Способ получения теплоизоляционного материала
Владельцы патента RU 2369574:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU)
Изобретение относится к способам получения теплоизоляционных материалов. Описан способ изготовления теплоизоляционного материала, включающий приготовление сырьевой смеси путем смешивания 195-200 мас.ч. наполнителя и 194-200 мас.ч. хромлигносульфонатного связующего, при этом в качестве наполнителя используют опавшую листву, пропитанную водным раствором лигносульфоната, при соотношении их, мас.ч.: опавшая листва 100, технический лигносульфонат плотностью 1040-1060 кг/м3 (в пересчете на сухое вещество) 10-15, вода 85-90, а хромлигносульфонатное связующее получено из смеси, содержащей в мас.ч.: технический лигносульфонат плотностью 1140-1160 кг/м3 (в пересчете на сухое вещество) 30-35, соединение шестивалентного хрома (в пересчете на сухое вещество) 20-25, кислотосодержащую добавку в виде серной кислоты до достижения рН=0-4 4-5, воду 140-150, и далее осуществляют последующее формование сырьевой смеси и ее отверждение. Технический результат - утилизация отходов, упрощение технологии получения теплоизоляционного материала. 1 табл.
Изобретение относится к способам получения теплоизоляционных материалов и может найти применение в производстве строительных материалов для теплоизоляции межэтажных перекрытий, кровли, стен, а также в других отраслях техники.
Известен способ получения теплоизоляции из органических заполнителей (древесных стружек, опилок, костры льна, конопли и других отходов деревообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства) с добавкой вспенивающегося полистирола 16-20 мас.% и органического связующего 9-25 мас.% (Дрожжин А.Н. Теплоизоляционный материал на вспенивающемся полистироле. Строительные материалы и конструкции, №2, 1979). Способ включает термообработку теплоизоляционных изделий в потоке газового теплоносителя при скорости 5-10 м/с и температуре 105-120 градусов Цельсия в течение 3-4 часов.
Недостатком способа является применение вспенивающегося полистирола, при получении которого используется синтезированный продукт - стирол и синтезированный газообразователь, требующие при получении больших затрат тепловой энергии и специального дорогостоящего оборудования. Полученный материал является горючим, нестойким в воде и подвержен биоразрушению.
Известен способ изготовления теплоизоляционного материала из сырьевой смеси, состоящей преимущественно из вспученного перлитового песка, включающий смешение компонентов смеси со связующим раствором из концентратов лигносульфоновых кислот, формование и термообработку в потоке газового теплоносителя. При смешении компонентов смеси плотность связующего раствора принимают 1080-1160 кг/м3 и подвергают термообработке газовым теплоносителем при температуре 220-260 градусов Цельсия (Патент Финляндии №79693 от 12.02.90; Патент Швеции №452315 от 03.03.88; Патент ФРГ №3523984 от 27.06.91).
Недостатком указанного способа является использование термообработки при получении теплоизоляционного материала и высокотемпературный обжиг перлитовой породы (1000 градусов Цельсия) на заводах по производству вспученного перлитового песка. Недостатком известного способа по патентам Финляндии, Швеции и ФРГ, кроме указанного использования термообработки, является использование вспученного перлитового песка, который получают при обжиге измельченной перлитовой породы при 1000 градусах Цельсия, что также требует дополнительных затрат тепловой энергии.
Общим недостатком известных способов является использование термообработки и возможность получения теплоизоляционных материалов преимущественно в заводских условиях с последующей доставкой материалов по месту проведения строительных работ.
Наиболее близкими к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является «Способ изготовления легкого заполнителя». (Авторское свидетельство №1756299, МПК C04B 14/12, БИ №31, 23.08.92 г.) Способ изготовления легкого заполнителя заключается в том, что камнеподобное глинистое сырье дробят, фракционируют и смачивают зерна раствором лигносульфоната, затем опудривают тугоплавким порошком и обжигают при 1225 градусах Цельсия. В раствор лигносульфоната вводят на 100 мас.ч. последнего 35-45 мас.ч. отработанного электролита хромирования и после нанесения его на зерна выдерживают 3-5 мин. Применяют лигносульфонат плотностью 1060-1080 кг/м3 и отработанный электролит хромирования плотностью 1160-1180 кг/м3. В качестве отработанного электролита хромирования используют отход хромирования, образующийся при хромировании металлических деталей электролитическим способом.
