Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные | Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения | Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела | |
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) |
Навигация: => | На главную/ Каталог патентов/ В раздел каталога/ Назад / |
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2277518
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
Имя изобретателя: Герасименя Валерий Павлович (RU); Соболев Леонид Александрович (RU); Анисимов Дмитрий Геннадиевич
Имя патентообладателя: Герасименя Валерий Павлович
Адрес для переписки: 105484, Москва, ул. 13 Парковая, 26, кв.116, В.П.Герасименя
Дата начала действия патента: 2004.04.28
Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано для изготовления материалов на основе пенопластов для теплоизоляции строительных конструкций в жилищном, сельскохозяйственном и промышленном строительстве. Теплоизоляционный полимерный материал содержит, мас.%: карбамидоформальдегидную смолу 43,8-61,9; в качестве поверхностно-активного вещества - алкилбензолсульфокислоту марки А 0,25-0,5; в качестве кислотного отвердителя - ортофосфорную кислоту 1,05-3,3; модификатор 0,015-0,17; воду 35,6-53,2. В качестве модификатора он содержит полиакриламид-гель "Аммиачный", или полиакриламид, или гексаметилендиаминоадипинат, или капролактам, или полифосфат аммония. Описан способ получения теплоизоляционного полимерного материала. Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик пенопласта за счет улучшения регулярности структуры материала, обеспечивающей низкую эмиссию формальдегида в процессе производства и эксплуатации пенопласта, а и улучшение его физико-механических характеристик и расширение области его применения.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано для изготовления материалов на основе пенопластов для теплоизоляции строительных конструкций в жилищном, сельскохозяйственном и промышленном строительстве, кабин и кузовов автомобилей, судов, вагонов, самолетов, холодильных установок, а и упаковки промышленного и бытового оборудования.
Известен пенообразующий состав для теплоизоляции, включающий карбамидоформальдегидную смолу, пенообразователь, кислый катализатор отверждения, минеральный наполнитель и воду (патент РФ 2083521, кл. С 04 В 28/04, опубл. 10.07.97 г.). В качестве полимера используют карбамидоформальдегидную смолу КФ-ТМ (ГОСТ 14231-78), полученную в результате реакции конденсации при мольном соотношении карбамида к формальдегиду, равном 1,0-1,3:1,0-1,35. В качестве анионного ПАВ - смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных кислот спиртов фракции С10-С18 и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракций С10-C16 и т.д. В качестве катализатора отверждения используют ортофосфорную, соляную, щавелевую, уксусную кислоты.
Недостатком известного пенообразующего состава для изготовления теплоизоляционного материала является длительная (6,0 и более месяцев) избыточная эмиссия формальдегида из материала, значительно превышающая нормы ПДК при эксплуатации конструкций в зданиях и сооружениях различного предназначения.
По этим причинам известный карбамидоформальдегидный пенопласт имеет ограниченную область применения по причине вредных экологических свойств.
Известен состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий полимер, поверхностно-активное вещество, кислотный отвердитель, наполнитель, пластификатор и воду (патент РФ 2055820, кл. С 04 В 28/12, опубл. 10.03.96 г.). В этом составе в качестве полимера используют крепитель М-2, стабилизированный аммиаком, или крепитель М-3, модифицированный винакрилом и стабилизированный аммиаком, или крепитель ВК-1, модифицированный винакрилом и стабилизированный тетраборнокислым натрием (ТУ 6-06-0803396-88-90). В качестве поверхностно-активного вещества используют смесь из кальциевых или натриевых солей жирных кислот фракций С19-C 25 и натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции С10-C16 и др. (ТУ 38.5074-87, ТУ 84-343-72). В качестве отвердителя используют ортофосфорную кислоту (ГОСТ 10678-76). Этот состав выбран в качестве прототипа.
Известный состав позволяет получить устойчивую пеномассу с небольшими усадочными деформациями, имеющую небольшую плотность и удовлетворительные физико-механические свойства. Материалы, полученные из известного состава, характеризуются небольшой механической прочностью.
Недостатком известного состава является довольно сложная рецептура пенообразующего состава, а и длительная (4,0 и более месяцев) избыточная эмиссия формальдегида из материала, значительно превышающая нормы ПДК, в процессе его производства и эксплуатации. По этим причинам известный карбамидоформальдегидный пенопласт и имеет ограниченную область применения.
