PL210698B1 - Sposób wytwarzania konstrukcyjnego elementu termoizolacyjnego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania konstrukcyjnego elementu termoizolacyjnego termoodpornego, używanego do budowy przyczep kempingowych, przyczep samochodowych mieszkalnych, baraków, budek wartowniczych, domków weekendowych, pawilonów, szop dla zwierząt, nadbudówek na statkach w szczególności śródlądowych, okładzin budowlanych, izolacji rurociągów ciepłowniczych lub chłodniczych, izolacji instalacji grzewczych, izolacji chłodni, cystern, wagonów-chłodni, wagonów-cystern.

Nieoczekiwanie okazało się, iż skojarzenia tworzyw poliuretanowych o kapilarach otwartych, półotwartych i zamkniętych (integralnych) - w zależności od odległości od źródła ciepła - stwarzają możliwość regulacji oporu cieplnego, obniżając przy tym straty cieplne oraz chroniąc przed degradacją poliuretanów twardych, stosowanych w termoizolacji na przykład rurociągów ciepłowniczych. Zastosowanie tworzyw poliuretanowych o strukturze integralnej wymaga modyfikacji w zakresie reologicznym, a szczególnie w kierunku poprawy odporności termicznej w funkcji temperatury.

Znany jest sposób wytwarzania tworzywa termoizolacyjnego, zwłaszcza do izolacji ogniowej konstrukcji stalowej budynku, opisany w polskim opisie patentowym tymczasowym nr 146 302. Sposób polega na tym, że żywicę silikonową oraz żywicę syntetyczną, posiadającą wolne grupy izocyjanianowe w ilości około 13% miesza się w stosunku 100 jednostek wagowych żywicy silikonowej na 30 jednostek wagowych żywicy syntetycznej. Tak uzyskaną klarowną mieszaninę w ilości 100 jednostek wagowych miesza się z cząsteczkami kulistymi o średnicy rzędu kilkunastu do kilkuset mikronów, wewnątrz wypełnionymi gazem o powłokach glinokrzemowych, stanowiącymi frakcję popiołów lotnych z węgli w iloś ci 20 jednostek wagowych i ze środkiem spieniająco-wiążącym w ilości 30 jednostek wagowych. Skład środka spieniająco-wiążącego: woda 100 jednostek wagowych, mocznik 20 jednostek wagowych, urotropina techniczna 10 jednostek wagowych, wodorotlenek potasu 5 jednostek wagowych, perhydrol 5 jednostek wagowych. Mieszanie prowadzi się w mieszarce budowlanej przez 10 minut, aż do uzyskania barwy kredowo-białej, a następnie wlewa się do form dla wzrostu, wiązania i stabilizacji pianki. Tworzywo otrzymane tym sposobem, po sześ ciotygodniowym leż akowaniu na wolnym powietrzu pod zadaszeniem, nadaje się do izolacji termicznej, a zwłaszcza ogniowej konstrukcji stalowej.

Znane jest ponadto tworzywo termoizolacyjne, zwłaszcza do ocieplania budynków oraz izolacji rurociągów ciepłowniczych, opisane w polskim opisie patentowym tymczasowym nr 112 802. Tworzywo termoizolacyjne składa się z: 75% roztworu mieszaniny niskocząsteczkowych żywic poliuretanowych, cenosfer otrzymanych w wyniku flotacji popiołów lotnych z węgli, które stanowią cząsteczki sferyczne zbudowane głównie z glinokrzemianów, wypełnione dwutlenkiem węgla i azotem, jako wypełniacz zwiększający wytrzymałość mechaniczną i poprawiając własności termoizolacyjne tego tworzywa i 50% roztwór sześciometylenoczteroaminy jako środek spieniający i utwardzający. Tworzywo to pod względem wagowym składa się z: 100 części wagowych roztworu mieszaniny niskocząsteczkowych żywic poliuretanowych, od 5 do 100 części wagowych wypełniacza w postaci cenosfer, od 20 do 100 części wagowych roztworu sześciometylenoczteroaminy.

