Композиционный материал
Изобретение относится к производству нового композиционного материала на основе торфа и может быть использовано для изготовления, например, упаковочных прокладок, контейнеров для длительного хранения в них овощей, фруктов, а также для изготовления строительных плит для стен, перегородок, потолков и облицовочных плит для внутренней отделки самолетов, судов, зданий и т.д. Композиционный материал включает наполнитель - макулатуру и верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф; связующее - канифоль таловую и глинозем, кроме того, материал содержит водный экстракт торфяной грязи, полученный экстрагированием гидрокарбонатной натриевой минеральной водой торфяной грязи. Композиционный материал имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: макулатура - 44-46, верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф - 48-49, канифоль таловая - 1,6-1,76, глинозем - 07,-09, водный экстракт торфяной грязи - остальное. Техническим результатом изобретения является создание композиционного материала с улучшенными техническими свойствами изделий, а именно повышенным качеством, за счет увеличения сорбционной емкости. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к производству нового композиционного материала на основе торфа и может быть использовано для изготовления, например, упаковочных прокладок, контейнеров для длительного хранения в них овощей, фруктов, а также для изготовления строительных плит для стен, перегородок, потолков и облицовочных плит для внутренней отделки самолетов, судов, зданий и т.д.
Из уровня техники известна тара бугорчатая для упаковки яиц, изготовленная из композиционного материала, состоящего из наполнителя (макулатура, картон, целлюлоза сульфитная небеленая) и связующего - глинозем, клей силикатный (ТУ 5471-002-16529168-97). Существенным недостатком такого упаковочного материала является гигроскопичность бумажного или картонного слоя, который быстро теряет свою механическую прочность под воздействием жидкости и влаги, что способствует большой проницаемости для бактерий и, как следствие, микробиологической порче пищевых продуктов. Известен композиционный материал для изготовления облицовочных плит, строительных и теплоизоляционных изделий, содержащий связующее в виде частиц размером 0,01-10 мкм из фрезерного верхового торфа, сапропеля, и наполнителя органического, минерального или химического происхождения, например, деревянные опилки, льнокостра, торф, перлит, песок, сапропель, зола и др. (RU 2195401, B44C 5/00, C10F 7/00).
Данный материал, благодаря уникальным свойствам торфа обладает бактерицидными и адсорбирующими свойствами. Однако недостаточная сорбционная емкость по газам и парам, несколько снижает адсорбирующие свойства данного материала, что сказывается на качестве готового изделия.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является композиционный материал для изготовления изделий, включающий наполнитель и связующее. При этом в качестве наполнителя используют макулатуру и верховой сфагновый мох или слаборазложившийся верховой сфагновый торф, а в качестве связующего канифоль таловую и глинозем (US, п.2245790).
Данный состав композиции, как и все перечисленные выше составы аналогов, не обеспечивают необходимого качества.
Техническим результатом заявляемого технического решения является создание композиционного материала, способствующего расширению ассортимента выпускаемых изделий с улучшенными техническими свойствами изделий, а именно с повышенным качеством, за счет увеличения сорбционной емкости по газам и парам.
Технический результат достигается тем, что композиционный материал, включающий наполнитель - макулатуру и верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф и связующее - канифоль таловую и глинозем, при этом материал дополнительно содержит водный экстракт торфяной грязи, полученный экстрагированием гидрокарбонатной натриевой минеральной водой торфяной грязи, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Макулатура | 44-46 |
| Верховой сфагновый мох или | |
| верховой слаборазложившийся сфагновый торф | 48-49 |
| Канифоль таловая | 1,6-1,76 |
| Глинозем | 0,7-0,9 |
| Водный экстракт торфяной грязи | остальное |
Клеточная структура верхового сфагнового мха и слаборазложившегося верхового торфа и волокнистая структура распущенной макулатуры при взаимодействии с глиноземом и канифолью таловой при заявленном количественном соотношении компонентов обеспечивает готовому изделию стойкую, прочную, пористую структуру, способную впитывать большое количество влаги с сохранением при этом антисептических свойств мха и торфа и приданием ей повышенного теплоизоляционного эффекта.
