Химический вспенивающий агент - порофор Chemical blowing agent - porophore
Изобретение относится к производству строительных материалов и химии полимеров и может быть использовано для изготовления теплоизолирующих, звукопоглощающих и облегчённых конструкционных элементов - панелей, перегородок и изделий любых форм.The invention relates to the production of building materials and polymer chemistry and can be used for the manufacture of heat-insulating, sound-absorbing and lightweight structural elements - panels, partitions and products of any shape.
Предложенное техническое решение относится к производству вспененным материалов, получаемых химическим вспениванием, на основе неорганических гидравлических вяжущих, содержащих портланд - цемент, пуццолановый цемент, высокоалюминатные цементы, на основе воздушных вяжущих, содержащих гипс, а также из органических материалов, их смесей или смесей с другими минеральными компонентами.The proposed solution relates to the production of foamed materials obtained by chemical foaming, based on inorganic hydraulic binders containing Portland cement, pozzolanic cement, high aluminate cements, based on air binders containing gypsum, as well as from organic materials, mixtures or mixtures thereof with other mineral components.
Более подробно, изобретение относится к химическим вспенивающим агентам, способным генерировать азот, аммиак, кислород, двуокись углерода в процессе приготовления цементного или гипсового раствора.In more detail, the invention relates to chemical blowing agents capable of generating nitrogen, ammonia, oxygen, carbon dioxide in the process of preparing a cement or gypsum mortar.
Известна вспененная композиция, где в качестве вспенивающего компонента применяют химические вспенивающие компоненты (Патент США 20060101 ) - перекись водорода, бикарбонат аммония, перекись магния, бихромат калия, карбонат аммония, нитрат аммония, азобисизибутиронитрил, азобисамид пербензойную кислоту и 4.4- oкcибиc(бeнзoлcyльфo)гидpaзид или , азадикарбоамид (Заявка на Патент США 20060266263 ).A foam composition is known where chemical foaming components are used as the foaming component (US Patent 20060101) —hydrogen peroxide, ammonium bicarbonate, magnesium peroxide, potassium dichromate, ammonium carbonate, ammonium nitrate, azobisisibutyronitrile, azobisobyl acid, 4.4-free or, azadicarboamide (US Patent Application 20060266263).
Недостатком изделий с известным вспенивающим агентом является относительно невысокая прочность получаемого материала.The disadvantage of products with known blowing agent is the relatively low strength of the material obtained.
Известны вспенивающие компоненты на основе предполимеров на основе дифенилметан- или толуилендиизоцианатов (Патент США 5852063).Known foaming components based on prepolymers based on diphenylmethane - or toluene diisocyanates (US Patent 5852063).
Наиболее близким по технической сущности является техническое решение ( заявка на патент US19700055293 19700715 B29C67/00), в котором в качестве вспенивающего агента применяют карбонат или бикарбонат натрия, карбонат и хлорид аммония, динитрозопентаметилен- тетраамин, азобисизобутиронитрил или бензолсульфогидразид, которые
разлагаются при нагревании.The closest in technical essence is the technical solution (patent application US19700055293 19700715 B29C67 / 00), in which sodium carbonate or bicarbonate, ammonium carbonate and chloride, dinitrosopentamethylene tetraamine, azobisisobutyronitrile or benzene sulfohydrazide are used as blowing agent decompose on heating.
Недостатком указанных вспенивающих компонентов является то, что для разложения вышеназванных веществ требуется подогрев композиции, хотя бы одного компонента или формы, а сам процесс вспенивания плохо управляем, так как зависит от температуры.The disadvantage of these foaming components is that the decomposition of the above substances requires heating the composition, at least one component or form, and the foaming process itself is poorly controlled, as it depends on temperature.
Задачей заявляемого изобретения является разработка таких вспенивающих агентов, скорость разложения которых мало зависит от температуры, а определяется щёлочностью композиции, что позволяет проводить процесс вспенивания при низких температурах окружающей среды и регулировать скорость вспенивания использованием добавок - оксидов, гидроксидов, карбонатов кальция, магния, бария и других щелочных солей или органических оснований, то есть улучшить его технические характеристики - расширить температурный диапазон применения вспенивающего агента и создать возможность регулирования скорости его вспенивания.The objective of the invention is to develop such foaming agents, the decomposition rate of which does not depend much on temperature, but is determined by the alkalinity of the composition, which allows the foaming process to be carried out at low ambient temperatures and to regulate the foaming rate using additives - oxides, hydroxides, calcium, magnesium, barium carbonates and other alkaline salts or organic bases, that is, to improve its technical characteristics - to expand the temperature range of the use of foaming th agent and create the ability to control the speed of its foaming.