Znany jest również sposób ponownego wykorzystania tworzywa poliuretanowego syntetycznego, opisany w niemieckim opisie patentowym nr DE 40 30 639. Znany sposób polega na tym, że rozdrabnia się poliuretanowe tworzywo syntetyczne do wielkości ziarna od 10 mm do 30 mm w tartaku lub rozdrabniarce w odpowiednim środku spęczniającym, w postaci utworzonego płynnego żelu, pod działaniem wysokiej siły tnącej lub wysokiej siły rozkruszającej z kawitacją i ultradźwiękami, a tenże żel, razem z nieodzownymi komponentami służącymi do wytwarzania poliuretanów, to jest poliolem i izolacyjanianem, bę d ą cych w tym przypadku domieszką materiał u pomocniczego, przerabia się w nowy produkt poliuretanowy. Poliuretanowe tworzywo syntetyczne rozdrobnione spę cznia się razem ze środkiem spęczniającym równocześnie w wirującym przyrządzie komorowym. Poliuretanowe tworzywo syntetyczne jest używane jako tworzywo piankowe sztywne i/lub jako tworzywo piankowe elastyczne, które wytwarza się na bazie polieteru i/lub na bazie poliestru. Poliuretanowego tworzywa syntetycznego używa się nie tylko jako kompletnego wytrzymałego poliuretanu piankowego sztywnego, ale również jako tworzywa, które uzyskuje się w bezpośredniej produkcji bieżącej w postaci odpadów. Poliuretanowego tworzywa syntetycznego używa się w obecności małej ilości zanieczyszczeń, jako zastępczego tworzywa sztucznego zamiast na przykład elastycznej folii metalicznej, farby, lakieru, papieru i/lub włókna. Poliuretanowe tworzywo syntetyczne brykietuje się jako tworzywo twarde i/lub jako tworzywo piankowe integralne, które uzyskuje się z poliuretanowego tworzywa przed rozdrobniePL 210 698 B1 niem grubym, pod wysokim ciśnieniem. Poliuretanowego tworzywa syntetycznego używa się jako środka spęczniającego do obróbki wstępnej poliuretanowego materiału sztucznego, utworzonego z polieteru lub z poliestru, w tym przypadku jako ś rodka spęczniającego, nadającego się jako dodatek. Używa się go również jako środka spęczniającego przy produkcji pierwotnych poliuretanów utworzonych z poliolu. Poza tym używa się go jako środka reaktywnego spęczniającego lub jako dodatku do poliolowych polifunkcjonalnych alkoholi i/lub ich pochodnych, do amin i/lub ich pochodnych, do plastyfikatora, do rodzimego oleju i/lub środka zwilżającego. Ponadto używa się go jako środka spęczniającego do produkcji poliuretanowego tworzywa z niskowrzących węglowodorów. Poliuretanowe tworzywo syntetyczne wytwarza się w procesie spęczniania w zakresie temperatur od 50 do 65°C.

Znany jest poza tym sposób wytwarzania przeciwpalnego miękkiego tworzywa piankowego poliuretanowego z małą zawartością sadzy spalinowej i rozproszonego trójamidu kwasu cyjanurowego, grafitu porotwórczego i poliolu, opisany w niemieckim opisie patentowym nr DE 40 34 046. Przeciwpalne tworzywo miękkie piankowe poliuretanowe zostaje wytworzone przy małym pożarze i małej zawartości gazów spalinowych przez przemianę organicznego poliizocyjanianu i/lub zmodyfikowanego organicznego poliizocyjanianu z wysokocząsteczkowym związkiem z co najmniej dwoma reaktywnymi atomami wodoru, i w danym przypadku z łańcuchowym środkiem przedłużającym i/lub ze środkiem usieciowionym w obecności mieszaniny ze środkiem ognioochronnym, ze środkiem porotwórczym i ze środkiem pomocniczym, i/Iub z dodatkiem rozproszonego poliolu, grafitu porotwórczego i trójamidu kwasu cyjanurowego, przy czym mieszanina ze środkiem ognioochronnym zawiera: trójamid kwasu cyjanurowego, porotwórczy grafit, i ewentualnie co najmniej jeden dodatkowy inny środek ognioochronny, w szczególności zmodyfikowany lub niezmodyfikowany polifosforan amonowy.

Znany jest również formowany oporowo-konwertorowany polimer polimocznikowy, opisany w zgłoszeniu USA nr 2002/0107321. Związek polimerowo-polimocznikowy, nadający się do wytwarzania formowanego polimeru polimocznikowego, zawiera poliizocyjanian, materiał wchodzący w reakcję z izocyjanianem oraz ester kwasu tłuszczowego. Ester kwasu tłuszczowego jest obecny w efektywnej ilości po to, aby umożliwić wytworzenie formowanego polimeru polimocznikowego ze związku z oporem konwertorowanym tak, ż e gdy formowany polimer polimocznikowy jest poddany reakcji z wilgocią przy najmniejszej temperaturze okoł o 177°C, to w wyniku tej reakcji zostaje on faktycznie uwolniony od pęcherzy. Ester kwasu tłuszczowego, odpowiednio użyty z tymi związkami, może być naturalny lub syntetyczny i zawierać może przykładowo olej z owocu jojoba. Związek polimerowo-polimocznikowy również może zawierać inne znane komponenty używane z polimerami polimocznikowymi takie, jak materiały wypełniające, katalizatory, środki powierzchniowo czynne i poliepoksydy. Formowany polimer polimocznikowy może być wytworzony ze związku polimerowo-polimocznikowego odpowiednim sposobem, umożliwiającym reakcyjne kształtowanie wtryskowe.

