Результат интеллектуальной деятельности: Теплоизоляционный материал на основе пенополиуретана

Теплоизоляционный материал на основе пенополиуретана.

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности теплоизоляционных материалов, на основе полимерных композиций и может быть использовано для теплоизоляции строиельных конструкций различного назначения и для теплоизоляции трубопроводов.

В настоящее время наиболее эффективным и удобным для применения теплоизоляционным материалом при изготовлении трубопроводов и строительных конструкций различного назначения является пенополиуретан (ППУ) и материалы, изготовленные на его основе. ГШУ широко применяются в практике мирового строительства благодаря их хорошим характеристикам и удобству при производстве и эксплуатации. Комплекс физико-механических и эксплутационных свойств ППУ в сочетании с высокой технологичностью и хорошей адгезией почти ко всем конструкционным материалам создает реальные возможности организации поточных высокомеханизированных и автоматизированных линий по производству легких ограждающих многослойных конструкций.

Однако, применяемые теплоизоляционные материалы на основе пенополиуретанов не обладают достаточной огнестойкостью, теплостойкостью и необходимым комплексом прочностных свойств.

Известна теплоизоляционная композиция, включающая жесткий пенополиуретан и полые микросферы, являющиеся наполнителем. В качестве полых микросфер использованы зольные микросферы продуктов сжигания угля твердого шлакоудаления с размером фракций 1-10 мкм не более 20 мас. %, с размером фракций 30-40 мкм не менее 65 мас. % и с размером фракций 80-100 мкм не более 15 мас. %, при следующем соотношении компонентов, масс%: пенополиуретан 70-90, зольные микросферы продуктов сжигания угля твердого шлакоудаления 10-30.

Плотность композиции составляет от 35 до 51 кг/м3, прочность на сжатие от 0,76 до 1,36 МПа при этом коэффициент теплопроводности составляет от 0,098 до 0,124 Вт/м⋅К [патент РФ №2279414, опубликовано 10.07.2006, Бюл. №19].

В качестве основных недостатков известной теплоизоляционной композиции можно отметить следующее:

- при достижении композицией высоких показателей по прочности на сжатие происходит резкое ухудшение основного показателя для утеплителя - коэффициента теплопроводности. Коэффициент теплопроводности увеличивается более чем в четыре раза;

- значительное увеличение коэффициента теплопроводности материала потребует увеличение толщины теплоизоляционного материала для того, чтобы строительная конструкция удовлетворяла теплотехническим требованиям.

Известна теплоизолирующая композиция (теплоизоляционный материал), включающая пенополиуретан и полые стеклянные микросферы, являющиеся наполнителем при следующем соотношении компонентов, масс. %: пенополиуретан 70-95, стеклянные микросферы 5-30 [патент РФ №2226202, опубликовано 27.06.2004 Бюл. №9].

В качестве основных недостатков известного теплоизоляционного материала можно отметить следующее:

- описанная теплоизоляционная композиция обладает узкими функциональными возможностями, так как, уровень прочности на сжатие невысок, что не позволяет использовать данную композицию в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала;

- теплоизоляционный материал имеет высокие показатели коэффициента теплопроводности, в следствии использования полых стеклосфер в качестве наполнителя;

- теплоизоляцтонный материал имеет более высокие показатели горючести.

Известна теплоизоляционная композиции включающая жесткий пенополиуретан и минеральный наполнитель при котором раздельно готовят состав А смешением 100 мас. ч. полиизоцианата, 133,3-187,5 мас. ч. минерального наполнителя и 0,9-1,0 мас. ч. триэтаноламина и состав Б смешением 30,0-34,4 мас. ч. диэтиленгликоля и 6,7-8,8 мас. ч. диметилкетона. Совмещают оба состава, заливают смесь в форму, вспенивают и отверждают [патент РФ №2005731, опубликовано 15.01.1994 г].

В качестве основных недостатков известного теплоизоляционного материала полученного по этому способу можно отметить невысокие показатели по теплостойкости и высокие по теплопроводности. Кроме того теплоизоляционный материал, состоящий из 5 компонентов может производиться только в теплое время года (при температуре окружающей среды +25°С и +16°С), что ограничивает рамки его промышленной применимости.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению, выбранным в качестве прототипа, является теплоизоляционный материал указанный в патенте «Способ получения наполненных полиуретанов и установка для его осуществления» [патент РФ №2563243, опубликовано 20.09.2015 г], твердый наполнитель предварительно вводят в емкость или емкости с жидким компонентом полиуретановой смеси и после перемешивания до образования пульпы под высоким давлением подают в смесительную камеру смесительного узла, где происходит перемешивание встречных потоков, и выпуск композиционной смеси.

В качестве основных недостатков известного теплоизоляционного материала можно отметить невысокие показатели по теплостойкости и высокие по коэффициенту теплопроводности. Кроме того его можно производить только в заводских условиях используя специальное сложное технологическое оборудование, что ограничивает рамки его промышленной применимости.

Изобретение направлено на получение теплоизоляционного материала на основе ППУ с высокими показателями по теплостойкости, и низкими по теплопроводности, которые позволяют использовать его как для утепления строительных конструкций различного назначения, так и для покрытия трубопроводов.

Это достигается тем, что теплоизоляционный материал на основе пенополиуретана, включающий пенополиуретан с наполнителем и полученный смешением полиизоционата с наполнителем с добавлением затем полиола с последующим перемешиванием до получения готового материала, при этом соотношение компонентов пенополиуретена - полиизоционата и полиола составляет 1:1, а в качестве наполнителя используются отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

- пенополиуретан - 60-80;

- отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов 20-40.

Для получения теплоизоляционного материала использовались следующие компоненты:

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

- наполнитель - отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов с хвостохранилищь Стойленского и Лебединского ГОКов Белгородской области - хвосты. Химический состав: SiO₂ - 65,8%; Fe₂O₃ - 10,6%; Fe_общ - 10,3%; FeO - 5,2%; MgO - 6,2%; CaO - 3,1; 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, затем добавляют полиол, в соотношениях указанных в таблицах №1 и №2. При этом соотношение компонентов А и Б ППУ составляет 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 ISO 306, 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 берут 90 г полиизоцианата и 120 г отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и перемешивают в емкости с помощью электромешалки в течении 15-20 сек. Затем в емкость добавляют 90 г полиола и перемешивают в течении 10-15 сек.

Испытания на теплостойкость проводились по методу Вика, в соответствии с ISO 306; 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. Испытания на горючесть проводились на установке ОТМ в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89. Результаты испытаний представлены в таблице №2.

Из представленных таблиц видно, что использование в качестве наполнителя ППУ отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов уменьшает горючесть материала, увеличивает теплостойкость и прочностные характеристики без значительного увеличения коэффициента теплопроводности. Полученный теплоизоляционного материала превосходит прототип по теплостойкости на 5-10% и по коэффициенту теплопроводности на 10-15%. Такое сочетание свойств теплоизоляционного материала не требует применения защитных оболочек и позволяет создавать теплоизоляционный материал для строительных конструкций различного назначения и для теплоизоляции трубопроводов. При этом в качестве наполнителя используются отходы производства, не требующие дополнительной обработки, что приводит к снижению себестоимости конечного продукта.