Недостатком указанного технического решения в сравнении с предлагаемым является применение высокотемпературного обжига заполнителя.
Задача изобретения - упрощение технологии получения теплоизоляционного материала за счет значительного снижения термообработки и других видов энергии при получении наполнителей на всех стадиях технологических процессов приготовления сырьевой смеси и получения теплоизоляционных материалов; улучшение экологической обстановки окружающей природной среды за счет использования опавшей листвы в качестве наполнителя; расширения сырьевой базы в производстве строительных материалов и обеспечение экологической безопасности за счет применения отходов производств, сбрасывающих в водоемы соединения шестивалентного хрома, и рационального использования экологически опасной серной кислоты - отработанного электролита аккумуляторных батарей.
Поставленная задача решается тем, что способ изготовления теплоизоляционного материала, включающий приготовление сырьевой смеси путем смешивания 195-200 мас.ч. наполнителя и 194-200 мас.ч. хромлигносульфонатного связующего, при этом в качестве наполнителя используют опавшую листву, пропитанную водным раствором лигносульфоната, при соотношении их, мас.ч.:
| - опавшая листва | 100 |
| - технический лигносульфонат плотностью | |
| 1040-1060 кг/м3 (в пересчете на сухое вещество) | 10-15 |
| - вода | 85-90 |
а хромлигносульфонатное связующее получено из смеси, содержащей в мас.ч.:
| - технический лигносульфонат плотностью | |
| 1140-1160 кг/м3 (в пересчете на сухое вещество) | 30-35 |
| - соединение шестивалентного хрома | |
| (в пересчете на сухое вещество) | 20-25 |
| - кислотосодержащую добавку в виде серной кислоты | |
| до достижения рН=0-4 | 4-5 |
| - воду | 140-150 |
и далее осуществляют последующее формование сырьевой смеси и ее отверждение.
В качестве органического наполнителя используется опавшая листва деревьев и кустарников. В качестве связующего материала применяют водный раствор солей, содержащих ионы шестивалентного хрома, водный раствор лигносульфоната и регулятор рН среды - кислотосодержащую добавку раствора серной кислоты, в том числе в виде отработанного электролита аккумуляторных батарей. Использование отработанного электролита аккумуляторных батарей в качестве кислотосодержащей добавки кроме экономии представляет и экологическое решение по его утилизации, а не сбрасывании в канализацию.
Водные растворы лигносульфонатов являются поверхностно-активными веществами, хорошо смачивают опавшую листву и сорбируются ею. При добавлении к обработанной опавшей листве происходит взаимодействие активных групп лигносульфонатных комплексов с ионами шестивалентного хрома с образованием малоподвижных структур, которые под действием кислотосодержащей добавки образуют жесткий скелет конгломерата хромлигносульфонатного комплекса армированного волокнами листвы, пропитанной отвержденным связующим.
Опавшая листва являются обременительным мусором в городах, особенно в больших городах. Значительные средства расходуются для сбора, транспортировки и ее утилизации. Нередко листву подвергают сжиганию, что наносит вред здоровью людей за счет ухудшения качества воздуха, особенно при взаимодействии продуктов сгорания листвы с отработанными газами автомобильного транспорта, тепловых станций и промышленных предприятий.
Неубранная опавшая листва под действием атмосферных осадков и микроорганизмов подвержена гниению и являются рассадником массового скопления насекомых, грызунов и пресмыкающихся, что создает неблагоприятные условия для человека.
Способ получения теплоизоляционных материалов осуществляют следующим образом.
Готовят сырьевую смесь путем перемешивания опавшей листвы (естественной влажности) и водного раствора лигносульфоната плотностью 1040-1060 кг/м3 из расчета по массе 100 : 10-15. После перемешивания в лопастной мешалке в течение 2-3 мин обеспечивают равномерное смачивание листвы и их пропитку водным раствором лигносульфоната.