Znany jest poza tym dwukomponentowy poliuretanowy system pianotwórczy i sposób jego wytwarzania, opisane w niemieckim dokumencie udostępnienia nr DE 40 38 400 A1. System ten wykonany jest na bazie przynajmniej jednego poliolu i przynajmniej jednego poliizocyjanianu tworzących polimer z reaktywną grupą izocyjanianów po to, aby otrzymać uzysk ze zbiornika ciśnieniowego. Ponadto system składa się z prepolimeru, przynajmniej jednego oddzielonego od niego reaktywnego związku poliwodorotlenku, ze środka porotwórczego i ze środka pianotwórczego, oraz pospolitego plastyfikatora, ze środka ognioochronnego, ze stabilizatora pianowego, z katalizatora, ze środka rozpuszczalnego o zmniejszonej lepkości i/lub z innego pospolitego materiału pomocniczego, przy czym polimer ma lepkość od 500 do 12 000 mPas przy temperaturze 20°C, a jako środek porotwórczy i jako środek pianotwórczy jest obecny gaz szlachetny, azot, tlen, wodór, powietrze, dwutlenek węgla i/lub tlenek azotu w ilości wagowo-procentowej od 0,5 do 35 w odniesieniu do prepolimeru.

Znany jest ponadto sposób wytwarzania elastycznego, miękkiego tworzywa piankowego poliuretanowego niepodtrzymującego palenia, opisany w niemieckim dokumencie udostępnienia nr DE 40 10 752 A1. Tworzywo to powstaje z mieszaniny reaktywnego tworzywa piankowego z poliolem i poliizocyjanianem oraz z udziałem grafitu porotwórczego, jako materiału niepodtrzymującego palenia. Elastyczne miękkie tworzywo piankowe poliuretanowe niepodtrzymujące palenia jest przewidziane do zapobiegania tleniu się z zagrożeniem następnych samozapłonów. Mieszanina reaktywnego tworzywa piankowego zostaje domieszana dodatkowo do grafitu porotwórczego i melaminy z odpowiednim udziałem.

Znany jest również materiał budowlany o dobrej wytrzymałości mechanicznej i termicznej i sposób jego wytwarzania, opisane w niemieckim opisie patentowym nr DE 30 50 794 C2. Sposób wytwarzania materiału budowlanego jest zrealizowany w oparciu o masę, która zawiera na 100 części wa4

PL 210 698 B1 gowych od 10 do 60 części wagowych proszku siarkowego, od 0 do 15 części wagowych halogenu i/lub fosforu zawierającego związek od 0 do 5 części wagowych Sb2O3 i od 0 do 50 części wagowych stałego i/lub płynnego napełniacza i/lub pigmentu - z poliizocyjanianem, poliolem, z 3 do 8 częściami wagowymi reaktywnego atomu wodoru w cząsteczce i średnim ciężarem równoważnikowym od 100 do 400 w takiej ilości, że liczba izocyjanianu wynosi od 1 do 1,5, a katalizator obniża reakcję uretanu w takiej iloś ci, ż e w produkcie reakcji istnieje od 30 do 70 części wagowych poliuretanu. Jako poliol jest użyty polieter w formie produktu addycyjnego z oksypropylenem i ewentualnie z oksyetylenem, z glikozydem, z amin ą alkanolową lub poliaminą .

Materiał budowlany na 100 części wagowych zawiera od 30 do 70 części wagowych poliuretanu, od 10 do 60 części wagowych proszku siarkowego, od 0 do 15 części wagowych halogenu i/lub fosforu zawierającego związek od 0 do 5 części wagowych Sb2O3 i od 0 do 50 części wagowych stałego i/lub płynnego napełniacza i/lub pigmentu. Materiał budowlany może zawierać od 20 do 30 części wagowych siarki, od 5 do 10 części wagowych halogenu i/lub fosforu zawierającego związek od 0 do 5 części wagowych Sb2O3 i od 5 do 25 części wagowych napełniacza i/lub pigmentu.

