Минеральная вата – волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов горных пород, металлургических шлаков и других силикатных промышленных отходов или их смесей.
Минеральная вата состоит из тончайших взаимно переплетающихся волокон, находящихся в стекловидном состоянии и неволокнистых включений в виде капель застывшего расплава.
Минеральная вата (ROCKWOOL, PAROC и др.). Это, пожалуй, самый дорогой материал среди теплоизоляционных, но практически не имеет недостатков. Есть, правда, один нюанс, это гидрофобизация материала. Без гидрофобизации материал будет впитывать влагу, но хорошие материалы гидрофобизированы и их влагопоглощение незначительно.
Минеральную вату применяют для изготовления теплозвукоизоляционных и звукопоглощающих изделий, а также в качестве теплоизоляционного материала в строительстве для поверхности с температурой не более 700 0С. Высокие показатели теплоизоляционных свойств минеральной ваты и изделий из нее, недефицитность сырьевых материалов для ее изготовления, сравнительно низкая стоимость определили ее широкое распространение в строительстве.
Наиболее широкое применение получили следующие минераловатные изделия:
-
Теплоизоляционные плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем – для строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов при температуре изолируемой поверхности от -60
до +400
; -
Минераловатные плиты повышенной жесткости на синтетическом связующем – для производства строительных конструкций, стеновые панели, перекрытия, покрытия;
-
Теплоизоляционные цилиндры и полуцилиндры из минеральной ваты на синтетическом связующем – для трубопроводов при температуре изолируемой поверхности –180
+400; -
Теплоизоляционные плиты из минеральной ваты на битумном связующем – для строительных конструкций технологического оборудования и трубопроводов, промышленных холодильников при температуре изолируемой поверхности –100+60
;
-
Теплоизоляционные вертикально-слоистые маты из минеральной ваты – для трубопроводов диаметром свыше 108мм и аппаратов при температуре изолируемой поверхности –120 до +300
; -
Минераловатные плиты на крахмальной связке – для промышленного оборудования и строительных конструкций, защищенных от увлажнения, при температуре изолируемой поверхности -60 до +400
; -
Минераловатные прошивные маты – для промышленного оборудования и трубопроводов при температуре изолируемой поверхности от –108 до +600
; -
Минераловатные изделия с гофрированной структурой – для трубопроводов и технологического оборудования при температуре изолируемой поверхности до 400
; -
Эластичный войлок из минеральной ваты на синтетическом связующем, для промышленных объектов оборудования, резервуаров при температуре изолируемой поверхности от –180 до +600
.
В минеральной вате содержится около 95% воздушных пор.
Производство минеральной ваты и изделий из нее включает в себя следующие основные технологические операции: подготовку сырьевых материалов, составление сырьевой смеси, плавление сырья, переработку расплава в волокно, осаждение минеральной ваты и формирование минераловатного ковра в камере волокноосаждения, введение связующего, тепловую обработку минераловатного ковра, продольную и поперечную резку ковра на изделия заданных размеров.
Способ подготовки сырьевых материалов зависит от вида плавильного агрегата, применяемого для плавления сырья и получения расплавов, в качестве плавильного агрегата используют шахтную печь – вагранку, ванные рекуперативные или регенеративные печи и шлакоприемные ванные печи.
Осаждение волокна и формирование минераловатного ковра осуществляются в камерах волокноосаждения.
Характеристика минеральной ваты
Таблица 8
|
|
Типы |
||
|
А |
Б |
В |
|
|
Водостойкость, не менее |
5 |
7 |
7 |
|
Модуль кислотности, не менее |
1,4 |
1,2 |
1,2 |
|
Средний диаметр волокна, МКШ, не более |
7 |
8 |
12 |
|
Плотность кг/м |
80 |
100 |
100 |
|
Теплопровод-ность Вт/м.гр., не более при t 255 1255 300 |
0,045 0,064 0,105 |
0,045 0,065 0,112 |
0,050 – – |
|
Содержание не волокнистых включений (корольков) размером свыше 0,25мм, %, не более |
12 |
20 |
25 |
|
Влажность %, не более |
1 |
1 |
2 |
В зависимости от назначения минеральную вату выпускают 3 типов:
а) для производства плит повышенной жесткости из гидромассы, плит горячего прессования, плит полусухого прессования марки 200 и других изделий на синтетическом связующем;
б) для производства плит марок 50, 75,125,175, цилиндров, полуцилиндров на синтетическом связующем, для матов, шнуров и войлока;
в) для производства плит на битумном связующем.
У ваты, поступающей на изготовление изделий, контролируют модуль кислотности Мк, средний диаметр волокна, плотность, влажность содержание органических веществ.
Транспортируют минеральную вату в крытых вагонах или других закрытых транспортных средствах, предохраняющих ее от увлажнения, уплотнения и загрязнения.
