Материал для нанесения отделочных покрытий для стен или потолков и способ его получения
MATERIAL FOR APPLYING FINISHING COATINGS FOR WALLS OR CEILINGS AND THE METHOD FOR OBTAINING IT

Изобретение относится к области производства композиционных материалов из отходов обойного производства.
Вопрос переработки отходов обойных производств стоит довольно остро: на сегодняшний день из-за отсутствия эффективной технологии переработки брак и производственные отходы обойных фабрик утилизируются путем захоронения на мусорных полигонах. В настоящее время наиболее популярны и востребованы виниловые обои на флизелиновой основе. Также для удешевления продукции используется и бумажная основа.
Выделяют 2 основных вида виниловых обоев на флизелиновой или бумажной основе: тисненые (метод глубокой печати) и профильные (метод трафаретной печати). Профильные обои являются более дешевым видом обоев с более низкими потребительскими свойствами по сравнению с тиснеными, и в настоящее время все больше вытесняются более качественными тиснеными обоями.
Сложность переработки отходов, получаемых в процессе производства данной продукции, заключается в разделении флизелиновой (бумажной) основы и верхнего полимерного покрытия (ПВХ). Сжигание отходов производства запрещено ввиду опасности продуктов распада декоративного полимерного покрытия в процессе горения, которые в больших объемах наносят вред окружающей среде. В то же время разрабатываются государственные программы по стимулированию деятельности по переработке и использованию вторичного сырья.
Известен способ изготовления изделий из отходов листовых материалов с поливинилхлоридным покрытием, включающий сбор и сортировку отходов, введение в них отходов текстильных материалов на основе натуральных и искусственных волокон, в том числе дублированных, их дробление и гомогенизацию в условиях сдвигового деформирования, получение однородного листа с последующим его измельчением для получения агломерата и переработкой агломерата в изделия методом литья под давлением посредством шнекового термопластавтомата, при этом содержание нетермопластичных волокон в общей массе отходов не превышает 30 мас.%, а отходы листовых материалов с поливинилхлоридным покрытием, в том числе искусственных кож, используют в количестве не менее 50 мас.% (RU 2123506 C1, опуб. 20.12.1998). Данный способ выбран в качестве прототипа.
Известный способ не предполагает разделение исходного сырья на составные компоненты. Так как разные листовые материалы с ПВХ покрытием имеют различную толщину (и, соответственно, различное процентное содержание основы и ПВХ), то для получения материала с высокими потребительскими свойствами необходимо обеспечить определенное соотношение компонентов в составе материала. Это позволит получить различные модификации материала с одними и теми же основными компонентами в составе в определенной пропорции, добиться равномерной фактуры и цвета.
В способе по прототипу разделение сырья на компоненты затруднительно, поскольку содержание компонентов сырья зачастую невозможно установить, поэтому и сортировка сырья является трудоемкой в данном случае. Внешний вид изделий, получаемых из переработанного сырья, каждый раз будет зависеть от того соотношения компонентов, которое будет заложено в той или иной партии сырья, что в конечном итоге сказывается на качестве получаемых изделий.
Кроме того, гомогенизация рабочей смеси в условиях сдвигового деформирования подразумевает нагревание смеси до состояния размягчения легкоплавких полимеров в составе для получения горячей тестоподобной массы для формирования листа с возможно наибольшей плотностью материала для последующего измельчения и получения агломерата полимерной композиции.
Техническая проблема, решаемая изобретением, состоит в разработке способа, позволяющего перерабатывать отходы производства виниловых обоев на флизелиновой и на бумажной основе с получением полезного материала для нанесения покрытий.
Технический результат, позволяющий решить эту проблему, заключается в обеспечении переработки отходов производства виниловых обоев на флизелиновой и бумажной основе и получения на основе вторичного сырья широкого ассортимента нового материала с высокими потребительскими свойствами благодаря разделению вторичного сырья на составные компоненты с помощью метода пенной флотации, что обеспечивает технологичность изготовления нового материала с заданным компонентным составом.
В качестве решения обозначенной проблемы предлагается способ получения материала для нанесения отделочных покрытий для стен или потолков путем переработки специфических отходов обойных производств (флизелиновых или бумажных обоев с виниловым покрытием) – брака и постоянных производственных отходов в виде обрезаемой кромки. Кроме того, на основе получаемого вторичного сырья разработан материал, предназначенный для создания отделочного покрытия стен и потолков жилых и общественных помещений.
В предлагаемом техническом решении размягчение легкоплавких полимеров при гомогенизации не требуется, так как гомогенизация смеси проводится с добавлением связующего вещества, выполняющим функции пластификатора, обеспечивающим адгезию материала при нанесении на поверхности, определяющим ремонтопригодные свойства материала.
Предложенный материал для нанесения отделочных покрытий для стен или потолков содержит волокна флизелина и/или бумаги, частицы поливинилхлорида (ПВХ) и связующее, включающее модифицированный крахмал и/или модифицированную целлюлозу, при следующем соотношении компонентов, г на 1 кг материала:
частицы ПВХ
40-900
волокна флизелина и/или бумаги
40-900
связующее
50-150
При этом материал может дополнительно содержать краситель, и/или пигмент, включая готовый колеровочный состав (колер), и/или декоративный наполнитель в количестве, г на 1 кг материала:
краситель
не более 50
пигмент
не более 300
наполнитель
не более 300
Кроме того, связующее может дополнительно содержать поливинилацетат в количестве 10-40 % от массы связующего.
Кроме того, связующее может дополнительно содержать противогрибковую добавку.
В качестве модифицированного крахмала материал содержит крахмал карбоксиметиловый, или декстрин, или гидроксипропилдикрахмалфосфат, или крахмал оксипропилированный.
