Армированные волокнами прочные строительные материалы и покрытия, содержащие неорганические связующие

Изобретение относится к композиции, включающей кислотостойкое неорганическое связующее и волокна. Композиционный строительный материал, содержащий по меньшей мере одно неорганическое связующее и волокнистый материал, где неорганическое связующее представляет собой растворимое стекло, доля содержания растворимого стекла в композиционном строительном материале составляет 2-99 мас. %, волокнистый материал присутствует в виде волокон в насыпном состоянии, и/или в виде нитей, и/или в виде тканого, и/или вязаного, и/или сетчатого, и/или нетканого волокнистого материала, и/или холста, и/или в виде полых волокон, и/или в форме порванных волокон, и/или в форме нарезанных волокон, и/или в форме штапелированных волокон, и/или в форме измельченных волокон, в указанном материале помимо указанного растворимого стекла содержится связующее со скрытыми гидравлическими свойствами так, чтобы с помощью состава и/или катализатора предотвращать образование Са(ОН)₂, указанный состав или катализатор содержит по меньшей мере один комплексообразователь. Формованное изделие, содержащее или состоящее из указанного композиционного материала. Покрытие, состоящее из указанного композиционного материала. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - повышение химической стойкости, водостойкости, температуростойкости. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к композиции, включающей кислотостойкое неорганическое связующее и волокна.

Уровень техники

Композиционные строительные материалы, содержащие пластмассовые и стеклянные волокна, используются, в частности, как профилированный материал в автомобильной промышленности или для обшивки корпусов в судостроении, в качестве труб, контейнеров и в производстве оборудования. Патент ЕР 0004712 описывает способ производства изделий из пластмассы, в соответствии с которым смешиваются жидкие образующие пластмассу компоненты и взвешенные в жидкой среде стеклянные штапельные волокна, а затем отверждаются в форме.

Однако ограниченная устойчивость таких строительных материалов к воздействию кислот, щелочей, растворителей, ультрафиолетового излучения и высоких температур накладывает ограничения на область их применения. Кроме того, являясь продуктами переработки нефти, такие материалы оказываются дорогостоящими, а и их производство и обработка небезопасными из-за необходимости применения вредных добавок. В качестве примера может быть упомянуто использование аминов для отверждения строительных материалов эпоксидного типа.

В патентной заявке DE 19532638 раскрывается армированный стекловолокном неорганический композиционный строительный материале, матрица которого основывается на гидравлическом связующем, поры которого заполняются полимером. Как и в других подобных заявках, в данном документе в качестве связующего рассматривается только цемент. Однако, в отличие от других сходных упоминаемых в ссылках материалов, в DE 19532638 частично решена по меньшей мере одна из основных связанных с применением цемента проблем. А именно, цемент или, соответственно, матрица на основе гидросиликата кальция (CSH) содержит множество пор. Объем этих пор заполняется сильнощелочной жидкостью (рН 13-14), образующейся, в частности, в результате проникновения в связующее щелочей через цементный клинкер. С другой стороны, такая щелочная среда приводит к повреждению внедренных стеклянных волокон. Однако проблема заключается не только в присутствии в порах жидкости. Помимо этого поры способствуют проникновению к внедренным в цемент армирующим элементам жидкостей с внешней стороны строительного материала и таким образом приводят к их повреждению вследствие, например, коррозии. В соответствии с патентом DE 19532638 накопление таких жидкостей в порах и/или проникновение жидкостей извне уменьшается посредством заполнения пор полимерами.

Однако цементные системы в целом неустойчивы к действию кислот, а их способность выдерживать высокие температуры при использовании полимеров ослабляется. Кроме того, ограниченная прочность этих строительных материалов приводит к высоким величинам соотношения толщины стены к ее прочности. Так, в случае армирования, например, стальной арматурой также оказывается возможным и строительство высотных зданий, но из-за большого собственного веса при этом уже достигаются физические ограничения в отношении, например, высоты зданий.

Целью настоящего изобретения является предоставление строительного материала, обладающего высокой устойчивостью к кислотам, щелочам (рН 1-14), растворам солей, умягченной воде и растворителям, а также к высоким температурам до 500°С, имеющего высокую прочность в сочетании с небольшим весом и легко поддающегося обработке. Помимо этого его изготовление, обработка, применение и утилизация должны быть безопасными для пользователя. Кроме того, благодаря использованию широко распространенных видов сырья, должна быть достижима невысокая цена, а композиционный строительный материал в соответствии с настоящим изобретением должен иметь высокую прочность на растяжение при изгибе, что должно сделать возможным эффективное и рациональное строительство непосредственно из данного материала. Должна иметься возможность наносить слои большой толщины в одну стадию способа для обеспечения высокой износостойкости без риска образования трещин. Строительный материал также должен быть поддающимся обработке при температурах от 5°С до 50°С и иметь высокую герметичность. Помимо этого необходимо обеспечить предотвращение образования высолов, а строительный материал должен обладать превосходной адгезией к минеральным строительным материалам, таким как стекло, а также к металлам, дереву и отчасти к пластмассам, таким как, например, экструдированный полистирол.

