Композиция для изготовления пеногипсовых изделий

Композиция для изготовления пеногипсовых изделий

Реферат

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к пеногипсовым композициям, используемым для изготовления легких теплоизоляционных материалов с пористой структурой. Пористые гипсовые материалы уменьшают потребление энергии обогрева зданий и способствуют защите окружающей среды благодаря уменьшению эмиссии дымовых газов.

Следует отметить, что материалы на основе гипсового вяжущего обладают небольшой прочностью, еще менее прочными являются пеногипсовые материалы. Для улучшения эксплуатационных характеристик последних при их изготовлении вводятся различные добавки.

Известна композиция для получения легких строительных деталей, включающая гипс (преимущественно полуводный), 3% по массе гранулированного материала, например пенополистирола, 0,1-5% пленкообразующего латексного материала, 0,075-0,3% поверхностно-активного вещества, обладающего воздухововлекающим действием, например лаурил-сульфата магния или натрия, 0,5-3% крахмала и 50-60% от массы гипса воды [US 4265964, Lightweight frothed gypsum structural units. Burkhart G.W., опубл. 05.05.81]. Однако изделия данного состава имеют низкую прочность и повышенную ползучесть.

Известна пеногипсовая композиция, включающая полуводный гипс, кварцевый песок, пенообразователь и воду. Данная композиция дополнительно содержит ортофосфорную кислоту и силикат магния и/или алюминия, а в качестве пенообразователя - смесь синтетического моющего средства и поливинилового спирта в соотношении 1:1 [RU 2280627, Пеногипсовая композиция. Косенко Н.Ф., Блинова О.В., Веселкова Е.А., опубл. 27.07.2006]. При изготовлении гипсового пеноматериала по данной методике требуется нагревание, что приводит к существенным энергозатратам, кроме того, эта пеногипсовая композиция обладает слабыми теплоизоляционными свойствами.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является композиция для изготовления пеногипсовых изделий, которая содержит гипсовое вяжущее, пенообразователь - натриевую соль вторичных алкил-сульфатов, загуститель - раствор поливинилового спирта и/или поливинилацетатную дисперсию и воду. Композиция дополнительно содержит аминоформальдегидную смолу с отвердителем - хлористым аммонием, ускоритель твердения гипсового вяжущего - сернокислый калий или сернокислый натрий, а также антипирен - диаммоний фосфат или аммофос и акцептор формальдегида [RU 2099305. Способ изготовления пеногипсовых изделий, композиция для изготовления пеногипсовых изделий. Баранов И.М., Реутова Н.А., опубл. 20.12.1997]. Композиция сложна по составу, а также многостадиен процесс изготовления пеногипсового материала заявляемого состава. Кроме того, этот материал обладает относительно высокой плотностью, что создает дополнительную нагрузку на фундамент, недостаточной прочностью и высокой теплопроводностью, что ухудшает его теплоизоляционные свойства.

Создание новых энергосберегающих вспененных материалов на основе гипса, обладающих высокой прочностью, низким удельным весом и хорошими теплоизоляционными свойствами, расширяющих арсенал известных материалов указанного назначения, является важной задачей.

Технический результат - новый вспененный материал на основе гипса, обладающий большой прочностью, низким удельным весом, высокими теплоизоляционными и морозостойкими свойствами.

Технический результат достигается при изготовлении пеногипсовых изделий заявляемого композиционного состава, включающий в качестве гипсового вяжущего смесь строительного гипса и фосфогипса, пенообразователя - неионогенный ПАВ ОП-7, замедлителя затвердевания гипса-винную кислоту, регулятора размера пор - сульфат железа, инициатора полимеризации - перекись водорода, сшивающего реагента - диметилвинилэтинилкарбинол и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

строительный гипс 29,0

фосфогипс 29,0

неионогенный ПАВ ОП-7 0,01

винная кислота 0,1

сульфат железа 0,003

перекись водорода (25% водный раствор) 0,01

диметилвинилэтинилкарбинол 0,001

вода остальное

Известно, что в отличие от других минеральных вяжущих процесс твердения гипса сопровождается следующими физико-химическими процессами: молекулы полуводного гипса, частично растворяясь в воде, переходят в плохо растворимые молекулы двуводного гипса. Образовавшийся коллоидный раствор быстро кристаллизуется, а кристаллы двуводного гипса, переплетаясь между собой, образуют прочный кристаллический каркас [Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1986. - 464 с.]. При изготовлении пеногипсовых изделий из заявляемой новой композиции происходит, видимо, молекулярная сшивка этого кристаллического каркаса полимером на основе непредельного карбинола - диметилвинилэтинилкарбинола. Этот процесс армирования (сшивания) приводит к улучшению технических характеристик пеногипса (прочности, морозостойкости, теплопроводности, удельного веса).

Диметилвинилэтинилкарбинол используется при приготовлении клея под названием «Бальзамин» для склейки оптических деталей на оптико-механических заводах России. В уровне техники нет сведений об использовании этого соединения в производстве стройматериалов вообще и пеногипсовых материалов в частности. Диметилвинилэтинилкарбинол получен нами по описанной методике [И.Н.Назаров. Производные винилацетилена. Сообщение II. Конденсация винил- и изопропенилацетилена с кетонами в винилэтинилкарбинолы. Изв АН СССР, сер. хим., 1938, №3, стр.683-694].

