1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29834
(51) C04B 26/02 (2006.01)
C04B 14/38 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1382.1
(22) 18.10.2013
(45) 15.05.2015, бюл. №5
(76) Абсиметов Владимир Эскендерович;
Калмагамбетова Айзада Шамшитовна; Альменов
Кусаин Сейтбаевич; Абсиметов Максим
Владимирович
(56) Патент РФ №2102350, кл. С04В 26/02, опубл.
20.01.98г
(54) ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН
(57) Изобретение относится к производству
теплоизоляционных материалов на основе
минеральных волокон, а именно на основе
базальтового волокна, которые могут быть
использованы в промышленном и гражданском
строительстве, при модернизации и ремонте
существующих зданий и сооружений, для изоляции
теплового оборудования и холодильных установок
за счет введения таких компонентов: базальтовое
волокно, поливинил ацетатную дисперсию,
хлоропреновый латекс Наирит Л-18, сульфанол и
кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10.
(19)KZ(13)A4(11)29834

2. 29834
2
Изобретение относится к производству
теплоизоляционных материалов на основе
минеральных волокон, а именно на основе
базальтового волокна, которые могут быть
использованы в промышленном и гражданском
строительстве, при модернизации и ремонте
существующих зданий и сооружений, для изоляции
теплового оборудования и холодильных установок.
В технике известны теплоизоляционные
материалы получаемые на основе базальтового
волокна. Как известно, большинство таких
материалов в своем составе содержат глинистое
связующее (А.с. NN 1214620, 1353603, патенты NN
2044718, 2081095 и др.). Наличие в их составе
глинистого связующего приводит к низкой
водостойкости теплоизоляционного материала, а
также к низким прочностным свойствам.
Наиболее близким к заявляемому составу
является теплоизоляционный материал по патенту
РФ №2102350. кл. C04B 26/02 оп.20.01.98г.,
который содержит базальтовое супертонкое
волокно, глинистое связующее,
поливинилацетатную дисперсию, а в качестве
гидрофобизирующей добавки -
гидрофобизирующую жидкость 136-41 при
следующем соотношении компонентов, мас.%:
Базальтовое волокно диаметром - 0,2-3,0 мкм -
88,7-98,3
Глинистое связующее - 0,5-7,0
Поливинилацетатная дисперсия -1,0-2,3
Гидрофобизирующая жидкость 136-41-0,2-2,0
Из-за наличия в его составе глинистого
связующего, данный теплоизоляционный материал,
так же как и аналоги, обладает низкой
водостойкостью.
Кроме того, известно, что глинистое связующее
не обеспечивает создания в изделиях жесткой
структуры, ответственной за реализацию высоких
прочностных характеристик, поэтому
теплоизоляционные материалы с применением
глины относятся к классу мягких или полужестких
изделий. Необходимые прочность и жесткость
материалов достигаются при повышении
содержания глинистого связующего в составе
теплоизоляционного материала, однако при этом
значительно увеличивается его объемная масса и
ухудшаются теплоизоляционные свойства.
Следует также отметить, что введение свыше
1,0 мас.% кремнийорганических жидкостей, к
классу которых относится используемая в
прототипе гидрофобизирующая жидкость 136-41, в
состав теплоизоляционного материала отрицательно
влияет на горючесть, ограничивая его области
применения.
Все эти недостатки в конечном итоге снижают
эксплуатационные свойства теплоизоляционного
материала.
Задачей настоящего изобретения является
создание негорючего теплоизоляционного
материала с улучшенными эксплуатационными
свойствами за счет повышения водостойкости,
прочностных характеристик и долговечности.
Поставленная задача решается предлагаемым
составом теплоизоляционного материала, который
содержит базальтовое волокно,
поливинилацетатную дисперсию отличающуюся
тем, что он дополнительно содержит
хлоропреновый латекс Наирит Л-18, сульфанол, а в
качестве гидрофобизирующей добавки -
кремнийорганическую жидкость ГКЖ- 10 при
следующем соотношении компонентов, мас.%:
Поливинилацетатная дисперсия - 2,0-2,5
Хлоропреновый латекс Наирит Л-18-2,6-3,0
Сульфанол - 0,05-0,1
Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10-0,1-0,3
Базальтовое волокно диаметром 0,2-3,0 мкм -
остальное
Так же как и в прототипе, базальтовое волокно
является волокнистой основной,
поливинилацетатная дисперсия - один из
компонентов связующего.
Хлоропреновые латексы представляют собой
устойчивые, примерно 50%-ные дисперсии
полимеризованного хлоропрена в воде, содержащие
стабилизатор, которые обладают ценным
комплексом технических свойств: хорошей клеящей
способностью, образуют прочный сырой гель и
вулканизованные пленки с высокими физико-
механическими показателями без применения серы
и активных наполнителей. Пленки из него имеют
высокий предел прочности при растяжении, они
маслостойки, теплостойки, озоностойки и
газонепроницаемы. Хлоропреновые латексы
применяются в резино-технической, легкой,
химической, судостроительной, целлюлозно-
бумажной и других отраслях промышленности.