Под строительным материалом или композиционным строительным материалом в соответствии с настоящим изобретением подразумевается композиционный материал из волокон и неорганического связующего, а также добавок, здесь и далее обозначаемый термином «композиция».

Вышеуказанная цель в соответствии с настоящим изобретением достигается посредством композиции, включающей по меньшей мере одно неорганическое связующее и волокна, в которой неорганическое связующее содержит растворимое стекло, при этом доля композиции, которую составляет растворимое стекло, предпочтительно находится в диапазоне от 2 масс.% до 99 масс.%, или от 6 масс.% до 94 масс.%, или от 11 масс.% до 89 масс.%, или от 21 масс.% до 79 масс.%.

В общем смысле в качестве неорганического связующего особый интерес представляют:

- матрица SiO₂, например, из растворимого стекла и/или связующего со скрытыми гидравлическими свойствами. Это, в частности, строительные материалы, описываемые, например, в ЕР 1081114, при этом содержание упомянутого патентного документа включено в настоящую заявку в качестве ссылки;

- матрица на основе гидросиликата кальция (CSH), например, цемент или матрица связующего со скрытыми гидравлическими свойствами, в которой образование Ca(OH)₂ предотвращается составом и/или катализатором. Это, в частности, строительные материалы, описываемые, например, в ЕР 1236702, при этом содержание упомянутого патентного документа включено в настоящую заявку в качестве ссылки.

В частности, представляют интерес композиции, которые помимо вышеупомянутого растворимого стекла содержат по меньшей мере одно дополнительное неорганическое связующее или по меньшей мере один наполнитель, предпочтительно имеющий неорганическое происхождение, при этом доля содержания, дополнительного неорганического связующего, наполнителя и волокон, предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 масс.% до 79 масс.%, или от 16 масс.% до 49 масс.%, или от 26 масс.% до 39 масс.% При этом представленные в масс.% данные всегда относятся к общему составу композиции, т.е. к композиционному строительному материалу.

Также представляют интерес композиции следующих типов:

- композиция, включающая одно или несколько растворимых стекол и пластифицированная, например, добавкой резинового гранулята, полиэтилена (РЕ), полипропилена (РР), атактического полиэтилена или полиэтилена, жидких полимерных дисперсий или порошкообразных полимеров, таких как чистые акрилаты, стиролакрилат, полиуретан, латекс или каучук и т.д., а также по меньшей мере 10 масс.% одного или более материалов, выбранных из группы, состоящей из шлакового песка, микрокремнезема, шлака, летучей золы, трассовой муки, кирпичного порошка, горючего сланца, стекла, кварцевого песка, при этом предпочтительными являются материалы из группы, состоящей из шлакового песка, стекла, кварцевого песка;

- композиция, включающая растворимое стекло в виде порошка и по меньшей мере один отвердитель растворимого стекла, а также более 10 масс.% шлакового песка и по меньшей мере один неорганический наполнитель, при этом предпочтительно неорганическим наполнителем является кварцевый песок или стекло;

- композиция, включающая растворимое стекло в виде порошка, а также от 10 масс.% до 60 масс.% по меньшей мере одного связующего со скрытыми гидравлическими свойствами, выбранного из группы, состоящей из шлакового песка, летучей золы, трассовой муки, кирпичного порошка, горючего сланца, микрокремнезема, и по меньшей мере одного цемента, а также от 0,05 масс.% до 40 масс.%, предпочтительно от 5 масс.% до 30 масс.%, наиболее предпочтительно от 11 масс.% до 20 масс.% вещества, управляющего реакцией схватывания, этим веществом в числе прочего может быть соединение металла, выбранное из группы, состоящей из гидроксида металла, оксида металла, соли металла, содержащей углерод, соли металла, содержащей серу, соли металла, содержащей азот, соли металла, содержащей фосфор, галогенсодержащей соли металла, при этом предпочтительно такая соль металла является солью щелочного металла;

- композиция, включающая цемент или связующее со скрытыми гидравлическими свойствами, в которой образование СаОН предотвращается составом и/или катализатором.

При этом представленные в масс.% данные всегда относятся к общему составу композиции, т.е. к композиционному строительному материалу.

Является возможным добавление цемента в количестве менее 20 масс.%, предпочтительно от 5 масс.% до 15 масс.%. Цемент реагирует с SiO₂ растворимого стекла с образованием CSH без протекания мешающих побочных реакций с гидроксидом кальция. Это приводит к более быстрому схватыванию и твердению строительного материала и достижению его влагостойкости. При этом не наблюдается негативных качеств, присущих матрице, состоящей главным образом из цемента, поскольку CSH-матрица цемента оказывается полностью (т.е. таким образом, который соответствует плотности капиллярных пор) окружена SiO₂-матрицей растворимого стекла.

