Композиция для получения искусственных пористых заполнителей

 

Использование: промышленность строительных материалов, в частности для получения искусственных пористых заполнителей, применяемых для тепловой изоляции строительных конструкций и сооружений. Сущность изобретения: композиция включает продукт конденсации отходов ацетоно-фенольного производства с формальдегидом, кислый катализатор и дополнительно наполнить - полиминеральный мергель, состоящий из клиноптилолита, кальцита, монтмориллонита и кварца. 1 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, и, в частности, может быть использовано для получения искусственных пористых заполнителей на основе фенолоформальдегидной смолы резольного типа, применяемых для тепловой изоляции строительных конструкций и сооружений.

Известна композиция для получения пенопласта, включающая, мас. фенолоформальдегидную смолу резольного типа 73-77,5; кислый катализатор 14,7-15,5; алюминиевую пудру 2,3-3,0; естественный фосфат с диаметром гранул 0,01-0,02 мм 4-10, содержащий мас. P₂O₅ 7-15; Al₂O₃ 6-16; CaO 9-25; Fe₂O₃ 5-8; MgO 2-8; SiO₂ 26-45.

Недостатком указанной композиции является то, что из нее можно получить лишь заливочные композиции для изготовления пенопластов, а также низкая их прочность при сжатии.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является композиция для пенопласта, включающая, мас. FPB-1A смесь фенолоформальдегидной резольной смолы, алюминиевой пудры и поверхностно-активного вещества ОП-7 56-55; вспенивающе-отверждающий агент ВАГ-3 продукт конденсации сульфофенилмочевины, формальдегида и ортофосфорной кислоты 12-18; наполнитель отходы переработки апатитовых руд 16-25 и карбомидоформальдегидную смолу 11-17.

Недостатком этой композиции является то, что из нее можно получать заливочные композиции и невозможность формования композиционной массы. Недостатком является низкая прочность при сжатии (0,85 МПа) и применение для вспучивания дорогостоящей алюминиевой пудры.

Целью изобретения является обеспечение возможности формования композиционной массы и повышение физико-механических показателей искусственных пористых заполнителей (гранул).

Поставленная цель достигается тем, что композиция для получения искусственных пористых заполнителей, включающая фенолоформальдегидную смолу, кислотный катализатор и наполнитель, содержит в качестве фенолоформальдегидной смолы продукт конденсации отходов ацетонфенольного производства с формальдегидом, а в качестве наполнителя породу мергель, содержащую, мас. клиноптилолит 18; кальцит 19; монтмориллонит 33; кварц 30; при следующем соотношении компонентов, мас.

Продукт конденсации ацетонфенольного производства с формальдегидом - 36-46 Кислотный катализатор 24-34 Порода мергель 22-38 Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав композиции отличается от известного использованием в качестве фенолоформальдегидной смолы продукта конденсации отходов ацетонфенольного производства с формальдегидом, а в качестве наполнителя - породу мергель. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

В предлагаемой композиции в качестве наполнителя используют полиминеральный мергель, состоящий, мас. клиноптилолит 18; кальцит 19; монтмориллонит 33; кварц 30, который по отношению к другим наполнителям имеет ряд особенностей.

Во-первых, в качестве вспенивателя выступает минерал кальцит, входящий в состав мергеля, что исключает необходимость использования таких техногенных веществ, как сода, известь, алюминиевая пудра и др. Применение природного вспенивателя значительно расширяет возможности производства пористых заполнителей за счет больших, практически неограниченных его запасов в недрах, доступного освоения и низкой стоимости, безотходной и экологически чистой технологии производства. Кальцит при взаимодействии с кислотами, входящими в состав кислотного катализатора, разлагаются с выделением газа CO₂.

Во-вторых, присутствующие в мергеле минералы клиноптилолит и монтмориллонит разлагаются в кислотах с образованием гелеобразной массы, которая при взаимодействии со смолой при заявляемых соотношениях компонентов композиции, обеспечивает возможность формования композиционной (пластичной, тестообразной) массы в виде гранул, имеющих в изломе мелкопористую ячеистую структуру.

В третьих, присутствующая вода в клиноптилолите после окончания вспенивания сферических пористых заполнителей начинает интенсивно поглощать образующиеся за счет разложения кальцита газы, в частности CO₂, благодаря чему происходит сжимание сферических изделий (уменьшение в объеме), сокращение размеров первичных пор и упорядочивание внутренней структуры. В результате процесса самоуплотнения гранулы приобретают повышенную прочность.

В четвертых, присутствующий в мергеле природный кварц улучшает структуру и повышает механическую прочность получаемых гранул.

Таким образом, предложенный состав композиции проявляет количественно усиленное свойство за счет новой функции полиминерального мергеля как побудителя возникновения самоуплотнения гранул и как следствие повышения прочностных свойств при сжатии. Это позволяет признать предложенное техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень", поскольку в объекту, к которому относится решение, проявляется новое свойство, обеспечивающее достижение положительного эффекта.