Основным показателем минеральной ваты является
диаметр волокон, колеблющийся в пределах 1-10 мкм.
Длина волокон определяется химическим составом расплава и способом получения и составляет 2-300 мм. Более длинные волокна придают изделиям большую прочность и эластичность.
Частицы расплавов, не вытянувшиеся в волокна и имеющие сферическую форму, называют корольками. Эти включения ухудшают теплоизоляционные свойства материалов.
Пористость минеральной ваты достигает 90%, что обусловливает ее высокие теплоизолирующие свойства. Характер пор открытый, поэтому минеральную вату следует оберегать от увлажнения, так как при этом увеличивается теплопроводность. Водопоглощение минеральной ваты до 600%, гигроскопичность 0,2-2%.
Ввиду того, что волокна представлены веществом в стекловидном состоянии, высокая температура эксплуатации способствует кристаллизации (расстекловыванию). При этом ухудшаются теплофизические свойства минеральной ваты. Ее теплопроводность не должна превышать 0,045вт/м.гр. При температуре 25
=0,064 при температуре равной 125.
Состав шихты подбирают таким образом, чтобы он обеспечивал модуль кислотности волокна не менее 1,5 для высшей категории качества и не менее 1,2 для Iкатегории.
M=
Волокна с Мк=1,5-2,5 отличаются повышенной эксплуатационной стойкостью волокна с Мк
=1,5-2,5 отличаются повышенной эксплуатационной стойкостью, волокна с Мк1,2 неустойчивы по отношению к воздействию воды. Чрезмерное увеличениеSiOиAlОможет увеличить вязкость расплавов, уменьшив производительность плавильного агрегата.
Поэтому при расчетах следует учитывать не только Мк, но и Мв, более точно отражающее состояние расплава.
Mв=,
где М – молекулярное количество каждого из окислов
Модуль вязкости силикатного расплава при использовании вагранки не должен превышать 1,2; при ванном способе производства минеральной ваты – не более 1,4.
Компоненты, переходящие в жидкое состояние при температуре больше 1550,относят к тугоплавким.
В любом случае производят опытную плавку, в ходе которой корректируют состав шихты и уточняют технологический режим работы оборудования.
Сырьем для производства минеральной ваты являются отходы промышленности – металлургические и топливные шлаки, золы, керамический и стеклянный бой, бой силикатного кирпича, а также горные породы.
Исходные сырьевые смеси должны обеспечивать низкую температуру плавления, необходимую вязкость расплава и требуемые эксплутационные характеристики минеральной ваты.
Составляющие сырьевой шихты должны быть недефицитными и легко поддаваться предварительной подготовке.
Измельчение сырьевых компонентов способствует ускорению реакций силикатообразования и гомогенизации расплава, которая необходима для получения стабильных свойств волокна.
Металлургические доменные шлаки – один из основных видов сырья для производства минеральной ваты.
Химический состав их представлен:
35-40; AlO-7-17%;FeO+FeO-0,5-3
CaO-31-47;MgO-5-11%;mnO-0,4-2,2.
Подшихтовку шлаков производят кислыми добавками с высоким содержанием SiOи AlOс целью понижения модуля основности шихты и повышения модуля кислотности значения не менее 1,25.
В противном случае полученное силикатное волокно обладает низкой механической прочностью и является неустойчивым по отношению к действию воды в силу высокого содержания в нем СаО.
Электротермофосфорные шлаки содержат примерно одинаковое количество CaOиSiO
и обязательно подшихтовываются кислыми добавками (песком, золой и т.д).
Ваграночные шлаки характеризуется повышенным содержанием кислых оксидов и пониженным основным SU=1,37-2,82. Их можно использовать как однокомпонентное сырье, а также в качестве подкисляющей добавки к основным шлакам, они имеют невысокую температуру плавления.
Мартеновские шлаки относятся к основным М=0,49-0,76. Их можно использовать как добавку к очень кислому сырью с целью повышения подвижности силикатного расплава, и как плавень.
Шлаки цветной металлургии относятся к кислым М=0,9-3.
Золы электростанций. Золы горючих сланцев и бурых углей менее кислые, чем золы от сжигания каменных углей.
Горные породы наиболее пригодны в виде изверженных пород габбро-базальтовой группы.
Химический состав колеблется в следующих пределах:
SiO
-45-65%; AlO-10-20; FeO+FeO-10-15%; CaO-5-15
MgO-5-15%;NaO+KO-1-3
Загружаемые в вагранку шихта и кокс (рис.4 прил.) поочередно попадают на распределитель шихты, а с него в зону подогрева, где происходит удаление адсорбционной и химически связанной воды, а по мере спускания шихты – декарбонизацияMgCOс выделенным СОВ процессе плавления шихта постепенно спускается и попадает в зону плавления, где при температуре 1500С переходит в жидкое состояние и поступает в нижнюю часть вагранки – гори.