Упомянутые неорганические связующие также могут быть пластифицированы, например, в соответствии со способом, описанным в ЕР 1081110. Кроме того, вышеупомянутые связующие также могут оптимизироваться посредством соответствующих видоизменений состава и/или внесения добавок для применения в комбинации с широким спектром волокнистых материалов, а также с учетом их технологических свойств. Специалистам в данной области известны соответствующие добавки, позволяющие изменять предельную продолжительность хранения, вязкость при обработке или длительность полного высыхания. Свойства строительного материала могут корректироваться в соответствии с потребностями путем добавления связующих, поверхностно-активных добавок, загустителей, антислеживающих агентов и, соответственно, усилителей текучести или разжижителей, а также катализаторов, комплексообразователей или используя различные количества или характеристики зернового состава наполнителей. Однако при этом для обеспечения стабильности строительного материала важно не допускать протекания побочных реакций, приводящих к образованию Са(ОН)₂.

Добавляемые волокна могут состоять из разных материалов, таких как стекло, камень, бумага, древесина, целлюлоза, полипропилен (РР), полиэтилен (РЕ), полиэтилентерефталат, арамид, углерод, нейлон, железо, сталь, титан, золото, серебро, молибден, вольфрам, ниобий и т.д. В этом случае также предпочтительными могут быть смеси волокон, состоящие из различных материалов, или же присутствие волокон в форме полых волокон, в насыпном состоянии, в виде нитей, ткани, вязаных, сетчатых и структур, холста, нетканого волокнистого материала, в форме порванных, нарезанных, штапелированных и измельченных волокон, при этом могут применяться как длинные, так и короткие волокна, а также толстые и тонкие волокна. Предпочтительная длина волокон составляет от 1 м до 10 нм, предпочтительно от 0,1 до 10 см, особенно предпочтительно от 0,5 до 3 см, при этом предпочтительный диаметр волокон составляет от 1 м до 10 нм, предпочтительно от 0,01 до 5 мм, особенно предпочтительно от 0,1 до 2 мм. Выбор волокон в большой степени зависит от тех свойств строительного материала, которые необходимо обеспечить. Если волокна оказываются слишком длинными, то могут возникнуть сложности в обработке и будет происходить большее количество обрывов волокон. Более тонкие волокна способствуют увеличению плотности заполнения объема.

Доля содержания волокон в указанной композиции, предпочтительно составляет по меньшей мере 0,001 масс.%, или по меньшей мере 0,5 масс.%, или по меньшей мере 4 масс.%, или по меньшей мере 9 масс.%. Доля содержания волокон среди прочего зависит от поверхности и/или степени измельчения матрицы волокна. Тем не менее, когда в данном документе добавление волокон именуется «примешиванием», «добавлением» и т.д., а композиция в соответствии с настоящим изобретением описывается как «смесь веществ», «смесь» и т.д., то это не означает исключительно получение смеси или однородной смеси, состоящей из связующего, добавок и волокон. Скорее подразумевается состояние (или, соответственно, его создание), при котором неорганическое связующее по меньшей мере частично, а предпочтительно по существу заполняет пространство между волокнами. Это также содержит пропитку волокнистых предметов, уже имеющих некоторую форму, к примеру, гофрированного картона.

Обычно желательно, чтобы неорганическая матрица, состоящая из связующего и добавок, фактически полностью заполняла пространство между волокон. Поскольку связующее способно окружать волокна полностью и непроницаемым для жидкостей образом, т.е. без образования капиллярных пор, и тем самым защищать их от неблагоприятных воздействий, может быть использован значительно более широкий по сравнению с известным уровнем техники спектр волокон. Тем не менее, в данном случае строительный материал остается проницаемым для диффундирующего водяного пара. В частности, использование упомянутого связующего также облегчает применение в производстве композиционных строительных материалов недорогих волокон, имеющих невысокую стойкость к химическим воздействиям и, тем не менее, позволяющих получать необычайно прочный строительный материал. Например, вследствие такого усиления прочности снижению стоимости производства и упрощению получения более тонких и легких строительных материалов способствует добавление волокон, получаемых в результате вторичной переработки.

В частности, композиция в соответствии с настоящим изобретением является альтернативой строительным материалам, армированным волокнами на основе пластмасс, содержащих, например, эпоксидные смолы и стекловолокно. Такие строительные материалы, благодаря своей стойкости, используются, помимо прочего, на химических предприятиях. Однако строительный материал согласно настоящему изобретению обладает значительно более высокой стойкостью к воздействию химических реагентов (концентрированных кислот и щелочей, а также растворителей) по сравнению с подобными композиционными материалами, содержащими волокна и пластмассы, а его производство оказывается существенно более дешевым.

Также возможна обработка в экструдере, вакуумным способом или при помощи штукатурных станций, а также прямое нанесение на минеральные поверхности, такие как кирпич, бетон, каменная кладка и т.д., также как и использование упомянутого композиционного строительного материала в качестве части послойной укладки или в виде самонесущего строительного материала.

