Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных изделий

Авторы патента:

C04B28/30 - содержащие магнезиальные цементы (цементы на основе оксида магния C04B 28/10)

C04B18/30 - смешанные отходы; отходы неизвестного состава, например коммунальные отходы (C04B 18/10 имеет преимущество)

C04B18/24 - растительные отходы, например рисовая шелуха, отходы маисовых колосьев; целлюлозных материалов, например бумаги

Владельцы патента RU 2396228:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) (RU)

Изобретение относится к составу теплозвукоизоляционных материалов, изготавливаемых на основе отходов промышленности, и может быть использовано в строительстве жилых и промышленных зданий и сооружений. Сырьевая смесь содержит наполнитель, представляющий собой органические отходы в виде очесов шерсти или костры льна, воду и модифицированное полимером вспененное магнезиальное вяжущее, включающее оксид магния, раствор хлорида магния и пенообразователь. Кроме того, смесь содержит 5-85%-ную водную дисперсию полимера. В качестве наполнителя она дополнительно содержит отработанные сорбенты очистки сточных или технологических вод, содержащие ионы тяжелых металлов, при следующем соотношении компонентов, мас.%: наполнитель 20,0-30,0; водная дисперсия полимера 16,0-24,0; оксид магния 11,0-15,0; раствор хлорида магния 14,0-23,0; пенообразователь 1,0-3,0; вода остальное. Технический результат - повышение прочности и снижение коэффициента теплопроводности теплоизоляционных изделий. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна смесь для изготовления теплоизоляционных материалов на основе пеногипса, латекса и волокнистого минерального наполнителя [а.с. СССР №1252316. Опубл. 23.08.1986 г.].

Однако эта смесь предполагает использование сравнительно дорогого минерального наполнителя; кроме того, следует отметить и невысокую прочность готовых изделий.

Известна сырьевая смесь, включающая вспененное магнезиальное вяжущее, модифицированное латексной эмульсией, и волокнистый наполнитель [патент Великобритании 1381290. Опубл. 22.01.1975 г.].

Однако эта смесь не предусматривает использование органических волокнистых отходов, что позволило бы в полной мере реализовать защитные функции магнезиального вяжущего в отношении применяемого волокнистого наполнителя и расширить область использования получаемых материалов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных изделий, содержащая вспененное магнезиальное вяжущее, модифицированное латексной эмульсией и волокнистый наполнитель, отличающаяся тем, что исходные компоненты взяты в следующих соотношениях, мас.%:

волокнистый наполнитель	22,0-28,0
окись магния	14,0-16,0
Раствор хлорида магния плотностью 1,06 кг/м
(или смесь хлорида и сульфата магния)	10,0-12,0
латекс (например, марки СКС-65ГП)	17,0-22,0
пенообразователь	0,7
вода	Остальное,

а в качестве волокнистого наполнителя используют смесь органических длинноволокнистых и коротковолокнистых отходов при их массовом соотношении от 0,5 до 1,3, при этом в качестве длинноволокнистых отходов используют очесы шерсти, костру льна, а в качестве коротковолокнистых отходов - разволокненную макулатуру [патент РФ 2149857. Опубл. 27.05.2000 г.].

Недостатками прототипа являются:

- недостаточно высокая прочность при сжатии и изгибе;

- высокий коэффициент теплопроводности;

- не применяется для утилизации отработанных сорбентов ионов тяжелых металлов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является поиск состава сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционных изделий, позволяющей:

- повысить прочность изготавливаемых изделий при сжатии и изгибе;

- снизить коэффициент теплопроводности изделий;

- утилизировать отработанные сорбенты на основе отходов агропромышленного комплекса, содержащие ионы тяжелых металлов.

