PL234066B1 - Sposób i układ przeznaczony do uzyskania powłoki hydrofobowej na perlicie ekspandowanym - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób i układ do uzyskania powłoki hydrofobowej na perlicie ekspandowanym stosowanym jako dodatek do wyrobów budowlanych, celem poprawienia właściwości termoizolacyjnych, dźwiękochłonnych, ognioodpornych, oraz odporności na działanie wilgoci i mikroorganizmów. Sposób przeznaczony do uzyskania powłoki hydrofobowej na perlicie ekspandowanym, charakteryzuje się tym, że perlit eksponduje się w piecu (1), w temperaturze 900 - 1000°C, kolejno podaje się do rur dozujących o długości L, w których perlit chłodzi się wstępnie za pomocą sprężonego powietrza do temp. 250 - 300°C, następnie podawany jest do cyklonu (5), celem osuszenia i dalszego obniżenia temperatury do 150 - 200°C, a następnie dozowany jest do rury (6) o długości 1 L, gdzie za pomocą dyszy strumieniowej stożkowej (7) pod ciśnieniem 3 barów na perlit, natryskuje się roztwór silikonu i dozuje do mieszalnika (8).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem rozwiązania według wynalazku jest sposób i układ do uzyskania powłoki hydrofobowej na perlicie ekspandowanym stosowanym jako dodatek do wyrobów budowlanych, celem poprawienia właściwości termoizolacyjnych, dźwiękochłonnych, ognioodpornych, oraz odporności na działanie wilgoci i mikroorganizmów.

Perlit jest minerałem pochodzenia wulkanicznego, który wydobywany jest w postaci rudy, a następnie poddawany obróbce termicznej - ekspandowaniu w wysokiej temperaturze, 900-1OOO°C. W wyniku obróbki termicznej objętość perlitu wzrasta 15-20 krotnie a minerał przyjmuje postać drobnych, porowatych i lekkich cząsteczek, nazywany jest perlitem ekspandowanym lub experlitem.

Perlit ekspandowany charakteryzuje się doskonałymi właściwościami termoizolacyjnymi i dźwiękochłonnymi, jest lekki, ognioodporny, bardzo trwały (praktycznie niezniszczalny), odporny na działanie wilgoci i mikroorganizmów, chemicznie pasywny, nieszkodliwy dla zdrowia i łatwy w stosowaniu. Duże zainteresowanie w branży budowlanej perlitem spowodowało rozwinięcie się bardzo lekkich gatunków perlitu ekspandowanego do zastosowania jako wypełniacz do mas budowlanych, min zapraw, tynków, klejów, oraz styropianu, farb, płytek ceramicznych, tworzyw sztucznych i szeregu innych. Powierzchnia ziaren perlitu jest mocno rozwinięta w wyniku ekspandowania w stosunku do piasku i ułatwia rozprowadzanie dodatków chemicznych.

Perlit ekspandowany stosowany jest w budownictwie jako podstawowy składnik obniżający masę zapraw tynkarskich. Zastąpienie piasku na perlitem powoduje korzystne zmiany parametrów wyrobów, np. uzyskuje się wzrost : odporności ogniowej, termoizolacyjności, dźwiękochłonności, płynności oraz znaczne obniżenie masy wyrobu.

Perlit ekspandowany ma strukturę porowatą, zaś pod względem chemicznym zbliżony jest do szkła. Porowata struktura perlitu powoduje, że ma on doskonałe właściwości izolacyjne. Jednocentymetrowa warstwa tynku zawierającego perlit, pod względem izolacji cieplnej zastępuje ok. 0,5 cm styropianu, 5 cm cegły lub 8 cm tradycyjnego tynku na bazie piasku. Tynk, stosowany po obydwu stronach ściany, podwaja ten efekt.

Wadą perlitu jest jego duża nasiąkliwość wodą, na skutek porowatości struktury, przez co wyroby na nim oparte tracą część swoich właściwości izolacyjnych, gdyż woda przenikając przez strukturę perlitu do jego wnętrza, powoduje utratę właściwości izolacyjnych materiałów w których jest stosowany.

Znane są sposoby ograniczania absorbcji wody przez perlit np. poprzez zastosowanie domieszki hydrofobizującej, która sprzyja ograniczeniu podciągania kapilarnego np. zaprawy perlitowej dodawanej np. do zaczynu cementowego z perlitem.

Znane są również domieszki hydrofobizujące na bazie silanów - związków krzemoorganicznych, które w twardniejącym materiale tworzą powierzchnie wodoodporne.

Znane są również sposoby ograniczenia nasiąkliwości wyrobów z perlitu poprzez stosowanie impregnacji powierzchniowej lub poprzez impregnacje samego kruszywa przed wprowadzeniem go do zaczynu.