Имеющая более одного слоя конструкция, например, с укладкой в форму или на литое изделие может быть получена следующим образом: например, в качестве первого слоя может быть использован вариант строительного материала, оптимизированный в отношении стойкости к химическому воздействию в соответствии с настоящим изобретением, или же может быть использован вариант материала, обладающий наивысшей водостойкостью. Затем этот слой покрывается, например, вторым слоем из раскладки волокна, пропитанного связующим, что обеспечивает высокую стойкость изделия к механическим воздействиям. Третий слой может играть декоративную роль либо может увеличивать стойкость по отношению к механическим нагрузкам или ультрафиолетовому излучению. Помимо этого возможно нанесение на внешний слой красок, высокоглянцевого покрытия или лаковых покрытий.

Особый интерес также представляет применение упомянутого композиционного строительного материала в качестве покрытия, например, на подверженных коррозии объектах, содержащих сталь или железо, таких как трубопроводы, части судов, шпунтовые сваи, части прибрежных сооружений или химические установки.

Строительный материал в соответствии с настоящим изобретением является пригодным не только в качестве покрытия, но также как недорогое и очень стойкое основное вещество для литых изделий или самонесущего строительного материала. При получении, например, самонесущих строительных материалов и структурных компонентов, содержащих упомянутый композиционный строительный материал, на первой стадии волокна, например, в виде измельченных бумажных отходов перемешиваются со связующим, которое может присутствовать в виде порошка. На второй стадии проводится смешивание смеси волокон и связующего с водой или - когда желательно пластифицирование - с полидисперсным материалом. В зависимости от сферы применения получаемого изделия возможно внесение дополнительных добавок (см. выше). Соответственно, строительный материал может заливаться в формы, размазываться кистью, валиком или шпателем или наноситься под давлением. Нанесение осуществляется на внутреннюю или наружную часть формы, при этом упомянутая форма может также быть, например, листовым материалом для изготовления панелей. Разумеется, в данном случае также возможна конечная декоративная отделка с использованием имеющихся в продаже лаков или красок.

В следующем воплощении упомянутый композиционный строительный материал может быть также применен в качестве адгезива, представляющего интерес в числе прочего своей адгезией к стеклу или керамике, например прикреплением стекла к минеральным основаниям, металлам или древесине. Этому способствуют превосходные адгезионные свойства строительного материала, которые в свою очередь являются следствием плотно закупоренного состояния матрицы. Строительный материал также пригоден для связывания материалов древесного происхождения - в виде опилок, щепы, древесной шерсти или стружки - в панели или изделия других форм.

Предпочтительными видами модифицирования данного композиционного строительного материала являются следующие:

- пластифицирование, например, примешиванием резинового гранулята, полиэтилена, полипропилена, атактического полиэтилена или полиэтилена, жидких полимерных дисперсий или порошкообразных полимеров, таких как чистые акрилаты, стиролакрилат, полиуретан, латекс или каучук и т.д.;

- увеличение изолирующей способности, например, примешиванием полых волокон (сходных с волокнами шкуры белого медведя), органических и/или неорганических легковесных добавок, таких как пенополистирол, полистирол, пенополиуретан, наногель (фирма Cabot), пеностекло, керамзит, вспученное растворимое стекло, вспученный полистирол, древесная шерсть, щепа, пробковая изоляция или Poraver и т.д.;

- изменение электро- и/или теплопроводности, например, примешиванием сажи, металлической пудры, соединений металлов, ориентированного углеродного волокна, проводящих полимеров, проводящих оксидов металлов или также оксида индия-олова нанометровых толщин, используемого, например, в прозрачных покрытиях;

- получение просвечивающих и прозрачных строительных материалов посредством примешивания прозрачных наполнителей, таких как стеклянный порошок, получаемый, например, при вторичной переработке стекла, или путем использования растворимого стекла без применения наполнителей;

- увеличение износостойкости, например, посредством примешивания соединений бора, карбида кремния, алмаза, корунда, сульфида молибдена и т.д.;

- улучшение клеточной адгезии и биологической совместимости с помощью, например, поверхностных покрытий, наносимых посредством химического или физического осаждения из паровой фазы, т.е. получение так называемых CVD и PVD поверхностных покрытий соответственно. Это повышает пригодность строительного материала в соответствии с настоящим изобретением к применению, например, в производстве биореакторов, лабораторных материалов или также в производстве медицинских имплантатов и покрытий для медицинских имплантатов;

- придание определенной степени пористости матрице связующего и/или поверхности. Это достигается, например, направленным введением временных материалов, таких как воск, парафины, летучие соединения, соединения, которые могут быть вымыты (например, поливинилпирролидон/PVP), или термически разлагаемые соединения, которые в дальнейшем могут соответственно вымываться или разлагаться под действием тепла;

- дополнительное пигментирование, гидрофобизация, олеофобизация, добавление смазывающих веществ, тефлона, биоцидов, полимеров для пластификации, пахучих веществ или добавок и/или волокон для активизации капиллярных эффектов.

Благодаря своим свойствам композиционный строительный материал в соответствии с настоящим изобретением является универсальным материалом.