Здесь расплав гомогенизируется и выпускается через летку на сливной поток. Летка выполнена в виде отверстия диаметром 55-65 мм в вставляемом в специальный проем ватержакета. Ватержакет – это металлический цилиндр с двумя стенками, между которыми циркулирует вода, предохраняющая ее от перегрева.
Через сливной лоток минеральный расплав направляется на волокнообразующее устройство.
Для определения очистки вагранок, работающих на твердом топливе, относятся следуюшие показатели: низкий КПД использования теплоты, высокие удельные затраты на топливо.
Достоинства: высокая производимость, простота конструкций, небольшие габариты.
В качестве тепловых агрегатов используются ванные печи, а топливом являются мазут или газ. Сырье с размером зерен 1-2 мм загружают в печь.
К недостаткам относятся большие производственные площади, сложная подготовка сырья за счет большого измельчения.
Шахтно-ванные печи применяют для получения минеральной ваты из горных изверженных пород – габбро, базальта и диабаза.
Основные промышленные способы переработки силикатного расплава в минеральное волокно является дутьевые, центробежные и комбинированные.
Дутьевые делят на горизонтально- и вертикально- дутьевые.
При горизонтально дутьевом способе энергоноситель большой скоростью (400-800 м/сек) входит в соприкосновение со струей расплава приблизительно под прямым углом, изгибает ее и расщепляет на волокна. В качестве энергоносителя можно применять горячий воздух и сухой пар, отходящие топливные газы.
При этом способе получается много корольков.
При вертикально- дутьевом фильерном способе расплав предварительно дробят на тонкие струйки, истекающие из питателей, после чего их раздувают в струе энергоносителя, поправленного сверху вниз с обеих сторон под углом 10-11С по отношению к струйке расплава.
Для раздува струи силикатного расплава используют сопла двух типов: простое суживающееся и сопло Лаваля.
Сопла исполняют в виде круглого отверстия или щели и оформляют как дутьевые головки.
К новым волокнистым теплоизоляционным материалам, отработка технологии и оборудования для производства которых ведется Теплопроектом в последние годы, следует отнести пластмигран и волокнистые изделия на кожевенных отходах (разработанные МГСУ и осваиваемые на опытном заводе Теплопроекта). Объединяет эти два материала то, что оба они предназначены для жилищного строительства, экологически чисты, технологичны в монтаже.
Пластмигран представляет собой материал, в составе которого имеются минераловатные гранулы и пыль полистирола. Эта смесь помещается в перфорированную металлическую форму любой конфигурации и продувается паром. Вспенивающаяся полистирольная пыль прочно связывает волокно. Опытное оборудование изготовлено и смонтировано на Щуровском комбинате «Стройдеталь» (Московская область).
Небольшая добавка карбонатных пород (известняков или доломитов) доводит их модуль кислотности до 1,7-2,5. Использование этого сырья дает возможность получать минеральное волокно и изделия на его основе, обладающие повышенными эксплуатационными свойствами (химически и водостойкие, температуростойкие), с высокими физико-механическими и теплотехническими показателями конфигурации и продувающие паром. Вспенивающаяся полистирольная пыль прочно связывает волокно. Новым шагом на пути совершенствования волокнистых рулонных материалов является термозвукоизолятор , к производству которого приступило АО “Судогодское стекловолокно”. Строительная фирма “Корнев и К°” предложила упаковывать холстопрошивное полотно в надежную защитную оболочку, в качестве которой используется “Лутрасил” – материал, состоящий из прочного, легкого монофиламентного полипропиленового синтетического волокна. “Лутрасил” не пропускает пыль, не отсыревает. Оболочка из “Лутрасила” сохраняет свои свойства при 130-150оС. На Лианозовском электромеханическом заводе в цехе базальтового волокна производят жесткие плиты из гидромассы, которую готовят из супертонких базальтовых волокон и экологически чистого связующего – солей алюминия с аммиачной водой. Плиты рекомендуются к применению во всех видах строительства, включая жилищное, в качестве закладного утеплителя в каркасных конструкциях стен, перегородок, перекрытий, а также при организации огнезащиты стальных дверей и др. конструкций. Важным элементом как новых, так и известных волокнистых утеплителей является качественное, экологически безопасное связующее. Практически все известные виды связующих, применяемых в отечественной теплоизоляционной промышленности, были разработаны 15-20 лет назад. В те годы основная часть минераловатных изделий использовалась на промышленных объектах, где срок их службы определялся временем капитального ремонта оборудования и не был велик. Сегодня, когда основная часть утеплителей применяется строительстве, к связующим предъявляются такие повышенные требования, как неизменность структуры, стабильность геометрических размеров и теплофизических свойств на весь срок эксплуатации.
