Пропиточная композиция для теплоизоляционного материала на основе базальтового волокна Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

О. Н. Кузнецова

ПРОПИТОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА

Ключевые слова: базальтовое волокно, теплоизоляционный материал, пропиточная композиция, фенолформальдегидная смола, карбамидоформальдегидный концентрат.

Проведена частичная замена фенолформальдегидной смолы импортного производства на отечественный карбамидоформальдегидный концентрат. Новая пропиточная композиция позволяет получить теплоизоляционный материал с требуемыми эксплуатационными свойствами.

Keywords: Basalt fiber, insulation material, impregnating composition, phenolformaldehyde resin, carbamideformaldehyde concentrate.

The partial substitution of imported phenolformaldehyde resin to the domestic carbamideformaldehyde concentrate was replaced. New impregnating composition allows us to obtain a thermal insulation material with the required oper-

ational properties.

Развитие энергосберегающих технологий в развитых странах Европы, а также в России убедительно доказало необходимость применения эффективных теплоизоляционных материалов (ТИМ) для теплозащиты зданий, сооружений, промышленных агрегатов [1]. Расчеты, сделанные ведущими отечественными строительными институтами, подтверждают, что в ближайшие годы потребность в утеплителях будет резко расти. В частности, мировое производство минеральной ваты составляет около 5 млн. тонн в год, а в России выпускается пока менее 0,5 млн. тонн ваты в год. Для того чтобы создать достойную конкуренцию ведущим фирмам западных стран, необходимо увеличить объем производства данной продукции, улучшить ее качество и снизить себестоимость. Прежде всего, необходимо, по возможности, использовать отечественное сырье. В данной работе рассматривается возможность частичной замены связующего в пропиточной композиции, используемой для получения теплоизоляционных плит на основе базальтового волокна.

В качестве связующего применяется фенол-формальдегидная смола (ФФС) резольного типа, обладающая низкой теплопроводностью, высокими адгезионными свойствами к широкому спектру различных материалов; в отвержденном состоянии она становится неплавкой и нерастворимой; относится к негорючим материалам [2]. Последнее свойство является весьма актуальным. Оно позволяет успешно конкурировать на рынке сбыта с дешевым, но весьма пожароопасным пенополистиролом. Кроме того, известно, что материалы с изолированными порами, такие как пенополисти-рол, имеют более низкие звукоизоляционные характеристики по сравнению с материалами на волокнистой основе.

Целью работы является исследование возможности частичной замены импортной ФФС на карбами-доформальдегидный концентрат (КФК) отечественного производства, стоимость которого в 3-4 раза ниже стоимости ФФС, для получения теплоизоляционного материала на основе базальтового волокна.

Экспериментальная часть

В работе использовались ФФС (производства фирмы «Бупеа», Финляндия); КМК (ОАО «Метафракс», г.Губаха, Пермский край, Россия); добавки для композиций ООО «Изомин» (г.Ступино, Московская область, Россия).

Соотношение ФФС и КФК варьировали в интервалах 50-80 мас.ч. ФФС и соответственно 50 - 20 мас.ч. КФК.

Исследование состава КМК проводилось с помощью метода ПМР-спектроскопии.

Определение физико-механических свойств теплоизоляционных материалов осуществлялось по методикам ГОСТ 9573-96 и ГОСТ Р ЕН 1609.

Процесс получения теплоизоляционного волокнистого материала на основе базальтового волокна состоит из следующих стадий. На первой стадии путем взаимодействия фенолформальдегидной смолы с мочевиной получается премикс. На следующей стадии на основе премикса готовится водный раствор пропиточной композиции. Параллельно с этими стадиями готовится расплав базальтовой породы. Далее осуществляется подача расплава базальта на центрифугу, где формируются базальтовые волокна, и там же с помощью распылительного устройства на волокна наносится пропиточная композиция. Следующей стадией получения теплоизоляционного материала является отверждение связующего в термокамере потоками горячего воздуха, сопровождающееся точечным склеиванием базальтовых волокон. При этом в процессе транспортировки к термокамере уже формируется теплоизоляционный мат определенных размеров, который впоследствии на завершающей стадии нарезается на блоки заданных размеров и упаковывается.