В судостроении этот материал может использоваться в виде первого суспензионного слоя в качестве альтернативы для гелькоута, при этом возможен альтернативный вариант применения только связующего. Следующая стадия нанесения покрытия осуществляется нанесением суспензии композиционного строительного материала, армированного тканью из стекловолокна, матрица связующего которого состоит, например, из SD1 (продукт компании Remmers). При этом также возможно использование классической структуры с применением гелькоута в комбинации со вторым слоем, содержащим армированный стекловолокном композиционный строительный материал в соответствии с настоящим изобретением. Подобная структура обеспечивает очень высокую износостойкость, а также очень низкую склонность к возникновению деформаций, при этом добавлением при необходимости полимерных дисперсий может быть обеспечена возможная пластификация. В этом случае конечная слоистая структура оказывается водонепроницаемой и гладкой и/или может произвольно регулироваться степень сопротивления скольжению посредством подбора характеристики зернового состава. Таким образом, матрица на основе стекловолокна оказывается надежно защищенной, и помимо этого практически монолитная композиция приобретает очень хорошие адгезионные характеристики. Более того, данный строительный материал может быть окрашен общеупотребительными пигментами, и он обеспечивает превосходную светостойкость и стойкость к ультрафиолетовому излучению. В качестве средств против биологических обрастаний могут добавляться воски, биоциды или силиконовые масла. Также с помощью добавок к матрице связующего органических и неорганических легковесных добавок и/или путем применения углеродных или легковесных волокон возможно создание облегченных конструкций. С обычными системами покрытий возможно произвольное применение любых дополнительных красок или лаков.

В частности, композиционный строительный материал согласно настоящему изобретению также может быть применен в качестве покрытия или как основное вещество для труб и контейнеров. Предпочтительной при этом является многослойная структура. Эта структура, например, имеет внутренний слой, подобранный по степени устойчивости к истиранию, тепловому воздействию, действию растворителей (полярных и неполярных) и химической устойчивости (рН 1-15) (например, система на основе SiO₂). В качестве внешнего слоя предпочтительным может быть пластифицированный и теплоизолирующий слой (например, CSH-матрица, армированная стекловолокном). Поскольку строительный материал в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает превосходный волокнистый композиционный материал и/или монолитное связывание волокон и обладает почти одинаковым коэффициентом термического расширения на всех участках (низкая тепловая напряженность), то он подходит для применения как в низкотемпературных, так и высокотемпературных условиях. Если такие свойства еще не были приданы вышеупомянутым слоям, то упомянутые объекты могут быть обеспечены такими свойствами, как электропроводность, теплоизоляция, защита от ультрафиолетового излучения и т.д. при помощи дополнительных слоев.

Благодаря своей высокой прочности в сочетании с небольшим весом этот строительный материал очень хорошо применим для изготовления сборных элементов для проектирования и практического строительства. Кроме того, он позволяет легко изготавливать конструктивные элементы и конструкции непосредственно на стройплощадке. Для этого в опалубку вносятся, например, армирующие ткани или гофрированный картон соответствующей геометрии и связующее, например, закачивается, уплотняется и отверждается. Таким образом, оказывается возможным создавать очень легкие (дешевые) конструктивные элементы очень тонких конфигураций и вследствие благоприятного отношения веса к прочности возводить необычно высокие сооружения.

Еще одной сферой применения композиционного строительного материала в соответствии с настоящим изобретением является пропитка дешевых и неустойчивых строительных материалов на основе волокон, таких как, например, гофрированный картон. Одностороннее покрытие или пропитка связующим, при необходимости содержащим дополнительные добавки, улучшает их стойкость к механическому, физическому и химическому воздействиям и приводит, например, к обеспечению их водостойкости. Строительным материалом в соответствии с настоящим изобретением могут соединяться один или более слоев гофрированного картона с открытой или закрытой гофрировкой, обеспечивая тем самым конструктивный элемент, имеющий проточные каналы, который может использоваться, например, для теплообменных применений, в качестве материала-носителя для процессов, осуществляемых в биореакторах, или в качестве изолирующего и/или легковесного материала. В таких конструкциях из гофрированного картона капиллярная активность и/или пористость в перпендикулярном к плоскости бумаги направлении, которая после высушивания заметно падает или даже оказывается близка к нулю, может регулироваться с помощью различной степени пропитки бумаги в плоскости картона. Это означает, что посредством пропитки и ориентации листов гофрированного картона оказывается возможной регулировка капиллярной активности до задаваемых величин. Это является особенно важным в отношении того, чтобы физические характеристики конструкции позволяли бы регулировать и/или обеспечивать влагоперенос в стене. Это означает, что полное заполнение пространства между волокнами является желательным не во всех случаях, а свойства композиционного строительного материала могут регулироваться степенью пропитки. Кроме того, легковесными добавками может обеспечиваться улучшение теплоизоляционных свойств конструктивного элемента, или же внутренняя часть гофрированного картона может заполняться для достижения более высокой механической прочности и/или устойчивости. Как уже указывалось выше, с помощью соответствующих добавок оказывается возможным воздействовать и на некоторые другие свойства, такие как проводимость. Разумеется, также могут использоваться покрытия из гипсокартона, металлов, сплавов (например, стали), а также древесины или панели из композиционных материалов на основе древесины. Такое покрытие, содержащее композиционный строительный материал в соответствии с настоящим изобретением, может быть нанесено на одну или обе стороны, при этом оно улучшает стойкость к механическому, физическому и химическому воздействиям и/или обеспечивает водостойкость и огнестойкость. Эти свойства предопределяют применение строительного материала в соответствии с настоящим изобретением также в качестве носителя катализатора, в микрореакторах, в качестве молекулярного сита или мембраны, поскольку такие изделия часто используются в химически агрессивных средах или в средах, предъявляющих повышенные требования в отношении температуры. В случае его применения в качестве носителя катализатора катализатор может вноситься в смесь в процессе изготовления строительного материала или же наноситься позднее.