Избыточное выделение формальдегида объясняется наличием в материале непрореагировавшего при поликонденсации формальдегида, а и образование его вследствие наличия в полимере метилольных групп и метиленэфирных связей, превращающихся в метиленовые. В процессе сушки пенопласта основная часть формальдегида удаляется из материала вместе с влагой.
Технологическая ценность и перспективы использования пенопласта, например, в конструкциях внешних ограждений зданий и сооружений, сдерживаются прежде всего только его токсичностью, связанной с продолжительным выделением из него оставшейся после сушки части формальдегида за счет гидроскопической или термодеструкции химической структуры материала по концевым группам.
Повышенное содержание формальдегида в непроветриваемых жилых и промышленных помещениях выделяющегося из пенопласта под действием влаги и тепла, оказывает вредное влияние на здоровье человека, вызывая прежде всего, раздражение слизистой оболочки верхних дыхательных путей и др. подобные нежелательные явления.
Поэтому проблема снижения выделения формальдегида как при производстве пенопласта, так и в процессе эксплуатации зданий и сооружений с его применением, является весьма актуальной.
Задачей настоящего изобретения является разработка состава теплоизоляционного карбамидоформальдегидного пенопласта с пониженной эмиссией формальдегида и повышенными физико-механическими характеристиками и способа его получения.
Технический результат состоит в повышении эксплуатационных характеристик пенопласта за счет улучшения регулярности структуры материала, обеспечивающей низкую эмиссию формальдегида в процессе производства и эксплуатации пенопласта, а и в улучшении его физико-механических характеристик и расширении области его применения.
Результат достигается тем, что теплоизоляционный полимерный материал, содержащий полимер, кислотный отвердитель, поверхностно-активное вещество и воду, дополнительно содержит модификатор, в качестве полимера используют карбамидоформальдегидную смолу, полученную нейтрализацией водного раствора формальдегида, конденсацией карбамида с формальдегидом в среде с переменной кислотностью при нагревании, вакуумной сушкой, доконденсацией и проведением процесса в присутствии модифицирующей добавки в виде многоатомного спирта, вводимого перед вакуумной сушкой в количестве 1,5-2,5 мас.ч. на 100 мас.ч. карбамида, вводимого на стадии конденсации, и гидроксилсодержащего полимера, вводимого после доконденсации в виде водного раствора в количестве 0,5-3,5 мас.ч. полимера на 100 мас.ч. карбамида, вводимого на стадии конденсации, причем доконденсацию осуществляют постадийно в три и более стадии с введением на последней стадии аммиака до конечного молярного соотношения карбамид: формальдегид: аммиак 1:1,15-1,45:0,1-0,15 соответственно (патент РФ 2114870, опубл. 10.07.98 г., или положительное решение от 12.01.04 г. по заявке на изобретение №2003102351/04 от 29.01.03 г.), при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Карбамидоформальдегидная смола | 10,5-24,0 |
Поверхностно-активное вещество | 0,1-0,12 |
Кислотный отвердитель | 0,425-0,8 |
Модификатор | 0,005-0,04 |
Вода | остальное до 100, |
и тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют алкилбензолсульфокислоту марки А, в качестве кислотного отвердителя используют ортофосфорную кислоту, и тем, что в качестве модификатора он содержит полиакриламид-гель «Аммиачный», или водный раствор полиакриламида, или гексаметилендиаминоадипинат, или капролактам, или полифосфат аммония, или их бинарные или тройные смеси в массовом соотношении ингредиентов 1:1, и тем, что в способе получения теплоизоляционного полимерного материала, в котором первый компонент, включающий карбамидоформальдегидную смолу, загружают в первую емкость, второй компонент, включающий водный раствор смеси поверхностно-активного вещества и кислотного отвердителя, загружают во вторую емкость, первый и второй компоненты из первой и второй емкостей по соответственно первому и второму каналам одновременно подают в смесительный блок, перемешивают и вспенивают до получения готового теплоизоляционного полимерного материала, который подают по третьему каналу в формы, готовят водный раствор модификатора, вводят его в первую емкость и смешивают его с первым компонентом, перемешивают эту смесь в течение 3-5 мин и дозировано подают по первому каналу в смесительный блок, второй компонент перед подачей в смесительный блок вспениваниют во втором канале и получают жидкую среднекратную водовоздушную пену с кратностью 100-200 крат, перемешенную смесь первого и второго компонентов из смесительного блока интенсивно диспергируют с воздухом в третьем канале до получения готового теплоизоляционного полимерного материала в виде низкократной высокодисперсной полимерной пены с кратностью 20-60 крат и размером пузырьков 20-200 мкм, причем готовый теплоизоляционный полимерный материал имеет следующий состав, мас.%:
