RU2151115C1

RU2151115C1 - Heat-insulating material

Info

Publication number: RU2151115C1
Application number: RU99107449A
Authority: RU
Inventors: М.Г. Потапов; Е.Г. Толкачев; О.С. Татаринцева; Н.Н. Ходакова; Т.К. Углова
Original assignee: Федеральный научно-производственный центр "Алтай"
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2000-06-20

Abstract

FIELD: industrial and civil engineering, modernization and repair of existing buildings and structures, insulation of heat equipment and cooling plants. SUBSTANCE: material comprises superthin basalt fiber, polyvinyl acetate dispersion, silicon sol, sulfanol and organosilicon liquid, ratios of components being as follows, wt %: polyvinyl acetate dispersion, 2.0-2.5; silicon sol, 3.3-3.8; sulfanol, 0.05-0.1; organosilicon liquid 0.1-0.3; superthin basalt fiber of 0.2-3.0; mcm in diameter, the balance. The resulting heat-insulating material has high service properties, namely incombustibility, low bulk weight, low heat conduction coefficient, heat and water resistance, thus widening range of application thereof. It is useful in ship, car and boiler construction aviation or in other industries. EFFECT: improved properties of the heat- insulating material. 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов на основе минеральных волокон, а именно на основе супертонкого базальтового волокна, которые могут быть использованы в промышленном и гражданском строительстве, при модернизации и ремонте существующих зданий и сооружений, для изоляции теплового оборудования и холодильных установок. The invention relates to the production of thermal insulation materials based on mineral fibers, namely on the basis of superthin basalt fiber, which can be used in industrial and civil engineering, during the modernization and repair of existing buildings and structures, for insulation of thermal equipment and refrigeration units.

В технике известны теплоизоляционные материалы на основе супертонкого базальтового волокна. Как правило, большинство таких материалов в своем составе содержат глинистое связующее (авт. св. NN 1214620, 1353603, патенты NN 2044718, 2081095 и др.). Наличие глинистого связующего приводит к низкой водостойкости теплоизоляционного материала, а также к низким прочностным свойствам. Heat-insulating materials based on superthin basalt fiber are known in the art. As a rule, most of these materials contain clay binder in their composition (ed. St. NN 1214620, 1353603, patents NN 2044718, 2081095 and others). The presence of a clay binder leads to low water resistance of the insulating material, as well as to low strength properties.

Наиболее близким к заявляемому составу является теплоизоляционный материал по заявке N 96101422, который содержит базальтовое супертонкое волокно, глинистое связующее, поливинилацетатную дисперсию, а в качестве гидрофобизирующей добавки - гидрофобизирующую жидкость 136-41 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Базальтовое супертонкое волокно диаметром 0,2-3,0 мкм - 88,7 - 98,3
Глинистое связующее - 0,5 - 7,0
Поливинилацетатная дисперсия - 1,0 - 2,3
Гидрофобизирующая жидкость 136-41 - 0,2 - 2,0
Данный теплоизоляционный материал, так же как и аналоги, из-за наличия в его составе глинистого связующего обладает низкой водостойкостью.Closest to the claimed composition is a thermal insulation material according to the application N 96101422, which contains a basalt superthin fiber, a clay binder, a polyvinyl acetate dispersion, and as a hydrophobizing additive - hydrophobizing liquid 136-41 in the following ratio of components, wt.%:
Super thin basalt fiber with a diameter of 0.2-3.0 microns - 88.7 - 98.3
Clay binder - 0.5 - 7.0
Polyvinyl acetate dispersion - 1.0 - 2.3
Water repellent liquid 136-41 - 0.2 - 2.0
This heat-insulating material, as well as analogues, due to the presence in its composition of a clay binder has a low water resistance.