Работы ученых и практиков последних лет позволяют утверждать, что значительная часть технологических переделов минераловатного производства имеет опробованные в отечественной промышленности решения современного уровня. В то же время в этой технологической цепочке остается открытым очень важный вопрос, связанный с разработкой, изготовлением и внедрением в промышленность современной камеры тепловой обработки (полимеризации), способной по “сухому” способу обеспечить на одной быстро переналаживаемой линии обеспечить поточное производство плитного утеплителя различной заданной плотности (до 250 кг/м2) и различной толщины (от 40 до 250 мм). Именно такие камеры тепловой обработки обеспечили передовым фирмам мира прогресс и опережение в производстве минераловатных утеплителей.
studfiles.net
Область техники
Изобретение касается способа создания связующего для минеральных волокон, т.е. искусственных, созданных человеком стекловидных волокон, например стеклянной, шлаковой или каменной ваты, связующего, которое можно получить этим способом, и продукта из минеральной ваты, содержащего это связующее.
Предшествующий уровень техники
Продукты из минеральной ваты, в основном, содержат минеральные волокна, связанные между собой отвержденным термореактивным полимерным материалом. Одну или несколько струй расплавленного стеклянного, шлакового или минерального материала вытягивают в волокна и вдувают в формообразующую камеру, где они размещаются в виде спутанной сети на движущемся конвейере. Волокна, насыщенные воздухом и парящие в формирующей камере, пока они еще горячие, орошаются связующим веществом. Волокнистая, в виде сети, структура, на которую нанесено покрытие, перемещается из камеры в печь для отверждения, где через эту волокнистую структуру продувают нагретый воздух для совместного отверждения связующего и жестко связанной волокнистой структуры минеральной ваты.
В производстве минеральной ваты широко используются фенол-формальдегидные связующие, т.к. они имеют низкую вязкость в неотвержденном состоянии и, кроме того, образуют при отверждении жесткую термоактивную полимерную структуру из минеральных волокон.
Однако использование фенолформальдегидных связующих становится все более нежелательным из-за использования и выделения в процессе производства химикатов, загрязняющих окружающую среду.
Известно использование β-гидроксиалкиламидов для отверждения поликарбоксиполимеров, например полиакриловой кислоты, с целью получения связующего.
Проблема с полиакрилатами, отвержденными с помощью β-гидроксиалкиламидов, состоит в том, что продукты из минеральной ваты, связанной такой смолой, обычно проявляют хорошие механические свойства до стадии старения, а после выдержки при высокой влажности и повышенных температурах, например 40°С, механические свойства резко ухудшаются.
Поэтому есть потребность в изыскании связующего, которое превзошло бы известные связующие.
Раскрытие сущности изобретения
Объект настоящего изобретения касается создания другого связующего, позволяющего преодолеть одну или несколько вышеобозначенных проблем.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается способ получения связующего для продуктов из минеральной ваты, причем данный способ включает стадии:
– смешивание в реакционноспособных условиях карбоновой кислоты с алканоламином.
Получившееся в результате связующее при использовании для получения продуктов из минеральной ваты обеспечивает их хорошие механические свойства после старения, подвергания деформированию и выдержке при высокой влажности и повышенных температурах.
Карбоновую кислоту и алканоламин, предпочтительно, прежде всего смешивают друг с другом в реакционноспособных условиях для получения смолы, которую необязательно впоследствии смешивают со специальным полимером, содержащим карбоксильную кислотную группу для получения связующего.
Карбоновая кислота предпочтительно представляет собой ди-, три- или тетракарбоновую кислоту с молекулярной массой около 1000 или менее, предпочтительно около 500 или менее, и самое предпочтительное – около 200 или менее, наиболее предпочтительна дикарбоновая кислота, имеющая общую формулу:
СООН-(CR1R2)n-СООН,
где n≥2 и предпочтительно n≥4, и где R1 и R2 независимо выбраны из Н или низшей алкильной группы, предпочтительно метила или этила.
Карбоновая кислота предпочтительно выбрана из группы, состоящей из адипиновой кислоты, лимонной кислоты, тримеллитовой кислоты, себациновой кислоты, азелаиновой кислоты и янтарной кислоты. При этом, наиболее предпочтительно использовать адипиновую кислоту.
Алканоламин предпочтительно выбран из группы, включающей ди- и триалканоламины, и может быть вторичным бета-гидроксиалкиламином, предпочтительно N-замещенным алканоламином, выбранным из группы, состоящей, в частности, из диэтаноламина, 1-(m)этилдиэтаноламина, n-бутилдиэтаноламина, 3-амино-1,2-пропандиола, 2-амино-1,3-пропандиола, трис (гидроксиметил) аминометана, наиболее предпочтителен диэтаноламин.
