ES2644227T3 - Aislante térmico que utiliza perlita expandida de células cerradas - Google Patents

Aislante térmico que utiliza perlita expandida de células cerradas Download PDF

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ES2644227T3 ES11750913.3T ES11750913T ES2644227T3 ES 2644227 T3 ES2644227 T3 ES 2644227T3 ES 11750913 T ES11750913 T ES 11750913T ES 2644227 T3 ES2644227 T3 ES 2644227T3
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Description

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DESCRIPCION
Aislante termico que utiliza perlita expandida de celulas cerradas [Sector tecnico]
La presente invencion se refiere a un aislante termico que utiliza perlita expandida de celulas cerradas y, en particular, a un aislante termico que puede mejorar la capacidad de construccion mediante densidad baja utilizando perlita expandida de celulas cerradas huecas sin estructura acicular sobre una de sus superficies, reducir los costes materiales y energeticos y reducir el area requerida para la instalacion del equipo reduciendo el espesor del aislante termico debido a su conductividad termica excelente.
[Tecnica anterior]
En las plantas industriales, tales como la qulmica del petroleo, las centrales electricas, las acerlas y similares, el procedimiento de produccion y sus llneas estan compuestos de estructuras complejas.
En particular, se utilizan a menudo llneas para almacenar fluidos a temperatura elevada o baja o llneas para transferir fluidos.
Un aislante termico industrial desempena un papel muy importante porque el aislante termico evita que la energla se pierda en las partes de plantas industriales de elevada temperatura o baja temperatura y tiene una estrecha relacion con la calidad del producto.
En particular, los palses que dependen en gran medida de las importaciones de energla hacen frente de forma sensible a efectos tales como la reduccion de la energla debido a los elevados precios del petroleo, la regulation de las emisiones de carbono de acuerdo con la convention sobre el cambio climatico y similares en toda la industria.
De acuerdo con estas tendencias, se han realizado continuamente investigaciones y esfuerzos para desarrollar materiales en diversos campos y mejorar su rendimiento tambien en aislantes termicos utilizados en plantas industriales.
Los aislantes termicos basados en fibra inorganica, en polvo y en espuma se utilizan generalmente en los aislantes termicos industriales.
Los aislantes termicos basados en fibras se fabrican utilizando lana de vidrio que utiliza minerales basados en vidrio, tales como arena de sllice, caliza, feldespato, carbonato de sodio y similares como materiales, lana de roca que utiliza escoria de alto horno y basalto como materiales y fibras inorganicas, tales como fibra basada en alumina, fibra de zirconia, fibra de carbono y similares.
Tal como se describe publicamente en diversa bibliografla, tal como la patente coreana No. 10-0522568 “Tuberla adiabatica vaporizable de agua utilizando fibra de vidrio y su procedimiento de fabrication” (“Water-vaporable adiabatic pipe by using glass fiber and its manufacturing method”), la patente coreana No. 10-0760003 “Material aislante de fibra de vidrio de tipo curvado para la retention de calor y su procedimiento de fabricacion” (“Glass fiber insulating material of curved type for heat-retaining and its manufacturing method”) y similares, se produce una estera utilizando fibra de vidrio larga, entre el grupo de fibras inorganicas, las esteras que se superponen por encima, con una pluralidad de capas, se agujerean de nuevo y se impregna y se une un ligante para fabricar un producto.
El producto fabricado por el procedimiento es ventajoso, en cuanto a que el producto es facil de transportar debido a las caracterlsticas de una conformation de fibra y el producto tiene una conductividad termica mas baja que los aislantes termicos basados en fibras inorganicas de la tecnica relacionada, pero es desventajoso en cuanto a que la variation de la densidad del producto es tan grande que las caracterlsticas termicas no son uniformes.
En particular, el producto es tan vulnerable a la humedad que incluso cuando su superficie se somete a un tratamiento de repelencia al agua, las caracterlsticas de la fibra permiten que la humedad penetre facilmente en la section transversal del mismo y similares y, como resultado, existen problemas de que se generan fisuras en las esteras que se superponen por encima con una pluralidad de capas y, de este modo, la conductividad termica aumenta bruscamente y la durabilidad del producto se deteriora.
Ademas, el polvo de la fibra de vidrio generado durante la construccion es perjudicial para el cuerpo humano y, de este modo, se realizan tambien esfuerzos para evitar la generation de polvo en los lugares de trabajo.
Los aislantes termicos basados en polvo se fabrican utilizando silicato de calcio, tierra de diatomeas, carbonato de magnesio basico y similares.
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En particular, un aislante termico de silicato de calcio, que se utiliza habitualmente entre ellos, es un producto curado sometiendo tierra de diatomeas y cal apagada a una reaccion hidrotermica en exceso de agua, moldeando por via humeda la mezcla en estado de suspension y calentando la mezcla a presion elevada en un autoclave.
Las formas de tobermorita y xonotlita son ventajosas, por su excelente rigidez, de acuerdo con la estructura cristalina durante el curado, y su baja conductividad termica, de acuerdo con las formas de cristal, pero el procedimiento de fabricacion segun el curado es complicado y, de este modo, la productividad es baja. En particular, en el caso de la tobermorita, existe el problema de que el rendimiento de repelencia al agua no puede ser mejorado.
Un aislante termico basado en espuma es un aislante termico que utiliza vermiculita expandida o perlita expandida, y normalmente se utiliza un aislante termico de perlita expandida para utilizacion industrial.
El aislante termico de perlita expandida es ventajoso en cuanto a que el aislante termico tiene un procedimiento de fabricacion simple, productividad elevada y costes bajos de material y, de este modo, se ha utilizado en todos los aislantes termicos industriales.
Sin embargo, la perlita expandida como materia prima tiene una cantidad extremadamente pequena de partlculas pequenas que llenan espacios entre las partlculas, a la vez que la distribution de tamanos de partlcula de las mismas esta extremadamente sesgada hacia las partlculas grandes, que tienen una forma de celulas abiertas con una estructura acicular.
Por esta razon, se aumentan los espacios entre las partlculas y se forma porosidad global a niveles elevados y, de este modo, existe el problema de que las celulas de perlita expandida se destruyen por compresion durante el proceso de moldeo y, de este modo, se deteriora la eficiencia termica.
Ademas, cuando se fabrica perlita expandida de celulas abiertas con una estructura acicular, se incrementa la cantidad de un ligante basado en silicato, porque la absortividad del ligante basado en silicato como ligante inorganico es elevada y el ligante basado en silicato por si mismo tiene una forma amorfa y, de este modo, es desventajoso en cuanto a que los aislantes termicos de perlita expandida tienen una conductividad termica mas elevada que los aislantes termicos de hidrato basados en fibra de vidrio o basados en polvo, o una rigidez mas baja que los aislantes termicos de hidrato basados en polvo.
Se han realizado diversas investigaciones y desarrollos (I+D) para resolver los problemas, pero el enfoque de la I+D se ha centrado en procedimientos de fabricacion en lugar de mejorar la perlita expandida por si misma y, de este modo, existe una limitation para superar el deterioro de la conductividad termica resultante del moldeo por compresion y, como se han sugerido procedimientos de sinterizacion, curado o similares en el proceso de secado para reforzar la rigidez, existen problemas en cuanto que el proceso de fabricacion es complicado y se incrementan los costes de fabricacion y similares.
Ademas, incluso en el caso de la perlita expandida por si misma, se describen varias invenciones de la siguiente manera.
En la solicitud de patente japonesa No. 2007-320805 "Perlita espumada dura y su procedimiento de fabricacion" (“Hard foamed perlite and its manufacturing method”), se da a conocer la fabricacion de perlita espumada dura globular fina que tiene una rigidez elevada ajustando las condiciones de sinterizacion para cada resistencia a la compresion de perlita expandida.
En la patente de Estados Unidos No. 5.009.696 "Empacadora redonda" (“Round Baler”) se describe la fabricacion de perlita expandida globular utilizando un horno de sinterizacion expandido de tipo calor indirecto.
Sin embargo, las invenciones descritas anteriormente refuerzan la rigidez mediante la utilizacion de formas globulares y solo permiten que se consiga la absorcion de agua o aceite en un nivel bajo y, de este modo, tienen problemas en cuanto a que la gravedad especlfica de la perlita expandida es elevada porque solo se buscan las propiedades de las partlculas globulares no porosas, la pared entre las celulas internas se vuelve gruesa y como resultado, el refuerzo de la rigidez se consigue durante la fabricacion de un aislante termico, pero los efectos adversos se obtienen, sin embargo, de la conductividad termica.
