze přidá do 100 kg skelné moučky z odpadního skla s obsahem minimálně 90 % částic o velikosti 0,5 pm až 500 pm, přednostně s obsahem částic o velikosti 0,5 pm až 200 pm.

Příklad 8

Pěnové sklo

Pěnové sklo s uzavřenými buňkami získané ze zpěnitelné směsi podle tohoto technického řešení, připravené způsobem přípravy zpěnitelné směsi podle tohoto technického řešení, a vyrobené běžným tepelným zpracováním, zahříváním na teplotu 700 až 1000 °C a následným pomalým chlazením, vykazuje následující velmi příznivé hodnoty:

sypná hmotnost: 280 až 450 kg.m'³, s výhodou 350 až 450 kg.m'³;

střední velikost buněk v pěnovém skle: 200 pm, s výhodou pod 200 pm, objemová koncentrace buněk v pěnovém skle: 60 % obj. a více;

tepelná vodivost: 0,07 W.m'², s výhodou až 0,048 W.m² a méně;

pevnost v tlaku: 3 MPa až 10 MPa, s výhodou 4 MPa a více;

odolnost vůči drcení: 2,5 MPa až 5 MPa, s výhodou 3 MPa a více;

dlouhodobá nasákavost vůči vodě: 2 až 12 % hmotn. s výhodou méně než 8 % hmotn.

Pěnové sklo podle tohoto technického řešení recykluje odpadní sklo jakožto surovinu ve formě rozemleté skelné moučky z odpadního skla. Pěnové sklo podle tohoto technického řešení recykluje okolo 68 % až 95 % této odpadní suroviny.

Průmyslová využitelnost

Pěnové sklo je vhodné jako izolační a tepelně izolační i tepelně a hydroizolační materiál ve stavebnictví a dopravě, a dá se dále zpracovávat pro další aplikace. Pěnové sklo je možno zpracovat ve formě štěrku nebo panelů.

Claims (15)

1. Zpěnitelná směs pro výrobu pěnového skla s uzavřenými buňkami, na bázi odpadního skla ve formě rozemleté skelné moučky, dále obsahuje zpěňovadlo ve formě uhličitanů kovů alkalických zemin, vyznačující se tím, že zpěnitelná směs obsahuje na 100 kg skelné moučky z odpadního skla o velikosti částic 0,5 pm až 500 pm:

0,1 kg až 10 kg vody;

0,1 kg až 10 kg zpěňovadla, kterým je alespoň jeden uhličitan kovu alkalických zemin, vybraný ze skupiny, zahrnující uhličitan vápenatý, hořečnatý, bamatý a strontnatý, o velikosti částic 1 nm až 40 pm.

2. Zpěnitelná směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje 0,1 g až 500 g tekutého a/nebo pevného protisrážlivého prostředku.

3. Zpěnitelná směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje 1 kg až 20 kg vodního skla na bázi křemičitanu sodného nebo draselného nebo lithného.

4. Zpěnitelná směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje 0,01 kg až 4 kg alespoň jednoho aditiva ze skupiny zahrnující:

oxid křemičitý o velikosti částic 10 nm až 50 pm,

- 17CZ 30676 Ul oxid titaničitý o velikosti částic 10 nm až 50 pm, kyselinu boritou a/nebo boraxu, a alespoň jednu hlinitou komponentu ze skupiny zahrnující oxid hlinitý, hydroxid hlinitý, síran hlinitý a kaolin o velikosti částic 10 nm až 100 pm.

5. Zpěnitelná směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje 1 g až 5 kg nejméně jednoho barviva ze skupiny, zahrnující oxid kobaltnatý, oxid mědnatý, oxid železitý, oxid chromitý a oxid vanadičný o velikosti částic pod 100 pm.

6. Zpěnitelná směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje 0,1 kg až 5 kg uhlíkatého zpěňovadla vybraného ze skupiny, zahrnující glycerin a/nebo uhlíkové saze.

7. Zpěnitelná směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že skelná moučka z odpadního skla obsahuje částice o velikosti 0,5 pm až 200 pm.

8. Zpěnitelná směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje 0,4kg až 5 kg vody.

9. Zpěnitelná směs podle nároku 1, vy z n a č uj í c í se t í m , že obsahuje 0,4 kg až 6 kg zpěňovadla na bázi uhličitanů kovů alkalických zemin.

10. Zpěnitelná směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že zpěňovadlo na bázi uhličitanů kovů alkalických zemin obsahuje částice o velikosti 1 nm až 1000 nm.

11. Zpěnitelná směs podle nároku 2, vyznačující se tím, že obsahuje 1 g až 100 g tekutého a/nebo pevného protisrážlivého prostředku.

12. Zpěnitelná směs podle nároku 3, vyznačující se tím, že obsahuje 2 kg až 12 kg vodního skla na bázi křemičitanu sodného nebo draselného nebo lithného.

13. Zpěnitelná směs podle nároku 4, vyznačující se tím, že dále obsahuje 0,1 kg až 1,0 kg alespoň jednoho aditiva ze skupiny zahrnující oxid křemičitý, titaničitý, kyselinu boritou a/nebo borax a alespoň jednu hlinitou komponentu, ze skupiny, zahrnující oxid hlinitý, hydroxid hlinitý, síran hlinitý a kaolin;

přičemž jednotlivé aditivum obsahuje

50 g až 300 g oxidu křemičitého o velikosti částic 400 nm až 1000 nm;

50 g až 300 g oxidu titaničitého o velikosti částic 400 nm až 1000 nm;

50 g až 300 g alespoň jednu hlinitou komponentu vybranou ze skupiny, zahrnující oxid hlinitý, hydroxid hlinitý, síran hlinitý a kaolin o velkosti částic 0,1 pm až 50 pm,

50 g až 300 g kyseliny borité a/nebo boraxu.

14. Zpěnitelná směs podle nároku 6, vyznačující se tím, že obsahuje 0,5 až do 3 kg uhlíkatého zpěňovadla, vybraného ze skupiny, zahrnující glycerin a/nebo uhlíkové saze.

15. Zpěnitelná směs podle nároku 5, vyznačující se tím, že obsahuje 50 g až 1 kg nejméně jednoho barviva ze skupiny, zahrnující oxid kobaltnatý, oxid mědnatý, oxid železitý, oxid chromitý a oxid vanadičný o velikosti částic pod 10 pm.