Мольное соотношение карбоновой кислоты и алканоламина в связующем предпочтительно находится в диапазоне 0,1-1:1-0,1, а содержание в связующем полимера, содержащего карбоксильную кислотную группу в мас.% может быть в пределах 0,5-50, например, 10-40, предпочтительно 15-30, наиболее предпочтительно около 20.
Алканоламин предпочтительно прежде всего нагревают до около 60°С, после чего добавляют карбоновую кислоту и температуру этой смеси затем повышают до около 90°С, предпочтительно температура находится в диапазоне приблизительно 95-200°С, например, около 120-150°С.
Полимер, содержащий карбоксильную кислотную группу, предпочтительно имеет молекулярную массу в пределах 1000-300000, например, 1000-250000, предпочтительно 1000-200000, самые предпочтительные молекулярные массы около 60000, около 100000 и около 190000.
Полимер, содержащий карбоксильную кислотную группу, предпочтительно включает один или несколько полимеров, выбранных из полиакриловой кислоты, полиметакриловой кислоты, полималеиновая кислота и/или их сополимеров, типы которых выпускаются на рынок следующими фирмами:
– HF-05A, Ronm & Haas,
– Acusole 190, Rohm & Haas,
– Acumer 1510, Rohm & Haas,
– 41,600-2, от Aldrich Chemical Company Inc.
Одна или несколько из следующих добавок могут добавляться к связующему:
– связывающий агент, например аминосилан, предпочтительно гамма-аминопропилтриэтоксисилан,
– ускоритель полимеризации, ускоритель отверждения и необязательно другие стандартные добавки к связующему минеральной ваты.
Для этого, чтобы улучшить водорастворимость смолы, может быть добавлено основание, вплоть до рН 7. Основание предпочтительно смешивают с полиакриловой кислотой и добавляют к содержащей смолу реакционной смеси после того, как реакция получения смолы прекращается добавлением воды. Соответственно, основание может быть добавлено первым после того, как смола получена. Подходящими основаниями являются NH3, DEA, TEA с молекулярной массой, предпочтительно, около 60000.
Для улучшения свойств, характеризующих устойчивость к старению, может быть добавлен силан. Силан обычно (но не обязательно этим ограничиваться) следует добавлять в процессе приготовления связующего или непосредственно в трубопровод. Его количество обычно должно быть в пределах от 0,1 мас.% до 5 мас.% возможно от 0,2% до 3%. Предпочтительное количество примерно 1 мас.%.
Согласно другим аспектам данного изобретения предусматривается связующее, получаемое согласно этому способу, способ получения продукта из минеральной ваты и применение реакционной смеси алканоламина и карбоновой кислоты, необязательно смешанных с полимером, содержащим карбоксильную кислотную группу, в качестве связующего в продукте из минеральной ваты.
Изобретение далее будет описано с помощью нижеследующих примеров и результатов.
Пример 1
158 г диэтаноламина помещали в 1-литровый стеклянный реактор, снабженный двойной рубашкой и мешалкой. Температуру диэтаноламина поднимали до 60°С, после чего медленно добавляли 99 г адипиновой кислоты. Температуру поднимали до 95°С.
После взаимодействия в течение 1 часа при 95°С реакцию прекращали добавлением 200 г воды. Продукт реакции был прозрачной бесцветной жидкостью с низкой вязкостью, растворимой в воде.
Пример 2
158 г диэтаноламина помещали в 1-литровый стеклянный реактор, снабженный двойной рубашкой и мешалкой. Температуру диэтаноламина поднимали до 60°С, после чего медленно добавляли 175 г адипиновой кислоты. Температуру поднимали до 95°С. После взаимодействия в течение 1 часа при 95°С реакцию прекращали добавлением 200 г воды. Продукт реакции был прозрачной бесцветной жидкостью с низкой вязкостью, растворимой в воде.
Пример 3
67,2 г триэтаноламина смешивали с 33,0 г адипиновой кислоты при комнатной температуре. После того, как раствор стал прозрачным, добавили 60 мл воды. Смесь превратилась в прозрачную бесцветную жидкость с низкой вязкостью и растворимую в воде.
Примеры 4-6.
Смолы готовили так же, как в примере 1.
Использовали следующие количества соединений:
Пример 7
158 г диэтаноламина помещали в 1-литровый стеклянный реактор, снабженный двойной рубашкой и мешалкой.
Температуру диэтаноламина поднимали до 60°С, после чего медленно добавляли 99 г адипиновой кислоты. Температуру затем поднимали до приблизительно 130°С и поддерживали температуру между 128°С и 135°С. После взаимодействия в течение 3 часов реакцию прекращали добавлением воды.
Все реакционные продукты, полученные по примерам 4-7, представляли собой бесцветные прозрачные жидкости с низкой вязкостью, растворимые в воде.