Z patentu EP2356084, opublikowanego również jako WO2010052201, znane jest rozwiązanie dotyczące hydrofobizacji cementu poprzez namaczanie biodegradowalnymi silanami, jednakże zarówno przedmiot jak i sposób i zastosowane środki techniczne są znacząco odmienne.

Z publikacji Katarzyna Porębska - Powłoki hydrofobowe na bazie SiO2 wytwarzane metodą zol-żel, Budownictwo i Architektura 12(4) 2013, 267-267, znana jest metoda wytwarzania silanu w postaci płynnej który następnie stosowany jest do namaczania korzystnie krzemionki celem uzyskania po odparowaniu wody powłoki hydrofobowej. Metoda ta nie dotyczy perlitu gdyż na skutek porowatości jego struktury, po wyekspandowaniu, nastąpiłoby zbrylenie. Ponadto zarówno metoda nanoszenia - namaczanie jak i parametry procesu (np. sposób chłodzenia, sposób i parametry mieszania, temperatura utwardzania powierzchni hydrofobowej 500 st) są zasadniczo odmienne od przedmiotowego rozwiązania.

Z publikacji W. Nocuń-Wczelnik, Nowak, Trybalska - Transport wody w zaprawach z dodatkiem perlitu ekspandowanego modyfikowanych domieszkami - Materiały ceramiczne, 66, 1, (2014), 62-67, znane jest rozwiązanie dotyczące możliwości zastąpienia składników, kruszywa przeznaczonego do mieszanek betonowych przez perlit celem lepszego przewodzenia wody przez mieszankę.

Lekkie zaprawy (betony) sporządzone z udziałem perlitu ekspandowanego charakteryzują się podwyższoną porowatością, co skutkuje pogorszeniem niektórych właściwości użytkowych w obecności wilgoci. Praca stanowi podsumowanie badań mających na celu poprawę właściwości

PL 234 066 B1 termoizolacyjnych tworzyw perlitowych poprzez wprowadzenie domieszek o działaniu hydrofobizującym i modyfikującym mikrostrukturę materiału. Sporządzono kilka serii zapraw cementowo perlitowych o różnej zawartości perlitu. Scharakteryzowano ich podstawowe właściwości standardowe. Przeprowadzono pomiary podciągania kapilarnego. Dokonano obserwacji pod elektronowym mikroskopem skaningowym, podczas których potwierdzono zwartą mikrostrukturę warstwy na granicy rozdziału wypełniacz perlitowy - matryca cementowa. W badaniach kalorymetrycznych wykazano aktywny udział perlitu w procesie hydratacji. Ustalono optimum proporcji cement/perlit/ domieszka, przy której relacje pomiędzy zachowaniem małej gęstości objętościowej i zmniejszeniem nasiąkliwości są najkorzystniejsze. Wskazano też na korzyści wynikające z zastosowania domieszki napowietrzającej.

Celem niniejszego rozwiązania jest sposób i układ przeznaczony do zmniejszenia nasiąkliwości perlitu ekspandowanego poprzez naniesienie na perlit powłoki hydrofobowej, na bazie silikonu, która blokując przenikanie wody do porowatych struktur perlitu poprawa właściwości fizyczne perlitu, a tym samym wyrobów przemysłowych zwłaszcza dla budownictwa, w których zastosowano perlit, poprzez na ścisłe pokrycie porowatych struktur perlitu ekspandowanego poprzez natrysk pod ciśnieniem odpowiednio przygotowanej mieszaniny silikonu.

Proces realizowany jest wewnątrz zamkniętej hali technologicznej. Surowiec - perlit podawany jest do pieca, sterowanego za pomocą mieszanki gazu, tlenu technicznego oraz powietrza. W piecu przeprowadzona jest ekspandacja perlitu, tj. ruda perlitu poddana jest procesowi prażenia, skutkiem czego powstaje perlit ekspandowany, który zwiększa swoją objętość 15-krotnie. Po zakończeniu procesu ekspandacji perlit z pieców trafia do systemu cyklonów chłodzących, dzięki którym wychładzany co pozwala w bardzo wydajny sposób pokryć perlit roztworem silikonu i wody, który jest natryskiwany pod wysokim ciśnieniem a następnie mieszany w mieszalniku mechanicznym.

W pierwszej kolejności perlit poddawany jest ekspandowaniu, dozowany jest w sposób ciągły do pieca o temperaturze 900-1OOO°C, celem uzyskania wzrostu objętości perlitu (15-20 krotny wzrost) oraz zmiany struktury na postać drobnych, porowatych i lekkich cząsteczek.