Поставленная задача достигается тем, что в качестве вспенивающих агентов для гидравлических вяжущих используются нитрозоамиды общей формулы R1R2N-CX-NR3R4 , где X=O, =N-CN ,a R-ι, ,R2 и R3 могут быть нитрозо группой, а R2 ,R3, R4- могут быть водородом , алкилом CrCi2, ацилом монокарбоновой CrCi2 или дикарбоновой кислоты C2-Cs, оксиалкилы CrC12 или другими изоалкилами, циклоакилами или арилами в которых водороды могут замещены галоидами, нитрилом и другими группами.This object is achieved in that nitrosoamides of the general formula R 1 R 2 N-CX-NR 3 R 4 , where X = O, = N-CN, a R-ι,, R 2 and R, are used as foaming agents for hydraulic binders 3 may be a nitroso group, and R 2 , R 3 , R 4 - may be hydrogen, alkyl CrCi 2 , acyl of monocarboxylic CrCi 2 or dicarboxylic acid C 2 -Cs, hydroxyalkyls CrC 12 or other isoalkyls, cycloakyls or aryls in which hydrogen can substituted by halogens, nitrile and other groups.
Предлагаемая группа вспенивающих агентов получена известными реакциями нитрозирования, алкилирования, ацилирования оксиалкилирования (оксиметилирования).The proposed group of blowing agents is obtained by the known reactions of nitrosation, alkylation, acylation of oxyalkylation (oxymethylation).
Эффективность заявляемого изобретения иллюстрируется ниже следующими примерами получения вспененных материалов на основе различных гидравлических вяжущих.The effectiveness of the claimed invention is illustrated below by the following examples of the production of foamed materials based on various hydraulic binders.
Пример 1.Example 1
100 г гипсо-цементно-пуццоланового вяжущего, 60 мл воды и 1 мл 30 % раствора нитрозодиметилкарбамида
о Il100 g of gypsum-cement-pozzolanic binder, 60 ml of water and 1 ml of a 30% solution of nitrosodimethylcarbamide about Il
CH3 - N — С — NHCH3 CH 3 - N - C - NHCH 3
I NO в ацетоне смешаны при температуре помещения в лабораторном смесителе и залиты в форму. Через 2 мин рост пены прекратился и через 7 мин пена отвердела. Получена неоднородная по размеру пор пена плотностью 590 кг/м3.I NO in acetone is mixed at room temperature in a laboratory mixer and poured into a mold. After 2 minutes the foam growth stopped and after 7 minutes the foam hardened. A foam with a density of 590 kg / m 3 with a non-uniform pore size was obtained.
Пример. 2.Example. 2.
100 г строительного aлeбacтpa,2 г сульфата натрия, 50 мл воды , 0.3 г белкового пеностабилизатора и 3 мл 30 % раствора нитрозодиметил карбамида100 g of construction alabaster, 2 g of sodium sulfate, 50 ml of water, 0.3 g of protein defoamer and 3 ml of a 30% solution of nitrosodimethyl carbamide
ОABOUT
IlIl
CH3 — N — С — NHCH3 CH 3 - N - C - NHCH 3
II
NONO
в ацетоне смешаны в лабораторном смесителе и залиты в форму. Подъём пены начался сразу после смешения, через 2 мин рост пены прекратился, а ещё через 8-10 мин пена отвердела. Получена однородная по размеру пор структурированная пена плотностью 470 кг/м3. Увеличение количества раствора нитрозодиметилкарбамида до 5 мл дало непрчную пену с плотностью 280 кг/м3 .in acetone mixed in a laboratory mixer and poured into a mold. The rise of the foam began immediately after mixing, after 2 minutes the growth of the foam stopped, and after another 8-10 minutes the foam hardened. A structured foam with a density of 470 kg / m 3, uniform in pore size, was obtained. An increase in the amount of nitrosodimethylcarbamide solution to 5 ml gave an unstable foam with a density of 280 kg / m 3 .
Пример 3.Example 3
25 г портланд-цемента , 25 гипса ,50 г кварцевого песка, 1 мл 20% водного раствора нитрозопроизводного конденсата формальдегида25 g of Portland cement, 25 gypsum, 50 g of quartz sand, 1 ml of a 20% aqueous solution of formaldehyde-derived nitroxide condensate
NONO
I H - [NH — С — N — C]n — NH — С -NH2 IH - [NH - C - N - C] n - NH - C -NH 2
Il IlIl il
О О
с карбамидом и 40 мл воды смешаны вручную с помощью лопаточки и вылиты в форму. Схватывание наблюдалось через 20 мин. Получена пена с плотностью 1300 кг/ м3.Oh Oh with urea and 40 ml of water are mixed manually with a spatula and poured into a mold. Curing was observed after 20 minutes. Received foam with a density of 1300 kg / m 3 .
