СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА С ПЛОТНО ОКРАШЕННОЙ ОБОЛОЧКОЙ

Полезная модель относится к промышленности строительных материалов и может быть использована для изготовления различных видов капсулированной каменной крошки фракции крупности от 0,1 до 3 мм, предназначенных для использования в качестве декоративных зернистых наполнителей в составах для отделки внутренних и наружных поверхностей зданий и сооружений, а также в качестве посыпок для бронирования наружной поверхности рулонных битумных кровельных и гидроизоляционных материалов.
Известно устройство для реализации способа получения материала из окрашенных минеральных гранул на основе пропитки и дренирования каменной крошки суспензией пигмента в водной дисперсии полимера для формирования на поверхности зерен каменной крошки окрашенной полимерной пленки [1]. Однако такое устройство требует высокий расход полимеров и пигментов, а также допускает получение неравномерного окрашивания и разнооттеночности материала из окрашенных минеральных веществ.
Известно устройство для образования на поверхности твердых тел, преимущественно сферических гранул защитных полимерных пленок [2]. Однако такая виброцентробежная установка усложняет технологическую схему устройства и существенно удорожает процесс получения зернистого материала с плотной окраской..
Известно устройство для формирования на поверхности окрашиваемой каменной крошки, в том числе сланцевой крошки, фракции крупности 0,1-3 мм, равномерной оболочки из красящего вещества [3]. Однако такое устройство не учитывает влияние формы зерен на процесс перемешивания крошки с красящим веществом и влияние микрорельефа поверхности зерен на прочность ее сцепления с полимерами. При вращении поворотного смесителя перемещение зерен угловатой и пластинчатой формы относительно друг друга затруднено (в отличие от зерен сферической формы), а зерна с гладким микрорельефом поверхности обладают низкой адгезией к полимерам. Поэтому на практике такое устройство не позволяет получать сплошное обволакивание поверхности зерен каменной крошки красящим составом и значительная часть зерен оказывается неокрашенной, а неизрасходованное красящее вещество способствует агломерации и слипанию окрашенных зерен.
Известно устройство для окрашивания сыпучих зернистых материалов, например, кварцевого песка, каменной крошки и т.п., при реализации которого, с целью предотвращения слипания зерен и снижения расхода красящего вещества и полимеров, обработку зернистого материала осуществляется перемещением в цилиндрической камере с частотой 300-700 об./мин. по окружности, диаметр которой составляет 0,2-0,6 внутреннего диаметра камеры [4]. Капсулирование зернистого материала осуществляется в результате прижимания материала к внутренней поверхности камеры под действием центробежных сил и взаимного столкновения зернистого материала и капсулирующего вещества. Слипание зерен при выходе из камеры предотвращается их интенсивным перемещением относительно друг друга. Однако такое устройство не предусматривает мер против слипания зерен и образования агломератов при сушке зернистого материала, что значительно снижает эффективность и производительность устройства.. Кроме того, в камере устройства происходит измельчение зернистого материала при ударах зерен о стенки камеры и друг о друга, что приводит к нарушению требуемого фракционного состава капсулированного зернистого материала.
Наиболее близким аналогом полезной модели является устройство, которое позволяет проводить непрерывного окрашивания зернистых каменных материалов, таких как песок или гравий, на конвейере [5] и которое принято в качестве прототипа. В известном устройстве смешивание зернистого материала со связующими и красящими веществами производится при комнатной температуре в смесителях лопастного или шнекового типа, позволяющих визуально контролировать качество окрашенного материала на выходе из смесителя и регулировать скорость загрузки каждого компонента во время процесса для получения продукта требуемого качества. В прототипе используются сушильные устройства различных конструкций с подогретым воздухом для отверждения полимерной пленки на поверхности зерен. Расход полимеров и пигментов 1,25-1,50 масс.%.
Недостатком известного устройства является недостаточно полное окрашивание и сплошность обволакивания зернистого материала, а также большой расход полимеров и пигментов. Регулировка скорости загрузки компонентов в смеситель по результатам визуальной оценки качества окрашенного материала на выходе из смесителя не обеспечивает качественное капсулирование и однотонность окрашивания каменной крошки. Кроме того, реализовать непрерывный процесс на конвейере практически трудно, поскольку скорость отверждения полимерных пленок в сушильных аппаратах любых конструкций контрастно меньше скорости капсулирования крошки в смесителе.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение качества капсулированной каменной крошки за счет более полного ее окрашивания и обволакивания, а также существенное уменьшение расхода капсулирующих веществ (пигментов, полимеров и др.).
