Состав и способ получения пеносиликатного материала

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности изготовлению высокоэффективных негорючих теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла и природных силикатов. Технический результат состоит в улучшении характеристик по прочности при сохранении водостойкости, а также стабилизации свойств материала и снижении энергозатрат при его получении. Состав для получения пеносиликатного материала содержит, мас.%: жидкое стекло 70-90; наполнитель 5-25; насыщенный раствор CaCl₂ и AlCl₃ 3-5. В способе получения пеносиликатного материала, включающем смешение жидкого стекла и тонкоизмельченного наполнителя в смесителе, гранулирование полученной смеси в растворе хлорида кальция CaCl₂, сушку гранул, укладывание их в металлическую форму и вспучивание в замкнутом объеме формы в печи с получением материала с заданными геометрическими размерами, осуществляют гранулирование погружением смеси через делительную воронку в насыщенный раствор, содержащий CaCl₂ и дополнительно хлорид алюминия AlCl₃, выдерживание в нем в течение 20 мин, сушку после укладки в форму в сушильном шкафу при 60°С в течение 40 мин, вспучивание в печи при 350-380°С в течение 1 часа, при указанном выше соотношении компонентов. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности для изготовления высокоэффективных негорючих теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла и природных силикатов.

Известен способ изготовления пеносиликатного материала для промышленности строительных материалов при изготовлении теплоизоляционных изделий, который предусматривает смешение нагретого до 80°С жидкого стекла 75-90 мас.% с хлористым натрием 3-10 мас.%, затем с наполнителем - горелой породой фракции 0.063-0,1 мм 7-15 мас.% с последующей выдержкой при 60-80°С в течение 30-90 мин, формование изделий и их термообработку в сверхвысокочастотном поле с выдержкой при 200-350°С в течение 1-2 мин на 1 см толщины изделия (патент РФ №211932, 6 С04В 28/24, С04В 111/20, публ. 1998.05.27). Кроме того, после выдержки смесь гранулируют, смешивают со вспученным вермикулитом фракции 10-50 мас.% на 100 мас.% смеси и сушат при 70-85°С до влажности 10-30 мас.%.

Недостатком известного способа является необходимость дополнительных энергозатрат, вследствие того, что предусматривается смешение нагретого до 80°С жидкого стекла, кроме того, наличие в составе только растворимых силикатов приводит к низкой водостойкости полученного пеносиликатного материала.

Известен состав и способ получения вспученного силикатного материала для строительства, а также при изготовлении изделий, применяемых для тепло- и звукоизоляции жилых, административных и промышленных зданий и теплоизоляции трубопроводов (патент РФ 2173674, С04В 28/26, 111/20, публ. 2000.07.20), выбранный в качестве прототипа.

Данный состав для изготовления вспученного материала включает жидкое стекло (47-92 мас.%), гелеобразователь, тонкоизмельченный минеральный наполнитель (0,1-43 мас.%), измельченный пеносиликат (5-18 мас.%), где исходная смесь в качестве гелеобразователя содержит олеиновую кислоту (0,02-0,04 мас.%) и насыщенный водный раствор сахара (1,0-3,0 мас.%).

Недостатком такого состава является большой расход гелеобразующего компонента и необходимость дополнительной операции фиксирования гранулированного бисера в растворе хлористого кальция.

Способ изготовления вспученного материала по вышеописанному составу включает смешивание жидкого стекла, измельченного пеносиликата, тонкоизмельченного минерального наполнителя, олеиновую кислоту и насыщенный водный раствор сахара, полученную смесь гранулируют в экструдере, полученные гранулы подсушивают на воздухе в течение 2 ч или в сушилке при температуре не более 100°С в течение 30 мин, укладывают в перфорированную металлическую форму и вспучивают в замкнутом объеме формы в печи при 400-500°С в течение 30-80 мин с получением материала с заданными геометрическими размерами. Получаемый при гранулировании бисер фиксируют в растворе хлористого кальция и высушивают при 50°-70°С до конечной влажности 30-35%, при вспучивании при СВЧ-нагреве используют замкнутую форму из СВЧ-прозрачного материала.

Недостатком известного способа является использование органических добавок в составе вспученного материала, что приводит с течением времени к возникновению микроорганизмов в составе материала, а также относительно высокая температура вспенивания (400°-500°С).

Задачей настоящего изобретения является разработка пеносиликатного материала с улучшенными характеристиками по прочности при сохранении водостойкости, а также стабилизация достигнутых свойств материала и снижение энергозатрат при осуществлении способа получения пеносиликатного материала.