Пропитанную листву перегружают в мешалку шнекового типа из кислотостойкого материала и с помощью дозаторов к пропитанной листве приливают водный раствор лигносульфоната плотностью 1140-1160 кг/м3 (с содержанием сухого вещества 30-35 мас.ч. на 100 мас.ч. листвы с естественной влажностью) и водный раствор соединения шестивалентного хрома с кислотностью рН=0-4, для чего вводят дополнительно серную кислоту плотностью 1230-1240 кг/м3 (так и в виде отработанного электролита аккумуляторных батарей). Водный раствор соединения шестивалентного хрома берут в количестве 20-25 мас.ч. сухого вещества на 100 мас.ч. листвы с естественной влажностью. Перемешивание сырьевой массы ведут в течение 2-3 мин.
Шнековым дозатором сырьевую смесь выгружают в матрицы, выстланные гидроизоляционным материалом. Сверху матрицу накрывают гидроизоляционным материалом и уплотняют пуансоном. Отформованное изделие извлекают из формы и помещают на поддон, где в течение 8-10 часов проходит процесс отверждения лигносульфоната.
Формование сырьевой смеси и последующее отверждение материала осуществляют как в стационарных условиях производства, так и непосредственно на строительной площадке и непосредственно по месту применения, при строительстве.
Полученный материал характеризуется водостойкостью, не подвержен гниению, не разрушается под действием грызунов и насекомых, характеризуется пониженной горючестью и хорошими физико-техническими и теплоизоляционными свойствами.
Для испытаний взяты образцы материала после пятилетнего нахождения в конструкции межэтажного перекрытия, изготовленные на основе листвы тополя, технического лигносульфоната Архангельского целлюлозно-бумажного комбината, хромовых отходов Новочеркасского электровозостроительного завода и электролита аккумуляторной батареи.
Физико-механические свойства изготовленного теплоизоляционного материала представлены в таблице.
При органолептическом анализе на образцах материала, после пяти лет нахождения в условиях эксплуатации, не отмечено повреждений от грызунов и насекомых, тогда как на образцах пенополистирола, находящегося в тех же условиях, отмечалось разрушение от деятельности грызунов.
Способ получения теплоизоляционного материала направлен на утилизацию многотоннажных отходов в виде листвы и расширение ассортимента энергосберегающих наполнителей в совокупности с использованием экологически опасных промышленных и технических отходов в виде водных растворов лигносульфонатов (отходов целлюлозно-бумажной промышленности), водных растворов соединений шестивалентного хрома и электролита аккумуляторных батарей. При совместном использовании в технологии приготовления сырьевой смеси названные ингредиенты в результате физико-химического взаимодействия образуют нейтральный по кислотности конгломерат по своим свойствам, отвечающий требованиям для получения теплоизоляционных материалов, пригодных в строительстве и других отраслях техники.
| Объемная масса, кг/м3, ГОСТ 406-80 | Коэффициент теплопроводности, Вт/м·К, ГОСТ6076-78 | Предел прочности, МПа | Коэффициент водостойкости (отношение прочности после водонасыщения к прочности до водонасыщения) | Показатель горючести. Потеря массы в «огневой трубе»,% | |
| При сжатии, ГОСТ 4651-78 | При изгибе, ГОСТ 18564-73 | ||||
| 400-800 | 0,08-0,10 | 0.8-1,5 | 0,6-1,2 | 0,8-0,9 | 7,0-9,3 |
Способ изготовления теплоизоляционного материала, включающий приготовление сырьевой смеси путем смешивания 195-200 мас.ч. наполнителя и 194-200 мас.ч. хромлигносульфонатного связующего, при этом в качестве наполнителя используют опавшую листву, пропитанную водным раствором лигносульфоната, при соотношении их, мас.ч.:
| опавшая листва | 100 |
| технический лигносульфонат плотностью | |
| (в пересчете | |
| на сухое вещество) 1040-1060 кг/м3 | 10-15 |
| вода | 85-90, |
а хромлигносульфонатное связующее, получено из смеси, содержащей в мас.ч.:
| технический лигносульфонат плотностью 1140-1160 кг/м3 | |
| (в пересчете на сухое вещество) | 30-35 |
| соединение шестивалентного хрома | |
| (в пересчете на сухое вещество) | 20-25 |
кислотосодержащую добавку в виде серной кислоты
| до достижения рН=0-4 | 4-5 |
| воду | 140-150, |
и далее осуществляют последующее формование сырьевой смеси и ее отверждение.