Строительный гипс (алебастр, CaSO₄×0.5H₂O - также имеет название гипс β-модификации (ГОСТ 125-79 Марка: Г5) и фосфогипс (ГОСТ 4013-82) просушивали до постоянного веса при температуре 145°C, размалывали на шаровой мельнице и отбирали фракцию 40-50 мкм.

Основной метод получения пеногипса из заявляемой композиции включает следующие операции:

Приготовление гипсового теста из смеси строительного гипса в количестве 29,0 мас.% и фосфогипса в количестве 29,0 мас.%, сульфата железа (регулятор размера пор) в количестве 0,003 мас.%, винной кислоты (замедлитель затвердевания гипса) в количестве 0,1 мас.%, 25%-раствора перекиси водорода (инициатор полимеризации) в количестве 0,01 мас.% обычным перемешиваем (например, бытовой мешалкой фирмы Bosch).

Приготовление пены из неионогенного ПАВ ОП-7 в количестве 0,01 мас.%, диметилвинилэтинилкарбинола (сшивающий реагент) в количестве 0,001 мас.% и воды в количестве 41,876 мас.%. ПАВ выполняет роль пенообразователя, а также переводит нерастворимый в воде диметилвинилэтинилкарбинол в водный раствор. Генерирование пены осуществляют в емкости с водным раствором ПАВ и диметилвинилэтинилкарбинола, в которую опущена пористая пластина, через которую пропускают сжатый воздух.

Объединение гипсового теста с пеной (например, насосом). Продолжают при этом пропускать сжатый воздух. Образующуюся вспененную массу заливают в разборные формы (45×45×450 мм). После затвердевания (1-2.5 часа) пеногипс оставляют для окончательного набора прочности (2 дня) и нарезают на кубики размером (45×45×45 мм) для исследования технических характеристик.

Технические характеристики пеногипсового изделия, имеющего состав заявляемой композиции, приведены в таблице как композиция 1.

Для установления влияния диметилвинилэтинилкарбинола как сшивающего реагента на прочностные свойства пеногипсового материала было изготовлено по вышеприведенному методу пеногипсовое изделие, в составе которого отсутствуют диметилвинилэтинилкарбинол (сшивающий реагент) и перекись водорода (инициатор полимеризации карбинола). Композиционный состав этого пеногипсового изделия следующий, мас.%:

строительный гипс 29,0

фосфогипс 29,0

неионогенный ПАВ ОП-7 0,01

винная кислота 0,1

сульфат железа 0,003

вода остальное

Технические характеристики этого пеногипсового изделия (композиция 2) и изделия по прототипу также приведены в таблице.

Технические характеристики пеногипсовых изделий
Состав пеногипсовых изделий	Удельный вес, кг/м3	Теплопроводность, Вт/(м К)	Предел прочности на сжатие, МПа	Морозостойкость, циклы
Композиция 1	100	0,035	2,2	30
Композиция 2	80	0,04	0,1	15
Прототип	215	0,07	1,75	-

Сравнительный анализ данных таблицы свидетельствует о том, что заявляемая композиция для изготовления пеногипсовых изделий (в таблице композиция 1) позволяет получать вспененный материал с улучшенными по сравнению с прототипом техническими характеристиками - более низким удельным весом (легче в два раза), более прочным (на 0,45 МПа), и его теплопроводность в два раза ниже, чем у прототипа. Отсутствие сшивающего реагента (в таблице композиция 2) оказывает существенное влияние на прочностные свойства материала - снижение в 22 раза по сравнению с заявляемой композицией, наблюдается снижение и морозостойкости (в 2 раза), что также находится в зависимости от прочностных параметров пеногипсового материала.

Таким образом, заявляемая композиция решает задачу создания нового энергосберегающего вспененного материала на основе гипса, обладающего высокой прочностью, низким удельным весом и хорошими теплоизоляционными свойствами. Технология его изготовления не требует нагревания, и технический результат достигается при использовании незначительных количеств (0,001 мас.%) сшивающего (армирующего) реагента.

Композиция для изготовления пеногипсовых изделий, включающая гипсовое вяжущее, пенообразователь и воду, отличающаяся тем, что она содержит в качестве гипсового вяжущего смесь строительного гипса и фосфогипса, а в качестве пенообразователя неионогенный ПАВ ОП-7 и дополнительно содержит замедлитель затвердевания гипса - винную кислоту, регулятор размера пор - сульфат железа, инициатор полимеризации - перекись водорода и сшивающий реагент - диметилвинилэтинилкарбинол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

строительный гипс	29,0
фосфогипс	29,0
неионогенный ПАВ ОП-7	0,01
винная кислота	0,1
сульфат железа	0,003
перекись водорода 25%-ный водный раствор	0,01
диметилвинилэтинилкарбинол	0,001
вода	остальное