Дополнительно введенный в состав связующего водный экстракт торфяной грязи, далее гидролизат торфа, имеет суммарную концентрацию водорастворимых гуминово-минеральных веществ 3,5-4,0 г/л. В его составе присутствуют такие активные компоненты, как тритерпеноиды, относящиеся к классу физиологически активных соединений, которые, обладая высокими значениями отрицательного электрического потенциала, выступают в химических реакциях как сильные окислители, присоединяя к себе радикалы различной химической природы.
Для получения локальных морфологических и химических характеристик углеродных соединений в гидролизате торфа был использован растровый электронный микроскоп LEO EVO 40HV с энергодисперсионным спектрометром INCA Energy 350. В ходе эксперимента препарат тонким слоем наносился на алюминиевый столик для получения картины распределения углеродных соединений в объеме препарата или в тонком слое между покровными стеклами для исследования состава и структуры отдельных его фрагментов. Анализ полученных изображений показал, что образец, сформированный на алюминиевом столике, сложен многослойным агрегатом, фрагменты которого представляют собой индивидуализированные до наноразмеров гексагональные кристаллиты размером десятки-первые сотни нанометров.
В тонком слое препарата, приготовленном на стеклянном носителе, фиксируются слоистые агрегаты из фрагментов, имеющих форму крупинок длиннозернистого риса или имеют форму фрактала (фиг.1). Элементный состав этих агрегатов приведен в таблице. После удаления показателей фоновых значений элементов: натрия - из экстрагента гидрокорбанатной натриево-углекислой минеральной воды; алюминия, меди - из алюминиевого столика; магния, кремния и кальция - из стеклянной подложки, - было выявлено, что исследованные агрегаты являются соединениями преимущественно углеродно-кислородного состава. То есть, исследованный препарат гидролизата торфа имеет существенно углеродно-кислородный состав и состоит из нанофрагментов, объединяющихся в агрегаты, которые часто принимают форму фракталов, обладающих высокими значениями окислительно-восстановительного потенциала. Хорошо известна протекторная (защитная) функция фрактальных углеродных соединений, определяемая степенью их активности и способностью связывать труднодиссоциирующие соединения токсичных элементов и радиоактивных материалов. Они инкорпорируют пестициды, фенолы, нефть и нефтепродукты, локализуя вокруг себя более мелкие органические структуры. На фиг.2 отчетливо видно, как сложное органическое соединение, присутствующее в составе препарата, локализует вокруг себя более мелкие органические структуры, образуя новые соединения, способные повысить сорбционную емкость по порам и газам и, как следствие, улучшить технические свойства готового изделия, а именно качество готового изделия. Таким образом, наличие наночастиц в гидролизате торфа способствует получению новой структуры композиции заявленного материала с улучшенными техническими показателями по сорбционной емкости.
Композиционный материал изготавливают следующим образом.
Вначале производят роспуск макулатуры, при этом используют макулатуру различных марок, В гидроразбивателе распущенная макулатура и сфагновый мох перемешиваются и измельчаются до гомогенной массы с концентрацией сухого вещества 1,2-1,5%. Полученная масса подается в промежуточную емкость с перемешивающим устройством, в которую подают связующее: канифоль таловую и раствор глинозема. Количество компонентов берут согласно заявленному соотношению. В тех случаях когда величина pH раствора выходит за пределы (5,5-6,5), в раствор добавляют кальцинированную соду. Из промежуточной емкости полученная масса по трубопроводу подается на вакуумный пресс, где производится формовка изделий в виде деталей, например, тары бугорчатой для упаковки яиц или в виде листа или пластин с удалением из них свободной влаги. Далее, спрессованные полуфабрикаты изделий орошаются гидролизатом торфа (приготовленного по патенту №2252768) до полного смачивания с помощью распылительного механизма или пульверизатора, а затем укладываются на стеллажи в сушильную камеру, где сушатся при температуре 120-140° до влажности 7±2%. Получены изделия повышенного качества с улучшенными техническими показателями по сорбционной емкости 8-10 кг/л и прочной пористой структурой в виде рыхлого картона от светло-серого до темно-серого цвета.