Карбамидоформальдегидная смола | 10,5-24,0 |
Поверхностно-активное вещество | 0,1-0,12 |
Кислотный отвердитель | 0,425-0,8 |
Модификатор | 0,005-0,04 |
Вода | остальное до 100, |
и тем, что приготовленные смеси первого и второго компонентов в первой и второй емкостях до подачи в смесительный блок нагревают до 30-35°С и выдерживают эту температуру до завершения процесса формирования готового теплоизоляционного полимерного материала, и тем, что готовый теплоизоляционный полимерный материал укладывают в форму при положительной температуре окружающей среды и производят первичное отверждение готового теплоизоляционного полимерного материала в течение 4-6 часов при температуре 15-25°С, после чего осуществляют расформовку залитых форм и резку материала на необходимые размеры пластов, а окончательную сушку готовых пластов материала осуществляют в течение 1-3 суток при температуре 25-45°С и относительной влажности воздуха 50˜70%.
Теплоизоляционный полимерный материал может изготавливаться в стационарных условиях (в цеху) или на строительной площадке по технологии укладываемой в опалубку или форму приготовленной смеси.
При экспериментальной отработке составов для изготовления теплоизоляционного полимерного материала использовали: в качестве полимера - карбамидоформальдегидную смолу марки ВПС-Г (патент РФ 2114870, опубл. 10.07.98 г.) и модифицированную карбамидоформальдегидную смолу марки ВПС-Г (положительное решение от 12.01.04 г. по заявке на изобретение №2003102351/04 от 29.01.03 г.); в качестве поверхностно-активного вещества - алкилбензосульфокислоту марки А (ТУ 2481-036-046893-75-95); в качестве кислотного отвердителя - ортофосфорную кислоту (ГОСТ 6552-80); в качестве модификатора - полиакриламид-гель технический «Аммиачный» (ТУ 6-01-1049-92), гексаметилендиаминадипинат (производитель фирма «Ронпуленк», Франция), капролактам (ГОСТ 7850-86) или полифосфат аммония (ГОСТ 3772-74); воду (ГОСТ 244202-81).
Теплоизоляционный полимерный материал получали следующим образом.
Для получения 1 м3 пенопласта плотностью, например 10,5 кг/м 3, вначале отдельно разводят модификатор, например, полиакриламид-гель технический «Аммиачный» в количестве 40 г в 250 мл горячей воды (t=45-50°С).
Далее первый компонент карбамидоформальдегидную смолу марки ВПС-Г в количестве 10,5 кг заливают в отдельную емкость. В эту же емкость заливают приготовленный модификатор, который перемешивают со смолой в течение 3-5 мин. Во второй емкости приготавливают второй компонент, а именно в емкость загружают 15 л воды, 120 г поверхностно-активного вещества АБСФК, 425 г кислотного отвердителя - ортофосфорную кислоту 85% концентрации или 800 г 52% концентрации. Залитую во вторую емкость смесь компонентов тщательно перемешивают до получения однородной гомогенной смеси.
Далее приготовленные в обеих емкостях смеси подогревают до 30°С и выдерживают эту температуру до конца технологического цикла получения готового материала.
Приготовленные смеси, а именно первый компонент, подают по отдельному каналу напрямую в смесительный блок, одновременно с этим раствор второго компонента подают по другому отдельному каналу принудительно с возможностью вспенивания (например, на сетчатый пеногенератор) для получения жидкой среднекратной водовоздушной пены с кратностью 100-200 крат до начала ее перемешивания с раствором первого компонента. Далее первый компонент и вспененный второй компонент перемешивают в смесительном блоке и в дальнейшем, для получения готового теплоизоляционного полимерного материала, тщательно перемешивают смесь первого и второго компонентов, интенсивно диспергируют под давлением 2,5-3,5 атм совместно с воздухом при расходе 0,6-1,2 м3/мин в третьем отдельном канале до получения готовой смеси в виде низкократной высокодисперсной полимерной пены с кратностью 50-60 крат и размером пузырьков 20-200 мкм.
