ДОМ БЕЗ ОТОПЛЕНИЯ - СЛОЖНАЯ ЗАДАЧА - НО ВОЗМОЖНА!!

Главная » Технологии будущего. » СТРУКТУРА ПЕНОПЛАСТОВ НА ОСНОВЕ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ СВЯЗУЮЩИХ

СТРУКТУРА ПЕНОПЛАСТОВ НА ОСНОВЕ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ СВЯЗУЮЩИХ

СТРУКТУРА ПЕНОПЛАСТОВ НА ОСНОВЕ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ СВЯЗУЮЩИХ.

Одним из эффективных способов наполнения пенопластов является "самонаполнение", когда наполнитель образуется в результате полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения одного из компонентов вспенивающейся смеси непосредственно в процессе получения пенопласта.

В литературе широко известны композиции на основе водных растворов силикатов щелочных металлов и полиизоцианатов (ПИЦ). Исследования процессов формирования таких композитов проводятся в Институте химии ВМС Национальной академии наук Украины. Достаточно подробно исследован состав конечных продуктов реакций, протекающих при их формировании. Эти системы классифицированы как полимерсиликатные, представляющие собой продукты с взаимопроникающими химически связанными матрицами - органической и неорганической. Использование изоцианатов в качестве модификаторов жидких стекол связано с наличием в них NCO-групп с высокой степенью ненасыщенности, способных реагировать с соединениями, содержащими подвижный атом водорода.

Учитывая повышенную склонность жидких стекол к поликонденсации  и реакционную способность изоцианатов, при их совмещении могут протекать реакции образования полимочевин, полиуретанов, поликремниевой кислоты и ряд других.

Некоторые из продуктов реакций идентифицированы экспериментально, например, в случае протекания реакции натриевого жидкого стекла с полиизоцианатом обнаружено примерно равное количество продуктов полимочевин и уретаноподобных продуктов.

Выявлено, что это самые стабильные продукты реакции. В зависимости от соотношения компонентов могут образоваться композиционные материалы, состоящие из полимочевин и продуктов поликонденсации неорганической части в виде наполнителя. При изучении таких систем возможность вспенивания отверждающейся органо-минеральной композиции и образования при этом "самонаполненного" полимочевинного пенопласта до сих пор не рассматривалась.

Нас привлекло в композициях ПИЦ - растворы силикатов натрия следующее:

  • во-первых, возможность при взаимодействии изоцианатных групп с молекулами воды выделения углекислого газа, который может быть ответственным за вспенивание смесевого связующего;
  • во-вторых, присоединение изоцианата к силикатной частице, проходящая в несколько этапов и на границе раздела фаз, дающая также в составе продукта реакции углекислый газ и водостойкие полимочевины;
  • в третьих, возможная поликонденсация жидких стекол с образованием поликремниевой кислоты, которая может служить тонкодисперсным наполнителем образующегося пенопласта;
  • в четвертых, отверждение жидких стекол в присутствии углекислого газа.

В связи с этим, нами проведена оптимизация получения пенопласта на основе жидкого стекла и ПИЦ. Мы варьировали соотношение ПИЦ и жидкого стекла, а также содержание катализатора отверждения, в качестве которого использовалась смесь оснований Манниха - производных (диметиламинометил)фенола.

Роль катализатора сводится к регулированию скорости образования полимера при отверждении и взаимодействия полиизоцианатов с водой, приводящего к вспениванию композиции. Наиболее оптимальное соотношение компонентов (%) в смеси оснований Манниха: ОМ-1 : ОМ-2 : ОМ-3 - (17 : 66 : 17). При увеличении содержания ОМ-3 до 34 % (за счет снижения ОМ-2) возрастает скорость реакции отверждения, но уменьшается степень вспенивания, а при увеличении содержания ОМ-1 до 23 % (за счет снижения ОМ-3) значительно снижается степень отверждения олигомера. Содержание катализатора отверждения выбрано исходя из наибольшего времени подъема пены и максимальной степени отверждения системы.

При оптимальном соотношении компонентов наблюдается наибольшая степень отверждения композиций, что следует из данных по определению золь-фракции и данных по изучению кинетики отверждения, проведенных методом ИК-спектроскопии.

Величина золь-фракции имеет минимальное значение при соотношении компонентов ПИЦ - жидкое стекло - 1 - 0.7.