Кроме того, известно, что глинистое связующее не обеспечивает создания в изделиях жесткой структуры, ответственной за реализацию высоких прочностных характеристик, поэтому теплоизоляционные материалы с применением глины относятся к классу мягких или полужестких изделий. Необходимые прочность и жесткость материалов достигаются при повышении содержания глинистого связующего в составе теплоизоляционного материала, однако при этом значительно увеличивается его объемная масса и ухудшаются теплоизоляционные свойства. In addition, it is known that clay binder does not provide the creation of a rigid structure in products, responsible for the implementation of high strength characteristics, therefore, heat-insulating materials using clay belong to the class of soft or semi-rigid products. The necessary strength and stiffness of the materials are achieved by increasing the content of clay binder in the composition of the insulating material, however, its bulk is significantly increased and the insulating properties deteriorate.

Следует также отметить, что введение свыше 1,0 мас.% кремнийорганических жидкостей, к классу которых относится используемая в прототипе гидрофобизирующая жидкость 136-41, в состав теплоизоляционного материала отрицательно влияет на горючесть, ограничивая его области применения. It should also be noted that the introduction of more than 1.0 wt.% Organosilicon liquids, the class of which the hydrophobizing liquid 136-41 used in the prototype belongs to, in the composition of the heat-insulating material adversely affects combustibility, limiting its scope.

Все эти недостатки в конечном итоге снижают эксплуатационные свойства теплоизоляционного материала. All these shortcomings ultimately reduce the operational properties of the insulating material.

Задачей настоящего изобретения является создание негорючего теплоизоляционного материала с улучшенными эксплуатационными свойствами за счет повышения водостойкости и прочностных характеристик. The objective of the present invention is to provide a non-combustible heat-insulating material with improved performance properties by increasing water resistance and strength characteristics.

Поставленная задача решается предлагаемым составом теплоизоляционного материала (ТИМ), который содержит базальтовое супертонкое волокно, поливинилацетатную дисперсию, кремнезоль, сульфанол, а в качестве гидрофобизирующей добавки - кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Поливинилацетатная дисперсия - 2,0 - 2,5
Кремнезоль - 3,3 - 3,8
Сульфанол - 0,05 - 0,1
Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 - 0,1 - 0,3
Базальтовое супертонкое волокно диаметром 0,2 - 3,0 мкм - Остальное
Так же как и в прототипе, базальтовое супертонкое волокно является волокнистой основной, поливинилацетатная дисперсия - один из компонентов связующего.The problem is solved by the proposed composition of the heat-insulating material (TIM), which contains super-thin basalt fiber, polyvinyl acetate dispersion, silica sol, sulfanol, and GKZh-10 organosilicon liquid as a hydrophobizing additive in the following ratio of components, wt.%:
Polyvinyl acetate dispersion - 2.0 - 2.5
Silica sol - 3.3 - 3.8
Sulfanol - 0.05 - 0.1
Silicone fluid GKZH-10 - 0.1 - 0.3
Super-thin basalt fiber with a diameter of 0.2 - 3.0 microns - Else
As in the prototype, basalt superthin fiber is the main fibrous, polyvinyl acetate dispersion is one of the components of the binder.

Кремнезоль - продукт, получаемый переработкой зольно-шлаковых отходов. В своем составе в качестве основного вещества он содержит 40-60% двуокиси кремния (SiO₂) и используется в технике:
- для склеивания керамических поверхностей;
- служит добавкой при изготовлении красок, грунтовок.Silica sol is a product obtained by processing ash and slag waste. In its composition as the main substance it contains 40-60% silicon dioxide (SiO ₂ ) and is used in the technique:
- for gluing ceramic surfaces;
- serves as an additive in the manufacture of paints, primers.

Применение кремнезоля в производстве теплоизоляционных материалов не известно. The use of silica in the production of insulating materials is not known.

В заявляемом техническом решении кремнезоль используется в качестве дополнительного связующего, благодаря которому достигается создание достаточно прочной структуры базальтоволокнистого материала, а также повышается термо- и водостойкость теплоизоляционного материала. In the claimed technical solution, silica sol is used as an additional binder, due to which the creation of a sufficiently strong structure of the basalt fiber material is achieved, as well as the thermal and water resistance of the heat-insulating material is increased.

