RU2169741C2 - Method preparing porous heat-insulating material - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacture of heat-insulating building materials having improved heat resistance and high service characteristics. SUBSTANCE: method is carried out as follows. Foaming polyurethane foam constituents, polyethylene glycol and polyisocyanate and finely dispersed powder of natural gypsum or dolomite meal are batched. Finely dispersed powder of natural gypsum is first added to polyethylene polyglycol under continuous stirring and polyisocyanate is then added to the resulting mixture while continuing stirring. EFFECT: higher heat resistance of the resulting material and wider range of raw materials used. 2 tbl

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении пористых строительных теплоизоляционных изделий или монолитной изоляции. The invention relates to the building materials industry and can be used in the manufacture of porous building thermal insulation products or monolithic insulation.

Известен способ получения поризованной строительной смеси, включающей смешение его компонентов с пенообразователем и последующим введением в полученную смесь при диспергировании сжатого воздуха под давлением. Введение осуществляют в нижний слой смеси под низким давлением, а диспергирование осуществляют в лопастной мешалке при скорости вращения 7-15 с^-1 в течение 0,5-1 мин (см. а.с. N 1689365, C 04 B 38/08, опубл. 07.11.91).A known method of obtaining a porous building mixture, comprising mixing its components with a foaming agent and subsequent introduction into the resulting mixture when dispersing compressed air under pressure. The introduction is carried out in the lower layer of the mixture under low pressure, and the dispersion is carried out in a paddle mixer at a rotational speed of 7-15 s ^-1 for 0.5-1 min (see.with. N 1689365, C 04 B 38/08, publ. 11/07/91).

Такой способ используют обычно при производстве строительных растворов и смесей на основе гипсового или цементного вяжущих. This method is usually used in the production of mortars and mixtures based on gypsum or cement binders.

Для всех видов гражданского, промышленного, энергетического строительства большой интерес представляют пенополиуретаны, так как обладают высокими теплоизолирующими свойствами, водо- и атмосферостойкостью, стойкостью к грибкам, удовлетворительными звукоизолирующими свойствами, значительной прочностью. Повышение качества теплоизоляции зданий обеспечивает экономию средств на отопление. Polyurethane foams are of great interest for all types of civil, industrial, and energy construction, as they have high heat-insulating properties, water and weather resistance, resistance to fungi, satisfactory sound-insulating properties, and considerable strength. Improving the quality of thermal insulation of buildings provides savings on heating costs.

Известен способ получения пористого теплоизоляционного материала на основе пенополиуретана (см. Г.А.Булатов. "Пенополиуретаны в машиностроении и строительстве". - М.: Машиностроение, 1978. - С. 12, 19, 25). A known method of obtaining a porous heat-insulating material based on polyurethane foam (see G.A. Bulatov. "Polyurethane foams in mechanical engineering and construction". - M .: Mechanical Engineering, 1978. - S. 12, 19, 25).

Жесткие и эластичные пенополиуретаны получают путем взаимодействия дозированных полиизоционатов и простых или сложных короткоцепных полиолов. При этом обеспечивают тщательное и непрерывное перемешивание исходных компонентов. Для улучшения качества конструкций из пенополиуретана, снижения стоимости вводят различные наполнители, например, инертные - речной песок. Rigid and flexible polyurethane foams are obtained by the interaction of metered polyisocyanates and simple or complex short-chain polyols. At the same time, thorough and continuous mixing of the starting components is ensured. To improve the quality of structures made of polyurethane foam, reduce cost, various fillers are introduced, for example, inert fillers - river sand.

Основным недостатком теплоизоляционного материала из пенополиуретана является его горючесть и высокая стоимость. The main disadvantage of the polyurethane foam insulation material is its flammability and high cost.