Поставленная задача решена сырьевой смесью для изготовления теплоизоляционных изделий, содержащая волокнистый наполнитель в виде органических отходов, например очесов шерсти и костры льна, воду и модифицированное полимером вспененное магнезиальное вяжущее, включающее оксид магния, раствор хлорида магния и пенообразователь, которая содержит 5-85%-ную водную дисперсию полимера с молекулярной массой ≥100000, а в качестве наполнителя - отработанные сорбенты очистки сточных или технологических вод, содержащие ионы тяжелых металлов и представляющие собой волокнистые или сыпучие органические отходы агропромышленного комплекса при следующем соотношении компонентов, мас.%:

наполнитель	20-30
водная дисперсия полимера	16,0-24,0
оксид магния	11,0-15,0
раствор хлорида магния	14-23
пенообразователь	1,0-3,0
вода	остальное.

Сырьевая смесь в качестве полимера содержит поливинилацетат, поливинилхлорид, сополимер винилхлорида с винилацетатом, сополимер бутилметакрилата и акриловой кислоты, отходы производства капролактама, а в качестве отработанных сорбентов она содержит солому, короткое льняное волокно, стебли топинамбура, древесные опилки, шроты, жмыхи, лузгу подсолнечника, содержащие ионы тяжелых металлов, Cu(II), Zn(II), Cd(II), Ni(II), Fe(II) и др.

Для приготовления заявленной сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционных изделий используют следующие ингредиенты:

- оксид магния MgO [ГОСТ 4526-75. Магний оксид. Технические условия.];

- хлорид магния MgCl₂·6H₂O [ГОСТ 7759-73. Магний хлористый технический (бишофит). Технические условия.];

- поливинилацетат марки Д 50 Н [ГОСТ 18992-73];

- поливинилхлорид марки Е-62 [ГОСТ 14039-68];

- сополимер винилхлорида с винилацетатом марки А 15 [ТУ 6-01-625-71];

- сополимер бутилметакрилата и акриловой кислоты марки БМК-5 [ОСТ 6-01-26-75];

- отходы производства капролактама - щелочной сток производства капролактама с массовой долей сухого вещества - 25-45% [СТО-05761637-003-2008];

- пенообразователь ПБ-2000: адаптирован ко всем известным технологиям получения пенобетона. По степени воздействия на организм человека относится к малоопасным веществам, невзрывоопасен; степень биоразлагаемости ПБ-2000>90%, что характеризует экологическую безопасность продукта. [Пенообразователь для пенобетона ПБ-2000 производства ОАО „Ивхимпром" - лидер продаж. Строит. матер. 2006. №11. С.25];

- короткое льняное волокно, представляющее собой вторичный продукт переработки льняной промышленности следующего состава, %: целлюлоза (75…78), гемицеллюлоза (9,4…11,9), лигнин (3,8), пектиновые вещества (2,9…3,2), воскообразные вещества (2,7), азотсодержащие вещества в расчете на белки (1,9…2,1), минеральные вещества (1,3…2,8) [Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М., 1985. 640 с.];

- древесные опилки - отход деревообрабатывающей промышленности (состав, % от абсолютно сухой древесины: целлюлоза - 31,0-52,5; лигнин - 19,5-30,9; пентозаны - 5,3-28,3; маннан - 1,3-11,3; галактан - 0,7-14,4; уроновые кислоты - 2,9-8,6; вещества, экстрагируемые горячей водой - 1,4-22,6; вещества, экстрагируемые этиловым эфиром - 0,7-4,6; зола - 0,2-1,0) [Никитин В.М., Оболенская А.В., Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М.: Лесная промышленность, 1978. - 368 с.];

- стебли топинамбура представляют собой отход сельскохозяйственного производства следующего состава (в пересчете на сухое вещество): 55,8% углеводов (целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектиновые вещества), 10% белков, 18,1% безазотистых экстрактивных веществ, 14,3% минеральных веществ и 1,8% жиров. [Рязанова Т.В., Чупрова Н.А., Дорофеева Л.А., Богданов А.В. и др. Химический состав вегетативной части топинамбура и ее использование. Лесной журнал. 1997. №4. С.71-75.];

- шроты и жмыхи относятся к побочной продукции масложировой промышленности: жмыхи - при прессованном способе производства масел и шроты - при экстракционном способе производства:

ГОСТ 80-96. Жмых подсолнечный. Технические условия.