[Documentos de la tecnica anterior]
Patente de Corea No. 10-0522568 "Tuberla adiabatica vaporizable en agua utilizando fibra de vidrio y su procedimiento de fabricacion" ("Water-vaporable adibatiz pipe by using glass fiber and its manufacturing method")
Patente de Corea No. 10-0760003 "MATERIAL AISLANTE DE FIBRA DE VIDRIO DE TIPO REDONDO PARA UN EQUIPO DE CONSERVACION DEL CALOR Y SU PROCEDIMIENTO DE FABRICACION” (“GLASS FIBER
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INSULATING MATERIAL OF ROUND TYPE FOR HEAT-RETAINING EQUIPMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD”
Solicitud de patente japonesa No. 2007-320805 "Perlita espumada dura y su procedimiento de fabricacion” (“Hard foamed perlite and its manufacturing method”)
La patente de Estados Unidos No. 5.002.696 “Empacadora redonda” (“Round Baler”), solicitud de patente europea No. EP0924341 da a conocer una composicion adecuada para la fabricacion de azulejos acusticos, paneles para techo y otras aplicaciones. Segun un ejemplo especlfico, la composicion Silibro 3S perlite® contiene: el 50,08% en peso de perlita expandida, incluyendo perlita seca y expandida, que tiene una superficie con una celula cerrada conformada como ingrediente activo; el 4,92% en peso de lana mineral que actua como fibra; y el 20% en peso de yeso y el 7% de almidon que actuan como ligantes, en la que el ingrediente activo de la perlita expandida esta comprendido en una cantidad del 50% en peso o mas basado en el peso total de perlita expandida.
El documento WO 90/14319 se refiere a la preparacion de piezas estructurales de hormigon para utilizacion en la industria de la construccion. Estas piezas de hormigon estructural se pueden utilizar como aislante termico ya que son ligeras y contienen hasta el 20% en peso de perlita expandida con celulas cerradas. La composicion de estas partes comprende, entre otros: el 65% en peso de cemento que actua como un ligante inorganico, que puede contener fibras de acero, vidrio o polipropileno; y el 20% en peso de perlita expandida, vesicular y de superficie lisa. La perlita expandida vesicular de superficie lisa se compone de numerosas celulas poligonales tanto con la superficie interna como externa de las celulas, siendo cerrada en su mayor parte.
Finalmente, el documento US 5.114.617 da a conocer una composicion de hormigon en mezcla humeda de alta resistencia que comprende en peso, aproximadamente, del 8 al 65 por ciento de cemento, del 0,5 al 20 por ciento de perlita expandida, vesicular, de superficie lisa, del 5 al 30 por ciento de agua, del 0 al 12 por ciento de puzolana y agregado fino y agregado grueso.
[Descripcion detallada de la invencion]
[Problema tecnico]
De este modo, la presente invencion se ha hecho para resolver los problemas descritos anteriormente y un objetivo de la presente invencion es minimizar la trituracion de partlculas y la destruction de la estructura celular de la perlita expandida durante el moldeo por compresion mediante la fabricacion de la mayor parte de la perlita expandida en forma de una celula cerrada hueca que no tiene estructura acicular en su superficie para aligerar de forma maxima una partlcula unitaria y mejorar la rigidez de la perlita expandida y llenar el cuerpo de forma compacta de tal manera que los espacios entre las partlculas se llenen al maximo controlando adecuadamente la distribution de tamanos de partlcula de las partlculas grandes, las partlculas intermedias y las partlculas pequenas, con el fin de evitar que la perlita expandida sea triturada debido a los grandes espacios entre las partlculas durante el moldeo por compresion.
Otro objetivo de la presente invencion es proporcionar un aislante termico que utilice perlita expandida, que puede reducir la conductividad termica por radiation y conduction y permite que se obtenga una rigidez y dureza mejoradas debido a que puede fabricarse un aislante termico con una densidad mucho menor disminuyendo la cantidad de un ligante basado en silicato para penetrar en la perlita expandida, mientras que la superficie de la perlita expandida se convierte en una forma de celula cerrada y disminuyendo el area superficial especlfica que se va a recubrir debido a la elimination de la estructura acicular sobre su superficie para utilizar solamente la cantidad del ligante que confiere adhesion sobre su superficie.
[Solucion tecnica]
Con el fin de conseguir los objetivos descritos anteriormente, en el presente documento se da a conocer un aislante termico que contiene perlita expandida de celulas cerradas que comprende del 10 al 84% en peso de perlita expandida, que incluye partlculas de mineral de perlita seca y expandida, que tiene una superficie con una forma de celulas cerradas, del 15 al 85% en peso de un ligante llquido; y del 0,25 al 5% en peso de una fibra de refuerzo, en el que el 50% en peso o mas de la cantidad total de perlita expandida esta compuesta de perlita expandida de celulas cerradas, y en el que la perlita expandida tiene una densidad aparente en un intervalo desde 20 a 40 g/l.
En el presente documento tambien se da a conocer un procedimiento para fabricar un aislante termico, segun la presente invencion, que comprende: una primera etapa de secado del mineral de perlita, para controlar el % en peso de agua cristalina y, a continuation, la expansion del mineral de perlita, de tal modo que el 50% en peso o mas de la cantidad total de perlita expandida esta compuesta de perlita expandida de celulas cerradas; una segunda etapa de preparacion de un material mezclado anadiendo un ligante llquido y una fibra de refuerzo a la perlita expandida fabricada en la primera etapa y mezclado de la mezcla resultante; una tercera etapa de fabricacion de un cuerpo moldeado mediante la compresion del material mezclado preparado en la segunda etapa; y una cuarta etapa de
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secado del cuerpo moldeado fabricado en la tercera etapa, en el que la perlita expandida tiene una densidad aparente en un intervalo desde 20 a 40 g/l.
Durante la fabricacion del cuerpo moldeado en la tercera etapa, el material mezclado en la segunda etapa se somete adicionalmente a un procedimiento de llenado compacto del cuerpo que imparte vibracion o choque y, a continuacion, se comprime para fabricar el cuerpo moldeado.
Ademas, en el procedimiento de secado en la cuarta etapa, el secado puede realizarse utilizando aire caliente directo o indirecto, o microondas.
[Efectos ventajosos]
Mediante los medios de solucion descritos anteriormente, el aislante termico de la presente invencion se puede utilizar en procedimientos de temperatura elevada o baja, tales como en plantas industriales y similares, como aislante termico, que puede minimizar espacios entre las partlculas de perlita expandida llenando de manera compacta el cuerpo de forma maxima utilizando perlita expandida de celulas cerradas huecas para mejorar la capacidad de construccion debido a la baja densidad y puede reducir los costes de material y energla y reducir el area requerida para la instalacion del equipo reduciendo el espesor del aislante termico.
[Description breve de los dibujos]
La figura 1 es una vista que ilustra la perlita expandida para un aislante termico de la tecnica relacionada.
(A): Mas de 800 pm (30 aumentos) (B): de 500 a 800 pm (32 aumentos)
(C): de 500 a 400 pm (32 aumentos) (D): de 250 a 400 pm (48 aumentos)
(E): de 250 a 160 pm (84 aumentos) (F): de 63 a 160 pm (100 aumentos)
(G): 63 pm (100 aumentos)
La figura 2 es una vista que ilustra la perlita expandida de la presente invencion.
(A): Mas de 400 pm (32 aumentos) (B): de 250 a 400 pm (48 aumentos)
(C): de 160 a 250 pm (84 aumentos) (D): de 63 a 160 pm (100 aumentos)
(E): 63 pm (100 aumentos)
[Realizaciones]
En lo sucesivo, las realizaciones preferentes de la presente invencion se describiran en detalle, a continuation, con referencia a los dibujos adjuntos.
En primer lugar, un procedimiento para fabricar un aislante termico que utiliza perlita expandida en la tecnica relacionada incluye: un procedimiento de expansion para permitir que la perlita de fase mineral tenga perlita expandida de celulas abiertas, en el que el procedimiento de expansion incluye un procedimiento de mezclado para mezclar perlita de fase mineral con un ligante inorganico, un procedimiento de moldeo para permitir que la mezcla tenga una forma objetivo y un proceso de secado para eliminar flsicamente la humedad del ligante inorganico llquido.
Si se describe con mas detalle el procedimiento de expansion descrito anteriormente, la perlita se clasifica habitualmente en minerales naturales, tales como piedra perlada, cantalita, obsidiana y similares, e incluye tambien piedra pomez que tiene otras prestaciones similares (en lo sucesivo, denominadas colectivamente como el mineral).
El mineral puede tener diferentes contenidos de agua segun su tipo, pero contiene humedad que se llama agua cristalina en el interior del mismo y cuando el mineral se pasa a traves de una llama a temperatura elevada en el proceso de sinterizacion, su superficie esta hialinizada y se evapora la humedad en su interior para expandir el mineral.
Generalmente, un aislante termico de perlita expandida se ve muy afectado por la conduction y la radiation.
En el caso del mismo material, la conduccion se ve afectada principalmente por la densidad del material, y cuando el material es ligero, la conduccion es baja, mientras que cuanto mas pesado es el material, la conduccion tiende a ser mayor.
Los efectos de la radiacion sobre la transferencia de calor aumentan a medida que la radiacion va de una region de temperatura baja a una region de temperatura elevada. En otras palabras, la radiacion se ve afectada por la forma y el tamano de las celulas que tienen las partlculas de perlita expandida, y cuanto menor es el tamano y mayor el
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numero de celulas con una forma de celula cerrada, menor es la transferencia de calor por radiacion y cuanto mayor es el tamano y menor es el numero de celulas con una forma de celula abierta, mayor es la transferencia de calor.