В дальнейшем готовую смесь укладывают в форму и проводят первичное отверждение полимерной массы в течение 4 час при температуре 25°С. После этого осуществляют расформовку залитых форм и резку материала на необходимые размеры пластов.
Окончательную сушку готовых пластов материала осуществляют в течение 3 сут при температуре 25°С и относительной влажности 50%.
Испытания физико-механических характеристик готового теплоизоляционного полимерного материала производили в соответствии с ГОСТ 10180-90, ГОСТ 12730.2-78, ГОСТ 12730.3-78.
Проверку санитарно-гигиенических свойств проводили по методике в соответствии с ГОСТ 22648-77, МУ №2158-80 газохромотическим методом РД 5204.186-89.
Примеры различных вариантов теплоизоляционного материала с результатами испытаний сведены в таблицу.
Экспериментальные исследования показали, что у пенопласта, изготовленного из предлагаемого состава, выделение свободного формальдегида в атмосферу уже после первых 5-ти суток его изготовления в 5-6 раз ниже, чем у материала полученного на основе известного состава, выбранного в качестве прототипа. Причем, эмиссия свободного формальдегида из пенопласта независима от его плотности по массе.
Установлено, что достижение нормы ПДК по выделению формальдегида из материала после его сушки происходит в течение 25-35 суток.
Таким образом, заявленный теплоизоляционный полимерный материал нового состава и изготовленный по новому способу имеет улучшенные эксплуатационные (экологические) и физико-технические характеристики за счет повышения регулярности структуры материала, которые, как следствие, позволяют расширить области его применения, т.к. экологичность, упругоэластические свойства, малое водопоглощение и т.д. позволяют использовать материал в жилищном, сельскохозяйственном и промышленном строительстве зданий и сооружений.
Таблица Примеры пенообразующих составов для получения теплоизоляционного полимерного материала | |||||||||||||||
№ состава | Содержание компонентов, мас.% | Физико-механические характеристики | |||||||||||||
КФС, ВПС-Г, кг | КФС, ВПС-Г, мод. кг | ПАВ, кг | КО, кг | Модификаторы | Вода, л | Плотность кг/см 2 | Прочность на сжатие при 10% линейн. деформ. кг/см2 | Модуль упругости, кг/см2 | Водопогл., % по объему | Сорбционное увлажнение % по массе | Выделение формальдегида мг/м3 через 30 сут. | ||||
ПАА, кг | Капралактам кг | АГ, кг | ПФА, кг | ||||||||||||
1. | 10,5 | 0,12 | 0,8 | 0,04 | 12,5 | 10,3 | 0,13 | 3,1 | 12,5 | 12 | ПДК | ||||
2. | 12,0 | 0,12 | 0,8 | 0,025 | 13,7 | 13,3 | 0,16 | 5,7 | 13,7 | 6,3 | ПДК | ||||
3. | 18,0 | 0,12 | 0,8 | 0,005 | 14,0 | 15,5 | 0,17 | 6,9 | 14,0 | 7,5 | ПДК | ||||
4. | 24,0 | 0,12 | 0,8 | 0,033 | 13,8 | 25 | 0,35 | 15,8 | 13,8 | 10,6 | ПДК | ||||
5. | 13,5 | 0,1 | 0,425 | 0,04 | 16,0 | 14,2 | 0,27 | 8,2 | 10,1 | 7,2 | ПДК | ||||
6. | 18,5 | 0,1 | 0,425 | 0,033 | 19,0 | 15,5 | 0,29 | 10,6 | 9,0 | 8,0 | ПДК | ||||
7. | 20,0 | 0,1 | 0,425 | 0,025 | 20,0 | 18,2 | 0,31 | 13,8 | 7,5 | 6,8 | ПДК | ||||
Примечание: КФС - карбамидоформальдегидная смола, ПАВ - поверхностно-активное вещество, КО - кислотный отвердитель, ПАА - полиакриламид-гель «Аммиачный», АГ - гексаметилендиаминоадипинат, ПФА - полифосфат аммония. |
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Теплоизоляционный полимерный материал, содержащий полимер, кислотный отвердитель, поверхностно-активное вещество и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит модификатор, в качестве кислотного отвердителя содержит ортофосфорную кислоту, поверхностно-активного вещества - алкилбензолсульфокислоту марки А, а в качестве полимера содержит карбамидоформальдегидную смолу, полученную нейтрализацией водного раствора формальдегида, конденсацией формальдегида с первой порцией карбамида в среде с переменной кислотностью при нагревании, вакуумной сушкой, доконденсацией со второй и третьей порциями карбамида и проведением процесса в присутствии модифицирующих добавок в виде многоатомного спирта, вводимого перед вакуумной сушкой в количестве 1,5-2,5 мас.