Поставленная задача решается тем, что состав для получения пеносиликатного материала содержит жидкое стекло, раствор хлорида кальция CaCl₂ в качестве отвердителя, тонкоизмельченный наполнитель, но в отличие от прототипа он содержит указанный раствор насыщенный, дополнительно включающий хлорид алюминия AlCl₃, а в качестве наполнителя - по крайней мере один из метасиликата кальция или магния, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Жидкое стекло	70-90
Наполнитель	5-25
Насыщенный водный раствор CaCl2 и AlCl3	3-5

Поставленная задача решается тем, что способ получения пеносиликатного материала, включает смешение жидкого стекла и тонкоизмельченного наполнителя в смесителе, гранулирование полученной смеси в растворе хлорида кальция CaCl₂, сушку гранул, укладывание их в металлическую форму и вспучивание в замкнутом объеме формы в печи с получением материала с заданными геометрическими размерами, но в отличие от прототипа осуществляют гранулирование погружением смеси через делительную воронку в насыщенный раствор, содержащий CaCl₂ и дополнительно хлорид алюминия - AlCl₃, выдерживание в нем в течение 20 мин, сушку после укладки в форму в сушильном шкафу при 60°С в течение 40 мин, вспучивание - в печи при 350-380°С в течение 1 часа при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Жидкое стекло	70-90
Наполнитель	5-25
Насыщенный водный раствор CaCl2 и AlCl3	3-5

Для получения пеносиликатного материала в качестве связующего берут жидкое стекло и смешивают в смесителе с наполнителем из группы метасиликатов кальция или магния, в частности диопсидовой породой CaO·MgO·2SiO₂ Слюдянского месторождения, тремолитовой породой 2CaO·5MgO·8SiO₂ Алгуйского месторождения, волластонитовой породой CaO·SiO₂ Синюхинского месторождения, затем смесь помещают в делительную воронку с диаметром носика воронки 0,5 см, через которую полученная смесь капает в насыщенный водный раствор солей CaCl₂ и AlCl₃, являющийся отвердителем. При добавлении в жидкостекольную систему отвердителя ионы Са²⁺ и Al³⁺ взаимодействуют с ионными формами жидкого стекла, при этом происходит образование нерастворимых силикатов, что приводит к образованию гранул диаметром до 1 см. Полученные гранулы выдерживают в растворе отвердителя в течение 20 минут, затем вынимают и помещают в металлические формы. При формировании пеносиликатного материала на основе жидкого стекла основным порообразователем является адсорбционная и кристаллизационная вода, поэтому необходима ступенчатая термообработка. Полученные гранулы в металлической форме сушат в сушильном шкафу при температуре 60°С в течение 40 минут, после помещают в муфельную печь и проводят термообработку при температуре 350-380°С в течение 1 часа до получения пеносиликатного материала.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1.

Для приготовления состава для получения пеносиликатного материала помещают породу измельченного диопсида (средний размер частиц 2,9 мкм) с содержанием 20 мас.% (в пересчете на содержание метасиликатов магния и кальция) в 80 мас.% жидкого стекла на основе силиката натрия (с силикатным модулем 2,5; плотностью 1450 кг/м³) и перемешивают в смесителе, полученную смесь выливают в делительную воронку с диаметром носика 0,5 см, через которую полученную смесь пропускают в насыщенный водный раствор солей отвердителя (концентрации CaCl₂ - 25 мас.% и AlCl₃ - 5 мас.% в растворе) и получают гранулы. Полученные гранулы выдерживают в растворе в течение 20 минут, затем вынимают и помещают в металлические формы. Гранулы сушат в сушильном шкафу при температуре 60°С в течение 40 минут, после помещают в муфельную печь и вспенивают при температуре 370°С в течение 1 часа до получения пеносиликатного материала.

Пример 2.

Для приготовления состава для получения пеносиликатного материала помещают породу измельченного тремолита (средний размер частиц 2,5 мкм) с содержанием 20 мас.% (в пересчете на содержание метасиликатов магния и кальция) в 80 мас.% жидкого стекла на основе силиката натрия (с силикатным модулем 2,5; плотностью 1450 кг/м³) и перемешивают в смесителе, полученную смесь выливают в делительную воронку с диаметром носика 0,5 см, через которую полученную смесь пропускают в насыщенный водный раствор солей отвердителя (концентрация CaCl₂ - 25 мас.% и AlCl₃ - 5 мас.% в растворе) и получают гранулы. Полученные гранулы выдерживают в растворе в течение 20 минут, затем вынимают и помещают в металлические формы. Гранулы сушат в сушильном шкафу при температуре 60°С в течение 40 минут, после помещают в муфельную печь и вспенивают при температуре 360°С в течение 1 часа до получения пеносиликатного материала.