Пример 8
Приготовление и испытание отобранных образцов связующего для оценки связывающего действия относительно мелкой дроби и составом из минерального волокна (Grit’а для штучного изделия). В качестве состава дробинок рассматривался нетканый волокнистый материал с таким же составом, что и состоящий из волокон.
Дробинки с размером диаметра между 0,25 и 0,5 мм использовались для изготовления штучных изделий размером 140 мм × 25 мм × 10 мм.
Раствор связующего готовили, составляя его на 80% из смол примеров 1-7, смешанных при комнатной температуре, и на 20% из имеющейся в продаже полиакрилатной смолы.
В качестве полиакриловых кислот использовали имеющиеся в продаже коммерческие продукты от Rohm & Haas: HF-05A, Acusole 190 и Acumer 1510 и полиакриловая кислота со средней молекулярной массой 250000 (Aldrich Chemical Company Inc. 41.600-2).
Для изготовления штучных изделий 90 мл связующего раствора, содержащего 15% твердых частиц и 0,2% силана в качестве связывающего агента для твердых частиц связующего, смешивали с 450 г дроби.
Связывающим агентом был гамма-аминопропил-триэтоксисилан.
Из 450 г дроби, смешанной с раствором связующего, было изготовлено 8 штучных изделий, которые были подвергнуты отверждению в течение 2 часов при 200°С в термостате.
Четыре штуки из них были разбиты непосредственно сразу (“сухая” прочность), остальные четыре помещали на 3 часа в воду при 80°С перед тем, как разбить (“влажная” прочность).
Прочность связывания определяли при разрушении изготовленных штучных изделий с помощью измерительного устройства, в котором длина зажима – 100 мм, а скорость оказывающего давление бруска – 10 мм/мин. С учетом длины, ширины и толщины подвергающихся зажиму штучных образцов прочность при сгибании определяли в н/мм2.
Для сравнения использовался коммерчески доступный продукт Primid XL-552 от EMS Chemie AG. Primid XL-552 является продуктом реакции диметилового эфира адипиновой кислоты и диэтаноламина, тем самым заявители показали, что 100% Primid может быть отвержден, т.к. он содержит только свободные ОН-группы, которые поперечно не сшиты. Смесь 80% Primid и 20% РАА приводила к очень быстрому времени отверждения (45 с (HF-0,5) и 20 с (Мм. 250000) при 200°С), но продукты не обладали остаточной прочностью после старения. Результаты показаны в табл.2.
Определение времени старения отобранных образцов
Несколько крупинок связующего, которые нужно было исследовать помещали в микроскоп под покровное стекло. Стекло было высушено в нагретом тигле при 90°С в течение 45 мин.
После высушивания покровное стекло нагревали при 250°С и при этом перемешивали вместе с кусочками металлической проволоки (выпрямленные скрепки), измеряя время отверждения связующего.
Результаты показаны в таблице 3.
В качестве полиакриловых кислот использовали коммерчески доступные типы от Rohm & Haas: HF-05A, Acusole 190 и Acumer 1510, и 2 чистые полиакриловые кислоты со средним М.в. 2000 и 250000, соответственно (Aldrich Chemical Company Inc. 32, 366-7 и 41, 600-2).
Пример 9
20,8 кг диэтаноламина загружали в 80-литровый стальной реактор, снабженный мешалкой и теплообменной рубашкой, и нагревали до 60°С.
23 кг адипиновой кислоты добавляли в реактор пятью порциями и поднимали температуру до температуры реакции 95°С. После реакции, спустя 1 час, добавляли 26,3 кг прохладной воды, после чего пластмассу охлаждали до комнатной температуры.
Полученная смола представляла собой прозрачную бесцветную жидкость с низкой вязкостью, растворимую в воде.
При комнатной температуре 80% вышеуказанной смолы смешали с 20% коммерчески доступной полиакриловой смолы от Rohm & Haas: HF-05.
Полученная смола после смешивания с водой и добавления 0,2% силанового связывающего агента использовалась как связующее при испытании на стандартной линии по производству минеральной ваты. Полученный продукт представлял собой обычную заготовку с плотностью 100 кг/м3, толщиной 100 мм и с содержанием связующего приблизительно 3%.
Для сравнения была сделана проба с двумя имеющимися в продаже полиакриловыми смолами: HF-05 и QRXP 1513 – оба от Rohm & Haas. Оба полимера растворялись в воде и добавлялся 0,2% силанового связывающего агента.
Связывающим агентом был γ-аминопропилтриэтоксисилан.
Механические прочностные характеристики определяли согласно EN1607 (сопротивление расслаиванию). Сопротивление расслаиванию измеряли как для не подвергнутого старению образца, так и после выдержки при высокой влажности и повышенной температуре в климатической камере (70°С/95 относ, влажность; образцы, подвергнутые старению).
