Способ изготовления строительного материала и плитка для тротуаров и полов, изготовленная этим способом
METHOD OF MAKING CONSTRUCTION MATERIAL AND TILES FOR PAVEMENTS AND FLOORS, MADE BY THIS METHOD

Группа изобретений относится к области строительства и может быть использована для производства строительного материала и изделий из отходов этиленвинилацетата (ЭВА), в частности, универсальных полимерных плиток для тротуаров и полов любых производственных помещений, а также в качестве напольных покрытий для спортивных и детских площадок, как в помещениях, так и на улице.
Постоянно растущее народонаселение и увеличение объемов производства приводит к росту объемов разного рода отходов, в том числе неорганических, таких, как полимерные материалы, которые не разлагаются столетиями, представляют определенную экологическую опасность и которые необходимо утилизировать. По большей части отходы подлежат сжиганию или захоронению, что наносит непоправимый удар по экологии. Однако отходы полимеров являются ликвидными и становятся сырьем в процессах переработки в изделия.
В настоящее время получило широкое распространение производство различных изделий из термопластов, т.е. полимерных материалов, которые способны при нагревании обратимо переходить в высокопластичное либо вязкотекучее состояние. К таким производствам относятся, в частности, производство упаковок для пищевой промышленности, обуви, игрушек, спортивных напольных покрытий, а также строительных материалов, таких, например, как тротуарная плитка.
Строительство является одной из отраслей промышленности, где требуется большое количество строительных материалов, в частности, элементов мощения спортивных и детских площадок, тротуарной плитки и пр. Замена натуральных строительных материалов на материалы, изготовленные с использованием полимеров, в том числе из отходов, позволяет сэкономить природные ресурсы и решить некоторые экологические проблемы, связанные с захоронением отходов.
Этиленвинилацетат - ЭВА - относится к полиолефинам и получается в результате сополимеризации этилена и мономера винилацетата. Чаще всего содержание в ЭВА винилацетата составляет от 5 до 50%, при этом он обладает свойствами термопластов. По своим свойствам ЭВА близок к полиэтилену ПЭ, но превосходит его по прочности. ЭВА обладает прекрасной амортизацией и высокой износостойкостью. За свои качества он получил широкое применение в производствах, например, обуви, игрушек, спортивных и других напольных покрытий. Выбракованные изделия, а также другие отходы производств с использованием ЭВА также необходимо утилизировать, при этом отходы ЭВА могут быть переработаны и использованы повторно, в том числе для изготовления строительного материала и изделий из него, например, плитки для тротуаров и полов.
Известен способ изготовления строительного материала для элемента мощения, согласно которому смесь полимерного материала и наполнителя подвергают горячему прессованию при температуре 250-330°С с последующим формованием в форме многоугольника заданной конфигурации. В качестве полимерного материала используют вторичный полиэтилентерефталат, а в качестве наполнителя - смесь из песка или измельченной целлюлозы с гранитным гравием. /Патент РФ на полезную модель №21785, Е01С 5/20, 2002 г./
Недостатками известного способа являются высокие энергетические затраты, а также невысокое качество строительного материала и соответственно полученного таким способом изделия из-за недостаточной степени адгезии между полимерным материалом и наполнителем из песка, целлюлозы и гравия, которые со временем при интенсивном использовании, которому подвергается любой элемент мощения, начинают выкрашиваться.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ изготовления строительных материалов и изделий, основанный на смешении термопластичного полимерного связующего с минеральным наполнителем, нагретым выше температуры плавления связующего, в качестве которого используют измельченные отходы полиолефинов, при этом перед смешением производят фракционирование наполнителя с отбором фракции с размером частиц до 3 мм и фракционирование отходов полиолефинов с отбором фракции с размером частиц до 10 мм, а смешение осуществляют введением в нагретый наполнитель связующего и служебных веществ, с последующим формованием под давлением полученной композиции и охлаждением, отличающийся тем, что смешивают 70-80 мас.% минерального наполнителя с 20-30 мас.% связующего, а в качестве служебного вещества используют полифункциональную добавку, представляющую собой комплекс меламина и хлорпарафина, взятых в эквимолярном соотношении, в количестве 10-30 мас.% на полимерное связующее, причем подачу связующего в наполнитель осуществляют порционно в несколько этапов, а введение полифункциональной добавки производят на заключительном этапе приготовления композиции при температуре не выше 400°С. /Патент РФ №2165904, С04В 26/02, 2001 г./
Недостатками известного способа являются высокие энергетические затраты, а также многостадийность и высокая стоимость из-за использования дорогостоящей полифункциональной добавки.