Указанный технический результат достигается за счет конструктивного исполнения заявленной полезной модели, представляющей собой смеситель для получения зернистого материала с плотно окрашенной оболочкой.
В заявленном полезной модели для достижения указанного технического результата выбирают каменную крошку с зернами сферической или эллипсоидальной формы, поверхность которых обладает ячеистым микрорельефом с размерами впадин в поперечнике и на глубину 5-50 мкм и концентрацией впадин не менее 80% от площади поверхности. Капсулирование каменной крошки производится путем ее перемешивания с жидким капсулирующим веществом на плоской горизонтальной поверхности в слое каменной крошки толщиной 30-70 мм при комнатной температуре в течение 3-7 мин. до полного обволакивания зерен полимерной пленкой, которое контролируют визуально по блеску и/или окраске. Жидкое капсулирующее вещество добавляют к каменной крошке в минимальном количестве, необходимом для заполнения впадин и создания тонкой пленки (толщиной 5-50 мкм) на поверхности зерен. Благодаря сферической или эллипсоидальной форме, зерна крошки при перемешивании легко перемещаются относительно друг друга, а обволакивающее их жидкое капсулирующее вещество играет дополнительно роль смазки.
Наиболее эффективный результат сплошности каменной крошки получается, как известно, с зернами сферической или эллипсоидальной формы и ячеистым микрорельефом поверхности зерен - дробление горных пород, обладающих массивной структурой и микрозернистой текстурой, на дробилках ударного принципа действия с последующей гранулометрической классификацией продуктов дробления сухим способом [6]. При дроблении горной породы на дробилках ударного принципа действия реализуется разделение породы на части с максимальным раскрытием естественных трещин, в том числе по спайности в минеральных индивидах, границам между минеральными индивидами, дислокациям, обусловливающим отдельность. Благодаря микрозернистой структуре и массивной текстуре исходных горных пород зерна каменной крошки получаются сглаженной формы, без острых краев и углов, но при этом с ячеистым микрорельефом поверхности. На Фиг.1 схематично показаны примеры зерен натуральной каменной крошки, получаемых при дроблении горных пород с микрозернистой микролитовой или идиобластовой (Фиг.1, а), гранобластовой или мозаичной (Фиг.1, б), лепидобластовой (Фиг.1, в), лепидогранобластовой (Фиг.1, г), нематобластовой (Фиг.1, д), нематогранобластовой (Фиг.1, е). Наиболее предпочтительны горные породы с кристаллическими индивидами диаметром (наибольшим размером) от 5 до 20-30 мкм, если они имеют субизометрическую или пластинчатую форму (Фиг.1, а-г), либо горные породы нематобластовой (фибробластовой) структуры с толщиной игловидных кристаллов до 20-30 мкм, независимо от их длины (Фиг.1, д-е). Могут быть использованы также породы мелкопорфиробластовой структуры, если порфиробласты представлены кристаллами ситовидного или диабластического строения (Фиг.1, ж). Для получения каменной крошки с преимущественно сферической формой зерен, при соблюдении выше перечисленных условий, исходные горные породы должны обладать кубовидной, либо параллелепипедальной, либо толстоплитчатой отдельностью; для получения каменной крошки с зернами формы уплощенного эллипсоида - листоватой отдельностью, которая обусловлена системой субпараллельных микротрещин и микросдвиговых дислокаций (Фиг.1, з).
На Фиг.2 представлена схема заявленной полезной модели - смесителя для получения зернистого материала с плотно окрашенной оболочкой, который состоит из корпуса 1, поворотного стола 2, горизонтального вала 3 с закрепленными на нем лопатками 4. Смешивание натуральной каменной крошки с жидким капсулирующим веществом производится порционно в открытом лотке 5. Лотки имеют плоские днища квадратной формы, а бортики наклонены к днищам под углом 50-65°. Результаты проведенных исследований и многочисленных апробаций показали, что указанный технический результат достигается при следующих оптимальных размерах открытого лотка (5): длина стороны днища лотка - 1000 мм, высота бортиков по вертикали - 150 мм. Лотки изготавливают из листовой нержавеющей стали, либо из пластмассы. Крошка насыпается в лотки слоем толщиной 30-70 мм таким образом, чтобы расстояния от оснований бортиков до краев слоя крошки составляли 20-50 мм. В корпусе смесителя над лотком 5 расположен дозатор жидкого капсулирующего вещества 6, из которого жидкое капсулирующее вещество подается в лоток по трубкам, расположенным перед лопатками 4. В поднятом положении вала лопатки 4 висят свободно, в опущенном положении лопатки фиксируются под углом, равным углу наклона бортиков лотка 5.