Пример. 4.Example. four.
90 г строительного алебастра, 10 г извести- пушонки , 50 мл воды , 0.3 г пеностабилизатора и 3 мл 30 % раствора нитрозодициандиамида90 g of building alabaster, 10 g of lime-fluff, 50 ml of water, 0.3 g of a foam stabilizer and 3 ml of a 30% solution of nitrosodicyandiamide
ОABOUT
IlIl
N ≡ С — N — С — NH - CH2OHN ≡ C - N - C - NH - CH 2 OH
II
NO смешаны в лабораторном смесителе и залиты в форму. Подъём пены начался сразу после смешения, через 5 мин рост пены прекратился, а ещё через 10 мин пена отвердела. Получена однородная по размеру пор, структурированная пена плотностью 400 кг/м3.NO are mixed in a laboratory mixer and poured into a mold. The rise of the foam began immediately after mixing, after 5 minutes the growth of the foam stopped, and after another 10 minutes the foam hardened. Received uniform in pore size, structured foam with a density of 400 kg / m 3 .
Пример 5Example 5
60 г строительного алебастра, 30 г извести - пушонки, 50 мл воды , 0.2 г белкового пеностабилизатора и 3 мл -25 % раствора нитрозобарбитуровой кислоты (нитpoзo-N,N' -малонилкарбамид)60 g of construction alabaster, 30 g of lime - fluff fluff, 50 ml of water, 0.2 g of protein defoamer and 3 ml of a 25% solution of nitrosobarbituric acid (nitroso-N, N'-malonyl carbamide)
ОABOUT
O = C C = OO = C C = O
NHNH
смешаны в лабораторном смесителе и залиты в форму. Подъём пены начался сразу после смешения, через 3 мин рост пены прекратился, а ещё через 8 мин пена отвердела. Получена однородная по размеру пор структурированная пена плотностью 460 кг/м3.
Пример. 6.mixed in a laboratory mixer and poured into a mold. The rise of the foam began immediately after mixing, after 3 minutes the growth of the foam stopped, and after another 8 minutes the foam hardened. A structured foam with a density of 460 kg / m 3, uniform in pore size, was obtained. Example. 6.
40 г строительного aлeбacтpa,60 г кварцевого песка, 15 г гашёной извести ,40 g constructional alabaster, 60 g quartz sand, 15 g slaked lime,
50 мл воды , 0.3 г белкового пеностабилизатора и 4,5 мл 20 % раствора нитрозоацилдициандиамида50 ml of water, 0.3 g of protein defoamer and 4.5 ml of a 20% solution of nitrosoacyl dicyandiamide
О ОOh Oh
Il IlIl il
N ≡ С — N — С — NH - О — С — CH3 N ≡ C - N - C - NH - O - C - CH 3
II
NONO
в водном ацетоне смешаны в лабораторном смесителе и залиты в форму. Подъём пены начался сразу после смешения, через 5 мин рост пены прекратился, а ещё через 8-10 мин пена отвердела. Получена однородная по размеру пор структурированная пена плотностью 380 кг/м3 in aqueous acetone mixed in a laboratory mixer and poured into a mold. The rise of the foam began immediately after mixing, after 5 minutes the growth of the foam stopped, and after another 8-10 minutes the foam hardened. Received a uniform pore size structured foam with a density of 380 kg / m 3
Как видно из примеров применение нитрозоамидов позволяет получать вспененные материалы различного минерального состава с плотностью , зависящей от дозировки вспенивающего агента, в то время, как щелочной компонент выполняет функцию катализатора и не расходуется. Благодаря этому заявленное техническое решение позволяет получать ячеистые строительные материалы стабильной плотности, что соответствует требованиям по энергосбережению строительных конструкций при минимизации расхода сухих бетонных смесей на основе цементного и гипсового водостойкого вяжущего.
As can be seen from the examples, the use of nitrosoamides allows one to obtain foamed materials of various mineral composition with a density depending on the dosage of the blowing agent, while the alkaline component performs the function of a catalyst and is not consumed. Due to this, the claimed technical solution allows to obtain cellular building materials of stable density, which meets the requirements for energy saving of building structures while minimizing the consumption of dry concrete mixtures based on cement and gypsum waterproof binder.