Sin embargo, cuando se fabrica un aislante termico que tiene una baja densidad para mejorar la transferencia de calor de la perlita expandida, se produce una rigidez insuficiente de la perlita expandida por si misma y, de este modo, los criterios de la misma comunmente utilizados actualmente casi alcanzan su llmite. Cuando la perlita esta ligeramente expandida de manera que el peso especlfico de la partlcula unitaria de la perlita expandida como material utilizado es mayor que su llmite, el tamano de las celulas internas se incrementa por la sobreexpansion y la membrana de separation de la celula se vuelve delgada y, como resultado, la superficie de las partlculas se abre bruscamente y, de este modo, la perlita expandida se convierte en una forma de celula abierta con una estructura acicular y su peso especlfico se vuelve bastante pesado debido a las piezas peladas.
Por consiguiente, a medida que la forma de celula abierta sobre la superficie de la misma se vuelve severa, tambien aumenta la celula interna, aumenta la transferencia de calor por radiacion y disminuye la rigidez de las partlculas, disminuyendo as! la rigidez del aislante termico. Si se aumenta la rigidez del aislante termico, la cantidad de perlita expandida utilizada durante el moldeo se incrementa bastante para incrementar su densidad, aumentando de este modo la transferencia de calor por conduction, lo cual ha sido considerado como un problema.
Con el fin de resolver los problemas, se describira, en primer lugar, la tecnologla central de la presente invention para maximizar el rendimiento de un aislante termico de perlita expandida y, a continuation, se describiran adicionalmente las ventajas y caracterlsticas del mismo, de la siguiente manera.
En primer lugar, la presente invencion produce una forma de una celula cerrada hueca que no tiene estructura acicular sobre la superficie de la mayor parte de la perlita expandida y es fuerte en terminos de rigidez de las partlculas al minimizar la generation de celulas abiertas, mientras que aligera de forma maxima el peso especlfico de la perlita expandida con el fin de disminuir la conductividad termica.
En primer lugar, con el fin de producir una perlita expandida de celulas cerradas huecas sin estructura acicular en su superficie, la perlita expandida se puede preparar de manera que una forma de la perlita expandida se convierte en una forma de celula cerrada hueca sin una estructura acicular en su superficie cuando se suprime la sobreexpansion controlando la cantidad de agua cristalina interna mediante el secado.
Por el contrario, cuando la cantidad de agua cristalina es demasiado pequena, la perlita no se expande o la capacidad de expansion se deteriora y el peso especlfico de las partlculas aumenta. De este modo, se necesita controlar el % en peso de agua cristalina basado en el peso total de perlita para expandir la perlita.
Ademas, el grado de control del agua cristalina es diferente segun la cantidad y las caracterlsticas del agua cristalina en el mineral de perlita y, de este modo, puede no determinarse de forma uniforme, pero el grado puede confirmarse mediante experimentos directos segun el tipo de mineral.
Sin embargo, aunque el % en peso de agua cristalina se controla constantemente, en general, cuanto mayor es el tamano de partlcula de perlita, mayor es la cantidad absoluta de agua cristalina cuando el tamano de partlcula de la perlita es superior a 400 pm y, cuando el agua se vaporiza para expandir la perlita, aumenta la presion y se destruye la superficie, generando as! una gran cantidad de celulas abiertas.
Por consiguiente, cuanto mas amplia sea la distribution de tamanos de partlcula de la piedra normal perlita (en el presente documento define la perlita cristalizada) en el procedimiento de preparation de la misma, mas diflcil sera la fabrication de las partlculas mas grandes en celulas cerradas.
Ademas, las partlculas con un tamano inferior a 65 pm causan facilmente la no expansion. De este modo, la perlita necesita ser expandida utilizando un procedimiento para eliminar las partlculas con un tamano inferior a 65 pm por adelantado de la piedra perlita normal de tal modo que esas partlculas no se generen en el proceso de sinterizacion, reduciendo el numero de partlculas grandes en la distribucion de tamanos de partlcula total, y disenando adecuadamente de forma mas restringida la distribucion de tamanos de partlcula.
La mayorla de las partlculas preparadas de este modo con un tamano inferior a 63 pm tienen una forma hueca diferente a la perlita de la tecnica relacionada y, de este modo, son definitivamente diferentes en conductividad termica o rigidez de partlculas y las partlculas finas con el rendimiento de aislamiento asegurado son significativamente utiles para rellenar huecos entre las partlculas desempenando, de este modo, un papel preferente.
En este momento, los ejemplos de un procedimiento de expansion generalmente utilizados incluyen un procedimiento de llama directa (un procedimiento de permitir que la llama toque directamente una materia prima), un procedimiento de llama indirecta (un procedimiento de no permitir que la llama toque una materia prima) y similares,
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y tambien incluyen un procedimiento de expandir perlita que cae dentro de un intervalo de distribucion de tamanos de particula objetivo de una vez y un procedimiento de expandir perlita con cada tamano de particula y mezclar la perlita individual para caer dentro de un intervalo de distribution de tamanos de particula objetivo.
Para la mayor parte de la perlita expandida fabricada mediante estos procedimientos, se forman pequenas particulas en forma de varias celulas en el interior de la perlita expandida, y a medida que aumenta el tamano de las particulas de perlita, un gran numero de agregados celulares conforman una forma de celula cerrada hueca con una elevada rigidez de particula, de manera que la perlita puede ser expandida para tener un peso especifico mas ligero.
Sin embargo, aunque pueden utilizarse estos procedimientos, toda la perlita expandida puede no ser fabricada en una forma de celula cerrada completamente hueca. Debido a las caracteristicas de los hornos de expansion vertical y horizontal que se utilizan generalmente, aproximadamente del 10 al 30% de las particulas tambien tienen una forma de una celula abierta segun el intervalo de tamanos de particula y tambien para a perlita expandida fabricada en una forma de celula cerrada, parte de su superficie se convierte a veces en una celula abierta debido a la colision durante el procedimiento de expansion o la transferencia en el aire y, de este modo, alrededor del 70 al 80% de las particulas se convierten comunmente en una celula cerrada.
Sin embargo, no siempre se requiere que el intervalo de la celula cerrada en la presente invention se aplique a los valores numericos limitados para ser utilizados, tal como se ha descrito anteriormente. Esto se debe al hecho de que existe una diferencia segun el tipo de mineral y las condiciones del equipo y los efectos se mejoran significativamente incluso cuando la celula cerrada representa aproximadamente el 50%, en comparacion con la perlita expandida de la tecnica relacionada.
Las caracteristicas de la presente invencion, que se han descrito anteriormente, se describiran en detalle, a continuation, a traves de las figuras 1 y 2.
Es decir, la figura 1 es una vista que ilustra fotos de microscopio electronico de barrido de perlita expandida para un aislante termico de la tecnica relacionada, y la figura 2 es una vista que ilustra fotos de microscopio electronico de barrido de perlita expandida de la presente invencion.
Haciendo referencia a la figura 1, se puede confirmar que la mayoria de las particulas en la perlita expandida para un aislante termico de la tecnica relacionada muestran unicamente una forma de celula abierta y se forman muchas particulas aciculares en su superficie, (E) las piezas rotas por sobreexpansion se incluyen en las particulas que tienen un tamano de 250 pm o menos, (F) la cantidad de piezas trituradas incluidas en las particulas que tienen un tamano de 160 pm o menos se incrementa en una mitad o mas, y (G) la mayor parte de las particulas que tienen un tamano de menos de 63 pm, que incluso no tienen celulas, son polvo triturado y se incluye una cantidad sustancial de particulas no expandidas.
Por el contrario, la figura 2 ilustra la perlita expandida de la presente invencion en la que algunas celulas abiertas se muestran parcialmente por particulas grandes que tienen un tamano de aproximadamente 400 pm, pero esto es en realidad una forma limitada solamente en su superficie y las celulas internas tienen celulas individuales independientes y el polvo triturado por la sobreexpansion apenas se incluye. En particular, la mayoria de las particulas que tienen un tamano inferior a 63 pm son huecas.
Por lo tanto, en la perlita expandida para un aislante termico de la tecnica relacionada, estan presentes una gran cantidad de particulas con un tamano de 400 pm a 800 pm y esta presente una cantidad sustancial de particulas con un tamano de incluso 800 pm o mas. De este modo, el tamano entero de la celula interna de la perlita expandida se incrementa y el numero de celulas en el mismo volumen es demasiado pequeno en comparacion con el numero de celulas en la perlita expandida de la presente invencion y la transferencia de calor solo se deteriora aun mas debido a una cantidad excesiva de polvo triturado (perlita expandida rota y polvo triturado casi sin celulas).
Sin embargo, en la presente invencion, la conductividad termica que afecta mas a la transferencia de calor se puede reducir minimizando la generation de celulas abiertas para fabricar la mayor parte de la perlita expandida en una forma de celula cerrada hueca que tiene una elevada rigidez de particula para aligerar el peso especifico de la perlita expandida lo maximo posible.
En segundo lugar, con el fin de evitar que la perlita expandida se aplaste debido a grandes espacios entre las particulas durante el proceso de moldeo por compresion, el cuerpo se llena de manera compacta de tal manera que los espacios entre las particulas pueden llenarse lo maximo posible controlando adecuadamente la distribucion de tamanos de particula de particulas grandes, particulas intermedias, particulas pequenas y particulas finas.
