Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ НАПОЛНЕННОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано в качестве конструкционного материала теплоизоляционных плит полифункционального назначения, например, стеновых панелей, в качестве напыляемого теплоизоляционного материала, а также для теплоизоляции различных инженерных сетей.

Известна теплоизоляционная композиция на основе жесткого пенополиуретана [Патент RU на изобретение №2226202, опубликовано: 27.03.2004, бюл. №9], включающая пенополиуретан с наполнителем и полученная смешением полиизоцианата с наполнителем, добавлением полиола и последующим перемешиванием до получения готового материала, при этом в качестве наполнителя используются стеклянные микросферы.

Недостаток известной теплоизоляционной композиции заключается в низкой теплостойкости и высокой теплопроводности материала, производство которого возможно только в заводских условиях с использованием специального технологического оборудования, что ограничивает область его применения.

Наиболее близкий к заявленному техническому решению, принятому за прототип, является теплоизоляционный материал на основе пенополиуретана [Патент RU на изобретение №2694325, опубликовано: 11.07.2019, бюл. №20], включающий пенополиуретан с наполнителем и полученный смешением полиизоцианата с наполнителем, добавлением полиола и последующим перемешиванием до получения готового материала, при этом в качестве наполнителя используются отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов.

Недостатками данного теплоизоляционного материала являются относительно невысокие показатели прочности на сжатие и высокая теплопроводность.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: пенополиуретан с наполнителем и полученный смешением полиизоцианата с наполнителем, добавлением полиола и последующим перемешиванием до получения готового материала.

Изобретение направлено на получение теплоизоляционного материала на основе пенополиуретана с высокими показателями по теплостойкости и прочности на сжатие, и низкими по теплопроводности, которые позволяют использовать его как для утепления строительных конструкций различного назначения, так и для утепления инженерных сетей.

Это достигается тем, что теплоизоляционный материал на основе наполненного пенополиуретана, включающий пенополиуретан с наполнителем и полученный смешением полиизоцианата с наполнителем, добавлением полиола и последующим перемешиванием до получения готового материала, при этом в качестве наполнителя используется измельченный подрезной слой автоклавных газобетонных блоков при следующем соотношении компонентов пенополиуретана и наполнителя: пенополиуретан – 65-75 масс. %, наполнитель – 25-35 масс. %; с соотношением компонентов пенополиуретана – полиизоцианата и полиола 1,1:1.

Проведенный анализ известных теплоизоляционных материалов на основе наполненного пенополиуретана, при этом в качестве наполнителя используется измельченный подрезной слой автоклавных газобетонных блоков при следующем соотношении компонентов пенополиуретана и наполнителя: пенополиуретан – 65-75 масс. %, наполнитель – 25-35 масс. %; с соотношением компонентов пенополиуретана – полиизоцианата и полиола 1,1:1, позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого способа критерию «новизна».

Сравнение заявляемых решений не только с прототипами, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники не подтвердило наличие в последних признаков, совпадающих с их отличительными признаками, или признаков, влияющих на достижение указанного технического результата. Это позволило сделать вывод о соответствии изобретения критериям «изобретательский уровень».

Для получения теплоизоляционного материала использовались следующие компоненты:

– пенополиуретан (полиол (ГОСТ 34364-2017) и полиизоцианат (ТУ 6-03-375-75)) марки 30 (соответствует плотности конечного продукта 30 кг/м³);

– наполнитель – измельченный подрезной слой автоклавных газобетонных блоков [Морозова Н.Н. Подрезной слой и гидрофобизатор в производстве газобетона / Н.Н. Морозова, Г.В. Кузнецова, В.Г. Хозин // Строительные материалы, – 2015. – №8. – С. 8-9.] завода ЗАО «АЭРОБЕЛ» (г. Белгород). Химический состав: SiO₂ – 59,15 %; Al₂O₃ – 2,57 %; Fe₂O₃ – 1,46 %; CaO – 33,64 %; MgO – 1,09 %; Ост. – 2,09 %; фракционный состав: 1,0-0,5 мм – 2,2%; 0,5-0,25 мм – 12,4%; 0,25-0,1 – 37,5%; 0,1-0,05 мм – 23,7%; <0,05 мм – 24,2%.

Для достижения равномерного распределения наполнителя по всему объему теплоизоляционного материала, сначала его перемешивают с компонентом ППУ – полиизоцианатом, в соотношениях, указанных в таблице №1, затем добавляют полиол. При этом соотношение компонентов пенополиуретана полиола и полиизоцианата составляет 1,1 : 1. Перемешивание производилось в емкости с помощью электромешалки, при этом теплоизоляционный материал вспениваясь и застывая, приобретал окончательную форму. Через несколько минут теплоизоляционный материал извлекают из емкости разрезают на образцы размером, соответствующим требованиям ГОСТ Р ИСО 306-2012, ГОСТ EN 826-2011, ГОСТ 7076-99 и ГОСТ 12.1.044-89 для проведения дальнейших испытаний.

Для получения теплоизоляционного материала с содержанием 40 % наполнителя 90 г полиизоцианата и 120 г измельченного подрезного слоя автоклавных газобетонных блоков перемешивают в емкости с помощью электромешалки в течении 15-20 секунд. Затем в емкость добавляют 90 г полиола и перемешивают в течении 10-15 секунд.

Испытания на теплостойкость проводились по методу Вика, в соответствии с ГОСТ Р ИСО 306-2012; испытания по прочности на сжатие проводились в соответствии с ГОСТ EN 826-2011, на теплопроводность – в соответствии с ГОСТ 7076-99. Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты испытаний теплоизоляционного материала на теплостойкость, прочность на сжатие и теплопроводность

Согласно данным таблицы 1, использование в качестве наполнителя измельченного подрезного слоя автоклавных газобетонных блоков уменьшает горючесть материала, увеличивает теплостойкость и прочностные характеристики без значительного увеличения коэффициента теплопроводности по сравнению с ненаполненным пенополиуретаном (пример 1). Соотношение компонентов пенополиуретана и наполнителя: пенополиуретан – 65-75 мас. %, наполнитель – 25-35 масс. % является оптимальным, позволяющим получать теплоизоляционный материал с наилучшими физико-механическими характеристиками. При данном соотношении компонентов (примеры 4-6) наблюдается значительный рост рассматриваемых физико-механических характеристик, поскольку частицы наполнителя распределяются в полимерной матрице, располагаясь в узлах и каналах Плато-Гиббса, формируя равномерную пористую структуру.

Равномерное распределение измельченного подрезного слоя автоклавных газобетонных блоков в пенополиуретане существенно дифференцируют его структуру, чем обусловлено более высокие показатели прочности на сжатие на 15-20% и низкие показатели теплопроводности на 10-15% при аналогичных показателях плотности и теплостойкости по сравнению с прототипом.

Дальнейшее увеличения процентного содержания наполнителя в пенополиуретане (пример 7) приводит к существенному увеличению теплопроводности и плотности без значительного увеличения прочности и огнестойкости, что снижает эффективность материала.

Таким образом, в предложенном теплоизоляционном материале на основе наполненного пенополиуретана достигается требуемый технический результат, заключающийся в получении теплоизоляционного материала на основе пенополиуретана с высокими показателями по теплостойкости и прочности на сжатие, и низкими по теплопроводности, которые позволяют использовать его как для утепления строительных конструкций различного назначения, так и для утепления инженерных сетей.