Проблема, решаемая группой изобретений, заключается в создании упрощенной недорогой технологии изготовления экологически чистого строительного материала, в частности, плитки для тротуаров и полов из промышленных отходов термопластов ЭВА.
Технический результат от использования предложенного способа заключается в снижении энергетических затрат на производство строительного материала при одновременном улучшении экологической ситуации за счет утилизации отходов многотоннажных производств из термопластов ЭВА.
Проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления строительных материалов с использованием отходов термопластичного полимера, измельченных и фракционированных до размеров частиц менее 10 мм, нагреванием, формованием под давлением и последующим охлаждением, в качестве отходов термопластичного полимера используют отходы этиленвинилацетата ЭВА, которые перед формованием смешивают с жидким клеем из полиуретана, полученную смесь закладывают в нагретую пресс-форму и подвергают формованию путем горячего прессования.
Предпочтительно, что отходы ЭВА смешивают с жидким клеем из полиуретана в соотношении 90-92 мас.% отходов ЭВА и 8-10 мас.% жидкого клея из полиуретана.
В частном случае при смешивании отходов ЭВА с жидким клеем из полиуретана вводят пигмент в количестве 200-600 г на 10 кг смеси.
Предпочтительно, что горячее прессование ведут при температуре 70-90°С и давлении 120 бар.
В частном случае охлаждение ведут принудительно путем циркуляции холодного воздуха.
Способ осуществляют следующим образом.
Отходы этиленвинилацетата ЭВА подвергают измельчению в дробилке с сеткой с ячейками размером 10 мм. Отходы дробят до тех пор, пока вся получаемая фракция не пройдет через ячейки сетки, при этом основная масса переработанных отходов ЭВА имеет размер 8-9 мм. Дробленые отходы смешивают с жидким полиуретановым клеем в соотношении 90-92 мас.% отходов ЭВА и 8-10 мас.% жидкого клея из полиуретана в смесителе, подобном бетономешалке. Полученную смесь подают в пресс-формы, нагретые до температуры 70-90°С, где ее формуют путем горячего прессования под давлением пресса 120 бар в течение 20-30 минут с последующим охлаждением. На этапе смешивания отходов ЭВА с жидким клеем из полиуретана для различной цветовой гаммы могут вводить различные пигменты в количестве 200-600 г на 10 кг смеси. Отформованный образец строительного материала выгружают и охлаждают путем естественного охлаждения при комнатной температуре.
Соотношения в смеси отходов ЭВА и жидкого полиуретанового клея являются предпочтительными. Сокращение количества жидкого полиуретанового клея в смеси приводит к снижению эластичности и соответственно гибкости строительного материала, но при этом повышается его твердость, что необходимо учитывать при использовании строительного материала для покрытия конкретных поверхностей, поскольку гибкость материала позволяет скрывать неровности покрываемой поверхности.
Диапазон температур нагрева пресс-формы для обработки смеси также является предпочтительным, но снижение температуры ниже 70°С приводит к увеличению времени прессования, а следовательно к снижению производительности способа изготовления строительного материала, а повышение более 90°С - к снижению эластичности материала, а при критических температурах даже к ломкости материала.
Давление в пресс-форме зависит от ее наполненности - чем больше материала заложено в пресс-форму, чем мельче фракция отходов ЭВА, тем больше плотность и жесткость получаемого материала.
Чем больше масса пигмента, вводимого в смесь, тем более темный тон приобретает материал. Количеством и цветом пигмента достигают необходимый колер материала, при этом внесение пигмента никак не влияет на качественные характеристики изготавливаемого строительного материала.
Охлаждение материала путем принудительной циркуляции холодного воздуха приводит к ускорению процесса изготовления материала и повышению производительности способа производства, но при этом снижается гибкость материала и возрастают энергетические затраты.