Cuando se describen las caracteristicas de la presente invencion descritas anteriormente comparando un procedimiento general para fabricar un aislante termico de perlita expandida, el procedimiento de moldeo se realiza como moldeo por compresion por prensado.
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En este momento, la perlita expandida en estado en masa y un material mezclado se introducen en una prensa, habitualmente en un volumen de aproximadamente 3,5 veces o mas el volumen de un cuerpo moldeado que se va a fabricar.
En este momento, si la perlita expandida tiene una forma de estructura acicular de celula abierta, el tamano de los espacios entre las partlculas es tan grande y la rigidez de las partlculas es tan debil que las partlculas y las celulas son a menudo trituradas durante el proceso de moldeo por compresion. Por el contrario, si la compresion no se realiza suficientemente, el estado moldeado de un producto se deteriora, disminuyendo as! la rigidez y la dureza del producto, lo cual es problematico.
Ademas, con el fin de minimizar los espacios entre partlculas, se ha aplicado un procedimiento para introducir mecanicamente perlita expandida en un estado en masa, realizando el relleno compacto del cuerpo por vibracion o choque y, a continuacion, realizando el moldeo por compresion. En el procedimiento, cuando la perlita expandida tiene por si misma una estructura acicular en forma de celula abierta, sus efectos no son significativos y la distribucion de tamanos de partlcula por si misma no es adecuada. De este modo, hay una limitacion en la reduccion final de los espacios.
Por lo tanto, un aislante termico de perlita expandida de la tecnica relacionada tiene problemas en cuanto a que la perlita expandida por si misma tiene una estructura acicular en forma de celula abierta, las partlculas por si mismas tienen una rigidez debil y los espacios entre las partlculas son grandes debido a una distribution de tamanos de partlcula inadecuada y, por consiguiente, los efectos causados por la radiation y la conduction se incrementan debido al aplastamiento de las partlculas de perlita expandida y la destruction de celulas generada durante el proceso de moldeo por compresion y, de este modo, la conductividad termica se incrementa.
De este modo, la presente invention refuerza la rigidez de las partlculas y las celulas por si mismas mediante la utilization de una perlita expandida de celulas cerradas huecas que no tiene estructura acicular y minimiza los espacios entre las partlculas controlando adecuadamente la distribucion de tamanos de partlcula de partlculas grandes, partlculas intermedias, partlculas pequenas y finas , de manera que los espacios entre las partlculas son muy pequenos y la compacidad se mejora cuando la perlita expandida se introduce en un molde de moldeo, permitiendo de este modo que el moldeo se consiga en un volumen inferior al volumen de la perlita expandida de la tecnica relacionada. Ademas, la presente invencion puede minimizar el aplastamiento de partlculas y celulas de perlita expandida debido a la presurizacion permitiendo que la perlita expandida del aislante termico tenga una rigidez incluso a una baja proportion de compresion.
Es decir, considerando la proporcion de la distribucion de tamanos de partlcula que se produce naturalmente durante el procedimiento de trituration y basandose en la premisa de que se fabrica una perlita expandida de celulas cerradas huecas que no tiene estructura acicular, es mas razonable que el aislante termico de la presente invencion tenga una densidad aparente de 20 a 40 kg/m3, las partlculas contenidas en la perlita expandida de celulas cerradas tienen una distribucion de tamanos de partlcula de la siguiente manera: el 15±10% en peso de partlculas con un tamano de mas de 400 pm, el 40±15% en peso de partlculas con un tamano de 250 a 400 pm, el 20±10% en peso de partlculas con un tamano de 160 a 250 pm y el 30±15% en peso de partlculas con un tamano inferior a 160 pm estan presentes en base al peso de perlita expandida y los espacios entre las partlculas pueden minimizarse por el relleno compacto del cuerpo lo maximo posible.
A partir del tamano de partlcula de aproximadamente 400 pm en la presente invencion, comienza a generarse una cantidad sustancial de celulas abiertas aunque la expansion de la perlita este suficientemente controlada. La razon por la que se incrementa la cantidad de partlculas con un tamano de partlcula de 400 pm es que incluso aunque los espacios entre las partlculas se minimicen a traves de una distribucion de tamanos de partlcula adecuada, algunas partlculas necesitan ser trituradas durante el moldeo por compresion y los espacios vaclos necesitan llenarse, y una perlita expandida con un tamano de 400 pm o mas tiene una rigidez mas debil que las partlculas con un tamano de 400 pm o menos y, de este modo, puede desempenar dicho papel.
Ademas, cuando el tamano de partlcula es demasiado pequeno, existe el problema de que la perlita expandida se agrega durante el procedimiento de mezcla con un ligante llquido. Ademas, dado que el interior del aislante termico se vuelve demasiado compacto debido al moldeo por compresion, se generan grietas en el procedimiento de secado y similares.
Sin embargo, no siempre se requiere que la distribucion de tamanos de partlcula en la presente invencion se aplique a los valores numericos limitados que se van a utilizar.
En la presente invencion, a partir de un tamano de partlcula de aproximadamente 400 pm, se generan parcialmente celulas abiertas aunque la expansion de perlita este suficientemente controlada y puede ser mejor controlar la expansion de la perlita en base a 500 pm de acuerdo con el agua cristalina y el grado de precalentamiento.
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Mas especlficamente, la perlita es uno de los recursos naturales y, de este modo, el agua cristalina y la dureza de la roca cruda son diferentes de acuerdo con el procedimiento de produccion del mineral, y es diflcil decidir los criterios uniformemente porque los resultados, tales como la rigidez y el tamano de partlcula de la perlita expandida, la proporcion de generacion de celulas abiertas y similares pueden ser diferentes, de acuerdo con la piedra normal fabricada, el grado de calentamiento y el tipo de horno de expansion.
Ademas, debido a que el polvo fino con un tamano de 0,074 mm (malla de 200) o inferior se genera frecuentemente en una cantidad mayor a medida que disminuye el tamano de partlcula durante el procedimiento de trituracion de la roca cruda, es practicamente imposible mantener constante la proporcion de la distribucion de tamanos de partlcula o controlar constantemente el tamano de partlcula triturada y deshacerse de los restos y, de este modo, puede ser preferente que el tamano de las partlculas este mas bien aumentado dentro de un intervalo tanto como sea posible.
Ademas, la preparation puede conseguirse mediante uno o mas procedimientos seleccionados de un procedimiento para realizar la expansion en una vez de acuerdo con un intervalo de distribucion de tamanos de partlcula objetivo y un procedimiento para producir partlculas con cada tamano de partlcula y mezclar las partlculas respectivas para obtener partlculas dentro de un intervalo de distribucion de tamanos de partlcula objetivo.
En tercer lugar, se reduce la cantidad de un ligante inorganico llquido utilizado como material ligante para reducir los efectos de la transferencia de calor.
En general, el silicato como ligante inorganico utilizado en el aislante termico de perlita expandida es un compuesto que se representa como M2OnSiO2xH2O en el que M representa un metal alcalino que pertenece al grupo lA de la Tabla Periodica, y n y x son un numero entero.
Entre los ejemplos especlficos del metal alcalino que pertenece al grupo 1A se incluyen litio, sodio, potasio y similares.
Los ligantes inorganicos llquidos en forma de silicato pueden ser diferentes segun el tipo de los mismos, pero la mayorla de ellos contienen H2O en una cantidad del 50% o mas.
Estos ligantes inorganicos se utilizan como un material de union del aislante termico de perlita expandida y se mezclan con la perlita expandida y fibras inorganicas y se someten a un procedimiento de mezclado antes del moldeo por compresion.
En este momento, la perlita expandida de la tecnica relacionada tiene un area superficial especlfica grande debido a un fenomeno en el que los sitios de las celulas abiertas y las partlculas trituradas durante la expansion absorben un ligante llquido, triturando y una estructura acicular y, por tanto, tiene que ser utilizada una cantidad excesiva de un ligante inorganico llquido.
Sin embargo, la perlita expandida de celulas cerradas de la presente invention tiene la superficie la mayor parte de la cual esta cerrada y una pequena cantidad de una estructura acicular y, de este modo, es ventajosa en cuanto a que se asegura la rigidez incluso cuando se utiliza un ligante inorganico llquido en una cantidad del 80% o menos en comparacion con una cantidad de perlita expandida utilizada en el mismo volumen. En la presente invencion, la perlita expandida se utiliza en una cantidad menor que el aislante termico de la tecnica relacionada y, por lo tanto, la cantidad de ligante inorganico utilizada se reduce realmente de forma significativa.
El silicato por si mismo es un cristal amorfo y, de este modo, la conductividad termica es elevada y debido a la reduction en la cantidad del silicato utilizada, se fabrica el aislante termico con una densidad baja y, como resultado, se obtiene un efecto de que se disminuye la influencia de la conduction.
Ademas, la humedad afecta negativamente a la conductividad termica y el aislante termico de la presente invencion es ventajoso en cuanto a que el aislante termico de la presente invencion, que se utiliza en una cantidad menor con respecto al mismo en las mismas condiciones de secado, tiene un contenido mas bajo de humedad que permanece en el aislante termico mediante un ligante inorganico.