Znana jest poza tym osłonowa struktura termoizolacyjna, rurociąg wyposażony w tę strukturę i sposób zabezpieczania rurociągu za pomocą tej struktury osłonowej, opisane w międzynarodowym zgłoszeniu nr WO 99/09346. Osłonowa struktura termoizolacyjna, stosowana do izolacji rurociągu ciepłowniczego, zawiera warstwę termoizolacyjną, warstwę uzupełniającą i płaszcz ochronny, który jest zaopatrzony w otworki odsysające wodę. Warstwa uzupełniająca zawiera materiał, który jest przepuszczalny dla wody. Otworki odsysające wodę są chronione przed wlotem wody z zewnątrz podczas odsączania wody z warstwy uzupełniającej do środowiska. Ta struktura osłonowa jest w szczególności przewidziana dla rurociągów nadziemnych pod gołym niebem, gdzie może zaistnieć duża wilgotność powietrza.

Znany jest ponadto moduł izolacyjny, system i sposób wytwarzania i instalowania, opisane w międzynarodowym zgłoszeniu nr WO 00/25058. Pierwotnie ukształtowany moduł izolacyjny zawiera pierwszą, jedną najmniejszą warstwę wewnętrzną izolacyjną, utworzoną z materiału izolacyjnego, mającego odpowiednią charakterystykę udarowocieplną w odniesieniu do źródła zamrażania i jedną powierzchnię przyległą do powierzchni komponentu poddanego izolowaniu, oraz drugą warstwę izolacyjną zewnętrzną, usytuowaną promieniowo w odniesieniu do tej pierwszej warstwy wewnętrznej izolacyjnej i warstwę zaporową dla pary wodnej, a następnie warstwę ochronną, zwaną często płaszczem ochronnym. Pierwsza warstwa wykonana jest z materiału izolacyjnego, najkorzystniej z tkaniny polimerycznej, która charakteryzuje się dużą elastycznością i nie jest łamliwa w temperaturach zamrażania. Taka warstwa przystosowuje cieplnie dylatację komponentu poddanego izolowaniu i dlatego musi mieć odpowiednią charakterystykę udarowocieplną przy temperaturach zamrażania. Przykładowo takim materiałem jest pianka poliamidowa. Druga, zewnętrzna warstwa izolacyjna może być wykonana z takiego samego materiału izolacyjnego lub różniącego się naturalnie od materiału pierwszej warstwy. Różniącym się materiałem może być: żywica poliizocyjanowa, poliuretanowa lub inne pianki polimeryczne, które mogą być twardsze niż pierwsza warstwa. Warstwa zaporowa może być wykonana z folii metalicznej lub może być polimeryczna. Warstwa zaporowa może być wzmocniona za pomocą włókna szklanego lub za pomocą innych środków.

Celem wynalazku jest przetworzenie materiałów odpadowych poliuretanowych i nie tylko, zwłaszcza tworzywa poliuretanowego odpadowego, czyli przemiana tych materiałów odpadowych w coś uż ytecznego poprzez ich rozdrobnienie i zmieszanie z innymi materiał ami, to jest przetworzenie substancji wielocząsteczkowych na wyroby lub materiały porowate na podstawie polimeryzacji izocyjanianów oraz izotiocyjanianów i połączenie tak uzyskanych wyrobów lub materiałów z dowolnym podłożem twardym.

Cel według wynalazku został osiągnięty poprzez zastosowanie separacyjnych przegród termicznych w konstrukcyjnym elemencie termoizolacyjnym, usytuowanym przemiennie lub równolegle w stosunku do przekroju tego elementu i kierunku przepł ywu na przykł ad medium energetycznego w rurocią gu.

Sposób wytwarzania konstrukcyjnego elementu termoizolacyjnego, polegający na sporządzeniu separacyjnej warstwy termoizolacyjnej termoodpornej poprzez mieszanie pochodnych polimerów z innymi materiałami, którą to warstwę łączy się z podłoż em twardym jej zewnę trzną powierzchnią w odniesieniu do źródła energii cieplnej, charakteryzuje się nastę pującymi środkami technicznymi i ich funkcjonalnym połączeniem. Separacyjną warstwę termoizolacyjną termoodporną wytwarza się mieszając rozdrobnioną piankę poliuretanową elastyczną z korektorami grafitowo-węglowo-ceramicznymi,