Результаты испытаний показаны в таблицах 4, 5 и 6 ниже.
Пример 10
Пример 11
Смола
116 кг DEA перенесли в 400 л реактор, нагрели до 60°С и перемешали.
Добавили 16,3 кг ADP и смесь нагрели для взаимодействия при 130°С в течение 60 минут.
После этого охладили ее до 85°С и добавили (ТНРА) 33,8 кг. Затем добавили 82,5 кг РТА и температуру подняли до 130°С, выдерживали так в течение 120 минут.
Затем реакционную смесь охладили до 110°С и добавили 100 кг воды.
Температуру стабилизировали приблизительно при 50°С, Смесь перемешивали еще 15 минут до гомогенного состояния.
Пластмассу охладили и перенесли в емкость для хранения.
Содержание твердых веществ в пластмассе, определенное при 200°С, составило 62,2%. Остаточные мономеры – 39% DEA от добавленного количества, 12% ТНРА (от добавленного); 25% РТА (от добавленного). Средняя молекулярная масса около 600.
Образец испытывался в производстве: 4% DEA и 25% по твердым веществам Acumer 1510, вычисленных по твердым веществам пластмассы, 0,4% суммы твердых веществ силана и воды до 25% содержания твердых веществ добавляли и анализировали.
Результаты производственного испытания
Выход связующего 60%
Сопротивление расслаиванию (EN 1607), 13,4 кПа (Terranbatls Industry) – старение, 3,6 кПа (70°С, 95% отн. вл.).
Предел прочности на растяжение 5,5 кПа (Flexi A Batts).
Пример 12.
Пластмасса:
24 кг DEA перенесли в 80 л реактор, нагрели до 60°С и перемешали.
Добавляли 6,7 кг ADP и смесь нагрели для взаимодействия при 130°С в течение 60 минут.
После этого охладили ее до 85°С и добавили (ТНРА) 6,9 кг. Затем добавили 16,9 кг РТА и температуру подняли до 130°С, выдерживали так в течение 120 минут.
Затем реакционную смесь охладили до 110°С и добавили 20,5 кг воды.
Температуру стабилизировали при приблизительно 50°С. Смесь перемешивали еще 15 минут до гомогенного состояния.
Пластмассу охладили и перенесли в емкость для хранения.
Содержание твердых веществ в пластмассе, определенное при 200°С, составило 63,4%. Остаточные мономеры – 37% DEA от добавленного количества, 14% ТНРА (от добавленного); 25% РТА (от добавленного). Средняя молекулярная масса около 600.
Образец испытывался в производстве: 4% DEA и 25% по твердым веществам Acumer 1510, вычисленных по твердым веществам пластмассы, 0,4% суммы твердых веществ силана и воды до 25% содержания твердых веществ, добавляли и анализировали.
Результаты производственного испытания:
Выход связующего 70%
Сопротивление расслаиванию (EN 1607) 12,1 кПа (Terranbatts Industry) – старение 4,3 кПа (70°С) 95% отн. вл.).
Изобретение не ограничивается вышеприведенным описанием, испрашиваемые права определяются следующей далее формулой изобретения.
1. Способ получения связующего для продуктов из минеральной ваты, в котором смешивают карбоновую кислоту, являющуюся ди, три или тетракарбоновой кислотой с молекулярной массой около 1000 или менее, с алканоламином при реакционноспособных условиях, в которых карбоновая кислота и алканоламин взаимодействуют между собой с получением смолы, а затем реакцию прерывают добавлением воды к реакционной смеси.
2. Способ по п.1 в котором полученный продукт смешивают с другим полимером, содержащим карбоксильную кислотную группу.
3. Способ по п.2, в котором полимер, содержащий карбоксильную кислотную группу, имеет молекулярную массу в диапазоне 1000-300000, предпочтительно 1000-200000, с молекулярными массами приблизительно 60000 и приблизительно 190000 соответственно.
4. Способ по п.2, в котором содержащий карбоксильную кислотную группу полимер включает полиакриловую кислоту, полиметакриловаую кислоту, полималеиновую кислоту и/или их сополимеры.
5. Способ по п.1, в котором карбоновая кислота является дикарбоновой кислотой общей формулы:
COOH-(CR1R2)n-COOH,
где n≥2 и предпочтительно n≥4, a R1 и R2 – независимо выбраны из Н и группы низшего алкила, предпочтительно метила или этила.
6. Способ по п.5, в котором карбоновая группа выбрана из группы, состоящей из адипиновой кислоты, лимонной кислоты, тримеллитовой кислоты, себациновой кислоты, азелаиновой кислоты и янтарной кислоты, предпочтительно, адипиновой кислоты.
7. Способ по п.1, в котором алканоламин выбирают из группы, включающей ди- и триалканоламины.