Ademas, por consiguiente, el aislante termico de la presente invencion es tambien ventajoso en cuanto a que se pueden ahorrar costes de energla y tiempo de secado.
Ademas, el ligante llquido en la presente invencion puede utilizar, adicionalmente, un ligante organico, o se puede utilizar con un ligante inorganico.
Si un ligante llquido puede servir como un material ligante, el ligante llquido se puede utilizar para el aislante termico. Sin embargo, en este momento, deben considerarse las condiciones de utilization en las que se aplica el aislante termico.
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En general, en la utilization del aislante termico de perlita expandida, se utiliza un repelente de agua basado en silicio para evitar la absorcion de humedad que afecta a la conductividad termica.
Tambien en la presente invention se puede utilizar un repelente de agua basado en silicio de la tecnica relacionada, pero adicionalmente se puede recubrir con una serie de monomeros de silano a efectos de mejorar la repelencia al agua, reducir la capacidad de absorcion y mejorar la fluidez (la fluidez expresada en el presente documento se refiere a la facilidad en el cambio de position debido a los efectos bajos de friction entre partlculas y un angulo de reposo) y similares.
En el aislante termico de perlita expandida, se utiliza un repelente de agua basado en silicio para eliminar los efectos de la humedad, y cuando se aplica un recubrimiento monomerico basado en silano, cada partlcula muestra un comportamiento repelente al agua y se pueden ejercer efectos ventajosos para el relleno compacto antes del moldeo por compresion.
El repelente de agua basado en silicio no tiene reactividad en la superficie de la perlita, pero tiene una forma en la que el silicio en forma de un oligomero de siloxano se adhiere simplemente, sirve solo como repelente al agua y falla en la mejora de la fluidez.
Sin embargo, el monomero basado en silano tiene un grupo alcoxi que induce un enlace qulmico con la perlita en su extremo terminal y tiene un grupo alquilo que muestra caracterlsticas de repelencia al agua en su cola y, de este modo, el monomero se extiende hacia fuera como ramas de arbol o ramificaciones desde toda la superficie de la perlita para formar una capa, reduciendo, de este modo, la resistencia de friccion sobre la superficie. Como resultado, se mejora la fluidez y, de este modo, el relleno compacto del cuerpo se realiza facilmente cuando el monomero se introduce en el procedimiento de moldeo por compresion y se obtienen efectos de tener permanentemente caracterlsticas de repelencia al agua a diferencia de los monomeros basados en silicio de la tecnica relacionada.
En la presente invencion, como un repelente de agua que utiliza un recubrimiento superficial que tiene un objetivo de mostrar un comportamiento repelente al agua, pueden utilizarse no solo un silano organico, sino tambien repelentes de agua basados en titanato y zirconato que pueden reforzar la resistencia y, mas especlficamente, entre los ejemplos de los mismos se incluyen agentes de acoplamiento organicos basados en silano, que incluyen isooctiltrimetoxisilano, metiltrimetoxisilano, octiltrietoxisilano, 3-aminopropiltrietoxisilano, 3-
glicidiloxipropiltrimetoxisilano, 3-metacriloxipropiltrimetoxisilano, viniltrietoxisilano, viniltrimetoxisilano, viniltri(2- metoxi-etoxi)silano y similares, agentes de acoplamiento basados en titanato que incluyen titanato de neopentil(dialil)oxi, trineodecanollo, titanato de neopentil(dialil)oxi, tri(dodecil)benceno-sulfonilo, titanato de neopentil(dialil)oxi, tri(dioctil)fosfato, titanato de neopentil(dialil)oxi, tri(dioctil)pi rofosfato, titanato de
neopentil(dialil)oxi, tri(N-etilendiamino)etilo, titanato de neopentil(dialil)oxi, tri(m-amino)fenilo y similares, agentes de acoplamiento basados en zirconato que incluyen zirconato de neopentil(dialil)oxi, trinodecanonllo, zirconato de neopentil(dialil)oxi, tri(dodecil)bencenosulfonilo, zirconato de neopentil(dialil)oxi, tri(dioctil)fosfato, zirconato de neopentil(dialil)oxi, tri(dioctil)pirofosfato, zirconato de neopentil(dialil)oxi, tri (N-etilendiamino)etilo, zirconato de neopentil(dialil)oxi, tri(m-amino)fenilo y similares.
Con el fin de reforzar la capacidad de moldeado, resistencia a la flexion, capacidad de construction y similares del aislante termico de perlita expandida de la presente invencion, se incluyen fibras de refuerzo con una longitud de 5 a 30 mm. La fibra de refuerzo utiliza una fibra basada en un material inorganico y una fibra basada en un material organico, o utiliza una mezcla de las mismas.
Ademas, se puede utilizar un agente de refuerzo a efectos de reducir adicionalmente la resistencia o la conductividad termica.
Con el fin de reforzar la resistencia, se utiliza humo de sllice de un tamano de menos de 50 pm o carbono blanco, y aunque los espacios entre las partlculas de perlita expandida se llenan antes de la compresion y se reduce la proportion de compresion del moldeo, se obtiene el estado de moldeo compacto, mejorando de este modo la fuerza.
Con el fin de reducir la conductividad termica, se puede utilizar un agente de bloqueo termico radiante.
Cuando la perlita expandida se convierte de una forma de celula abierta a una forma de celula cerrada, los efectos de la radiation y la conduction pueden reducirse, pero a medida que la temperatura aumenta, los efectos de la radiation aumentan y hay una limitation en el bloqueo de los efectos por la radiacion. De este modo, la conductividad termica puede reducirse adicionalmente anadiendo un material que bloquea adicionalmente la radiacion.
En particular, se muestran efectos mas significativos en la region de elevada temperatura.
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Para una descripcion mas detallada basada en lo que se ha mencionado anteriormente, la presente invencion se describira en detalle, a continuacion, con referencia a ejemplos y ejemplos experimentales, pero el alcance de la presente invencion no esta limitado a los mismos.
<Ejemplo 1> Fabrication del aislante termico 1 utilizando perlita expandida de celulas cerradas de la presente invencion
Se utilizo piedra perlita normal y se fabrico perlita expandida, teniendo la perlita expandida una densidad de 30 kg/m3, una distribution de tamanos de partlcula en la que el 15% en peso de las partlculas con un tamano de mas de 400 pm, el 40% en peso de las partlculas con un tamano de 250 a 400 mm, el 20% en peso de las partlculas con un tamano de 160 a 250 pm y el 30% en peso de las partlculas con un tamano inferior a 160 pm estan presentes en base al peso total de la perlita expandida y una proportion de celulas cerradas del 70% en peso de acuerdo con el intervalo de tamano de partlcula.
Se preparo un material mezclado anadiendo el 1,5% en peso de una fibra inorganica basado en el peso de la perlita expandida a 1.000 g de la perlita expandida de celulas cerradas fabricada tal como se ha descrito anteriormente y mezclando la mezcla.
Se preparo un ligante inorganico llquido anadiendo el 0,5% en peso de un repelente de agua basado en silicio en base al peso del silicato de sodio a 1.000 g de silicato de sodio 33Be' y mezclando la mezcla.
Se mezclaron 450 g de la mezcla preparada tal como se ha descrito anteriormente y 413 g del ligante inorganico llquido preparado, tal como se ha descrito anteriormente y, a continuacion, la mezcla resultante se comprimio aproximadamente 3,2 veces el volumen inicial para fabricar un cuerpo moldeado con un tamano de 300*300*50 mm3 (volumen 4,5 l). (En este caso, la proporcion de compresion no se ajusta artificialmente, sino que se refiere a una proporcion de compresion generada durante la fabricacion de 4,5 l de un cuerpo moldeado basado en el volumen del estado en masa cuando la cantidad de la mezcla se introduce en un molde de moldeo. Lo mismo se aplica tambien a los ejemplos y ejemplos comparativos).
El cuerpo moldeado fabricado se seco a 200oC en un horno de secado por convection durante 4 horas para fabricar un aislante termico 1 de perlita expandida de celulas cerradas con una densidad de 130±5 kg/m3.
<Ejemplo 2> Fabricacion del aislante termico 2 utilizando perlita expandida de celulas cerradas de la presente invencion
Se preparo la perlita expandida de celulas cerradas con una densidad de 30 kg/m3 fabricada en el ejemplo 1.
Se preparo un material mezclado anadiendo el 1,5% en peso de una fibra inorganica basado en el peso de la perlita expandida a 1.000 g de la perlita expandida de celulas cerradas fabricada tal como se ha descrito anteriormente y mezclando la mezcla.
Se preparo un ligante inorganico llquido anadiendo el 0,5% en peso de un repelente de agua basado en silicio en base al peso de silicato de sodio a 1.000 g de silicato de sodio 33Be' y mezclando la mezcla.
Se mezclaron 405 g del material mezclado preparado tal como se ha descrito anteriormente y se mezclaron 365 g del ligante inorganico llquido preparado tal como se ha descrito anteriormente y, a continuacion, se comprimio la mezcla resultante aproximadamente 2,8 veces el volumen inicial para fabricar un cuerpo moldeado con un tamano de 300*300*50 mm3 (volumen 4,5 l).