Кроме того, совместное применение кремнезоля и кремнийорганической жидкости ГКЖ-10 приводит к образованию гидрофобной кремнийорганической системы, которая обеспечивает защиту материала от влаги, повышая срок службы и эксплуатационные свойства изделия. In addition, the combined use of silica sol and organosilicon liquid GKZh-10 leads to the formation of a hydrophobic organosilicon system that protects the material from moisture, increasing the service life and operational properties of the product.

Сульфанол способствует получению гомогенной суспензии связующего, создает условия для равномерного распределения ее по объему материала и, как следствие, обеспечивает стабильность его эксплуатационных свойств. Sulfanol helps to obtain a homogeneous suspension of a binder, creates conditions for its uniform distribution over the volume of the material, and, as a result, ensures the stability of its operational properties.

Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 является гидрофобизирующей добавкой, при этом содержание ее в составе теплоизоляционного материала минимальное (0,1-0,3 мас.%), что делает материал негорючим. GKZh-10 organosilicon liquid is a hydrophobizing additive, while its content in the composition of the insulating material is minimal (0.1-0.3 wt.%), Which makes the material non-combustible.

Заявляемый состав готовят известным в технике способом:
- приготовление связующего смешением компонентов (поливинилацетатная дисперсия, кремнезоль, кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 и сульфанол) в воде;
- пропитка связующим ковра из базальтового супертонкого волокна;
- формование материала заданной толщины вакуум-фильтрационным способом при разряжении 0,44-0,8 кг/см³ до остаточной влажности 15-20%;
- сушка при 150-180^oC в течение 40-50 минут в зависимости от толщины материала.The inventive composition is prepared in a manner known in the art:
- preparation of a binder by mixing the components (polyvinyl acetate dispersion, silica sol, silicone liquid GKZH-10 and sulfanol) in water;
- impregnation of a binder carpet of basalt superthin fiber;
- molding a material of a given thickness by a vacuum filtration method with a discharge of 0.44-0.8 kg / cm ³ to a residual moisture content of 15-20%;
- drying at 150-180 ^o C for 40-50 minutes depending on the thickness of the material.

Изготовленные образцы теплоизоляционного материала имеют следующие характеристики, определенные в соответствии с ГОСТ 17177-87 и ГОСТ 7076-87:
Плотность, кг/м³ - 100 - 150
Коэффициент теплопроводности при 25^oC, Вт/мк - 0,038 - 0,04
Сорбционное увлажнение за 24 ч, % - 1,0 - 1,5
Водопоглощение за 24 часа: по массе, % - 35 - 40
по объему, % - 3 - 4
Прочность на сжатие при 10%-й деформации, МПа - 0,03 - 0,04
Температура применения, ^oC - До 700
Сравнение заявляемого состава теплоизоляционного материала с прототипом показало, что хотя в обоих составах присутствуют базальтовое супертонкое волокно и поливинилацетатная дисперсия, но заявляемый теплоизоляционный материал отличается наличием кремнезоля, сульфанола, иной гидрофобизирующей добавкой, а также иным количественным составом, чем у прототипа, т.е. предложение обладает новизной.The manufactured samples of heat-insulating material have the following characteristics defined in accordance with GOST 17177-87 and GOST 7076-87:
Density, kg / m ³ - 100 - 150
The coefficient of thermal conductivity at 25 ^o C, W / μ - 0,038 - 0,04
Sorption hydration in 24 hours,% - 1.0 - 1.5
Water absorption in 24 hours: by mass,% - 35 - 40
by volume,% - 3 - 4
Compressive strength at 10% deformation, MPa - 0.03 - 0.04
Application temperature, ^o C - Up to 700
Comparison of the claimed composition of the thermal insulation material with the prototype showed that although both compositions contain super-thin basalt fiber and polyvinyl acetate dispersion, the claimed thermal insulation material is characterized by the presence of silica sol, sulfanol, a different water-repellent additive, and also by a different quantitative composition than that of the prototype, i.e. the proposal is new.