8. Способ по п.7, в котором алканоламин представляет собой вторичный бета-гидроксиалкиламин и наиболее предпочтительно N-замещенный алканоламин.
9. Способ по п.8, в котором алканоламин выбран из группы, состоящей в основном из диэтаноламина, 1-(m)этилдиэтаноламина, н-бутилдиэтаноламина, 3-амино-1,2-пропандиола, 2-амино-1,3-пропандиола, трис(гидроксиметил)аминометана.
10. Способ по п.7, в котором алканоламин является диэтаноламином.
11. Способ по п.1, в котором мольное соотношение карбоновой кислоты и алканоламина в связующем находится в пределах 0,1-1:1-0,1.
12. Способ по п.2, в котором процентное содержание полимера, содержащего карбоксильную кислотную группу, в связующем находится в пределах 0,5-50 мас.%, предпочтительно, около 20 мас.%.
13. Способ по п.1, в котором при смешении алканоламина и карбоновой кислоты алканоламин сначала нагревают до первого заранее определенного значения температуры, после чего добавляют карбоновую кислоту и температуру этой смеси повышают до второго, заранее определенного значения температуры.
14. Способ по п.13, в котором первое значение температуры составляет около 60°С, а второе значение температуры составляет, около 90°С и предпочтительно находится в диапазоне около 95-200°С.
15. Способ по п.1, включающий также последующую стадию добавления одного или нескольких веществ к связующему: связывающего агента, например, аминосилана, предпочтительно, гамма-аминопропилтриэтоксисилана, ускорителя полимеризации, ускорителя отверждения и необязательно других стандартных добавок к связующему минеральной ваты.
16. Способ по п.1, в котором реакцию между карбоновой кислотой и алканоламином прерывают добавлением воды к реакционной смеси смолы, причем воду предпочтительно добавляют вплоть до 50%, более предпочтительно более чем 25 мас.% от смеси смолы, предпочтительно от содержания твердых веществ в смеси смолы.
17. Способ по п.16, в котором в реакционную смесь затем добавляют основание.
18. Способ по п.17, в котором основание выбрано из группы, включающей NH3, диэтаноламин, триэтаноламин, необязательно смешанные с полиакриловой кислотой, предпочтительно с молекулярной массой около 60000.
19. Способ по п.18, в котором количество диэтаноламина в реакционной смеси смолы находится в пределах до 20 мас.%, предпочтительно до 10%, наиболее предпочтительно 4 мас.% от массы твердых веществ в реакционной смеси.
20. Способ по любому из п.19, в котором количество полиакриловой кислоты в смеси находится в пределах диапазона вплоть до 50 мас.%, предпочтительное до 25 мас.%.
21. Способ по п.15, в котором дополнительно добавляют силан в пределах 0,1 – 5 мас.%, более предпочтительно 0,2 – 3 мас.% и наиболее предпочтительно около 1 мас.% от реакционной массы смолы, предпочтительно от массы твердых веществ, причем силан является предварительно гидролизованным гамма-аминопропилтриэтоксисиланом.
22. Связующее для продукта из минеральной ваты, представляющее собой отвержденное или неотвержденное связующее, полученное способом по пп.1-20.
23. Связующее по п.22, которое включает продукт реакции алканоламина с карбоновой кислотой, являющейся ди, три или тетракарбоновой кислотой с молекулярной массой 1000 или менее.
24. Связующее по п.23, которое включает полимер, содержащий карбоксильную кислотную группу, имеющий молекулярную массу в диапазоне 1000-300000, предпочтительно 1000-200000.
25. Связующее по по п.23, в котором время отверждения составляет 100 с, предпочтительно, около 35 с при температуре нагревания 250°С.
26. Связующее по п.23, в котором время отверждения составляет около 100 с, предпочтительно около 35 с при температуре нагревания 200°С,
27. Связующее по п.23, которое содержит также силан, представляющий собой предварительно гидролизованный гамма-минопропилтриэтоксисиланом.
28. Продукт из минеральной ваты, содержащий неотвержденное связующее по п.22.
29. Способ изготовления продукта из минеральной ваты, в котором минеральные волокна контактируют со связующим по п.22 и затем полученную смесь отверждают.
30. Продукт из минеральной ваты, содержащий отвержденное связующее по п.22.
31. Продукт из минеральной ваты по п.30, который отвержден при температуре по крайней мере 100°С, предпочтительно по крайней мере 200°С.
32. Продукт из минеральной ваты по п.30, у которого связующее имеет предел прочности при старении, который согласно Grit тесту для штучного изделия, составляет по крайней мере 0,5, предпочтительно по крайней мере 2,5 Н/мм2.
33. Продукт минеральной ваты по п.32, у которого связующее имеет остаточный предел прочности согласно Grit тесту для штучного изделия по крайней мере 10, предпочтительно по крайней мере 50%.
www.findpatent.ru