Состав для изготовления теплоизоляционного материала

Состав для изготовления теплоизоляционного материала

Реферат

Введение

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для изготовления теплоизоляционного материала, предназначенного для трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, теплообменных баков, нефте- и битумопроводов, холодильных камер, кузовов автомобилей и вагонов. Для теплоизоляционных материалов указанного назначения чрезвычайно важными показателями являются: срок эксплуатации, определяемый скоростью старения материала, горючесть и механическая прочность, особенно для трубопроводов, где появление трещин в материале делает его непригодным для теплоизоляции.

Уровень техники

Известна смесь (А.С. СССР №1505909, 1989 г.) для изготовления теплоизоляционного материала, включающая карбамидную смолу, хлористый аммоний, полуводный фосфогипс, пенополистирол, сульфитный щелок, перлитовый песок и воду.

Однако изделия из этой смеси при высокой объемной массе имеют низкую механическую прочность.

Известен состав (Пат. СССР №1834870, 1993 г.) для изготовления теплоизоляционного материала, включающий карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель, наполнитель, поверхностно-активное вещество, карбамид, силикат натрия.

Однако недостатками этого состава являются относительно высокое водопоглощение готовых изделий, значительное содержание вредных примесей, низкая механическая прочность готовых изделий и низкий срок их эксплуатации из-за старения и деструкции при температурах выше 40°С.

Известен (Пат. РФ №2055820, 1996 г.) состав для изготовления теплоизоляционного материала, который является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату.

Он содержит следующие компоненты, мас.%:

карбамидоформальдегидная смола	20-65
поверхностно-активное вещество	1-5
кислотный отвердитель	1-5
наполнитель	5-40
пластификатор	0,2-5,0
вода	остальное

В качестве наполнителя состав содержит или вспученный перлитовый песок, или пористые пески на основе шлаков, или гипс, или фосфогипс, или шлам от бумажного производства, или керамзит, или полимерную крошку, или древесные опилы, или силикат натрия, или их бинарные или тройные смеси в массовом соотношении ингредиентов 1:1.

Состав позволяет получить устойчивую пеномассу, снизить водопоглощение, уменьшить объем вредных выделений в атмосферу, снизить объемную массу.

Однако этот состав обладает следующими недостатками:

- невысокий срок эксплуатации изделий из-за быстрого старения и деструкции при температуре эксплуатации выше 100°С, имеющей место, например, для трубопроводов горячего теплоснабжения и теплообменных баков;

- низкие характеристики пожарной безопасности готового теплоизоляционного материала;

- низкая механическая прочность изделий.

Таким образом, не известен состав для изготовления теплоизоляционного материала, обладающий одновременно более высокими сроком эксплуатации, характеристиками пожарной безопасности и показателями механической прочности.

Сущность изобретения

Изобретательская задача состояла в поиске состава для изготовления теплоизоляционного материала, включающего карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель, наполнитель, поверхностно-активное вещество и воду, который позволил бы получать материал, обладающий одновременно более высоким сроком эксплуатации, характеристиками пожарной безопасности и показателями механической прочности.

Поставленная задача решена составом для изготовления теплоизоляционного материала, включающим карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель, наполнитель, поверхностно-активное вещество и воду, который в качестве наполнителя содержит асбест-хризотил, или базальтовое волокно, или стекловолокно, или шлаковату, или их бинарную смесь при любом соотношении, а также дополнительно содержит модификатор РЭСТ на основе карбоксилатов щелочных металлов и спиртов алифатического ряда при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбамидоформальдегидная смола	65-72
кислотный отвердитель	1,1-1,8
наполнитель	1,1-10,2
поверхностно-активное вещество	2,6-3,4
модификатор РЭСТ на основе карбоксилатов щелочных
металлов и спиртов алифатического ряда	2,2-2,4
вода	10,2-28,0

Изобретение позволяет получить следующие преимущества:

- значительно, в 5-6 раз, увеличить срок эксплуатации изделий в результате уменьшения скорости старения теплоизоляционного материала;

- повысить пожарную безопасность готового материала;

- повысить прочностные показатели изделий.

Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения изобретения

Для получения заявленного состава можно использовать следующие вещества.

В качестве карбамидоформальдегидной смолы можно использовать, например, КФМТ-15 (ТУ 6-00-0501-5227-26-95), ВПСГ (ТУ 2223-057-0501-5227-96), КФ-Ж (ГОСТ 14231-88), (ТУ 2223-012-00203803-98), "Форкон" (ТУ 2181-013-00203803-98).

В качестве кислотного отвердителя можно использовать кислоту ортофосфорную (ГОСТ 10676-76) или кислоту серную (ГОСТ 4204-77).

В качестве наполнителя можно использовать асбест-хризотил (ГОСТ 12871-93), или рубленое базальтовое волокно (ТУ У В.2.7.88 023.025-96), или стекловолокно (ТУ 17139-2000), или шлаковату (ГОСТ 4640-93), или бинарные смеси этих материалов. При этом соотношение компонентов может быть любым и определяется лишь необходимостью получения качества готовых изделий, определяемого спецификой области применения последних.

В качестве поверхностно-активного вещества можно использовать такие, которые сохраняют пенообразующую способность в кислых средах, например пенообразователь №3 (ТУ 6-14-508-80, изменение №1), ПО-ЗА (ТУ 38-10923-86) или "Поток" (ТУ 38-5074-87).