Еще одна сфера применения композиционного строительного материала в соответствии с настоящим изобретением относится к использованию бумажных волокон. В этом случае связующее смешивается с бумажными волокнами, например, в виде измельченных бумажных отходов, а также при необходимости с легковесными добавками или другими добавками. После высушивания могут быть получены прочные панели или другие изделия, обладающие хорошими изоляционными, проводящими, механическими и/или термическими свойствами и хорошей стойкостью к химическому воздействию. Себестоимость производства таких строительных материалов невысока. В качестве альтернативного варианта или как дополнение связующее также может быть смешано с другими дешевыми материалами, которые, возможно, являются продуктами вторичной переработки, такими как полимерная крошка и/или волокна, строительный мусор или древесная стружка. Эти материалы могут применяться индивидуально или в комбинации, и полученные таким образом композиционные строительные материалы, благодаря своим адгезионным свойствам, превосходно подходят в качестве заполнителей для выравнивания любых поверхностей.

Далее изобретение поясняется посредством некоторых примеров воплощения, при этом данными указанными воплощениями изобретение, разумеется, не ограничивается. Также содержание всех ссылочных материалов (патентов, патентных заявок и т.д.), упоминающихся в настоящей заявке, должно рассматриваться как часть содержания данной заявки, так как повторение существующего уровня техники целесообразным не является.

Пример 1

Смесь веществ, состоящая из 27 масс.% растворимого калиевого стекла в порошкообразной форме, 23 масс.% шлакового песка, 4 масс.% портланд-цемента, 0,5 масс.% гидроксида лития, 0,5 масс.% сульфата калия и 45 масс.% стекольной муки, перемешивается с водой и наносится на листовую поверхность, при этом предварительно также могут быть добавлены волокна, например стеклянное волокно. Далее на этот слой накладывается ткань из стекловолокна, при этом данная операция может осуществляться в режиме «влажное на влажное», после просушки или же после полного высушивания слоя. Ткань из стекловолокна пропитывается и покрывается такой же описанной выше смесью веществ. По окончании 28-дневного периода сушки и отверждения при комнатной температуре и относительной влажности 50% образец окунается и/или погружается в следующие жидкости: 5% хлористоводородная кислота, 5% азотная кислота, 5% масляная кислота, 5% NaOH, ацетон, дизельное топливо, метилированный спирт. После выдерживания в указанных жидкостях в течение 14 дней образцы не демонстрировали каких-либо заметных изменений поверхности, также как и воздействие открытого пламени с температурой до 500°C также не приводило к каким-либо заметным повреждениям поверхности.

Пример 2

К смеси веществ, состоящей из 24 масс.% растворимого калиевого стекла в порошкообразной форме, 29 масс.% шлакового песка, 5 масс.% портланд-цемента, 0,5 масс.% гидроксида лития, 0,5 масс.% сульфата лития и 41 масс.% кварцевого песка, добавлялась вода, и осуществлялась обработка, аналогичная описанной в примере 1, при этом для пропитки вместо стекловолокна использовался гофрированный картон, а толщина слоя, наносимого на обе стороны гофрированного картона, составляла 2 мм.

После 28-дневного периода высушивания в условиях, аналогичных описанным в примере 1, на поверхности образцов разбрызгивались следующие жидкости: 5% хлористоводородная кислота, 5% азотная кислота, 5% масляная кислота, 5% NaOH, ацетон, дизельное топливо, метилированный спирт. Разбрызгивание повторялось ежедневно в течение 14 дней, при этом каждый раз жидкость оставалась на поверхности образца. Тем не менее, до окончания 14-дневного периода испытаний на поверхности не наблюдалось никаких заметных изменений, так же как и воздействие открытого пламени с температурой до 500°C не приводило к каким-либо заметным повреждениям поверхности.