Снижению горючести пенополиуретанов, используемых в строительстве, уделяется большое внимание. Для получения самозатухающих пенополистиролов используют галоид- и фосфорсодержащие мономеры (см., например, "Зарубежный опыт производства и применения облегченных строительных конструкций с использованием полимерных материалов". - М. - 1973, обзор ВНИИЭСМ. - С. 44). Это еще больше увеличивает стоимость теплоизоляционного материала. Much attention is paid to reducing the combustibility of polyurethane foams used in construction. To obtain self-extinguishing polystyrene foam, halide and phosphorus-containing monomers are used (see, for example, “Foreign experience in the production and use of lightweight building structures using polymeric materials.” - M. - 1973, review by VNIIESM. - P. 44). This further increases the cost of the insulating material.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ изготовления полимербетонной изоляции (см. патент RU 2005731, МПК C 08 G 18/08, опубл. 15.01.94) смешением полифункционального органического изоцианата (полиизоцианата), диметилкетона, диэтиленгликоля, триэтаноламина и минерального наполнителя с последующей заливкой смеси в форму, вспениванием и отвердением, при этом раздельно готовят состав A смешиванием полиизоцианата, минерального наполнителя и триэтаноламина и состав Б смешением диэтиленгликоля с диметилкетоном, а затем совмещают состав А с составом Б при следующем соотношении компонентов, ч:
Полиизоцианат - 100
Диэтиленгликоль - 30,3 - 34,4
Диметилкетон - 6,7-8,8
Триэтаноламин - 0,9-1,0
Минеральный наполнитель - 133,3-187,5
Однако данная композиция не порочит новизны предлагаемого технического решения, поскольку решает другую задачу - повышение кислотоупорности полимербетонной изоляции. Способ получения отличается тем, что наполнитель (андезитовая мука) вводится, на первой стадии, в полиизоцианат Д с добавкой триэтаноламина, а затем смешивается с диэтиленгликолем и ацетоном. Эта система значительно сложней и включает в себя большее количество ингредиентов. Из-за того, что данная композиция содержит в своем составе диметилкетон (ацетон), то, скорее всего, данная полимербетонная изоляция будет более горючая и менее термостойкая, чем предлагаемая.Closest to the technical nature of the claimed is a method of manufacturing polymer concrete insulation (see patent RU 2005731, IPC C 08 G 18/08, publ. 15.01.94) by mixing polyfunctional organic isocyanate (polyisocyanate), dimethyl ketone, diethylene glycol, triethanolamine and mineral filler with subsequent pouring the mixture into a mold, foaming and hardening, while separately preparing composition A by mixing polyisocyanate, mineral filler and triethanolamine and composition B by mixing diethylene glycol with dimethyl ketone, and then place composition A with composition B in the following ratio of components, h:
Polyisocyanate - 100
Diethylene glycol - 30.3 - 34.4
Dimethylketone - 6.7-8.8
Triethanolamine - 0.9-1.0
Mineral filler - 133.3-187.5
However, this composition does not discredit the novelty of the proposed technical solution, since it solves another problem - increasing the acid resistance of polymer concrete insulation. The production method is characterized in that the filler (andesitic flour) is introduced, in the first stage, into polyisocyanate D with the addition of triethanolamine, and then mixed with diethylene glycol and acetone. This system is much more complex and includes more ingredients. Due to the fact that this composition contains dimethyl ketone (acetone) in its composition, it is most likely that this polymer concrete insulation will be more combustible and less heat resistant than the proposed one.

Целью настоящего изобретения является повышение термостойкости пористого теплоизоляционного материала, снижение стоимости при сохранении высоких эксплуатационных характеристик. The aim of the present invention is to increase the heat resistance of a porous insulating material, reducing cost while maintaining high performance.