Пример 3.

Для приготовления состава для получения пеносиликатного материала помещают породу измельченного волластонита (средний размер частиц 3,6 мкм) с содержанием 20 мас.% (в пересчете на содержание метасиликата кальция) в 80 мас.% жидкого стекла на основе силиката натрия (с силикатным модулем 2,5; плотностью 1450 кг/м³) и перемешивают в смесителе, полученную смесь выливают в делительную воронку с диаметром носика 0,5 см, через которую полученную смесь пропускают в насыщенный водный раствор солей отвердителя (концентрация CaCl₂ - 25 мас.% и AlCl₃ - 5 мас.% в растворе) и получают гранулы. Полученные гранулы выдерживают в растворе в течение 20 минут, затем вынимают и помещают в металлические формы. Гранулы сушат в сушильном шкафу при температуре 60°С в течение 40 минут, после помещают в муфельную печь и вспенивают при температуре 380°С в течение 1 часа до получения пеносиликатного материала.

Пример 4.

Для приготовления состава для получения пеносиликатного материала помещают измельченный метасиликат магния (средний размер частиц 3,2 мкм) с содержанием 20 мас.% в 80 мас.% жидкого стекла на основе силиката натрия (с силикатным модулем 2,5; плотностью 1450 кг/м³) и перемешивают в смесителе, полученную смесь выливают в делительную воронку с диаметром носика 0,5 см, через которую полученную смесь пропускают в насыщенный водный раствор солей отвердителя (концентрация CaCl₂ - 25 мас.% и AlCl₃ - 5 мас.% в растворе) и получают гранулы. Полученные гранулы выдерживают в растворе в течение 20 минут, затем вынимают и помещают в металлические формы. Гранулы сушат в сушильном шкафу при температуре 60°С в течение 40 минут, после помещают в муфельную печь и вспенивают при температуре 380°С в течение 1 часа до получения пеносиликатного материала.

В таблице 1 приведены свойства пеносиликатного материала в зависимости от состава исходных компонентов.

Полученный пеносиликатный материал имеет пористую макроструктуру до 86% с размерами пор от 0,01 до 0,2 мм. Вводимые наполнители при получении пеносиликатного материала способствуют увеличению механической прочности материалов, являясь армирующими компонентами, за счет образования в последних цепочечных и ленточных структур исходных метасиликатов кальция и магния и участие наполнителя в формировании межпористых перегородок.

Таблица 1. Свойства пеносиликатного материала в зависимости от состава исходных компонентов
Свойства	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4
Прочность при сжатии, МПа	2,01	2,35	2,22	2,27
Водопоглощение, об.%	23,2	20,1	20,0	19,9
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)	0,08	0,09	0,07	0,09
Пористость, %	82,4	81,6	80,6	75,6
Средняя плотность, кг/м3	390	460	430	440

1. Состав для получения пеносиликатного материала, включающий жидкое стекло, раствор хлорида кальция - CaCl₂ в качестве отвердителя, тонкоизмельченный наполнитель, отличающийся тем, что он содержит указанный раствор насыщенный, дополнительно включающий хлорид алюминия - AlCl₃, а в качестве наполнителя - по крайней мере один из метасиликата кальция или магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

жидкое стекло	70-90
наполнитель	5-25
насыщенный раствор CaCl2 и AlCl3	3-5

2. Способ получения пеносиликатного материала, включающий смешение жидкого стекла и тонкоизмельченного наполнителя в смесителе, гранулирование полученной смеси в растворе хлорида кальция - CaCl₂, сушку гранул, укладывание их в металлическую форму и вспучивание в замкнутом объеме формы в печи с получением материала с заданными геометрическими размерами, отличающийся тем, что осуществляют гранулирование - погружением смеси через делительную воронку в насыщенный раствор, содержащий CaCl₂ и дополнительно хлорид алюминия - AlCl₃, выдерживание в нем в течение 20 мин, сушку - после укладки в форму, в сушильном шкафу при 60°С в течение 40 мин, вспучивание - в печи при 350-380°С в течение 1 ч, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

жидкое стекло	70-90
наполнитель	5-25
насыщенный раствор CaCl2 и AlCl3	3-5