В заявляемом техническом решении
хлоропреновый латекс Наирит Л-18 используется в
качестве дополнительного связующего, благодаря
которому достигается создание достаточно прочной
структуры базальтоволокнистого материала, а также
повышается морозо-, водостойкость и упругость
теплоизоляционного материала.
Кроме того, совместное применение
хлоропренового латекса Наирит Л-18 и крем-
нийорганической жидкости ГКЖ-10 приводит к
образованию гидрофобной кремнийорганической
системы, которая обеспечивает защиту материала от
влаги, повышая срок службы и эксплуатационные
свойства изделия.
Сульфанол способствует получению гомогенной
суспензии связующего, создает условия для
равномерного распределения ее по объему
материала и, как следствие, обеспечивает
стабильность его эксплуатационных свойств.
Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10
является гидрофобизирующей добавкой, при этом
содержание ее в составе теплоизоляционного
материала минимальное (0,1-0,2 мас.%), что делает
материал негорючим.
Заявляемый состав готовят известным в технике
способом:
- приготовление связующего смешением
компонентов:

3. 29834
3
Пример 1 (мас.%) 1,8 поливинилацетатная
дисперсия; 2,6 хлоропренового латекса
Наирит Л-18; 0,1 кремнийорганическая жидкость
ГКЖ-10 и 0,05 сульфанола;
Пример 2 (мас.%) 2,3 поливинилацетатная
дисперсия; 3 хлоропренового латекса Наирит Л-18;
0,2 кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 и 0,1
сульфанола;
Пример 3 (мас.%) 2,1 поливинилацетатная
дисперсия; 2,8 хлоропренового латекса Наирит Л-
18; 0,15 кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 и
0,08 сульфанола;
- пропитка связующим ковра из базальтового
волокна;
- формование материала заданной толщины
вакуум-фильтрационным способом при разряжении
0,44-0,8 кг/см3
до остаточной влажности 15-20%;
- сушка при 150-180°С в течение 40-50 минут в
зависимости от толщины материала.
Изготовленные образцы теплоизоляционного
материала имеют следующие характеристики
(таблица 1).
Таблица 1
Характеристики образцов, изготовленных теплоизоляционных материалов
№ Наименование параметров
1 Плотность, кг/м3
100 - 150
2 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С) 0,038 - 0,04
3 Сорбционное увлажнение за 24 ч, % 1,0 - 1,5
4 Водопоглощение за 24 часа: по массе, %
по объему, %
35 - 40
3 - 4
5 Прочность на сжатие при 10%-й деформации, МПа 0,03 - 0,04
6 Температура применения, °С до 700
Сопоставительный анализ с прототипом
позволяет сделать вывод, что заявляемый состав
отличается от известного состава введением новых
компонентов, а именно: хлоропренового латекса
Наирит Л-18, сульфанола и гидрофобизирующей
добавкой-кремнийорганической жидкостью
ГКЖ-10. Таким образом, заявляемое техническое
решение соответствует критерию «Новизна».
Сравнение предлагаемого состава
теплоизоляционного материала не только с
прототипом, но и с другими составами показало, что
в технике не известен теплоизоляционный материал,
в котором бы имело место предложенное сочетание
компонентов. А именно такое сочетание позволило
получить теплоизоляционный материал с высокими
эксплуатационными характеристиками: негорючий,
с повышенной водостойкостью и прочностью, т.е.
решить поставленную задачу. Такое решение явно
не вытекает из существующего уровня техники и не
было очевидным для специалистов, что дает
основание считать данное техническое решение
обладающим изобретательским уровнем.
Входящие в теплоизоляционный материал
компоненты изготавливаются промышленностью.
Изготовление самого материала производится
известным в технике способом и на известном
оборудовании. Наличие же теплоизоляционного
материала, обладающего высокими
эксплуатационными свойствами, не вызывает
сомнений. Таким образом, предложение имеет
третий признак - промышленную применимость.
Основными показателями, по изменению
которых можно исследовать эксплуатационные
свойства минераловатных изделий, могут быть
морозо- и влагостойкость, предусмотренные
стандартами.
Исследования на морозостойкость проводились в
разработанных климатических камерах (фиг.1).
Циклическое замораживание (оттаивание) образца
происходит со всех его сторон. Конструкция камеры
позволяет проводить исследования одновременно и
вместе с исследованием образцов на одностороннее
замораживание - оттаивание, что создает
сопоставимые условия для достоверной оценки
данных по этим двум методикам.
Для обеспечения исследований разработана
конструкция климатической камеры (фиг.1). Для
проведения исследований была переоборудована
испытательная климатическая камера тепло-холод
серии СБ, в котором размещен переносной
теплоизолированный короб, внутри которого
установлены источники для создания постоянных
расчетных температур и влажности микроклимата
отапливаемого помещения.
Она состоит из двух теплоизолированных
отделений (А и Б), между которыми размещены
исследуемые образцы (1 и 5). Снизу образцов в
отделении Б поддерживаются температура (18±2°С)
и влажность над образцами, в отделении А -
переменные температура и влажность наружного
воздуха (замораживание и оттаивание),
изменяющиеся по заданному режиму.