Постановленная цель достигается тем, что пористый теплоизоляционный материал получают путем дозирования и тщательного непрерывного перемешивания составляющих: вспенивающегося пенополиуретана и наполнителя. Новым в способе является то, что в полиэтиленполигликоль вводят наполнитель, в качестве которого используют тонкодисперсный порошок природного гипса (с S_уд ≥ 4500 см²/г) или доломитовую муку, а затем в полученную смесь добавляют полиизоцианат Б, при этом указанные компоненты смешивают в соотношении, мас.%:
наполнитель - 50...65
полиэтиленполигликоль - 20...30
полиизоцианат - 15...20
Заявленный способ отличается от известного последовательностью смешения компонентов и видом составляющей вспенивающегося полиуретана.The stated goal is achieved in that the porous heat-insulating material is obtained by dosing and thorough continuous mixing of the components: expandable polyurethane foam and filler. New in the method is that a filler is introduced into the polyethylene polyglycol as fine powder of natural gypsum (with S _beats ≥ 4,500 cm ² / g) or dolomite flour, and then polyisocyanate B is added to the resulting mixture, while these components are mixed in ratio, wt.%:
filler - 50 ... 65
polyethylene polyglycol - 20 ... 30
polyisocyanate - 15 ... 20
The claimed method differs from the known sequence of mixing the components and the type of component expandable polyurethane.

Основными компонентами полиуретанов являются изоцианаты и гликоли, в данном случае их разновидность: полиизоцианат Б и полиэтиленполигликоль с молекулярной массой 400. Наполнитель - природный гипс CaSO₄•2H₂O (или доломитовая мука). При взаимодействии изоционатов и полиэтиленполигликолей образуются уретановые звенья и выделяется углекислый газ, вспенивающий композицию.The main components of polyurethanes are isocyanates and glycols, in this case their variety: polyisocyanate B and polyethylene polyglycol with a molecular weight of 400. The filler is natural gypsum CaSO ₄ • 2H ₂ O (or dolomite flour). During the interaction of isocyanates and polyethylene glycols, urethane units are formed and carbon dioxide is released, which foams the composition.

Отверждение пены происходит в результате взаимодействия полиизоцианатных групп с влагой, содержащейся в воздухе, в природном гипсе. Curing of the foam occurs as a result of the interaction of polyisocyanate groups with moisture in the air in natural gypsum.

Компоненты композиции, перемешанные в определенной последовательности, поступают в емкость, форму, опалубку и т.д., где происходит следующее:
1) RN = C = O+R′-CH₂OH_→RNHC^=o-OCH₂R′ (пенополиуретан)
2) RN = C = O+H₂O_→RNHC^=o-OH (карбаминовая кислота)
3) RNHC^=o-OH_→ CO₂+RNH₂ (амин)
4) RNH₂+RN = C = O_→RNHC^=o-NHR(полимочевина)
Конечный продукт - полимочевина, которая образуется в результате реакции полиприсоединения, и составляет основной костяк материала. Из нее образуются так называемые тяжи (тонкие перегородки), которые обладают большой прочностью.The components of the composition, mixed in a certain sequence, enter the tank, form, formwork, etc., where the following occurs:
1) RN = C = O + R′-CH ₂ OH_ → RNHC ^{= o} -OCH ₂ R ′ (polyurethane foam)
2) RN = C = O + H ₂ O_ → RNHC ^{= o-} OH (carbamic acid)
3) RNHC ^{= o-} OH_ → CO ₂ + RNH ₂ (amine)
4) RNH ₂ + RN = C = O_ → RNHC ^{= o} -NHR (polyurea)
The final product is polyurea, which is formed as a result of the polyaddition reaction, and forms the main backbone of the material. From it are formed the so-called cords (thin partitions), which have great strength.

При введении в полиэтиленполигликоль наполнителя необходимо тщательное перемешивание для того, чтобы избежать разноплотности готовых изделий. Это также необходимо потому, что при введении в эту смесь полиизоцианата Б недостаточно времени для тщательного перемешивания наполнителя из-за достаточно быстрого наступления начала вспучивания. When the filler is introduced into the polyethylene polyglycol, thorough mixing is necessary in order to avoid the density of the finished products. This is also necessary because when polyisocyanate B is introduced into this mixture, there is insufficient time for thorough mixing of the filler due to the sufficiently rapid onset of expansion.

