Способ получения сыпучих материалов

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для получения теплоизоляционных сыпучих материалов, преимущественно в сельской местности. Способ включает измельчение растительных остатков, смешивая их с клеящим составом и химическими добавками-ингибиторами, их окисление и последующее прессование с формированием гранул и брикетов, при этом в качестве клеящего состава берут карбамидоформальдегидную смолу и кислотный отвердитель, а в качестве добавок - смесь извести с медным купоросом. При этом в качестве кислотного отвердителя берут соединение сульфатного типа, в качестве КФ-смолы - крепитель М-3, который добавляют в известь. 5 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для получения теплоизоляционных сыпучих материалов преимущественно в сельской местности.

Известен способ получения сыпучего теплоизоляционного материала - керамзита путем обжига и гранулирования минеральных глинистых пород во вращающихся печах (Советский энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1990, с. 575). Способ очень энергоемок, дорогостоящ и может использоваться только в условиях промышленного производства.

Общеизвестно использование опилок, соломы, листьев и т.д. в качестве теплоизоляционных материалов (Шепелев А.М. Как построить сельский дом. - М.: Росагропромиздат, 1991).

Недостатком этих материалов является высокая пожароопасность, повреждение плесеневой и гнилостной микрофлорой, а также насекомыми и грызунами. Кроме того, указанные материалы при их использовании сильно пылят, раздуваются ветром, трудоемки при засыпке полостей и чердачных перекрытий.

Общеизвестен способ приготовления саманных кирпичей и блоков, при котором опилки или измельченную солому увлажняют, перемешивают с увлажненным до гелистого состояния глинисто-песчаным составом, затем раскладывают в формы, которые после формировки глинисто-соломистой массы снижают, после чего блоки высушивают (Советский Энциклопедический словарь. - М.: 1990, - С.1174; Шепелев А.М. Как построить сельский дом. - М.: 1991).

Указанный способ трудоемок и не применим для получения легких сыпучих теплоизоляционных материалов, используемых для заполнения полостей и чердачных перекрытий. Кроме того, способ практически не механизирован и требует больших затрат ручного труда, в том числе и при сушке блоков, заключающейся в своевременном их переворачивании и укрытии от пересушивания и от дождя.

Известен способ получения древесностружечных плит, заключающийся в горячем прессовании смеси древесных стружек с небольшим количеством карбамидоформальдегидной смолы и ее отвердителем, в качестве которого берут трибутилат ортофосфорной кислоты - эфир ортофосфорной кислоты и бутилового спирта (Советский Энциклопедический словарь. - М.: 1990. - С.414-415).

Указанный способ трудоемок, требует специального оборудования и применим только в промышленных условиях, для приготовления плит, которые имеют незначительную теплоизоляционную способность и не могут использоваться в качестве засыпного теплоизоляционного материала. Технология связана с применением дорогостоящего отвердителя (трибутилата ортофосфорной кислоты) и выделением формальдегида при полимеризации карбамидоформальдегидной смолы (КФ-смолы).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению относится способ получения гранул и брикетов из высушенных измельченных растений, при котором растения измельчают, высушивают, затем смешивают с клеящим составом из сахаристо-крахмалистых композиций и химическими добавками - антиоксидантами типа дилудин, сантохин и т.д., после чего массу прессуют в брикеты или гранулы, а затем охлаждают (Тюльдюков В.А., Кобозев И.В., Парахин Н.В. Технологии заготовки и хранения кормов. - Орел: Вешние воды, 1995).

Указанный способ позволяет получать кормовые гранулы и брикеты из травяной муки и резки, которые при увлажнении плесневеют, рассыпаются, в сухом состоянии хорошо горят, поедаются грызунами и насекомыми, в связи с чем они не могут использоваться в качестве теплоизоляционного материала. Плотность такого материала 700-1000 кг/м³. Из-за сильного уплотнения такого материала уменьшаются теплоизоляционные свойства, при слабом уплотнении гранулы и брикеты рассыпаются, становятся более гидрофильными и поражаемыми гнилостной микрофлорой, вредителями, а в сухом состоянии - более пожароопасными, при этом увеличивается количество пыли.

Заявляемое изобретение направлено на улучшение эксплуатационных свойств материала, в т.ч. на повышение пожаробезопасности, механической прочности, устойчивости к влаге, гнилостной микрофлоре и вредителям, при одновременном увеличении теплоизоляционной способности, за счет того, что в качестве клеящего вещества берут карбамидоформальдегидную смолу и кислотный отвердитель, а в качестве химических добавок - известь и медный купорос, причем в качестве кислотного отвердителя применяют соединение сульфатного типа. При этом в качестве КФ-смолы берут крепитель М-3, а в качестве отвердителя - кислую соль. При этом последнюю применяют в форме сульфата аммония.