1
2
Работа смесителя осуществляется следующим образом. Лоток 5 с каменной крошкой устанавливается на поворотном столе 2 так, чтобы лопатки 4 в поднятом положении находились над краем его бортика. Из дозатора 6 на край слоя каменной крошки подается жидкое капсулирующее вещество в количестве 25 об.% от общего объема, необходимого для капсулирования одной порции крошки. После этого горизонтальный вал 3 с лопатками 4 перемещается в нижнее рабочее положение. При этом лопатки 4 принимают наклонное положение, а поворотный стол 2 с лотком 5 перемещается навстречу лопаткам 4 со скоростью 2-10 м/мин. При угле наклона лопаток 4 свыше 45° к горизонту каменная крошка под действием силы тяжести скатывается с поверхности лопаток вниз и по бокам, огибая лопатки 4. Для свободного пересыпания каменной крошки между лопатками 4, расстояние между ними должно составлять / от величины нижних сторон лопаток 4. Движение лотка 5 продолжается до тех пор, пока лопатки 4 не достигнут противоположного бортика. После этого лопатки 4 поднимаются, а стол с лотком 5 возвращается в исходное положение и поворачивается на 90°. Из дозатора 6 на край слоя крошки подается 25 об.% капсулирующего вещества, и операция повторяется снова. Всего операций с подачей капсулирующего вещества - четыре. Последующие операции включают в себя только перемешивание без подачи капсулирующего вещества. Перемешивание осуществляется при визуальном контроле до тех пор, пока все зерна крошки полностью не покроются капсулирующим веществом. Благодаря возможности визуального контроля процесса, качество капсулирования каждой порции крошки может быть улучшено путем более тщательного перемешивания или, при необходимости, добавления дополнительного количества капсулирующего вещества.
Скорость движения стола (лопаток), размеры нижних сторон лопаток и толщину слоя каменной крошки также выбирают экспериментально в зависимости от содержания в составе крошки зерен определенного размера. В общем случае, при увеличении в составе крошки содержания зерен мелких фракций и/или содержания зерен пластинчатой формы для улучшения качества капсулирования нужно уменьшать толщину слоя крошки, длину нижних сторон лопаток 4 и скорость движения поступательного движения поворотного стола 2.
Заявленная полезная модель позволяет достаточно гибко изготавливать разнообразные капсулирующие полимерные композиции, например, по предварительно задаваемой рецептуре, используемым капсулирующим веществам, цвету окраски и пр.
Контроль качества капсулированной каменной крошки производится методами гранулометрического анализа, определения содержания не полностью капсулированных зерен и определения содержания агломератов зерен в заданных размерных фракциях, а также на основе визуальных наблюдений взаимодействия капсулирующего вещества с поверхностью каменной крошки, получаемой путем дробления кристаллических горных пород. При нанесении на поверхность зерен крошки жидкое капсулирующее вещество стекает с гладких поверхностей и остроугольных выступов, концентрируется в двугранных и многогранных впадинах. После отверждения капсулирующее вещество прочно фиксируется во впадинах, но легко отлипает от гладких поверхностей, острых краев и углов.
Заявленная полезная модель была апробирована в производственных условиях в режиме реального времени. Результаты многочисленных апробаций подтвердили эффективность заявленной полезной модели, в частности, для получения декоративного зернистого наполнителя для финишных фасадных штукатурок разных цветов и фракции разной крупности от 0,1 до 3 мм. Заявленная полезная модель позволяет, как показали результаты приведенных исследований, получения зернистого материала с плотно окрашенной оболочкой с существенно более высоким качеством получаемого конечного продукта как по полноте и равномерности его окраски и в требуемых случаях, визуально приятному качественному блеску, так и по существенному снижении расхода, как капсулирующих веществ, так и используемых дорогостоящих полимеров и пигментов.
Список использованных источников информации.
1. Авторское свидетельство СССР №466321
2. Авторское свидетельство СССР №404501
3. Патент РФ №2144009 (RU)
4. Патент РФ №2201408 (RU)
5. Патент США №2003/0170385 A1 (US) - прототип
6. Ващенок А.В. Метаморфические комплексы Карелии: новые источники заполнителей для композиционных строительных материалов/Минерал. 2006. №1(5), С.21-27