В качестве модификатора используют модификатор "РЭСТ" (ТУ 2254-348-04740850-01) на основе карбоксилатов щелочных металлов и спиртов алифатического ряда.

Заявленный состав можно получить, например, при атмосферном давлении и температуре окружающей среды 5-35°С путем последовательного введения в аппарат-смеситель карбамидоформальдегидной смолы, воды, поверхностно-активного вещества, модификатора и наполнителя, энергичного перемешивания компонентов смеси до образования заданного объема пены и введения кислотного отвердителя. Для получения изделий пену выливали в формы и через 15-20 мин отвердевшие изделия в виде плит 1000×1000×100 или 1000×1000×50 мм помещали на поддоны, выдерживали сначала при 20-25°С в течение 8 час и затем до полного высыхания при 40-50°С (12-18 час).

Полученные изделия подвергали испытаниям по ГОСТ 30244-94, ГОСТ 30402-96, ГОСТ 17177-94.

О сроке эксплуатации изделий судили по результатам ускоренных испытаний старения образцов. Для этого изделия размерами 100×100×100 мм нагревали в атмосфере азота при температуре 150°С и визуально фиксировали t_ускор - время появления первой трещины в образце.

Для расчета срока эксплуатации изделий в реальных условиях, т.е. при температуре 90-120°С (t_реал), использовали термический коэффициент скорости деструкции, равный 2,7.

Показатель горючести определяли по двум параметрам: 1) убыль массы (в процентах) образцов длиной 400 мм и диаметром 50 мм, выдерживаемых в пламени газовой горелки с температурой 800°С в течение 30 мин;

2) прирост температуры пламени над образцами (°С).

Для сравнения изготавливали изделия из состава прототипа, используя следующие компоненты, мас.%:

- раствор крепителя М-3	65
- ортофосфорная кислота	1
- наполнитель:
измельченные отходы суспензионного полистирола	4
- вспученный перлитовый песок	1
- спирт поливиниловый	0,2
- поверхностно-активное вещество - пенообразователь
"Поток"	1
- фосфорнокислый аммоний	0,5
- смесь карбоновых кислот С2 и С4 в соотношении 1:2	0,3
- вода	27

Для сравнения состав по прототипу и изделия из него получали и испытывали в условиях, аналогичных условиям получения и испытания заявленного состава и изделий из него

Примеры заявленного состава при различном содержании различных компонентов приведены в табл.1.

Результаты сравнительных испытаний составов, указанных в табл. 1, и составов по прототипу представлены в табл.2.

Как с очевидностью следует из представленных данных, заявленный состав позволяет получать изделия с высокими качественными характеристиками.

Таблица 1
Примеры заявленного состава
Компоненты	Содержание компонентов, мас.%
	1	2	3	4	5	6	7	8
Карбамидоформальдегидная смола:
- КФМТ	72	-	71	72	72	72	72	72
- ВПСГ	-	65	-	-	-	-	-	-
Кислотный отвердитель:
- ортофосфорная кислота	1,8	-	-	-	-	-	-
- серная кислота	-	1,1	1,1	1,1	1,8	1,1	1,1	1,1
Наполнитель:
- асбест-хризотил	1,1	-	-	-	-	-	-	-
- базальтовое волокно	-	1,1	-	-	-	-	-	-
- стекловолокно	-	-	3,5	-	-	-	-	-
- шлаковата	-	-	-	4,0	-	-	-	-
- асбест + базальтовое волокно 1:50	-	-	-	-	-	-	-	5,0
- асбест-хризотил + шлаковата 1:10	-	-	-	-	10,2	-	-	-
- базальт. волокно + стекловолокно 1:1	-	-	-	-	-	7,1	-	-
- стекловолокно+шлаковата 1:5	-	-	-	-	-	-	10,0	-
ПАВ: пенообразователь N3	2,6	2,6	3,0	3,0	3,4	3,0	3,0	3,5
Модификатор РЭСТ	2,2	2,2	2,3	2,3	2,4	2,3	2,3	2,3
Вода	20,3	28,0	19,1	17,6	10,2	14,5	11,6	16,1

Таблица 2
Качественные показатели
Наименование показателя	Примеры
	1	2	3	4	5	6	7	8	Прототип
Срок эксплуатации:
- tускор, суток	54	50	52	52	54	52	54	51	9
- tреал, лет	30	27	28,5	28,5	30	28,5	30	28	4
Показатель горючести:
- убыль массы, %	41	45	42	43	42	41	42	45	55
- прирост температуры, °С	150	180	155	155	157	156	155	170	260
Предел прочности при сжатии, кПа	150	120	140	160	120	130	130	150	90
Коэффициент теплопроводности, λ·103 Вт (м·К)	36	34	36	36	36	36	36	35	38
Плотность, кг/м3	150	120	150	150	150	150	150	140	120

Состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель, наполнитель, поверхностно-активное вещество и воду, отличающийся тем, что он в качестве наполнителя содержит асбест-хризотил, или базальтовое волокно, или стекловолокно, или шлаковату, или их бинарную смесь при любом массовом соотношении, а также дополнительно содержит модификатор РЭСТ на основе карбоксилатов щелочных металлов и спиртов алифатического ряда при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбамидоформальдегидная смола	65-72
кислотный отвердитель	1,1-1,8
наполнитель	1,1-10,2
поверхностно-активное вещество	2,6-3,4
модификатор РЭСТ на основе карбоксилатов
щелочных металлов и спиртов алифатического ряда	2,2-2,4
вода	10,2-28,0