Использование в качестве клеящей композиции КФ-смолы и кислотного отвердителя резко увеличивает прочность склеивания при меньшем давлении, т.е. при большей пористости, при этом резко снижается пожароопасность, увеличивается устойчивость к влаге, поскольку после полимеризации КФ-смола не растворяется в воде, одновременно КФ-смола и кислотный отвердитель ингибируют образование плесеней, гнилей, повреждение материала грызунами и насекомыми. Этот эффект усиливается добавлением в клеящую композицию извести и медного купороса, которые предотвращают развитие плесеней, насекомых и грызунов, тем более что при реакции извести с кислотным отвердителем выделяют углекислый газ, который к тому же уменьшает пожароопасность и одновременно увеличивает пористость материала. Кроме того, медный купорос и образующие соли кальция (фосфаты, хлориды) снижают горючесть материала, Указанный эффект увеличивается благодаря применению в качестве кислотного отвердителя соединения сульфатного типа, например серной кислоты, т.к. в этом случае известь реагирует с ним с образованием гипса - СаSО₄•Н₂О и выделением углекислого газа. Гипс - клеящее, негорючее, несъедобное, достаточно водопрочное соединение.

Указанный выше эффект еще в большей степени увеличивается, поскольку в качестве смолы берут крепитель М-3, обладающий большей реакционной и клеящей способностью, чем другие смолы, что позволяет использовать отвердитель с меньшим кислотным числом, т.е. применять в качестве отвердителя кислые соли, которые снижают горючесть растительной массы, а также плесневение и повреждение ее грызунами. Использование в качестве отвердителя сульфата аммония усиливает указанный эффект, при одновременном повышении пористости, сульфат аммония и диаммонийфосфат являются прекрасными антипиренами.

Кроме указанного эффекта заявляемое изобретение позволяет упростить технологию, снизить энергетические затраты на гранулирование и брикетирование благодаря большей клеящей способности композии, одновременно последняя благодаря использованию крепителя М-3 и сульфата аммония не вызывает повышенной коррозии. Благодаря этому же технология становится дешевой, простой и экологически безопасной, поскольку сульфат аммония является удобрением и уменьшает выделение формальдегида при полимеризации крепителя М-3. Указанный способ легко реализуется с помощью серийно выпускаемых для сельского хозяйства грануляторов и брикетировщиков кормов.

Предлагаемый способ поясняется примерами.

Пример 1. Предложенный способ реализуется следующим образом. Берут опилки или измельченную на дробилке кормов солому или соломенную резку и подвергают прессованию с помощью гранулятора или брикетировщика кормов, снабженного дозатором и смесителем, с помощью которого перед прессованием измельченную массу перемешивают с клеящим составом и минеральными добавками, т. е. гранулирование и брикетирование проводят по общепринятой технологии. При этом с целью улучшения технологических свойств материала (повышения пожаробезопасности, механической прочности, устойчивости к влаге, гнилостной микрофлоре и вредителям при одновременном увеличении теплоизоляционной способности) в качестве клеящего материала берут КФ-смолу и кислотный отвердитель (по рекомендации ТСХА: Кобозев И.В. с соавт. Рекомендации по проектированию, изготовлению и эксплуатации теплоизоляционных оболочек в сельскохозяйственном и водно-хозяйственном строительстве на основе использования карбамидоформальдегидного пенопласта и КФ-смол. М.: 1991).

Исследования и производственные испытания показали, что в качестве КФ-смолы можно брать любую из них (КФ-0; КФ-Б, КФ-Ж, КФ-БЖ), соответствующую ГОСТу 1231-88, а в качестве отвердителя - кислый раствор, имеющий кислотное число 5-10, т.е. раствор любой кислоты, но только не азотной, так как последняя усиливает горючесть массы.

Результаты приведены в табл.1.

Пример 2. Все операции осуществляют так же, как и в примере 1, но для лучшего достижения цели и повышения эффекта в смесь массы с клеящим составом или в смолу добавляют известь СаСО₃ (2-3% от массы смеси) и медный купорос - (СuSO₄•10 Н₂О (2-3%)), которые в смеси являются не только прекрасными антипиренами, но и ингибиторами гнилей и развития грызунов и насекомых-вредителей, при этом известь - СаСО₃, реагируя с остатками кислоты, превращается в соль, обладающую вышеуказанными свойствами, и выделяет углекислый газ, последнее обеспечивает не только подавление гнилей и вредителей, но и повышает пористость материала (см.табл.2).