Пример 1.
3
Отходы обувной промышленности из ЭВА в количестве 9 кг загружают в дробилку с сеткой с размером ячеек 10 мм. Фракцию крошки размером менее 10 мм подают в смеситель, в который также подают 1 кг жидкого клея из полиуретана, полученную смесь подают в нагретую до температуры 70°С пресс-форму, в которой ее формуют путем горячего прессования под давлением пресса 120 бар. После варки в пресс-форме размером 1м × 1м × 0, 35 м в течение 20 минут, отформованный образец выгружают и охлаждают при комнатной температуре в течение 120 мин. Вес готового изделия составляет 10 кг, плотность - 285 кг/м.
Пример 2.
3
Отходы ЭВА в количестве 24,75 кг загружают в дробилку с сеткой с размером ячеек 5 мм. Фракцию крошки размером менее 5 мм подают в смеситель, в который также подают 2 кг жидкого клея из полиуретана и 0,75 кг пигмента железооксидного 686 черного цвета, полученную смесь подают в пресс-форму, нагретую до температуры 90°С, в которой ее формуют путем горячего прессования под давлением пресса 120 бар. После варки в пресс-форме размером 1м × 1м × 0, 35 м в течение 30 минут, отформованный образец выгружают и охлаждают в камере при температуре 10-12°С. Время охлаждения 50-60 минут. Вес готового изделия составляет 27,5 кг, плотность 770 кг/м.
Таким образом, предложена упрощенная недорогая технология изготовления экологически чистого строительного материала из промышленных отходов термопластов ЭВА.
Предложенный способ изготовления строительного материала позволяет снизить энергетические затраты на производство строительного материала при одновременном улучшении экологической ситуации за счет утилизации отходов многотоннажных производств из термопластов ЭВА.
Известен строительный материал, который может быть использован в качестве тротуарной плитки, облицовочной плитки и пр., изготовленный термомеханической обработкой вторичного полиэтилентерифталата ВПТЭФ расплавлением при 280°С, охлаждением расплава в воде, сушкой при 80°С и измельчением, с последующим расплавом при 210-240°С, введением в расплав измельченного вторичного полипропилена ВПП в соотношении, мас.%: ВПЭТФ 73,7 и ВПП 26,3, затем модифицированного сополимера этатилена EVA-g-GMA, наполнителя с содержанием карбонатов кальция и магния не менее 80% и хризотила с характеристическим отношением длины к диаметру 300-400 при следующем соотношении компонентов, мас.%: ВПЭТФ и ВПП 19-38, наполнитель 60-80, сополимер 1-2, хризотил 0-3,5. /Патент РФ №2623754, С04В 26/04, 2016 г./
Недостатками известного строительного материала для тротуарной плитки и изготовленного из предложенной композиции отходов полимерных материалов изделия являются сложность технологического процесса его изготовления при высоких энергозатратах.
Известна полимерная плитка для тротуаров и полов, выполненная в виде пластины из полимерного материала, в качестве которого используют эластичную смесь на основе резиновой крошки - тонкодисперсных измельченных отходов резинового производства и утилизированных изношенных автомобильных шин с размером частиц от 5 до 5 мм, при этом смесь содержит от 7 до 28 мас.% полиуретана или олигоэфиракрилата в качестве связующего, от 0,001 до 0,002 мас.% дибутилдилаурата олова и от 0,002 до 0,0028 мас.% триэтиленгликоля, толщина плитки от 10 до 50 мм, плитка выполнена в плане квадратной, прямоугольной, треугольной или ромбовидной формы, размер плитки в плане выбран от 100×100 до 1500×2000 мм, на рабочей защитной поверхности плитки выполнены концентрические или взаимно перекрещивающиеся под углом от 15 до 90° друг к другу углубления в виде бороздок глубиной от 2 до 10 мм и шириной от 2 до 30 мм с образованием рифленой рабочей поверхности с выступами квадратной, прямоугольной, треугольной или любой несимметричной формы. /Патент РФ на полезную модель №103811, Е01С 5/20, 2011 г./
Недостатком известной полимерной плитки является высокая стоимость при сложности состава композиции, из которой она изготовлена.