Предварительное размешивание наполнителя в полиэтиленполигликоле связано с тем, что в полиизоцианате Б сложно добиться равномерного распределения наполнителя в его объеме. А также, как показали опыты, при перемешивании ингредиентов смеси в последовательности: полиэтиленполигликоль-наполнитель-полиизоцианат Б дает более лучшие результаты, чем при смешивании составляющих в обратной последовательности. Preliminary stirring of the filler in polyethylene polyglycol is due to the fact that in the polyisocyanate B it is difficult to achieve uniform distribution of the filler in its volume. And also, as experiments showed, when mixing the ingredients of the mixture in the sequence: polyethylene polyglycol-filler-polyisocyanate B gives better results than when mixing the components in the reverse sequence.

Используемые операции и состав ингредиентов известны из уровня техники и используются в способе с выполнением свойственных им функций. Однако предлагаемый способ получения пористого теплоизоляционного материала удовлетворяет условию изобретательского уровня, так как решает задачу повышения термостойкости с помощью использования нового дешевого наполнителя - природного молотого гипса (или доломитовой муки), рационального строго определенного состава ингредиентов и определенной последовательности операций их смешивания. The operations used and the composition of the ingredients are known from the prior art and are used in a method with the performance of their inherent functions. However, the proposed method for producing a porous heat-insulating material satisfies the condition of an inventive step, since it solves the problem of increasing heat resistance by using a new cheap filler - natural ground gypsum (or dolomite flour), a rational, strictly defined composition of ingredients and a certain sequence of operations for mixing them.

Этот технический результат не следует явным образом из известных свойств наполнителя (CaSO₄•2H₂O или CaCO₃•MgCO₃), поэтому данное изобретение соответствует критерию изобретательский уровень.This technical result does not follow explicitly from the known properties of the filler (CaSO ₄ • 2H ₂ O or CaCO ₃ • MgCO ₃ ), therefore, this invention meets the criterion of inventive step.

Кроме того, в полученном пористом теплоизоляционном материале сохраняются высокие теплоизоляционные свойства, несмотря на то, что значительную часть состава занимает наполнитель. Снижение горючести произойдет вследствие того, что, при повышении температуры из природного молотого гипса будут выделяться две молекулы кристаллизационной воды, которая и снизит температуру материала. In addition, the obtained porous heat-insulating material retains high heat-insulating properties, despite the fact that a significant part of the composition is occupied by the filler. The decrease in flammability will occur due to the fact that, with increasing temperature, two molecules of crystallization water will be released from natural ground gypsum, which will lower the temperature of the material.

Авторы, используя композицию из полиизоцианата Б, полиэтиленполигликоля и наполнителя - природного гипса, при определенной последовательности смешения компонентов, добились повышения термостойкости теплоизоляционного материала. The authors, using a composition of polyisocyanate B, polyethylene polyglycol and filler - natural gypsum, with a certain sequence of mixing the components, achieved an increase in the heat resistance of the heat-insulating material.

Способ осуществляют следующим образом. Согласно указанной рецептуре дозируют составляющие: полиэтиленполигликоль, природный молотый гипс (или доломитовую муку), полиизоцианат. Примеры приготовления известного и предложенного составов по обоснованию предлагаемых пределов содержания компонентов приведены в таблице 1. The method is as follows. According to the specified recipe, the following components are dosed: polyethylene polyglycol, natural ground gypsum (or dolomite flour), polyisocyanate. Examples of the preparation of the known and proposed compositions to justify the proposed limits for the content of the components are shown in table 1.