ч. на 100 мас.ч. первой порции карбамида и гидроксилсодержащего полимера, вводимого после доконденсации в виде водного раствора в количестве 0,5-3,5 мас.ч. полимера на 100 мас.ч. первой порции карбамида, причем доконденсацию осуществляют постадийно в три и более стадий с введением на последней стадии аммиака до конечного молярного соотношения карбамид: формальдегид: аммиак, равного 1:1,15-1,45:0,1-0,15 соответственно, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Карбамидоформальдегидная смола | 43,8-61,9 |
Поверхностно-активное вещество | 0,25-0,5 |
Кислотный отвердитель | 1,05-3,3 |
Модификатор | 0,015-0,17 |
Вода | 35,6-53,2 |
2. Теплоизоляционный полимерный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве модификатора он содержит полиакриламид-гель "Аммиачный", или полиакриламид, или гексаметилендиаминоадипинат, или капролактам, или полифосфат аммония.
3. Способ получения теплоизоляционного полимерного материала, в котором первый компонент, включающий карбамидоформальдегидную смолу, загружают в первую емкость, второй компонент, включающий водный раствор смеси поверхностно-активного вещества и кислотного отвердителя, загружают во вторую емкость, первый и второй компоненты из первой и второй емкостей по соответственно первому и второму каналам одновременно подают в смесительный блок, перемешивают и вспенивают до получения готового теплоизоляционного полимерного материала, который подают по третьему каналу в формы, отличающийся тем, что готовят водный раствор модификатора, вводят его в первую емкость и смешивают его с первым компонентом, перемешивают эту смесь в течение 3-5 мин и дозированно подают по первому каналу в смесительный блок, второй компонент перед подачей в смесительный блок вспенивают во втором канале и получают жидкую среднекратную водовоздушную пену с кратностью 100-200, а перемешанную смесь из первого и второго компонентов из смесительного блока интенсивно диспергируют с воздухом под давлением 2,5-3,5 атм при расходе воздуха 0,6-1,2 м/мин в третьем канале, в котором проводят отверждение теплоизоляционного полимерного материала до образования пенопласта в виде низкократной высокодисперсной полимерной пены с кратностью 20-60 и размером пузырьков 20-200 мкм, причем теплоизоляционный полимерный материал имеет следующий состав, мас.%:
Карбамидоформальдегидная смола | 43,8-61,9 |
Поверхностно-активное вещество | 0,25-0,5 |
Кислотный отвердитель | 1,05-3,3 |
Модификатор | 0,015-0,17 |
Вода | 35.6-53,2 |
затем готовый теплоизоляционный полимерный материал укладывают в форму при положительной температуре окружающей среды и производят дополнительное отверждение готового теплоизоляционного полимерного материала в течение 4-6 ч при температуре 15-25°С, после чего осуществляют расформовку залитых форм и резку материала на необходимые размеры пластов, а окончательную сушку готовых пластов материала осуществляют в течение 1-3 суток при температуре 25-45°С и относительной влажности воздуха 50-70%.
4. Способ по п.4, отличающийся тем, что приготовленные смеси первого и второго компонентов в первой и второй емкостях до подачи в смесительный блок нагревают до 30-35°С и выдерживают эту температуру до завершения процесса формирования готового теплоизоляционного полимерного материала.
Версия для печати
Дата публикации 18.01.2007гг
Created/Updated: 25.05.2018
Якщо ви вважаєте ці поради українською корисними, можете підтримати автора і, звичайно, отримуйте задоволення! ☕
📩 Шановні, якщо ви хочете додати, відредагувати, виділити кольором надішліть повідомлення через форму контакту.