Наиболее близкой к предложенной является тротуарная плитка, выполненная в виде пластины из смеси полимерного материала - вторичного полиэтилентерефталата ПТЭФ и наполнителя - смеси из песка или измельченной целлюлозы с гранитным гравием, причем пластина выполнена по форме многоугольника заданной конфигурации с прямолинейными или сопряженными криволинейными сторонами путем горячего прессования гравием. /Патент РФ на полезную модель №21785, Е01С 5/20, 2002 г./
Недостатками известной тротуарной плитки являются ее высокая стоимость из-за высоких энергетических затрат на ее производство, а также недостаточная долговечность и стойкость к износу, объясняемые недостаточной степенью адгезии между полимерным материалом и наполнителем из песка, целлюлозы и гравия, которые со временем при интенсивном использовании, которому подвергается любой элемент мощения, начинают выкрашиваться.
Технический результат в части изделия заключается в снижении стоимости плитки, полученной заявленным способом ее изготовления, при одновременном повышении таких эксплуатационных характеристик, как долговечность и стойкость к износу, а также гибкость и амортизационные свойства.
Технический результат достигается за счет того, что плитка для тротуаров и полов, изготовленная по заявленному способу, выполнена в виде пластины в форме заданной конфигурации с лицевой и боковыми сторонами и основанием.
В частных случаях форма пластины треугольная, прямоугольная или шестиугольная.
Предпочтительно, что толщина пластины составляет 30-50 мм.
В частном случае лицевая сторона пластины снабжена декоративными бороздками глубиной 2-6 мм, а каждая из боковых сторон - по меньшей мере, двумя отверстиями глубиной до 50 мм под крепежные элементы с другими плитками.
В частном случае основание пластины снабжено шипами, которые преимущественно выполняют квадратными.
Изобретение поясняется чертежами:
Фиг. 1 - вид в аксонометрии прямоугольной плитки с плоским основанием; Фиг. 2 - вид в аксонометрии прямоугольной плитки с шипами на основании; Фиг. 3 - вид основания прямоугольной плитки с квадратными шипами.
Плитку для тротуаров и полов изготавливают из смеси отходов ЭВА и жидкого полиуретанового клея в виде пластины 1 в форме любой заданной конфигурации, в частных случаях треугольной, прямоугольной или шестиугольной, любой требуемой расцветки - для чего в процессе изготовления в смесь отходов ЭВА и жидкого полиуретанового клея вводят пигмент. Пластина 1 имеет лицевую сторону 2, боковые стороны 3 и основание 4. Лицевая сторона 2 пластины 1 может быть снабжена декоративными бороздками 5. Каждая из боковых сторон 3 может быть снабжена, по меньшей мере, двумя отверстиями 6 глубиной до 50 мм под крепежные элементы с другими плитками, в которые при необходимости могут быть вставлены металлические или пластиковые штыри для крепления плиток между собой.
2
Размеры плитки в плане составляют преимущественно от 0,09 до 1 м. Для укладки на бетон и твердую поверхность используют плитку в форме пластины 1 с плоским основанием 4, а на грунт и песок - с основанием 4, снабженным шипами 7, предпочтительно квадратными.
3
Диапазон плотности тротуарной плитки составляет от 280 до 800 кг/м. Разная плотность изделий обусловлена увеличением объема отходов на кубический метр. Чем больше смеси вводят в пресс-форму при изготовлении, тем плотнее получают плитку.
Твердость плитки зависит от размеров частиц измельченных отходов ЭВА. Чем мельче фракция крошки отходов ЭВА, тем тверже плитка.
Исследования предложенной полимерной плитки для тротуаров и полов из смеси отходов ЭВА и жидкого полиуретанового клея показали ее стойкость к износу и долговечность, гибкость и амортизационные свойства, плитка может быть уложена на различные виды поверхностей и использоваться в качестве напольных покрытий для спортивных и детских площадок, как в помещениях, так и на улице, тротуаров и полов любых производственных помещений, при этом она экологически чистая.
Предложенная группа технических решений является промышленно применимой и позволяет решить проблему ликвидации полимерных отходов многотоннажного производства изделий из ЭВА путем их утилизации.