Пример 3. Все операции проводят так же, как и в примере 2, но для наиболее полного достижения поставленной цели в качестве кислотного отвердителя применяют соединения сульфатного типа, т.е. серную кислоту, кислый сернокислый натрий и калий и т.д. Благодаря этому известь преобразуется в сернокислый кальций, а затем, адсорбируя воду, в гипс (СаСО₃+2NaHSO₄-->СаSO₄•2Н₂О+2NaHCO₃).

При этом образуется углекислота или сода, которые являются прекрасными антипиренами и ингибиторами гнилей и вредителей.

Пример 4. Все операции осуществляют так же, как в примерах 1 и 3, но для усиления вышеуказанного эффекта и наиболее полного достижения цели в качестве КФ-смолы берут крепитель М-3, соответствующий требованиям ТУ 6-.05-1596-77 и выпускаемый Кусковским химическим заводом (г. Москва), который обладает лучшей клеящей способностью, выделяет меньше формальдегида и полимеризуется при меньшем кислотном числе, что позволяет использовать в качестве отвердителя любую кислую соль; диаммоний фосфат - (NH₄)HPO₄; NaHSO₄; NHCl; (NH₄)SO₄, которые относятся к удобрениям, весьма доступны и которые, являясь антипиренами и реагируя с известью, образуют также антипирены, в т. ч. гипс, фосфат, хлорид кальция и карбонаты или углекислый газ (результаты занесены в табл.2). Нельзя применять селитру, т.к. она усиливает горючесть материала.

Пример 5. Все операции проводят так же, как и в примере 4, но для более полного достижения цели в качестве отвердителя кислой соли берут сульфат аммония, являющийся дешевым удобрением, прекрасным антипиреном, а также ингибитором выделения формальдегида. При реакции с известью образуется гипс, выделяется углекислый газ и аммиак, придающие пористость материалу и отпугивающие грызунов и насекомых.

Пример 6. Все операции проводят так же, как и в примере 5, однако минеральные добавки (известь и медный купорос), а также кислотный отвердитель (в данном случае - сульфат аммония) вводят в растительную массу до подачи ее в гранулятор, а КФ-смолу подают в массу при ее прессовании. В этом случае получен такой же результат, как и в примере 5, но технология резко упрощается. В этом случае используют на грануляторе очень простой дозатор с одним дозирующим устройством. Кроме того, предотвращается прежде временная полимеризация смолы на выходе их дозатора. Внесение минеральных добавок и отвердителя можно осуществлять при измельчении массы, что уменьшает опасность ее возгорания при хранении и дальнейших операциях.

Пример 7. Все операции проводят так же, как в примере 6, но известь добавляют в КФ-смолу в виде взвеси. Получен такой же результат, как и в примерах 5-6, однако пористость материала несколько увеличилась (удельная масса снизилась до 0,480-0,390 г/см³) при снижении его крошимости до 3-5%, но самое главное повысилась стойкость смолы, т.е. предотвращалось ее преждевременное сворачивание. Кроме того, при таком порядке проведения операции исключается преждевременная реакция извести с кислотным отвердителем, что способствует повышению пористости и прочности гранул, особенно в тех случаях, если измельченная растительная масса хранится длительное время без укрытия или во влажном помещении. Такой порядок особенно эффективен, если в качестве отвердителя применяют раствор кислоты или соли, так как в этом случае происходит преждевременная реакция извести с отвердителем.

Исследования, проведенные в 1937-1998 гг., показали, что в качестве исходного материала могут быть применены не только солома и опилки, но и льняная костра, измельченная кора и ветви деревьев, стебли тростника, камыша и т.д., т.е. любой растительный материал с высоким содержанием клетчатки и лигнина.

Формула изобретения

1. Способ получения сыпучих материалов, включающий измельчение растительных остатков, смешивание их с составом, включающим ингибитор окисления и клеющую композицию, и прессование с формированием гранул или брикетов, отличающийся тем, что в качестве клеющей композиции берут карбамидоформальдегидную смолу и кислотный отвердитель, и в качестве ингибитора окисления - смесь извести с медным купоросом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кислотного отвердителя берут соединение сульфатного типа.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве карбамидоформальдегидной смолы берут крепитель М-3, и в качестве отвердителя - кислую соль.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве кислой соли берут сернокислый аммоний.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что известь, медный купорос и кислотный отвердитель добавляют в растительную массу до обработки ее карбамидоформальдегидной смолой.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что известь вводят в карбамидоформальдегидную смолу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2