El cuerpo moldeado fabricado se seco a 200oC en un horno de secado por conveccion durante 4 horas para fabricar un aislante termico 2 de perlita expandida de celulas cerradas que tiene una densidad de 115±5 kg/m3.
<Ejemplo 3> Fabricacion del aislante termico 3 utilizando perlita expandida de celulas cerradas de la presente invencion
Se preparo la perlita expandida de celulas cerradas con una densidad de 30 kg/m3 fabricada en el ejemplo 1.
Se preparo un material mezclado anadiendo el 1,5% en peso de una fibra inorganica basado en el peso de la perlita expandida a 1.000 g de la perlita expandida de celulas cerradas fabricada tal como se ha descrito anteriormente y mezclando la mezcla.
Se preparo un ligante inorganico llquido anadiendo el 0,5% en peso de un repelente de agua basado en silicio en base al peso del silicato de sodio a 1.000 g de silicato de sodio 33Be' y mezclando la mezcla.
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Se mezclaron 352 g del material mezclado preparado tal como se ha descrito anteriormente y 317 g del ligante inorganico llquido preparado tal como se ha descrito anteriormente y, a continuacion, la mezcla resultante se comprimio aproximadamente 2,5 veces el volumen inicial para fabricar un cuerpo moldeado con un tamano de 300*300*50 mm3 (volumen 4,5 l).
El cuerpo moldeado fabricado se seco a 200oC en un horno de secado por conveccion durante 4 horas para fabricar un aislante termico 3 de perlita expandida de celulas cerradas con una densidad de 100±5 kg/m3.
<Ejemplo 4> Fabrication del aislante termico 4 utilizando perlita expandida de celulas cerradas de la presente invencion
Se recubrio el 0,5% en peso de metiltrimetoxisilano en base al peso de la perlita expandida sobre la expandida de celulas cerradas con una densidad de 30 kg/m3 fabricada en el ejemplo 1 para fabricar una expandida de celulas cerradas.
Se preparo un material mezclado anadiendo el 1,5% en peso de una fibra inorganica a 1.000 g de la expandida de celulas cerradas recubierta en base al peso de la perlita expandida y mezclando la mezcla.
Se prepararon solos 1.000 g de silicato de sodio 33Be' en forma de un ligante inorganico llquido.
Se mezclaron 459 g del material mezclado preparado tal como se ha descrito anteriormente y 413 g del ligante inorganico llquido preparado tal como se ha descrito anteriormente y, a continuacion, la mezcla resultante se comprimio aproximadamente 3,1 veces el volumen inicial para fabricar un cuerpo moldeado con un tamano de 300*300*50 mm3 (volumen 4,5 l).
El cuerpo moldeado fabricado se seco a 200oC en un horno de secado por conveccion durante 4 horas para fabricar un aislante termico 4 de perlita expandida de celulas cerradas que tiene una densidad de 130±5 kg/m3.
<Ejemplo 5> Fabricacion del aislante termico 5 utilizando perlita expandida de celulas cerradas de la presente invencion
Se preparo la perlita expandida de celulas cerradas con una densidad de 30 kg/m3 fabricada en el ejemplo 1.
Se preparo un material mezclado anadiendo el 1,5% en peso de una fibra inorganica basada en el peso de la perlita expandida a 1.000 g de la perlita expandida de celulas cerradas fabricada tal como se ha descrito anteriormente y mezclando la mezcla.
Se preparo un ligante inorganico llquido anadiendo el 0,5% en peso de un repelente de agua basado en silicio en base al peso del silicato de sodio a 1.000 g de silicato de sodio 33Be' y mezclando la mezcla.
Se mezclaron 352 g del material mezclado preparado tal como se ha descrito anteriormente y 317 g del ligante inorganico llquido preparado tal como se ha descrito anteriormente y, a continuacion, la mezcla resultante se trato con el 3% en peso de humo de sllice en base al peso del material mezclado y se mezclo de nuevo y, a continuacion, se comprimio aproximadamente 2,5 veces el volumen inicial para fabricar un cuerpo moldeado con un tamano de 300*300*50 mm3 (volumen 4,5 l).
El cuerpo moldeado fabricado se seco a 200oC en un horno de secado por conveccion durante 4 horas para fabricar un aislante termico 5 de perlita expandida de celulas cerradas con una densidad de 100±5 kg/m3.
<Ejemplo comparativo 1> Fabricacion del aislante termico 1 utilizando perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada
Se utilizo piedra de perlita normal, y se fabrico perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada, teniendo la perlita expandida una densidad de 40 kg/m3 y una distribution de tamanos de partlcula en la que el 10% en peso de partlculas con un tamano de mas de 800 pm, el 35% en peso de partlculas con un tamano de 500 a 800 pm, el 25% en peso de partlculas con un tamano de 250 a 500 pm, el 15% en peso de partlculas con un tamano de 160 a 250 pm y el 15% un tamano inferior a 160 pm estan presente en base al peso total de la perlita expandida.
Se preparo un material mezclado anadiendo 1,5% en peso de una fibra inorganica basada en el peso de la perlita expandida a 1.000 g de la perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada fabricada tal como se ha descrito anteriormente y mezclando la mezcla.
Se preparo un ligante inorganico llquido anadiendo el 0,5% en peso de un repelente de agua basado en silicio en base al peso del silicato de sodio a 1.000 g de silicato de sodio 33Be' y mezclando la mezcla.
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Se mezclaron 635 g del material mezclado preparado tal como se ha descrito anteriormente y 571 g del ligante inorganico hquido preparado tal como se ha descrito anteriormente y, a continuacion, la mezcla resultante se comprimio aproximadamente 3,5 veces el volumen inicial para fabricar un cuerpo moldeado con un tamano de 300*300*50 mm3 (volumen 4,5 l).
El cuerpo moldeado fabricado se seco a 200oC en un horno de secado por conveccion durante 4 horas para fabricar un aislante termico 1 de perlita expandida de celulas abiertas con una densidad de 180±5 kg/m3.
<Ejemplo comparativo 2> Fabricacion del aislante termico 2 utilizando perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada
Se preparo la perlita expandida de celulas abiertas con una densidad de 40 kg/m3 fabricada en el ejemplo comparativo 1.
Se preparo un material mezclado anadiendo el 1,5% en peso de una fibra inorganica basada en el peso de la perlita expandida a 1.000 g de la perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada fabricada tal como se ha descrito anteriormente y mezclando la mezcla.
Se preparo un ligante inorganico liquido anadiendo el 0,5% en peso de un repelente de agua basado en silicio en base al peso del silicato de sodio a 1.000 g de silicato de sodio 33Be' y mezclando la mezcla.
Se mezclaron 459 g del material mezclado preparado y 413 g del ligante inorganico hquido y, a continuacion, la mezcla resultante se comprimio aproximadamente 3,2 veces el volumen inicial para fabricar un cuerpo moldeado con un tamano de 300*300*50 mm3 (volumen 4,5 l).
El cuerpo moldeado fabricado se seco a 200oC en un horno de secado por conveccion durante 4 horas para fabricar un aislante termico 2 de perlita expandida de celulas abiertas con una densidad de 130±5 kg/m3.
<Ejemplo comparativo 3> Fabricacion del aislante termico 3 utilizando perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada
Con el fin de comparar la perlita expandida de celulas cerradas de la presente invencion con la perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada a la misma densidad, cuando la perlita expandida de la tecnica relacionada se expandio con la misma densidad que la perlita expandida en el ejemplo 1 de la presente invencion, pero la densidad se hace caer a 35 kg/m3 o menos, la perlita expandida que estaba mas bien sobreexpandida se debilito y, de este modo, se expandio pero se produjo aplastamiento posteriormente, aumentando de este modo de nuevo la densidad.
De este modo, se analizaron particulas que tenian una densidad de 35 kg/m3 y, como resultado, el tamano de particula de la perlita expandida fue aumentado completamente y, de este modo, se fabrico una perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada, la perlita expandida que tiene una densidad de 35 kg/m3 y una distri bucion del tamanos de particula en la que el 15% en peso de particulas con un tamano superior a 800 pm, el 40% en peso de particulas con un tamano de 500 a 800 pm, el 20% en peso de particulas con un tamano de 250 a 500 pm, el 10% en peso de particulas con un tamano de 160 a 250 pm y el 15% en peso de particulas con un tamano inferior a 160 pm estan presentes en base al peso total de la perlita expandida.
Se preparo un material mezclado anadiendo el 1,5% en peso de una fibra inorganica basada en el peso de la perlita expandida a 1.000 g de la perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada fabricada tal como se ha descrito anteriormente y mezclando la mezcla.
Se preparo un ligante inorganico liquido anadiendo el 0,5% en peso de un repelente de agua basado en silicio en base al peso del silicato de sodio a 1.000 g de silicato de sodio 33Be' y mezclando la mezcla.