Kolejno wyekspandowany perlit podawany jest do układu transportowo chłodzącego w postaci stalowej rury 2, o średnicy 1/6-1/12 L, korzystnie 0,3-0,5 m, złożonej z dwóch odcinków, przy czym I odcinek usytuowany jest w pozycji pionowej o długości L korzystnie 4-6 m, II usytuowany pod kątem a = 30-60° o długości L, korzystnie 4-6 m, w której perlit, jest schładzany do temperatury 250-300°C za pomocą sprężonego powietrza podawanego przez sprężarkę 4 usytuowaną w miejscu łączenia rur 2, a następnie transportowany na skutek podciśnienia panującego w układzie do cyklonu 5, gdzie na skutek ruchu wirowego jest schładzany do temperatury 150-200°C, celem całkowitego odparowania wody, kolejno perlit podawany jest rury 6 o długości 1/2 L, w której następuje natryskiwanie mieszaniną silikonu w postaci płynnej o parametrach: gęstość 1 g/cm³, zawartości substancji aktywnych 60%, wartości pH 5-8, przy 20°C, oraz o temperaturze zapłonu powyżej 400°C z wodą w proporcji od 1 l silikonu na 20-30 litrów wody, na 1 tonę perlitu, za pomocą dyszy strumieniowej 7, pod ciśnieniem 3 bar.

Kolejno perlit pokryty mieszaniną silikonu podawany jest do mieszalnika 8 z układem podająco-mieszającym, podzielonego na dwie części A-B, przy czym każda z części ma podajnik ślimakowy 9 ze stali kwasoodpornej, o długości 800-1200 mm i średnicy 130-156 mm, napędzany mechanicznie, przy czym ślimacznice obracają się w kierunkach przeciwnych względem siebie.

Mieszanie perlitu i silikonu odbywa się najpierw w komorze A, a następnie za pomocą ruchu ślimacznicy mieszanina podawana jest poprzez otwartą, wspólną część obu komór, do komory B, gdzie jest ponownie mieszana a następnie usuwana na zewnątrz mieszalnika, do zasobnika 10.

Mieszanie odbywa się w sposób ciągły ze stałą prędkością ślimaków obracających się w kierunkach przeciwnych względem siebie w czasie przebiegu porcji materiału w ruchu ślimaka na długości komory A, a następnie komory B.

Obrotowy ruch ślimaków 9 w kierunkach przeciwnych względem siebie skutkuje dokładnym, dwustopniowym wymieszaniem perlitu z silikonem i uzyskaniem równego pokrycia na całej powierzchni, skutkując zamknięciem, otwartych, porowatych struktur perlitu tworząc w efekcie szczelną powłokę hydrofobową.

Układ przeznaczony do uzyskania powłoki hydrofobowej na perlicie ekspandowanym przedstawiono bliżej na schemacie blokowym.

Sposób przedstawiono bliżej w przykładach wykonania.

PL 234 066 B1

P r z y k ł a d 1

W pierwszej kolejności przygotowano składniki mieszaniny perlit i silikon, w tym celu 1t perlitu w sposób ciągły, dozowano do pieca 1, o temperaturze 900°C, zaś silikon o gęstości 1 g/cm³, zawartości substancji aktywnych 60%, pH 5-8, oraz temperaturze zapłonu powyżej 400°C, rozcieńczono z wodą w proporcji 1l silikonu/20 litrów wody, kolejno wyekspandowany w piecu 1 perlit kierowany jest do układu rur dozujących o średnicy 0,3 m, pionowej o długości 4 m i usytuowanej pod kątem a - 30° o długości 4 m w której perlit schłodzono wstępnie za pomocą sprężonego powietrza dozowanego za pomocą sprężarki 4, do temp. 300°C, a następnie zadozowano do cyklonu 5 gdzie perlit osuszono i obniżono temperaturę do 200°C, skąd perlit zadozowano do rury 6 o długości 2 m, gdzie na opadający perlit za pomocą dyszy strumieniowej stożkowej pod ciśnieniem 3 barów natryśnięto roztwór silikonu z wodą, kolejno powstałą mieszaninę perlitu z roztworem silikonu zadozowano do mieszalnika 8 o rozmiarach 1,3 m długości x 350 mm szerokości x 200 mm wysokości, podzielonego na dwie komory A, B z układem podająco-mieszającym w postaci 2 ślimaków 9 obracających się ze stałą prędkością w kierunkach przeciwnych względem siebie, wykonanych ze stali kwasoodpornej o długości 800 mm i średnicy 130 mm, przy czym w pierwszej kolejności składniki podano do komory A gdzie zostały wymieszane a następnie za pomocą ruchu ślimaka poddane do komory B, ponownie wymieszane, skutkiem czego nastąpiło dokładne połączenie obu składników, a następnie z komory B usunięte na zewnątrz do zasobnika 10.