В минераловатных изделиях, как известно,
может присутствовать технологическая вода - она
остается в них после изготовления (не превышает
1,0-1,5%) - и эксплуатационная, приобретаемая не
только при транспортировании, монтаже и
эксплуатации, но и в условиях хранения, даже если
нет непосредственного контакта с водой.
Свойство минераловатных изделий поглощать
(сорбировать) влагу из окружающего воздуха
называется гигроскопичностью, а достигаемое при
этом увлажнение - сорбционной или равновесной
влажностью. В соответствии с действующими
стандартами минераловатные изделия выдерживают
при 98% (+2%) влажности воздуха. Способность

4. 29834
4
материалов сопротивляться разрушающему
воздействию влаги называется влагостойкостью. Ее
оценивают по степени снижения упруго-
прочностных характеристик минераловатных
изделий (прочности или сжимаемости) после
выдерживания образцов в течение 3 суток в
эксикаторе при температуре (22±5)°С и влажности
(98±2)%.
Минераловатные материалы в 3-слойных
стеновых панелях в процессе эксплуатации не
подвергаются значительным механическим
нагрузкам. От слоя теплоизоляции требуется
сохранение в течение заданного времени упруго-
прочностных и теплозащитных свойств: при
снижении упруго-прочностных характеристик
возможно ослабление связей между элементами
структуры материала, приводящее к разрывам в слое
утеплителя, появлению "мостиков холода" и к
общему снижению теплозащитных свойств.
Поэтому в качестве главных эксплуатационных
показателей приняты сжимаемость под нагрузкой
2 кПа (0,02 кгс/см2
) и предел прочности при разрыве
вдоль волокон, исследовалась степень разрушения
образцов при вибрационных воздействиях, в том
числе под нагрузкой 0,5; 2 и 5 кПа.
Таблица 2
Составы композиций
Соотношение компонентов, масс.%Компоненты
1 2 3 4 5
Поливинилацетатная дисперсия 1,8 2,1 2,3 1,5 2,5
Хлоропреновый латекс Наирит
Л-18
2,6 2,8 3,0 2 3,5
Сульфанол 0,05 0,08 0,1 0,03 0,2
Кремнийорганическая жидкость
ГКЖ-10
0,1 0,15 0,2 0,05 0,3
Таблица 3
Испытание эксплуатационной стойкости в климатической камере
Прочность плит на растяжение, кПаСоставы
25 циклов 50 циклов 75 циклов 100 циклов
Предлагаемые
1 62 61 59 58
2 62 60 59 58
3 62 60 58 58
4 60 59 58 56
5 62 61 59 58
Известный 4 32 28 24 20
Таблица 4
Испытание влагостойкости
Сжимаемость, %Составы
25 циклов 50 циклов 75 циклов 100 циклов
Предлагаемые
1 17 19 22 25
2 17 20 23 25
3 17 20 22 25
4 18 21 23 26
5 17 20 22 25
Известный 4 20 24 28 32
Для экспериментальной проверки заявляемого
теплоизоляционного материала были приготовлены
5 составов, три из которых показали оптимальные
результаты (см. таблицу 2).
Состав N 1 не удовлетворяет требованиям,
предъявляемым к теплоизоляционным материалам,
из-за низкой прочности и низкой устойчивости к
влаге, что связано с пониженным содержанием
кремнезоля и гидрофобизатора -
кремнийорганической жидкости ГКЖ-10 (таблица
3,4).
Состав N 5 обладает удовлетворительными
прочностными характеристиками и высокой
водостойкостью, однако при этом ухудшаются его
теплоизоляционные свойства и значительно
повышается объемная масса из-за снижения
содержания базальтового супертонкого волокна,
определяющего уровень данных характеристик
(таблица 3,4). Высокие эксплуатационные свойства
разработанного теплоизоляционного материала
(негорючесть, малая объемная масса, низкий
коэффициент теплопроводности, термо- и

5. 29834
5
водостойкость) расширяют границы его
применения. Он может использоваться не только в
промышленном и гражданском строительстве, для
модернизации и капитального ремонта
существующих зданий и сооружений с целью
приведения их ограждающих конструкций к
современным требованиям по теплотехнике, но и в
судо-, вагоно- и котлостроении, авиации и других
отраслях промышленности.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Теплоизоляционный материал на основе
минеральных волокон, включающий базальтовое
супертонкое волокно, поливинилацетатную
дисперсию отличающийся тем, что он
дополнительно содержит хлоропреновый латекс
Наирит Л-18, сульфанол, а в качестве
гидрофобизирующей добавки -
кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10 при
следующем соотношении компонентов, мас. %:
Поливинилацетатная дисперсия - 2,0-2,5
Хлоропреновый латекс Наирит Л-18 - 2,6-3,0
Сульфанол - 0,05-0,1
Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 - 0,1-0,3
Базальтовое волокно диаметром 0,2-3,0 мкм -
остальное
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Сакалова