Se mezclaron 635 g del material mezclado preparado tal como se ha descrito anteriormente y 571 g del ligante inorganico hquido preparado tal como se ha descrito anteriormente y, a continuacion, la mezcla resultante se comprimio aproximadamente 3,8 veces el volumen inicial para fabricar un cuerpo moldeado con un tamano de 300*300*50 mm3 (volumen 4,5 l).
El cuerpo moldeado fabricado se seco a 200oC en un horno de secado por conveccion durante 4 horas para fabricar un aislante termico 3 de perlita expandida de celulas abiertas que tenia una densidad de 180±5 kg/m3.
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<Ejemplo comparative 4> Fabricacion del aislante termico 4 utilizando perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada
Se preparo la perlita expandida de celulas abiertas con una densidad de 35 kg/m3 fabricada en el ejemplo comparativo 3.
Se preparo un material mezclado anadiendo el 1,5% en peso de una fibra inorganica basada en el peso de la perlita expandida a 1.000 g de la perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada fabricada tal como se ha descrito anteriormente y mezclando la mezcla.
Se preparo un ligante inorganico llquido anadiendo el 0,5% en peso de un repelente al agua basado en silicio en base al peso del silicato de sodio a 1.000 g de silicato de sodio 33Be' y mezclando la mezcla.
Se mezclaron 459 g del material mezclado preparado tal como se ha descrito anteriormente y 413 g del ligante inorganico llquido preparado tal como se ha descrito anteriormente y, a continuacion, la mezcla resultante se comprimio aproximadamente 3,3 veces el volumen inicial para fabricar un cuerpo moldeado con un tamano de 300*300*50 mm3 (volumen 4,5 l).
El cuerpo moldeado fabricado se seco a 200oC en un horno de secado por conveccion durante 4 horas para fabricar un aislante termico 4 de perlita expandida con una densidad de 130±5 kg/m3.
<Ejemplo comparativo 5> Fabricacion del aislante termico 5 utilizando perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada
Con el fin de comparar la perlita expandida de celulas cerradas de la presente invencion con la perlita expandida de la tecnica relacionada en el mismo tamano de partlcula, se intento fabricar la perlita expandida de la tecnica relacionada en el mismo tamano de partlcula que la perlita expandida en ejemplo 1 de la presente invencion, pero la perlita expandida con una densidad de 51 kg/m3 se fabrico con el mismo tamano de partlcula o similar.
Cuando se redujo la densidad para comparar los aislantes termicos de perlita expandida en una densidad similar, el tamano de partlcula fue aumentando de nuevo y, de este modo, el tamano de partlcula era cercano al tamano de partlcula de la perlita expandida utilizada en el ejemplo comparativo 1.
Por consiguiente, durante la expansion con una densidad inferior a 51 kg/m3, no se pudo obtener un tamano de partlcula objetivo y, de este modo, se fabrico una perlita expandida, teniendo la perlita expandida una densidad de 51 kg/m3 y una distribucion de tamanos de partlcula en la que el 15% en peso de partlculas con un tamano de mas de 400 pm, el 40% en peso de partlculas con un tamano de 250 a 400 mm, el 20% en peso de partlculas con un tamano de 160 a 250 pm y el 30% en peso de las partlculas con un tamano inferior a 160 pm estan presentes en base al peso total de la perlita expandida.
Se preparo un material mezclado anadiendo el 1,5% en peso de una fibra inorganica basada en el peso de la perlita expandida a 1.000 g de la perlita expandida fabricada tal como se ha descrito anteriormente y mezclando la mezcla.
Se preparo un ligante inorganico llquido anadiendo el 0,5% en peso de un repelente al agua basado en silicio basado en el peso del silicato de sodio a 1.000 g de silicato de sodio 33Be' y mezclando la mezcla.
Con el fin de fabricar un aislante termico de perlita expandida que tiene una densidad de 130±5 kg/m3 tal como en el ejemplo 1, se mezclaron 459 g del material mezclado preparado tal como se ha descrito anteriormente y 413 g del ligante inorganico llquido preparado tal como se ha descrito anteriormente.
En este momento, dado que la densidad de perlita expandida por si misma era tan elevada como 51 kg/m3, el volumen antes de la compresion era bajo y la proportion de compresion aumento aproximadamente 2 veces y, de este modo, se fabrico un cuerpo moldeado con un tamano de 300*300*50 mm3 (volumen 4,5 l).
El cuerpo moldeado fabricado se seco a 200oC en un horno de secado por conveccion durante 4 horas para fabricar un aislante termico 5 de perlita expandida de celulas abiertas con una densidad de 130±5 kg/m3.
<Ejemplo comparativo 6> Fabricacion del aislante termico 6 utilizando perlita expandida de celulas abiertas de la tecnica relacionada
Se preparo perlita expandida con una densidad de 51 kg/m3 fabricada en el ejemplo comparativo 5.
Se preparo un material mezclado anadiendo el 1,5% en peso de una fibra inorganica basada en el peso de la perlita expandida a 1.000 g de la perlita expandida fabricada tal como se ha descrito anteriormente y mezclando la mezcla.
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Se preparo un ligante inorganico llquido anadiendo el 0,5% en peso de un repelente de agua basado en silicio en base al peso del silicato de sodio a 1.000 g de silicato de sodio 33Be' y mezclando la mezcla.
Con el fin de fabricar un aislante termico de perlita expandida que tiene una densidad de 115±5 kg/m3 tal como en el ejemplo 2, se mezclaron 405 g del material mezclado tal como se ha descrito anteriormente y 365 g del ligante inorganico llquido preparado tal como se ha descrito anteriormente.
Con el fin de fabricar un cuerpo moldeado con un tamano de 300*300 50 mm3 (volumen 4,5 l), la proportion de compresion durante el moldeo por compresion aumento solo 1,7 veces en comparacion con el volumen y la resistencia al moldeado del producto era casi tan baja como cero y el cuerpo moldeado se trituro cuando se libero de la matriz de moldeo y, por tanto, no se pudo fabricar el cuerpo moldeado.
<Ejemplo experimental 1> Analisis de las caracterlsticas del aislante termico de perlita expandida
La conductividad termica, la resistencia a la flexion, la contraction lineal y la repelencia del agua de los aislantes termicos de perlita expandida de los ejemplos y ejemplos comparativos se midieron y analizaron de acuerdo con KS F 4714 y los resultados se muestran en la siguiente tabla 1.
Tabla 1
Clasificacion
Proporcion de compresion del moldeo Contraccion lineal Conductividad termica (W/mK, en base a 70°C) Resistencia a la flexion (N/cm2) Repelencia al agua (%)
Ejemplo 1
3,2 Dentro del 2% 0,051 26,4 99,5 % o mas
Ejemplo 2
2,8 0,050 25,8
Ejemplo 3
2,5 0.048 25,1
Ejemplo 4
3,1 0,051 26,3
Ejemplo 5
2,5 0,048 26,1
Ejemplo comparativo 1
4 Dentro del 2% 0,061 25,3
Ejemplo comparativo 2
3,2 4,1 % 0,055 17,5
Ejemplo comparativo 3
4,3 Dentro del 2% 0,064 24,5
Ejemplo comparativo 4
3,3 3,4 % 0,057 17,2
Ejemplo comparativo 5
2 3,7 % 0,065 19,8
Ejemplo comparativo 6
1,7 Imposible de ser moldeado
Ademas, con el fin de comparar adicionalmente los efectos segun el tratamiento repelente al agua, se hizo una comparacion entre el ejemplo 1 y el ejemplo 4 utilizando un procedimiento para medir la absortividad de acuerdo con KS M 3809.
Se realizo un ensayo retirando la piel superior, cortando en tres muestras de ensayo con un tamano de 100 mm x 100 mm x 25 mm, sumergiendo las muestras 50 mm por debajo de la superficie de agua limpia a 23±3oC, sacando las muestras de ensayo 10 segundos mas tarde, permitiendo que las muestras de ensayo se pusieran sobre una red de hierro con un tamano de malla de 3 mm, que se inclino a 30° de la llnea vertical durante 30 segundos, midiendo, a continuation, el peso con la precision de 0,01 g para utilizar el peso como peso de referencia, sumergiendo de
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nuevo las muestras de ensayo en agua limpia y permitiendo que las muestras absorbieran humedad durante 24 horas, midiendo el peso mediante un procedimiento de medicion del peso de referencia y dividiendo la diferencia entre el peso y el peso de referencia por el area superficial y, a continuacion, los resultados se muestran en la siguiente tabla 2.
Tabla 2
Clasificacion
Cantidad de humedad absorbida (g/cm2)
Ejemplo 1
8,2
Ejemplo 4
3,1
Tal como se muestra en la tabla 1 y la tabla 2, los aislantes termicos de los ejemplos 1, 2 y 3 de la presente invencion tienen conductividades termicas mucho menores y densidades menores que las del aislante termico de la tecnica relacionada en el ejemplo comparativo 1, pero las resistencias a la flexion fueron completamente superiores a las del aislante termico de la tecnica relacionada en el ejemplo comparativo 1.
Ademas, la densidad del ejemplo comparativo 2 fue la misma que en el ejemplo 1 de la presente invencion introduciendo la misma cantidad que la cantidad en el ejemplo 1, pero la conductividad termica en el ejemplo comparativo 2 fue menor que la del ejemplo comparativo 1 y superior a la del ejemplo 1, y la resistencia en el ejemplo comparativo 2 se deterioro bastante y, por lo tanto, el valor como producto se deprecio.
