Сырьевая смесь для получения облицовочных полимерных композиционных материалов
RAW MIX FOR PRODUCTION OF FACING POLYMER COMPOSITE MATERIALS

Сырьевая смесь относится к получению полимерных композиционных материалов строительного назначения, получаемых с использованием полимерных и минеральных отходов, и может быть использована для получения изделий в виде плит, блоков и стеновых панелей для наружной и внутренней облицовки стен и цоколей зданий и сооружений.
2
Известен способ изготовления строительных материалов и изделий [1], заключающийся в порционном добавлении измельченных отходов полиолефинов для перемешивания с нагретым до 500°С песком и возможностью добавления с последней порцией полимерных отходов полифункциональной добавки, представляющей собой комплекс хлорпарафина с меламином в соотношении 1:9. Полученную смесь дозируют в охлаждаемую пресс-форму и при давлении 100 кг/см (около 9,8 МПа) формуют изделия. Преимуществами данной смеси являются возможность утилизации полимерных отходов и достаточно высокая прочность на сжатие изделий (15-24 МПа), а к недостаткам относятся нестабильность смеси полимерных отходов, приводящая к нестабильности свойств получаемых изделий, сложность порционного дозирования полимерных отходов и сравнительно высокая температура переработки, приводящая к высокой энергоемкости производства и возможности термодеструкции полимера, вероятность которой повышается для вторичного полимерного сырья.
Известна сырьевая смесь для производства строительных композитных изделий [2], состоящая из 70 мас. % минерального наполнителя, образующегося при камнепилении, дроблении, фракционировании различных известняковых пород, в том числе мшанковых, нуммулитовых и мраморовидных известняков и известняков-ракушечников, и 30 мас. % вторичного полимерного материала, состоящего из бытовых отходов полимерных материалов. Компоненты смеси совместно измельчают, нагревают до температуры плавления полимера, формуют под давлением и охлаждают. Преимуществом данной смеси является возможность получения изделий только из вторичного сырья, а к недостатками относятся низкая прочность на сжатие (10 МПа), высокое водопоглощение (11%) и низкая морозостойкость (25 циклов) изделий, что ограничивает возможность их эффективного применения. Технологическими недостатками являются нестабильность состава полимерных бытовых отходов и необходимость их плавления, что повышает энергоемкость процесса переработки и может привести к термодеструкции полимера в процессе переработки.
Известен способ переработки полимерных отходов с получением строительного материала [3], заключающийся в измельчении смеси отходов ПЭНД и ПЭВД в количестве 10-50%, последующем смешивании с глиной влажностью 8-12%, прессовании при 10 МПа, сушке и температурной обработке при температуре плавления полимера. Преимуществами данной смеси являются возможность утилизации полимерных отходов и сравнительно низкое водопоглощение (2,61-5,71%), а к недостаткам относятся низкая прочность на сжатие (9,11-20,45 МПа) и изгиб (2,61-5,71 МПа). Для данного способа также характерны недостатки, связанные с энергоемкостью процесса плавления полимера и возможность термодеструкции полимера в процессе переработки.
2
Наиболее близкой к предлагаемому решению является сырьевая смесь для производства облицовочных полимерных композитных изделий [4], состоящая из 45-75 мас. % кирпичного боя с удельной поверхностью 50-160 см/г и раствора отходов пенополистирола в метилене хлористом техническом при соотношениях полимер:растворитель от 1:1,2 до 1:1,8. Преимуществами данной смеси являются возможность получения изделий только из вторичных ресурсов, низкая энергоемкость производства за счет замены плавления полимера на его растворение, что дополнительно позволяет исключить термодеструкцию в процессе переработки, низкое водопоглощение (2,1-4,34%) и высокая морозостойкость изделий (52-58 циклов). Недостатком данной смеси является низкая прочность на сжатие (12,6-16,2 МПа) и изгиб (3,2-4,0 МПа).