Пример 3

К смеси веществ, состоящей из 21 масс.% растворимого калиевого стекла в порошкообразной форме, 28 масс.% шлакового песка, 7 масс.% портланд-цемента, 0,5 масс.% гидроксида лития, 0,5 масс.% сульфата калия и 33 масс.% измельченного кварцевого песка, примешивалась вода, и затем добавлялось 10 масс.% измельченных бумажных отходов, предварительно пропитанных водой. В результате получалась легко поддающаяся формованию и пригодная для моделирования масса, превосходно подходящая для изготовления формованных изделий и покрытий с любой структурой. После высушивания в течение 28 дней в условиях, аналогичных описанным в примере 1, на формованное изделие разбрызгивались следующие жидкости: 5% хлористоводородная кислота, 5% азотная кислота, 5% масляная кислота, 5% NaOH, ацетон, дизельное топливо, метилированный спирт. Разбрызгивание на поверхность формованного изделия повторялось ежедневно в течение 14 дней, при этом каждый раз жидкость оставалась на поверхности образца. Тем не менее, до окончания 14-дневного периода испытаний на поверхности не наблюдалось никаких заметных изменений, так же как и воздействие открытого пламени с температурой до 200°C не приводило к каким-либо заметным повреждениям поверхности. Когда этот композиционный строительный материал применяется в качестве покрытия, например, на стальных и стеклянных поверхностях, то это приводит к величинам адгезионной прочности на разрыв, составляющим >5 Н/мм².

Пример 4

Смесь веществ, состоящая из 30 масс.% растворимого калиевого стекла в порошкообразной форме, 20 масс.% шлакового песка, 6 масс.% портланд-цемента, 0,5 масс.% гидроксида лития, 0,5 масс.% сульфата лития и 25 масс.% стекольной муки, смешивалась с водой, а затем с 10 масс.% измельченных отходов газетной бумаги и 10 масс.% вспученного полистирола с размером частиц приблизительно 3 мм. После перемешивания в результате получалась легко поддающаяся формованию и пригодная для моделирования масса, превосходно подходящая для изготовления формованных изделий и покрытий с любой структурой. После высушивания в течение 28 дней в условиях, аналогичных описанным в примере 1, на формованное изделие разбрызгивались следующие жидкости: 5% хлористоводородная кислота, 5% азотная кислота, 5% масляная кислота, 5% NaOH, ацетон, дизельное топливо, метилированный спирт. Разбрызгивание на поверхность формованного изделия повторялось ежедневно в течение 14 дней, при этом каждый раз жидкость оставалась на поверхности образца. Тем не менее, до окончания 14-дневного периода испытаний на поверхности не наблюдалось никаких заметных изменений, так же как и воздействие открытого пламени с температурой до 100°С не приводило к каким-либо заметным повреждениям поверхности. Когда этот композиционный строительный материал применяется в качестве покрытия, например, на стальных и стеклянных поверхностях, то это приводит к величинам адгезионной прочности на разрыв, составляющим >5 Н/мм².

1. Композиционный строительный материал, содержащий по меньшей мере одно неорганическое связующее и волокнистый материал, отличающийся тем, что неорганическое связующее представляет собой растворимое стекло, причем доля содержания растворимого стекла в композиционном строительном материале находится в диапазоне от 2 масс. % до 99 масс. %, а волокнистый материал присутствует в виде волокон в насыпном состоянии, и/или в виде нитей, и/или в виде тканого, и/или вязаного, и/или сетчатого, и/или нетканого волокнистого материала, и/или холста, и/или в виде полых волокон, и/или в форме порванных волокон, и/или в форме нарезанных волокон, и/или в форме штапелированных волокон, и/или в форме измельченных волокон, причем в указанном композиционном строительном материале помимо указанного растворимого стекла содержится связующее со скрытыми гидравлическими свойствами так, чтобы с помощью состава и/или катализатора предотвращать образование Са(ОН)₂, при этом указанный состав или катализатор содержит по меньшей мере один комплексообразователь.

2. Композиционный строительный материал по п. 1, который помимо растворимого стекла и связующего со скрытыми гидравлическими свойствами дополнительно содержит цемент так, чтобы с помощью состава и/или катализатора предотвращать образование Са(ОН)₂.

3. Композиционный строительный материал по п. 1, в котором волокнистый материал присутствует в виде смесей волокон, состоящих из различных материалов.

4. Композиционный строительный материал по п. 1, в котором доля содержания волокнистого материала в композиционном строительном материале составляет по меньшей мере 0,001 масс. %.

5. Композиционный строительный материал по любому из пп. 1-4, который содержит по меньшей мере одно дополнительное неорганическое связующее или по меньшей мере один неорганический наполнитель, причем совместная доля содержания этих веществ и волокнистого материала в расчете на массу композиционного строительного материала находится в диапазоне от 0,1 масс. % до 79 масс. %.