P r z y k ł a d 2

W pierwszej kolejności przygotowano składniki mieszaniny perlit i silikon, w tym celu 1l perlitu zadozowano do pieca 1, o temperaturze 1000°C, zaś silikon o gęstości 1 g/cm³, zawartości substancji aktywnych 60%, pH 5-8, oraz temperaturze zapłonu powyżej 400°C, rozcieńczono z wodą w proporcji w proporcji 1l silikonu/30 litrów wody, kolejno wyekspandowany w piecu 1 perlit podano do układu rur dozujących o średnicy 0,5 m, pionowej o długości 6 m i usytuowanej pod kątem a 60° o długości 6 m w której perlit schłodzono wstępnie za pomocą sprężonego powietrza dozowanego za pomocą sprężarki 4, do temp. 250°C, a następnie zadozowano do cyklonu 5, gdzie perlit osuszono i obniżono temperaturę do 150°C, skąd perlit zadozowano do rury 6 o długości min 3 m, gdzie na opadający perlit za pomocą dyszy strumieniowej stożkowej pod ciśnieniem 3 barów natryśnięto roztwór silikonu z wodą, kolejno powstałą mieszaninę zadozowano do komory mieszania 8, o rozmiarach 1,3 m długości x 350 mm szerokości x 200 mm wysokości, podzielonej na dwie części z układem podająco-mieszającym w postaci 2 ślimaków 9 obracających się ze stałą prędkością w kierunkach przeciwnych względem siebie, ze stali kwasoodpornej o długości 1200 mm i średnicy 156 mm, przy czym w pierwszej kolejności składniki podano do komory A gdzie zostały wymieszane a następnie za pomocą ruchu ślimaka poddane do komory B, ponownie wymieszane, skutkiem czego nastąpiło dokładne połączenie obu składników, a następn ie z komory B usunięte na zewnątrz do zasobnika 10.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób i układ przeznaczony do uzyskania powłoki hydrofobowej na perlicie ekspandowanym, znamienny tym, że perlit ekspanduje się w piecu 1, w temperaturze 900-1000°C, kolejno podaje się do rur dozujących o długości L, w których perlit chłodzi się wstępnie za pomocą sprężonego powietrza do temp. 250-300°C, następnie podawany jest do cyklonu 5, celem osuszenia i dalszego obniżenia temperatury do 150-200°C, a następnie dozowany jest do rury 6 o długości 1/2 L, gdzie za pomocą dyszy strumieniowej stożkowej 7 pod ciśnieniem 3 barów na perlit natryskuje się roztwór silikonu i dozuje do mieszalnika 8, w którym jest wymieszany.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanie perlitu i silikonu odbywa się mechanicznie w mieszalniku podzielonym na dwie komory A i B z elementem roboczym w postaci ślimaków 9, których ruch realizowany jest w kierunkach przeciwnych względem siebie, przy czym mieszanie odbywa się dwustopniowo, najpierw w komorze A, a następnie jest poprzez otwartą, wspólną część obu komór, w komorze B.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę natryskową stanowi płynny silikon o gęstości 1 g/cm³, zawartości substancji aktywnych 60%, pH 5-8, oraz temperaturze zapłonu powyżej 400°C, oraz woda, w proporcji 1l silikonu/20-30 litrów wody.

   PL 234 066 B1
4. 4. Układ przeznaczony do uzyskania powłoki hydrofobowej na perlicie ekspandowanym, znamienny tym, że złożony jest z pieca 1 o temperaturze grzania w zakresie 900-1000^oC, który połączony jest układem transportowo chłodzącym w postaci stalowej rury 2, złożonej z dwóch odcinków o równej długości L, przy czym I odcinek usytuowany jest w pozycji pionowej, II usytuowany w stosunku do niego pod kątem ostrym a, przy czym w punkcie łączenia odcinków usytuowana jest sprężarka 4 generująca do układu sprężone powietrze, zaś w części górnej rura 2 połączona jest z cyklonem chłodzącym 5, który połączony jest w części dolnej z rurą 6 o długości 1/2 L, w której w której usytuowana jest dysza strumieniowa 7, o ciśnieniu 3 bar, rura 6 w części dolnej połączona jest z mieszalnikiem ślimakowym 8.
5. 5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że rury dozujące 2 mają postać dwóch odcinków o średnicy 0,3-5 m i równych długościach 4-6 m, usytuowanych w stosunku do siebie pod kątem a - 30-60°.
6. 6. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że mieszalnik podzielony jest na dwie komory A, B, z częścią otwartą w części tylnej, przy czym w każdej z komór usytuowany jest podajnik ślimakowy ze stali kwasoodpornej o długości 800-200 mm i średnicy 130-156 mm, napędzany mechanicznie, przy czym ślimaki obracają się w kierunkach przeciwnych względem siebie ze stałą prędkością.

   PL 234 066 Β1