Сравнение предлагаемого состава теплоизоляционного материала не только с прототипом, но и с другими составами показало, что в технике не известен теплоизоляционный материал, в котором бы имело место предложенное сочетание компонентов. А именно такое сочетание позволило получить теплоизоляционный материал с высокими эксплуатационными характеристиками: негорючий, с повышенной водостойкостью и прочностью, т.е. решить поставленную задачу. Такое решение явно не вытекает из существующего уровня техники и не было очевидным для специалистов, что дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем. Comparison of the proposed composition of the thermal insulation material not only with the prototype, but also with other compositions showed that the thermal insulation material in which the proposed combination of components would take place is not known in the art. Namely, such a combination made it possible to obtain a heat-insulating material with high operational characteristics: non-combustible, with increased water resistance and strength, i.e. solve the problem. This solution clearly does not follow from the existing level of technology and was not obvious to specialists, which gives reason to consider this technical solution as inventive.

Входящие в теплоизоляционный материал компоненты изготавливаются промышленностью. Изготовление самого материала производится известным в технике способом и на известном оборудовании. Наличие же теплоизоляционного материала, обладающего высокими эксплуатационными свойствами, не вызывает сомнений. Таким образом, предложение имеет третий признак - промышленную применимость. The components included in the thermal insulation material are manufactured by industry. The manufacture of the material itself is carried out in a manner known in the art and on known equipment. The presence of a heat-insulating material with high performance properties is beyond doubt. Thus, the proposal has a third feature - industrial applicability.

Для экспериментальной проверки заявляемого теплоизоляционного материала было приготовления 5 составов, три из которых показали оптимальные результаты (см. таблицу). For experimental verification of the claimed thermal insulation material, 5 compositions were prepared, three of which showed optimal results (see table).

Состав N 1 не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к теплоизоляционным материалам, из-за низкой прочности и низкой устойчивости к влаге, что связано с пониженным содержанием кремнезоля и гидрофобизатора - кремнийорганической жидкости ГКЖ-10. Composition No. 1 does not meet the requirements for heat-insulating materials due to low strength and low resistance to moisture, which is associated with a reduced content of silica sol and water repellent - GKZh-10 organosilicon liquid.

Состав N 5 обладает удовлетворительными прочностными характеристиками и высокой водостойкостью, однако при этом ухудшаются его теплоизоляционные свойства и значительно повышается объемная масса из-за снижения содержания базальтового супертонкого волокна, определяющего уровень данных характеристик. Composition No. 5 has satisfactory strength characteristics and high water resistance, however, its heat-insulating properties deteriorate and bulk density significantly increases due to a decrease in the content of super-thin basalt fiber, which determines the level of these characteristics.

Высокие эксплуатационные свойства разработанного теплоизоляционного материала (негорючесть, малая объемная масса, низкий коэффициент теплопроводности, термо- и водостойкость) расширяют границы его применения. Он может использоваться не только в промышленном и гражданском строительстве, для модернизации и капитального ремонта существующих зданий и сооружений с целью приведения их ограждающих конструкций к современным требованиям по теплотехнике, но и в судо-, вагоно- и котлостроении, авиации и других отраслях промышленности. High operational properties of the developed heat-insulating material (incombustibility, low bulk density, low coefficient of thermal conductivity, thermal and water resistance) expand the boundaries of its application. It can be used not only in industrial and civil construction, for the modernization and overhaul of existing buildings and structures with the aim of bringing their enclosing structures to modern requirements for heat engineering, but also in ship, car and boiler building, aviation and other industries.

Claims

Heat-insulating material, including basalt superthin fiber, polyvinyl acetate dispersion and hydrophobizing additive, characterized in that it additionally contains silica sol, sulfanol, and GKZh-10 organosilicon liquid as a hydrophobizing additive in the following ratio of components, wt.%:
Polyvinyl acetate dispersion - 2.0 - 2.5
Silica sol - 3.3 - 3.8
Sulfanol - 0.05 - 0.1
Silicone fluid GKZH-10 - 0.1 - 0.3
Balsamic superfine fiber with a diameter of 0.2 - 3.0 microns - Rest