PL 210 698 B1 z diamidem kwasu węglowego i z prepolimerem w następujących ilościach wagowych: rozdrobnionej pianki poliuretanowej elastycznej od 40% do 90%, korektorów grafitowo-węglowo-ceramicznych od 15% do 35%, diamidu kwasu węglowego od 0% do 10% i prepolimeru od 10% do 30% oraz wody w ilości stechiometrycznej, następnie mieszaninę poddaje się prasowaniu do osiągnięcia gęstości w przedziale od 0,05 do 0,5 g/cm³, podczas którego składniki mieszaniny ulegają spojeniu, przy czym tak wytworzoną warstwę separacyjną termoizolacyjną termoodporną łączy się z później wytworzoną warstwą zewnętrzną w spoistą konstrukcję kompozytową łącznie z płaszczem ochronnym pod wpływem sił adhezyjnych powstałych podczas wytwarzania tej zewnętrznej warstwy korzystnie z twardego poliuretanu porowatego modyfikowanego koloidami nieorganicznymi, stabilizatorami i korektorami. Piankę poliuretanową rozdrabnia się do średniego rozmiaru liniowego drobiny od 0,1 mm do 22 mm. W korektorach grafitowo-wę glowo-ceramicznych stosuje się tlenek krzemu lub krzemiany inne niż glina. Separacyjną warstwę termoizolacyjną termoodporną wykonuje się metodą formowania w bloki, a następnie tnie się te bloki zależnie od przeznaczenia na różne kształty o grubości korzystnie od 8 mm do 100 mm. Jako płaszcz ochronny, zabezpieczający powierzchnię zewnętrzną warstwy twardej, stosuje się taśmę gumowo-kauczukową i/lub blachę.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że wytworzona warstwa termoizolacyjna termoodporna ma stabilność termiczną i strukturalną w zakresie temperatury powodującej degradację zewnętrznej warstwy z twardego poliuretanu porowatego, a połączenie obu tych warstw umożliwia zwiększenie odporności cieplnej konstrukcyjnego elementu termoizolacyjnego do 400°C.

W przypadku zastosowania konstrukcyjnego elementu termoizolacyjnego do ograniczania strat cieplnych na rurociągach przesyłowych energii cieplnej, powstałej w wyniku przepływu medium w postaci wody, pary wodnej lub powietrza, ma on bardzo dobre własności fizyko-chemiczne:

Claims (5)

1. Sposób wytwarzania konstrukcyjnego elementu termoizolacyjnego, polegający na sporządzaniu separacyjnej warstwy termoizolacyjnej termoodpornej poprzez mieszanie pochodnych polimerów z innymi materiałami, którą to warstwę łączy się z podłożem twardym jej zewnętrzną powierzchnią w odniesieniu do źródła energii cieplnej, znamienny tym, że separacyjną warstwę termoizolacyjną termoodporną wytwarza się mieszając rozdrobnioną piankę poliuretanową elastyczną z korektorami grafitowo-węglowo-ceramicznymi, z diamidem kwasu węglowego i z prepolimerem w następujących ilościach wagowych: rozdrobnionej pianki poliuretanowej elastycznej od 40% do 90%, korektorów grafitowo-węglowo-ceramicznych od 15% do 35%, diamidu kwasu węglowego od 0% do 10% i prepolimeru od 10% do 30% oraz wody w ilości stechiometrycznej, następnie mieszaninę poddaje się prasowaniu do osiągnięcia gęstości w przedziale od 0,05 do 0,5 g/cm³, podczas którego składniki mieszaniny ulegają spojeniu, przy czym tak wytworzoną warstwę separacyjną termoizolacyjną termoodporną łączy się z później wytworzoną warstwą zewnętrzną w spoistą konstrukcję kompozytową łącznie z płaszczem ochronnym pod wpływem sił adhezyjnych powstałych podczas wytwarzania tej zewnę trznej warstwy korzystnie z twardego poliuretanu porowatego modyfikowanego koloidami nieorganicznymi, stabilizatorami i korektorami.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że piankę poliuretanową rozdrabnia się do średniego rozmiaru liniowego drobiny od 0,1 mm do 22 mm.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w katalizatorach grafitowo-węglowo-ceramicznych stosuje się tlenek krzemu lub krzemiany inne niż glina.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że separacyjną warstwę termoizolacyjną termoodporną wykonuje się metodą formowania w bloki, a następnie tnie się te bloki zależnie od przeznaczenia na różne kształty o grubości korzystnie od 8 mm do 100 mm.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako płaszcz ochronny, zabezpieczający powierzchnię zewnętrzną warstwy twardej, stosuje się taśmę gumowo-kauczukową i/lub blachę.