Se pretendla que la comparacion se hiciera con un producto moldeado de perlita expandida de la presente invencion mediante la fabricacion de una perlita expandida que tuviera la misma densidad y estructura de tamano de partlcula que las de la presente invencion, pero fue imposible fabricar el producto tal como se introduce en los ejemplos comparativos descritos anteriormente.
En los ejemplos comparativos 3 y 4 en los que se pretendla reducir la densidad a 30 kg/m3 bajo las condiciones de la perlita expandida en la tecnica relacionada, la cantidad de perlita expandida de celulas abiertas se incremento debido a la sobreexpansion de la perlita expandida y, de este modo, se redujo la resistencia de las partlculas por si mismas, con lo cual se deterioro bastante la conductividad termica y la resistencia a la flexion en comparacion con los ejemplos comparativos 1 y 2.
La influencia ejercida segun si la superficie de la perlita expandida de la presente invencion es una forma de celula cerrada o una forma de concha abierta, puede confirmarse claramente.
En los ejemplos comparativos 5 y 6 en los que se pretendla cambiar el tamano de partlcula bajo las condiciones de perlita expandida de la tecnica relacionada para tener la estructura de distribucion de tamanos de partlcula de la presente invencion, fue imposible conseguir el proposito con productos con una densidad baja y fue posible alcanzar el proposito cuando la densidad era de 51 kg/m3.
Sin embargo, este resultado se ve similar en apariencia al resultado en la perlita expandida de la presente invencion simplemente teniendo en cuenta la distribucion de tamanos de partlcula, pero la conductividad termica se vuelve bastante elevada debido a la pared gruesa entre las celulas internas de las partlculas y la elevada densidad y la proporcion de compresion del moldeo se vuelve muy baja debido al pequeno volumen, provocando de este modo tambien un moldeo defectuoso.
Ademas con referencia al ejemplo 1 y los ejemplos comparativos 2 y 4, las densidades fueron 30 kg/m3, 40 kg/m3 y 35 kg/m3 en el ejemplo 1, el ejemplo comparativo 2 y el ejemplo comparativo 4, respectivamente. Aunque el volumen en el ejemplo 1 es el mas elevado para el mismo peso introducido, una proporcion de compresion fue menor que la de los ejemplos comparativos o similar a la misma.
Tal como se ha mencionado anteriormente, puede ser conocido que el tamano de partlcula adecuado y la superficie lisa permitieron que la perlita expandida de celulas cerradas de la presente invencion se introdujera de forma compacta en el molde de moldeo.
La repelencia al agua era totalmente buena y, de este modo, no se comparo la diferencia entre el repelente de agua basado en silicio y el repelente de agua basado en monomero de silano en el ejemplo 4. Sin embargo, con referencia a la comparacion de las absortividades en la tabla 2, puede saberse que la absortividad fue baja cuando cada partlcula fue recubierta con el repelente de agua basado en monomero de silano.
Se puede saber que la utilizacion de humo de sliice mejoro la resistencia en el ejemplo 5 en comparacion con el ejemplo 3.
A traves de los ejemplos, puede saberse que el aislante termico que utiliza la perlita expandida de celulas cerradas 5 de la presente invencion tiene excelente resistencia y conductividad termica disminuida en una baja densidad.

Claims (16)

  1. 5
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    REIVINDICACIONES
    1. Aislante termico que contiene perlita expandida de celulas cerradas que comprende: del 10 al 84% en peso de perlita expandida, que incluye partlculas de mineral de perlita seca y expandida, que tiene una superficie con una forma de celulas cerradas, del 15 al 85% en peso de un ligante llquido; y del 0,25 al 5% en peso de una fibra de refuerzo,
    en el que el 50% o mas de la cantidad total de perlita expandida esta compuesta de perlita expandida de celulas cerradas, y en el que la perlita expandida tiene una densidad aparente en un intervalo de 20 a 40 g/l.
  2. 2. Aislante termico, segun la reivindicacion 1, en el que el 50% o mas de la cantidad total de perlita expandida que comprende perlita expandida de celulas cerradas tiene una distribucion de tamanos de partlcula de la siguiente manera: el 15±10% en peso de partlculas con un tamano de mas de 400 pm, el 40±15% en peso de partlculas con un tamano de 250 a 400 pm, el 20±10% en peso de partlculas con un tamano de 160 a 250 pm y el 30±15% en peso de partlculas con un tamano inferior a 160 pm.
  3. 3. Aislante termico, segun la reivindicacion 1, en el que el mineral de la perlita expandida es uno seleccionado entre piedra perlada, obsidiana, cantalita y piedra pomez.
  4. 4. Aislante termico, segun la reivindicacion 1, en el que el ligante llquido es uno o dos seleccionados entre ligantes inorganicos o ligantes organicos.
  5. 5. Aislante termico, segun la reivindicacion 1, en el que la fibra de refuerzo es una o dos seleccionadas entre fibras inorganicas o fibras organicas.
  6. 6. Aislante termico, segun la reivindicacion 5, en el que la fibra inorganica es una seleccionada entre fibras de vidrio, fibras basada en sllice alumina, fibras de zirconia y fibras de carbono.
  7. 7. Aislante termico, segun la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente un repelente de agua basado en silicio, en el que el repelente de agua comprende adicionalmente una pellcula de recubrimiento seleccionada entre agentes de acoplamiento basados en vidrio silano, agentes de acoplamiento basados en titanato y agentes de acoplamiento basados en zirconato sobre una superficie de la perlita expandida.
  8. 8. Procedimiento para la fabricacion de un aislante termico, segun la reivindicacion 1, que comprende:
    una primera etapa de secado del mineral de perlita para controlar el % en peso de agua cristalina y, a continuacion, la expansion del mineral de perlita, de tal modo que el 50% en peso o mas de la cantidad total de perlita expandida esta compuesta de perlita expandida de celulas cerradas;
    una segunda etapa de preparacion de un material mezclado anadiendo un ligante llquido y una fibra de refuerzo a la perlita expandida fabricada en la primera etapa y mezclado de la mezcla resultante;
    una tercera etapa de fabricacion de un cuerpo moldeado mediante la compresion del material mezclado preparado en la segunda etapa; y
    una cuarta etapa de secado del cuerpo moldeado fabricado en la tercera etapa,
    en el que la perlita expandida tiene una densidad aparente en un intervalo de 20 a 40 g/l.
  9. 9. Procedimiento, segun la reivindicacion 8, en el que durante la primera etapa la perlita expandida se fabrica expandiendo perlita de una vez dentro de un intervalo de distribucion de tamanos de partlcula o expandiendo cada tamano de partlcula y mezclando las partlculas respectivas para obtener partlculas dentro de un intervalo de distribucion de tamanos objetivo, en el que los intervalos de distribucion de tamanos de partlcula objetivo son de la siguiente manera: el 15± 10% en peso de partlculas con un tamano de mas de 400 pm, el 40±15% en peso de partlculas con un tamano de 250 a 400 pm, el 20±10% en peso de partlculas con un tamano de 160 a 250 pm y el 30±15% en peso de partlculas con un tamano inferior a 160 pm.
  10. 10. Procedimiento, segun la reivindicacion 8, en el que en la fabricacion de la perlita expandida en la primera etapa, la perlita se expande mediante un procedimiento de llama directa o mediante un procedimiento de llama indirecta.
  11. 11. Procedimiento, segun la reivindicacion 8, en el que durante la tercera etapa, el cuerpo moldeado se fabrica sometiendo adicionalmente el material mezclado en la segunda etapa a un procedimiento de relleno compacto del cuerpo que aporta vibracion o choque y, a continuacion, comprimiendo el material mezclado.
  12. 12. Procedimiento, segun la reivindicacion 8, en el que en la segunda etapa el ligante llquido se selecciona entre uno o dos del grupo que comprende ligantes inorganicos o ligantes organicos.
  13. 13. Procedimiento, segun la reivindicacion 8, en el que en la segunda etapa, la fibra se selecciona entre una o dos del grupo que comprende fibras inorganicas o fibras organicas.
  14. 14. Procedimiento, segun la reivindicacion 13, en el que la fibra inorganica es una seleccionada entre fibras de 5 vidrio, fibras basada en sllice alumina, fibras de zirconia y fibras de carbono.
  15. 15. Procedimiento, segun la reivindicacion 8, en el que en la preparacion del material mezclado en la segunda etapa, el material mezclado se prepara anadiendo adicionalmente al mismo un repelente de agua basado en silicio y/o un agente de refuerzo.
    10
  16. 16. Procedimiento, segun la reivindicacion 15, en el que la superficie del repelente de agua basado en silicio se recubre con uno seleccionado entre agentes de acoplamiento basados en silano, agentes de acoplamiento basados en titanato y agentes de acoplamiento basados en zirconato organicos.
    15 17. Procedimiento, segun la reivindicacion 15, en el que el agente de refuerzo es uno seleccionado entre humo de
    sllice y carbono blanco.
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