6. Композиционный строительный материал по любому из пп. 1-4, который содержит
- один или несколько видов растворимого стекла и по меньшей мере 10 масс. % одного или нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из шлакового песка, микрокремнезема, шлака, летучей золы, трассовой муки, кирпичного порошка, горючего сланца, стекла или кварцевого песка, или
- растворимое стекло в порошкообразной форме, и по меньшей мере один отвердитель растворимого стекла, и более 10 масс. % шлакового песка, и по меньшей мере один дополнительный неорганический наполнитель, или
- растворимое стекло в порошкообразной форме и от 10 масс. % до 60 масс. % связующего со скрытыми гидравлическими свойствами, выбранного из группы, состоящей из шлакового песка, микрокремнезема, шлака, летучей золы, трассовой муки, кирпичного порошка, горючего сланца и цемента, а также от 0,5 масс. % до 40 масс. % вещества, управляющего реакцией схватывания, выбранного из группы, состоящей из гидроксида металла, оксида металла, соли металла, содержащей углерод, соли металла, содержащей серу, соли металла, содержащей азот, соли металла, содержащей фосфор, галогенсодержащей соли металла.

7. Композиционный строительный материал по п. 5, который содержит
- один или несколько видов растворимого стекла и по меньшей мере 10 масс. % одного или нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из шлакового песка, микрокремнезема, шлака, летучей золы, трассовой муки, кирпичного порошка, горючего сланца, стекла или кварцевого песка, или
- растворимое стекло в порошкообразной форме, и по меньшей мере один отвердитель растворимого стекла, и более 10 масс. % шлакового песка, и по меньшей мере один дополнительный неорганический наполнитель, или
- растовримое стекло в порошкообразной форме и от 10 масс. % до 60 масс. % связующего со скрытыми гидравлическими свойствами, выбранного из группы, состоящей из шлакового песка, микрокремнезема, шлака, летучей золы, трассовой муки, кирпичного порошка, горючего сланца и цемента, а также от 0,5 масс. % до 40 масс. % вещества, управляющего реакцией схватывания, выбранного из группы, состоящей из гидроксида металла, оксида металла, соли металла, содержащей углерод, соли металла, содержащей серу, соли металла, содержащей азот, соли металла, содержащей фосфор, галогенсодержащей соли металла.

8. Композиционный строительный материал по любому из пп. 1-4, 7 в котором волокнистый материал, присутствующий в виде тканых, вязаных, сетчатых или нетканых волокнистых материалов, холста и/или в виде полых волокон, состоит из неорганических материалов, таких как стекло или камень, органических материалов, таких как бумага, древесина, целлюлоза, полипропилен, полиэтилен, арамид, углерод, нейлон или полиэтилентерефталат, или металлических волокон, таких как волокна из железа, стали, титана, золота, серебра, молибдена, вольфрама или ниобия.

9. Композиционный строительный материал по п. 5, в котором волокнистый материал, присутствующий в виде тканых, вязаных, сетчатых или нетканых волокнистых материалов, холста и/или в виде полых волокон, состоит из неорганических материалов, таких как стекло или камень, органических материалов, таких как бумага, древесина, целлюлоза, полипропилен, полиэтилен, арамид, углерод, нейлон или полиэтилентерефталат, или металлических волокон, таких как волокна из железа, стали, титана, золота, серебра, молибдена, вольфрама или ниобия.

10. Композиционный строительный материал по п. 6, в котором волокнистый материал, присутствующий в виде тканых, вязаных, сетчатых или нетканых волокнистых материалов, холста и/или в виде полых волокон, состоит из неорганических материалов, таких как стекло или камень, органических материалов, таких как бумага, древесина, целлюлоза, полипропилен, полиэтилен, арамид, углерод, нейлон или полиэтилентерефталат, или металлических волокон, таких как волокна из железа, стали, титана, золота, серебра, молибдена, вольфрама или ниобия.

11. Композиционный строительный материал по любому из пп. 1-4, 7, 9, 10 который является пластифицированным, предпочтительно посредством примешивания резинового гранулята, полиэтилена, полипропилена, атактических полиэтилена или полиэтилена, жидкой полимерной дисперсии или полимеров в порошкообразной форме, таких как чистые акрилаты, стиролакрилат, полиуретан, латекс или каучук.

12. Композиционный строительный материал по п. 5, который является пластифицированным, предпочтительно посредством примешивания резинового гранулята, полиэтилена, полипропилена, атактических полиэтилена или полиэтилена, жидкой полимерной дисперсии или полимеров в порошкообразной форме, таких как чистые акрилаты, стиролакрилат, полиуретан, латекс или каучук.

13. Композиционный строительный материал по п. 6, который является пластифицированным, предпочтительно посредством примешивания резинового гранулята, полиэтилена, полипропилена, атактических полиэтилена или полиэтилена, жидкой полимерной дисперсии или полимеров в порошкообразной форме, таких как чистые акрилаты, стиролакрилат, полиуретан, латекс или каучук.

14. Композиционный строительный материал по п. 8, который является пластифицированным, предпочтительно посредством примешивания резинового гранулята, полиэтилена, полипропилена, атактических полиэтилена или полиэтилена, жидкой полимерной дисперсии или полимеров в порошкообразной форме, таких как чистые акрилаты, стиролакрилат, полиуретан, латекс или каучук.

15. Формованное изделие, содержащее или состоящее из композиционного строительного материала по любому из пп. 1-14.

16. Покрытие, состоящее из композиционного строительного материала по любому из пп. 1-14.