При непрерывном перемешивании в жидкий полиэтиленполигликоль вводят природный молотый гипс или доломитовую муку и, продолжая перемешивать, через 2-6 минут вводят в полученную массу полиизоцианат Б, перемешивая еще 2-3 минуты. После начала вспенивания массы ее помещают в формы для окончательного вспенивания и последующего затвердевания. With continuous stirring, natural ground gypsum or dolomite flour is introduced into the liquid polyethylene glycol and, while continuing to mix, after 2-6 minutes polyisocyanate B is introduced into the resulting mass, stirring for another 2-3 minutes. After the foaming of the mass begins, it is placed in molds for final foaming and subsequent solidification.

Результаты испытаний образцов на основе приведенных составов сведены в таблицу 2. The test results of the samples based on the given compositions are summarized in table 2.

Из таблицы 2 следует, что, используя предложенные составы, можно добиться увеличения прочности по сравнению с известным при одинаковом соотношении компонентов. From table 2 it follows that, using the proposed compositions, it is possible to achieve an increase in strength compared with the known with the same ratio of components.

При этом снижается средняя плотность на 25%, что приводит к улучшению теплотехнических характеристик. В 5-6 раз уменьшается коэффициент открытой пористости, что ведет к уменьшению водопоглощения в 2 раза, улучшению теплотехнических свойств. Увеличивая долю наполнителя - тонкодисперсного порошка природного молотого гипса (или доломитовой муки), можно добиться повышения термостойкости, в сравнении с известными решениями, на 10-30^oC. При этом остальные характеристики материала также улучшаются.At the same time, the average density decreases by 25%, which leads to an improvement in thermal performance. The coefficient of open porosity decreases by a factor of 5–6, which leads to a decrease in water absorption by a factor of 2, and an improvement in thermotechnical properties. By increasing the share of the filler - finely divided powder of natural ground gypsum (or dolomite flour), it is possible to increase the heat resistance, in comparison with the known solutions, by 10-30 ^o C. In this case, the remaining characteristics of the material are also improved.

При использовании рекомендованных соотношений компонентов теплоизоляционного материала упрощается технология его изготовления, повышаются термостойкость и другие физико-механические характеристики в сравнении с известным. Результаты испытаний подтверждены физико-механическими исследованиями. When using the recommended ratios of the components of the insulating material, the technology of its manufacture is simplified, the heat resistance and other physical and mechanical characteristics are increased in comparison with the known one. The test results are confirmed by physical and mechanical studies.

Предлагаемый способ получения пористого теплоизоляционного материала позволяет расширить сырьевую базу производства за счет использования таких недорогих наполнителей, как молотый природный гипс и доломитовая мука, упростить технологический процесс, вследствие исключения из состава катализаторов, эмульгаторов и других добавок. The proposed method for producing a porous insulating material allows to expand the raw material base of production by using such inexpensive fillers as ground natural gypsum and dolomite flour, to simplify the process, due to the exclusion of catalysts, emulsifiers and other additives from the composition.

Claims (1)

Способ получения пористого теплоизоляционного материала, включающий дозирование компонентов и перемешивание одной из составляющих вспенивающегося полиуретана с наполнителем и последующее введение в смесь другой составляющей, отличающийся тем, что наполнитель, в качестве которого используют тонкодисперсный порошок природного гипса или доломитовую муку, вводят в полиэтиленполигликоль, а после перемешивания в полученную смесь добавляют полиизоцианат Б при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Наполнитель - 50 - 65
Полиэтиленполигликоль - 20 - 30
Полиизоцианат Б - 15 - 20A method of obtaining a porous heat-insulating material, comprising dosing the components and mixing one of the components of an expandable polyurethane with a filler and then introducing another component into the mixture, characterized in that the filler, which is used as a fine powder of natural gypsum or dolomite flour, is introduced into polyethylene polyglycol, and then mixing the resulting mixture add polyisocyanate B in the following ratio, wt.%:
Filler - 50 - 65
Polyethylene Polyglycol - 20 - 30
Polyisocyanate B - 15 - 20

Images