При приготовлении премикса для связывания остаточного формальдегида вводится карбамид. При этом происходит образование преимущественно мо-нометилолмочевины, которые при обработке пропиточной композицией базальтового волокна присоединяются к молекулам ФФС

Как было отмечено ранее [3], при разработке различных композиций на основе фенолформальдегид-ной смолы, для создания материала с заранее заданными свойствами важна каждая стадия процесса его получения. Поэтому необходимо было проанализировать, как отразится введение КФК в состав композиции на свойствах теплоизоляционного материала.

В КФК содержится большое количество мети-лольных групп, о чем свидетельствуют данные по содержанию в олигомере структурных фрагментов, приведенные в таблице 1.

Высокое содержание гемиформалей и олиго-метиленгликолей в КФК приводит к тому, что структура смолы при синтезе премикса становится более разветвленной:

Следовательно, при отверждении таких олигомеров будет достигаться большая плотность сшивки и, следовательно, более высокие физико-механические показатели свойств.

Сравним свойства образцов ТИМ, приготовленных на основе композиций без КФК и с использованием КФК (табл. 2).

Как видно из таблицы 2 сжимаемость образцов при замене половины ФФС на КФК уменьшилась. Важным является снижение водопоглощения и сжимаемости образцов при сорбционном увлажнении, что позволяет использовать данный материал для внешней теплоизоляции зданий.

Таблица 1 - Содержание структурных фрагментов* в КФК-85, определенных методом ЯМР-1Н-спектроскопии

Наименование

структурных

фрагментов

Метилольные группы у Ывтор

Метилольные группы у Ытрет

Метиленэфирные мостики и геми-формали

Метиленгликоль

Олигометиленг-

ликоли

СН2-группы

циклах

Количе-

ство

13,2

51,9

3,6

20,5

2,7

Структурная формула

-сн2-о-сн2-сн, —о —сн, — он

НО - СН,0 - сн, - он

Н/І-С-

А

N №

І I

ОМ С-0

V

*- содержание структурных фрагментов на 100 метиленовых групп.

Таблица 2 - Свойства образцов ТИМ

Свойства с КФК (50:50) Без КФК

Плотность, кг/м3 66,38 63,00

Водопоглоще-ние, кг/м 0,21 0,635

Сжимаемость, % 11,5 16,2

Сжимаемость при сорбционном увлажнении, % 14,16 19,9

Теплопроводность, Вт/(м^К) 0,036 0,036

Таким образом, частичная замена ФФС на КФК позволяет сохранить свойства получаемого ТИМ на уровне требований ГОСТ 9573-96 и ГОСТ Р ЕН 1609, а также значительно снизить его себестоимость. Испытания материалов, полученных на основе пропиточных композиций, содержащих карбамидо-формальдегидный концентрат, подтвердили сохранение их негорючести на прежнем уровне.

Литература

1

в

1. Оснос, С.П. Энергосбережение при применении современных волокнистых огнеупорных и теплоизоляционных материалов и систем отопления в промышленности. / С.П.Оснос, Ю.И.Котлицкая //Мрр://%'%гмг.го81ер1о.ги/,

Мрр://%'%гмг.епе^080Уе1;.га/

2. Кноп, А., Шейб В. Фенольные смолы и материала на их основе. / А.Кноп, В.Шейб - М.: Химия, 1983. - 280 с.

3. Кузнецова О.Н., Архиреев В.П. Направленное регулирование свойств термореактивных смол и материалов на их основе. / О.Н.Кузнецова, В.П.Архиреев // Вестник Казанского технол.ун-та. 2008. № 5. С.90-94.

© О. Н. Кузнецова - канд. хим. наук, доц. каф. технологии пластических масс КНИТУ, KuznetsovaON@yandex.ru.