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение является повышение прочности на сжатие и изгиб изделий.
Для достижения поставленной задачи предлагается в качестве наполнителя применять доломитовый отсев и заменить отходы пенополистирола на отходы непластифицированного поливинилхлорида (отходы НПВХ) при соотношениях полимер:растворитель от 1:1,75 до 1:2,5 при следующем соотношении компонентов (в мас.%):
Доломитовый отсев
30-67,3
Отходы НВПХ
10,9-23,5
Метилен хлористый технический
20,8-50,0
В данном изобретении предлагается использовать доломитовый отсев, образующийся при дроблении и фракционировании доломита при производстве щебня. Допускается использовать отходы резания, распиловки, шлифовки и полировки доломита, а также доломитовую муку. Содержание доломита в наполнителе должно быть не менее 75%. Перед использованием доломитовый отсев высушивается до постоянной массы и измельчается до размера частиц не более 0,63 мм.
Применение доломитового отсева с одной стороны обосновано высокой востребованностью строительных изделий из данного материала в отделочных работах и при возведении невысоких построек за счет его прочности, а с другой стороны большим количеством отходов, образующихся при механической обработке доломита. Доломитовые отходы, в частности доломитовый отсев, в полной мере не утилизируются и накапливаются в отвалах.
Для получения связующего в данном изобретении допускается использовать отходы потребления изделий из НПВХ, в частности отходы строительных профилей, отделочных панелей и труб. Перед использованием отходы НПВХ также предварительно высушиваются до постоянной массы и измельчаются.
Применение отходов НПВХ связано с большими объемами образования и накопления данного вида полимерных отходов, особенно при ремонтно-строительных работах, и их низкой востребованности в технологиях утилизации.
Для перевода НПВХ в вязкотекучее состояние в предлагаемом изобретении применяется их растворение в метилене хлористом техническом первого сорта по ГОСТ 9968-86 с последующим удалением из отпрессованных изделий в процессе термообработки при температуре не ниже температуры кипения растворителя. Преимуществами растворения перед плавлением полимеров являются низкая энергоемкость за счет холодных стадий перемешивания и прессования, а также исключение термодеструкции полимера, что особенно важно для НПВХ с учетом его низкой термостабильности. Стоит отметить, что температура кипения метилена хлористого технического (39,6°С) существенно ниже температуры начала термодеструкции НПВХ (около 100-140°С). Основным недостатком растворения полимеров в процессе переработки в изделия является потеря достаточно больших объемов растворителя. Для снижения расхода растворителя при промышленном использовании сырьевой смеси по предлагаемому изобретению предусматривается применение герметичного оборудования, улавливание и конденсация паров метилена хлористого технического для его повторного использования.
Применение метилена хлористого технического связано с высокими значениями растворяющей и проникающей способностями, что позволяет быстро растворять отходы НПВХ, и высокой летучестью, что позволяет быстро удалить его при термообработке. Это способствует уменьшению продолжительности и энергоемкости процесса производства изделий. Также стоит отметить, что метилен хлористый технический отличается низкими показателями по горючести и взрывоопасности, является веществом 4 класса опасности и его стоимость ниже, чем у большинства других растворителей.
Соотношение и количество вводимых добавок также влияет на достижение поставленных задач.
При содержании доломитового отсева в составе сырьевой смеси менее 30 мас. % получаемая композиция обладает излишней текучестью и пластичностью, что является причиной образования облоя, затрудняет формование и извлечение изделий, которые характеризуются низкой прочностью. В тоже время содержание наполнителя в составе сырьевой смеси более 67,3 мас. % приводит к недостатку связующего, что проявляется в высокой неоднородности смеси при перемешивании компонентов, в трещинообразовании и осыпании граней изделий, которые характеризуются низкой прочностью и высоким водопоглощением из-за высокой пористости получаемого материала.