ИК-спектроскопические исследования проведены на модельных системах ПИЦ - жидкое стекло без катализатора с целью возможности регистрации и обработки ИК-спектров в течение достаточно длительного времени. Изучение кинетики взаимодействия ПИЦ с жидким стеклом проводилось путем периодического измерения интегральной интенсивности полосы колебаний изоцианатных групп на частоте 2275 см-1. Наблюдалось уменьшение интенсивности полосы изоцианата, что связано с участием N=C=O групп в реакции с гидроксильными группами жидкого стекла, а также образование и рост интенсивности полос с максимумами 3312 см-1 и 1640 см-1. Первая из приведенных полос отвечает валентным колебаниям NH групп, а вторая валентным колебаниям карбонильных групп С=О. По видимому, в данном случае происходит образование мочевинных групп и рост их концентрации со временем, что соответствует литературным данным.

Некоторые показатели, характеризующие формирование и свойства пенопластов, представлены в таблице.

Таблица. Характеристики "самонаполненных" пенопластов на основе ПИЦ и жидкого стекла

№№

п/п

Наименование показателя

Соотношение ПИЦ - жидкое стекло в пенопласте

1 - 0.2

1 - 0.7

1 - 1.7

1

Кратность вспенивания

18

9

3

2

Время гелеобразования при 20 оС (без катализатора), мин

40

15

25

3

Время подъема пены, сек

85

140

100

4

Плотность, кг/м3

60

200

450

5

РН водной вытяжки

11

7

10

6

Золь-фракция, мас.%

20

2

40

7

Степень конверсии NCO-групп при 20 оС (без катализатора), % за 8 суток

36

48

35


Из анализа кинетических кривых раскрытия N=C=O установлено, что наибольшая степень конверсии достигается в композиции, в которой ПИЦ и жидкое стекло взяты в соотношении 1 : 0.7 (т.е. при соотношении, которое было определено как оптимальное из данных газообразования и отверждения). В этой композиции через 8 сут. после начала реакции конверсия N=C=O групп достигает 48 %. В двух других композициях степень раскрытия этих групп ниже, причем даже в композиции, где ОН-группы взяты с большим избытком, степень конверсии изоцианатных групп не выше 35 %.

Очевидно, преобладание в системе жидкого стекла, т.е. и свободной воды, приводит к тому, что наиболее вероятна реакция конденсации жидкого стекла с участием воды и углекислого газа, а не реакция, приводящая к образованию полимочевин.

Об этом свидетельствуют и данные по растворимости в воде и рН водной вытяжки отвержденных образцов, сопровождающиеся уменьшением данных параметров с ростом содержания жидкого стекла в системе с оптимумом при соотношении ПИЦ - жидкое стекло 1 - 0.7.

В области содержания жидкого стекла от 50 до 70 мас.ч. на 100 мас. ч. ПИЦ наблюдается почти нейтральная среда водной вытяжки и минимальная растворимость образцов в воде.

Наблюдение исследуемых образцов в оптическом микроскопе показало, что сформированный пенопласт при оптимальном соотношении компонентов образует ячеистую структуру (с размером ячеек от 0.8 до 1.8 мм), в которой межпоровая перегородка образована взаимопроникающей органосиликатной структурой. А при увеличении содержания жидкого стекла до 170 мас.ч. образуется пенопласт, структура которого неоднородна, и наблюдается образование сыпучего продукта, являющегося в большей степени продуктом поликонденсации жидкого стекла.

Подтверждение данных предположений о направлении протекания реакций следует из данных, полученных методом импульсного ЯМР по изучению молекулярной подвижности композитов, полученных при соответствующих соотношениях компонентов. За амплитуду намагниченности, в основном, ответственна органическая составляющая. Первоначально подвижность композита при температуре 140 оС выше для системы, содержащей большее количество жидкого стекла, из-за меньшей степени отверждения органической составляющей. В ходе выдержки при данной температуре происходит укорочение времен релаксации Т2, так как происходит доотверждение полиизоцианатов с образованием полимочевины и тримеров (уретаноподобных структур). Система с соотношением компонентов ПИЦ - жидкое стекло = 1 - 0.7 является оптимальной, она устойчива при нагревании и претерпевает меньше изменений во времени.

Комментарии

 ВСЕ БЕСПЛАТНО КРОМЕ МОЗГОВ

 Соломенные матрасы, маты, утеплитель

ВИДЕО РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

  СОЛОМА в СТРОИТЕЛЬСТВЕ
В селе Таптыково
Рес. Башкортостан построен энергоэффективный дом из клееного бруса с утеплителем, построенный инженером Альфредом Файзуллиным.
Это первый в республике Башкортостан дом, соответствующий «Зеленым стандартам».