Пример 1
Композиционный материал готовят по вышеуказанной технологии при соотношении компонентов, мас.%:
| Макулатура | 45 |
| Верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф | 48,5 |
| Канифоль таловая | 1,7 |
| Глинозем | 0,8 |
| Водный экстракт торфяной грязи | остальное |
Получена композиция с сорбционной емкостью 10,5 кг/л, что обеспечивает технический результат.
Пример 2
Композиционный материал готовят по вышеуказанной технологии при соотношении компонентов, мас.%:
| Макулатура | 46 |
| Верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф | 49 |
| Канифоль таловая | 1,76 |
| Глинозем | 0,9 |
| Водный экстракт торфяной грязи | остальное |
Получена композиция с сорбционной емкостью 12 кг/л, что обеспечивает технический результат.
Пример 3
Композиционный материал готовят по вышеуказанной технологии при соотношении компонентов, мас.%:
| Макулатура | 44 |
| Верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф | 48 |
| Канифоль таловая | 1,6 |
| Глинозем | 0,7 |
| Водный экстракт торфяной грязи | остальное |
Получена композиция с сорбционной емкостью 10 кг/л, что обеспечивает технический результат.
Использование макулатуры и сфагнового мха в количестве меньше заявленного способствует увеличению в составе композиции тяжелых компонентов - канифоли и глинозема, что приводит к повышению веса препарата на 5-10%, снижая при этом сорбционную емкость до 8 кг/л, и, как, следствие, не достигает технического результата. При использовании количества мха и макулатуры больше заявленного влечет за собой уменьшение в составе композиции связующих элементов - канифоли и глинозема, что приводит к снижению прочности изделия.
Таким образом, заявленное количественное отношение компонентов является оптимальным для достижения технического результата.
Заявляемый композиционный материал, позволяющий изготавливать из него изделия с высоким качеством и различного спектра действия на основе доступного самовозобновляющегося сырья, найдет, по мнению автора, широкое промышленное применение
| Таблица | ||||||||
| Препарат на алюминиевом столике | Препарат на покровных стеклах | |||||||
| Элемент | Результаты анализа | Результаты анализа за вычетом фона | Результаты анализа | Результаты анализа за вычетом фона | ||||
| Вес.% | Ат.% | Вес.% | Ат.% | Вес.% | Ат.% | Вес.% | Ат.% | |
| C | 22,99 | 34,86 | 25,59 | 31,42 | 21,14 | 30,76 | 27,76 | 33,86 |
| O | 29,74 | 33,86 | 74,41 | 68,58 | 46,73 | 51,04 | 72,24 | 66,14 |
| Na | 2,83 | 2,24 | 3,99 | 3,03 | ||||
| Al | 41,95 | 28,32 | ||||||
| Cu | 2,49 | 0,71 | ||||||
| Mg | 0,95 | 0,68 | ||||||
| Si | 14,14 | 8,80 | ||||||
| Ca | 13,04 | 5,69 |
Композиционный материал, включающий наполнитель - макулатуру и верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф, связующее - канифоль таловую и глинозем, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит водный экстракт торфяной грязи, полученный экстрагированием гидрокарбонатной натриевой минеральной водой торфяной грязи при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| макулатура | 44-46 |
| верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф | 48-49 |
| канифоль таловая | 1,6-1,76 |
| глинозем | 0,7-0,9 |
| водный экстракт торфяной грязи | остальное |