Отходы НПВХ и метилен хлористый технический должны вводится в состав смеси в определенных соотношениях. При соотношениях отходы НПВХ:метилен хлористый технический менее 1:1,75 содержания растворителя недостаточно для достижения раствором связующего вязкости, достаточной для эффективного перемешивания. Кроме того, при низком содержании метилена хлористого технического его удаление происходит быстрее, чем требуется для завершения стадий перемешивания и прессования, что нарушает технологию и является причиной брака и низких эксплуатационных показателей изделий. При соотношениях отходы НПВХ:метилен хлористый технический более 1:2,5 получаемая сырьевая смесь характеризуется избыточными влажностью и пластичностью, что затрудняет перемешивание компонентов, формование и извлечение изделий, а также является причиной образования облоя и недостатка связующего после удаления растворителя, что приводит к трещинообразованию и осыпанию граней изделий, которые характеризуются низкими эксплуатационными показателями. Кроме того, излишнее количество метилена хлористого технического увеличивает время термообработки изделий после прессования для удаления растворителя, что повышает энергоемкость и длительность производственного процесса.
Следовательно, техническая задача по повышению прочности на сжатие и изгиб получаемых изделий при реализации данного изобретения может быть решена при содержании в сырьевой смеси от 30 до 67,3 мас. % доломитового отсева, от 10,9 до 23,5 мас. % отходов НПВХ и от 20,8 до 50 мас. %. метилена хлористого технического при условии, что соотношение отходы НПВХ:метилен хлористый технический составит от 1:1,75 до 1:2,5.
Реализация заявляемого изобретения предпочтительна по следующей технологии: предварительно высушенные до постоянной массы и измельченные отходы НПВХ смешивают с метиленом хлористым техническим в заданных соотношениях с получением раствора связующего. Полученный раствор перемешивают до однородной массы с заданным количеством доломитового отсева, предварительно высушенного до постоянной массы, измельченного и фракционированного до размера частиц не более 0,63 мм. Из полученной сырьевой смеси при удельном давлении 8,5 МПа прессуют изделия, которые после извлечения из пресс-формы подвергаются термообработке при температуре не менее 40°С в течение 30-180 мин в зависимости от габаритов изделий, количества раствора связующего и содержания в нем отходов НПВХ.
Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами:
1. К 55,6 мас. % доломитового отсева добавляют 16,1 мас. % отходов НПВХ, растворенных в 28,3 мас. % метилена хлористого технического, и получают композиционный материал по указанной выше технологии;
2. К 43,8 мас. % доломитового отсева добавляют 18,8 мас. % отходов НПВХ, растворенных в 37,4 мас. % метилена хлористого технического, и получают композиционный материал по указанной выше технологии;
3. К 31,6 мас. % доломитового отсева добавляют 21,1 мас. % отходов НПВХ, растворенных в 47,3 мас. % метилена хлористого технического, и получают композиционный материал по указанной выше технологии;
4. К 61,8 мас. % доломитового отсева добавляют 10,9 мас. % отходов НПВХ, растворенных в 27,3 мас. % метилена хлористого технического, и получают композиционный материал по указанной выше технологии;
5. К 51,5 мас. % доломитового отсева добавляют 14,9 мас. % отходов НПВХ, растворенных в 33,6 мас. % метилена хлористого технического, и получают композиционный материал по указанной выше технологии;
Свойства материалов, полученных с использованием известного и предлагаемого составов сырьевой смеси, приведены в таблице 1.
Источники информации
1. Патент №2165904, кл. С04В 26/02, С04В 26/04, С04В 24/00, С04В 24/08, С04В 24/12, 2001.
2. Патент на изобретение №2628116, кл. С04В 26/02, С04В 28/00, С04В 18/04, 2016.
3. Патент на изобретение №2327712, кл. C08J 11/06, C08L 23/06, С04В 14/10, 2005.
4. Патент на изобретение №2698352, кл. С04В 26/02, С04В 18/16, С04В 111/20, 2019.