Пример 1. Для приготовления композиции используют продукт конденсации отходов ацетонфенольного производства с формальдегидом (ПКАФФ), кислотный катализатор и наполнитель. Продукт ПКАФФ получают по реакции поликонденсации формальдегида с отходами ацетонфенольного производства АО "Казаньоргсинтез", состав которых, мас. фенол 40-79; кумилфенол 8,7-18; диметилфенол-карбинол 0,08-2,6; α -метилстирол 5,85-16,75; пек- остальное. Продукт ПКАФФ представляет собой вязкую жидкость темно-коричневого цвета с характерным запахом фенола. Оптимальное значение вязкости (по ВЗ-4) 600 с. Смола при отрицательных температурах замерзает. Содержание надсмольной воды в смоле 5-7% содержание от 1 до 10% формальдегида и содержание фенола до 0,7% Кислотный катализатор смесь бензолсульфоновой кислоты, ортофосфорной кислоты и этиленгликоля в соотношении соответственно 1:0,4:0,3. В качестве наполнителя используют мергель, измельченный до класса меньше 0,315 мм, содержащий, мас. SiO₂ 54,58; TiO₂ 0,26; Al₂O₃ 5,27; Fe₂O₃ 2,08; CaO 15,78; MgO 1,10; Na₂O 0,19; K₂O 0,74; P₂O₅ 0,04; CO₂ 6,94; вода остальное. Композицию готовят при комнатной температуре.

Берут 36% ПКАФФ смешивают с 36% мергеля (наполнителем), размешивают до пластического состояния и после этого вводят 28% кислотного катализатора. Размешивают до полного смешивания всех компонентов и формируют гранулы диаметром 15-16 мм. Сформированные гранулы начинают равномерно увеличиваться в объеме (вспениваться, вспучиваться) и через 2-3 мин достигают максимальной величины, а затем в последующие 3-4 мин происходит равномерное уменьшение объема гранул (самоуплотнение) в 1,3 раза. Через 10 мин происходит отверждение гранул. Состав композиции и данные по определению свойств гранул, изготовленных из этой композиции, приведены в таблице (композиция 1).

Пример 2. Композицию для получения искусственных пористых гранулированных заполнителей готовят по примеру 1 с тем отличием, что берут 46% ПКАФФ, 23% мергеля (наполнителя) и 31% кислотного катализатора. Состав композиции и данные по определению свойств гранул, изготовленных из этой композиции, приведены в таблице (композиция 2).

Пример 3. Композицию готовят по примеру 1 с тем отличием, что берут 44% ПКАФФ, 22% мергеля и 34% кислотного катализатора. Состав композиции и данные по определению свойств гранул, изготовленных из этой композиции, приведены в таблице (композиция 3).

Пример 4. Композицию готовят по примеру 1 с тем отличием, что берут 38% ПКАФФ, 38% мергеля и 24% кислотного катализатора. Данные приведены в таблице1 (композиция 4).

Для определения оптимального количества ингредиентов в композиции проведены дополнительные эксперименты (композиция 5-8). Показано, что при увеличении ПКАФФ до 54% композиция вспенивается, но не формируется (расплывается), а при уменьшении до 32% композиция не вспенивается и не формируется. При увеличении мергеля до 42% композиция не формируется (рассыпается), а при уменьшении до 11% композиция не формируется (расплывается) (таблица, композиции 5, 6).

Оптимальность предлагаемого количества кислотного катализатора 24-34% обосновывается тем, что при его увеличении (до 40%) композиция очень быстро твердеет не формируется, а при его уменьшении (до 20%) смесь не твердеет (таблица, композиции 7, 8).

Из таблицы следует, что полученная композиция предлагаемого состава (примеры 1-4) обеспечивает возможность формирования композиционной массы и получения сферических пористых заполнителей, обладающих более высокой прочностью на сжатие и более низким водопоглощением, процесс идет при комнатной температуре.

Кроме того, механическая прочность гранул, изготовленных из предлагаемой композиции, при раздавливании для марки 200 выше, чем у гранул керамзита марки 250 (искусственный пористый гранулированный заполнитель, получаемый из глины с последующим ее обжигом при 1100-1170^oC) в 2,04 (2,55) 3,6(2,9) раз, а сами гранулы получены из материалов ранее не применяемых для получения искусственных сферических пористых заполнителей фенолформальдегидной смолы, кислотного катализатора и наполнителя мергеля. Все это значительно расширяет возможности комплексного использования недр, позволяет производить гранулированный заполнитель при меньших энергозатратах.

Использование заявляемого изобретения обеспечивает: возможность формования композиционной массы и получение из нее сферических пористых заполнителей; высокое качество искусственных пористых гранулированных заполнителей за счет повышения прочности при сжатии, гранулы, изготовленные из предлагаемой композиции, обладают повышенной прочностью при сжатии (1,02-1,45 МПа), а для гранул керамзита марки 250 по ГОСТ 9759-86 0,6-0,8 МПа; снижение водопоглощения, которое находится в пределах 6,5-6,8% а для керамзита марки 250 оно должно быть не более 25% по ГОСТ; использование нового вида сырья полиминерального мергеля для получения искусственных пористых гранулированных заполнителей; снижение энергозатрат, т.к. не требуется термообработки при высоких температурах (1100-1170^oC).

Формула изобретения

Композиция для получения искусственных пористых заполнителей, включающая фенолоформальдегидную смолу, кислотный катализатор и наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве фенолоформальдегидной смолы продукт конденсации отходов ацетонфенольного производства с формальдегидом, а в качестве наполнителя породу мергель, содержащую, мас. клиноптилолит 18, кальцит 19, монтмориллонит 33 и кварц 30, при следующем соотношении компонентов, мас.

Продукт конденсации отходов ацетонфенольного производств с формальдегидом 36 46
Кислотный катализатор 24 34
Порода мергель 22 38н

РИСУНКИ

Рисунок 1