ГОСТ 10974-95. Жмых льняной. Технические условия.

ГОСТ 17256-71. Шрот конопляный. Технические условия.

ГОСТ 17290-71. Шрот клещевинный кормовой. Технические условия.

ГОСТ 11246-96. Шрот подсолнечный. Технические условия.

ГОСТ 10471-96. Шрот льняной. Технические условия.

ГОСТ 11049-64. Шрот кукурузный. Технические условия.

ГОСТ 30257-95. Шрот рапсовый тостированный. Технические условия.

ГОСТ 12220-96. Шрот соевый кормовой тостированный. Технические условия.

В качестве примера приведен состав соевого шрота, %: сырой протеин (43,8); влага (11,5); зола (6,1); сырая клетчатка (5,6); жир (1,6); фосфор (0,75); кальций (0,24); общая кислотность (8,8).

Лузга подсолнечника является отходом масложировой промышленности. Лузга отделяется от семян подсолнечника в процессе их подготовки к извлечению масла. Подсолнечная лузга представляет собой одеревеневшую растительную ткань, однородную по физической структуре, с большим постоянством химического состава и физико-механических свойств. Химический состав подсолнечной лузги отличается в зависимости от сорта семян подсолнечника и находится в пределах (% на абсолютно сухое вещество): клетчатки - 56,0-69,2; лигнина - 24,8-29,6%; пентозанов - 13,6-28,0%; протеина - 3,75-4,62; золы - 1,2-3,0; липидов - 0,5-2,8. [Вторичные материальные ресурсы пищевой промышленности: образование и использование. Справочник. - М.: Экономика, 1984. - 328 с.].

Солома - сухие стебли злаковых и бобовых зерновых культур, остающиеся после обмолота, а также льна, конопли, кенафа и др. растений, освобожденные от листьев, соцветий, семян. В соломе в среднем при натуральной влажности содержится 35-45% клетчатки и других сложных углеводов, 2-6% протеина (в бобовой 4-9%), 1,2-2% жира, 4-7% золы [Стейнифорт А.Р. Солома злаковых культур. Пер. с англ. А.Р.Стейнифорт. М.: Колос, 1983. - 191 с.].

Костра льна - древесина стебля льна (камбий), являющаяся остовом всего стебля, состоит из целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина [Марков В.В. Первичная обработкам льна и других лубяных культур. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 375 с.];

Очесы шерсти - короткие волокна, полученные при чесании шерсти, сильно засоренные примесями. По химическому составу шерсть представляет собой белок кератин, принадлежащий к типу нерастворимых в воде фибриллярных белков. Аминокислотный состав шерстяного волокна (% от общего содержания): глицин - 6,29, аланин - 4,12, фенилаланин - 2,12, валин - 4,12, лейцин - 5,85, изолейцин - 2,44, пролин - 5,05, серии - 8,66, треонин - 5,12, тирозин - 2,62, метионин - 0,32, цистин - 7,30, аргинин - 19,10, лизин - 3,92, триптофан - 0,82, гистидин - 1,91, аспарагиновая кислота - 4,38, глутаминовая кислота - 8,48, глутамин - 6,73 [Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М., 1985. 640 с.].

Содержание ионов тяжелых металлов на отработанных сорбентах может составлять 0,05-0,80 моль/кг.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1

В реактор-смеситель последовательно загружают 27 мас.% (27 кг) воды, 14 мас.% (14 кг) раствора хлорида магния плотностью 1,2 кг/м³ и 1,0 мас.% (1,0 кг) пенообразователя ПБ-2000, включают мешалку и готовят пену, в которую постепенно вводят 23 мас.% (23 кг) наполнителя - солому, содержащую ионы Cu(II), и 11 мас.% (11 кг) сухого оксида магния. Смесь тщательно перемешивают и вводят в нее 24 мас.% (24 кг) 5%-ной водной дисперсии поливинилхлорида. Массу взбивают в течение 8-10 минут и перерабатывают в готовые изделия.