Дом нового поколения: горячая вода от солнца, а экономия на отоплении за счет утепления.
Несмотря на экономичность, дом сочетает в себе энергоэффективность, экологичность и современный стиль.

Утром солнце освещает весь дом с южной стороны, а вечером - с западной. Расположение окон здесь продумано до мелочей. Пятикамерные окна - тоже часть энергосберегающей технологии.
Стекла изготовлены с применением серебра, которое позволяет отражать тепло.

Особенностью такого дома является отсутствие необходимости отопления традиционными методами и малое энергопотребление.
Здесь используются источники альтернативной энергии – солнечный коллектор и тепловой насос.

Применение системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла создает благоприятный микроклимат в помещении. В доме использованы окна и двери с высоким тепловым сопротивлением. Технология сборки «Сити-угол» обеспечивает отсутствие «мостиков холода» по всему периметру дома, благодаря сплошной прослойке утеплителя. Все это исключает большие потери тепла и существенно снижает затраты на отопление (в два-три раза по сравнению с газовым отоплением). Стоимость такого дома «под ключ» варьируется от 30 тысяч рублей за один квадратный метр в зависимости от площади дома, его комплектации, отделочных материалов.

«Это очень интересный, современный и своевременный проект, технологии завтрашнего дня.
Этот механизм - лишь часть энергоэффективного частного дома в Таптыково.
Хозяин этого уникального строения и его изобретатель. Он рассказывает, что при строительстве «зеленого дома» использовался пассивный клеёный брус, который позволяет удерживать тепло. Материал, из которого он изготавливается, теперь производит и Учалинское предприятие.

Применение теплового насоса вместо электрического котла. Он эффективно использует тепло окружающей среды для отопления и горячего водоснабжения дома и позволяет экономить потребление энергии до 29 раз.
В жаркие дни такая технология служит для охлаждения помещений.

Таких домов в России пока единицы.
При его проектировании Альфред Файзуллин использовал японские и немецкие технологии.
Он отмечает, что при эксплуатации и утилизации дома никакой нагрузки на природу строение не окажет.
Умный частный дом в дальнейшем планируют совершенствовать.
Проектировщики хотят использовать гидроаккумулятор, а также создать аккумулятор тепла.
Температура воды в емкости объемом 300 м³ даже в пасмурную погоду не падает ниже 40 градусов
В качестве источника тепловой энергии инженер приобрел тепловой насос фирмы Viessmann, мощностью 9,7 кВт.
За тепловой насос пришлось заплатить 424000 рублей.
Вертикальные зонды были размещены в двух скважинах, глубиной по 63 метра каждая.
Бурение обошлось в 1600 рублей за погонный метр
Сразу оговоримся: Альфред Файзуллин строил дом для себя и не скупился на технологии, выбирая самое лучшее. В итоге стоимость квадратного метра «под ключ» составила 45000 рублей. Общая площадь дома 180 м2.

Пассивный дом должен потреблять не более 10% от традиционного, насос мощностью 9,7 кВт. многовато для такого дома.
Норма пассивного дома 15 кВт. на м2 международные требование для сурового климата за сезон отопления.
15 кВт/213 дней * 180 м2= 12,7кВт/м2 норма на день или 380 кВт на 30 дней.

Как построить самому, недорогой теплый дом, своими руками, у нас есть ответ, вы по адресу, узнай подробности, как самому сделать солнечное отопление.

Умный не тот, у кого больше возможностей, а тот, у кого много идей в голове.

Счастлив не тот человек, у кого полно денег, а тот, у кого больше мудрости.

Самый богатый не тот человек, у кого больше денег, а тот, кому меньше требуется.

Умный не тот, кто зарабатывает на жизнь, а мудрый на кого работает умный.

Век бизнеса сегодня, сильный отбирает у слабых, умный отбирает у сильных.

Счастлив человек не тогда, когда больше добра, а кому хватает и меньшего.

Деньги правят миром, чем больше их, тем больше прав.

Есть идея, нет средства на ее реализацию, нужны мудрые решения для умных мыслей.

Успешен не тот, у кого больше денег, а тот, у кого больше притворенных в жизнь идей.

Знать можно, но уметь сложнее, между ними большая пропасть.