В качестве модифицированной целлюлозы материал содержит метилцеллюлозу, или карбоксиметилцеллюлозу, или полианионную целлюлозу.
Предложенный способ получения материала для нанесения отделочных покрытий для стен или потолков заключается в том, что проводят грубое дробление отходов обойного производства, содержащих флизелин и/или бумагу и слой ПВХ, измельченные отходы перемешивают в воде с помощью вращающегося инструмента, затем отделяют волокна флизелина и/или бумаги от частиц ПВХ методом пенной флотации, сушат волокна флизелина и/или бумаги и частицы ПВХ, после сушки проводят мелкое дробление частиц ПВХ, смешивают частицы ПВХ, волокна флизелина и/или бумаги и связующее, в сухую смесь добавляют воду, смесь гомогенизируют, гранулируют, сушат, гранулы истирают и получают материал, при этом компоненты берут в количестве, г на 1 кг сухой смеси:
частицы ПВХ
40-900
волокна флизелина и/или бумаги
40-900
связующее
50-150
Полученный после истирания гранул сыпучий материал может использоваться в качестве готового материала.
Также готовый материал может быть получен путем увлажнения и формования в пресс-форме, полученного после истирания гранул сыпучего материала.
Кроме того, при отделении волокон флизелина или бумаги от частиц ПВХ методом пенной флотации подают воздух в резервуар с измельченными отходами и водой с ПАВ для образования пены и перетекания пены с волокнами флизелина и/или бумаги в другой резервуар, в котором после прекращения перетекания пены собирают слой волокон флизелина и/или бумаги.
При этом для более полного разделения флизелина и/или бумаги и ПВХ воду из другого резервуара после сбора волокон флизелина и/или бумаги переливают в резервуар с водой с ПАВ, повторяют образование пены и отделение оставшихся волокон флизелина и/или бумаги.
Для более полного отделения примеси ПВХ от волокон после сушки волокон флизелина и/или бумаги проводят их мелкое дробление, полученную массу просеивают с обеспечением прохождения частиц ПВХ через сетку и задержания на ней комков из волокон флизелина и/или бумаги.
Кроме того, при смешивании частиц ПВХ, волокон флизелина и/или бумаги и связующего можно добавлять краситель и/или пигмент, включая готовый колеровочный состав, и/или декоративный наполнитель в количестве, г/кг:
краситель
не более 50
пигмент
не более 300
наполнитель
не более 300
Связующее может быть предварительно смешано с поливинилацетатом при количестве последнего 10-40 мас. % от массы связующего.
Кроме того, может быть использовано связующее с противогрибковой добавкой.
Способ получения материала для нанесения отделочных покрытий для стен или потолков осуществляется следующим образом.
В качестве исходного сырья используют постоянные отходы производства обоев в виде обрезаемой кромки, брак, получаемый в процессе наладки оборудования, запуска нового дизайна и пр. Обои состоят из основы – флизелиновой, либо бумажной, и верхнего покрытия – слоя ПВХ.
Отходы сортируются прежде всего по виду основы.
2
2
На первом этапе сортированные отходы проходят стадию грубого дробления с получением фракции размером от 2 смдо 16 см. Одновременно (вместе) могут дробиться отходы и на флизелиновой, и на бумажной основе, при этом желательно, чтобы содержание отходов на бумажной основе не превышало 40% от общей массы отходов.
Состав может включать полностью флизелиновые волокна, может включать полностью бумажные волокна, либо может включать смесь флизелиновых и бумажных волокон. Флизелиновые волокна делают материал более прочным. К тому же по сравнению с флизелиновыми обоями обои на бумажной основе с ПВХ-покрытием производят в гораздо меньшем количестве, и, исходя из объёмов брака разного вида продукции, принято ограничение содержания бумажных волокон в материале в количестве 40%.
Дробленое сырье помещают в первый резервуар с водой, минимальная температура – комнатная, при соотношении отходов и воды по объему 1 часть отходов к 3 - 6 частям воды. С помощью вращающегося инструмента данная масса перемешивается. В процессе перемешивания за счет механического воздействия инструмента и ударов сырья от стенки резервуара происходит расслоение покрытия из ПВХ и флизелиновой и/или бумажной основы. Процесс разделения основы и верхнего слоя упрощается за счет растворения адгезионной границы – водорастворимого грунтового слоя. В результате механического воздействия фрезы флизелиновая и/или бумажная основа распадается на волокна, при этом слой ПВХ за счет своих эластичных свойств остается целостным, не повреждается и не распадается на мелкие частицы.
Процесс перемешивания прекращается. Перемешанная масса извлекается из первого резервуара и переносится во второй резервуар. Оставшаяся в первом резервуаре вода используется повторно для следующей партии сырья.
Второй резервуар содержит воду с ПАВ, способным образовывать высокую пену.
Далее процесс осуществляется по методу пенной флотации. Во второй резервуар до дна помещают трубку с отверстиями по длине в погружной части. По трубке подают сжатый воздух небольшого давления, достаточного, чтобы струи воздуха начали выходить через отверстия погруженной части трубки с образованием пузырьков. Таким образом, создается пена, которая поднимает волокна флизелина и/или бумаги из общей массы на поверхность. Пена через отверстие в крышке либо боковой стенке резервуара перетекает в соседний третий пустой резервуар и осаждается (сгущается). Процесс продолжается до прекращения перетекания пены из второго резервуара, при этом воздух подается через трубку в течение всего процесса перетекания пены.
Пена в третьем резервуаре осаждается; на поверхности воды образуется слой волокон флизелина и/или бумаги, возможно незначительное количество мелких частиц ПВХ. Слой волокон с примесью частиц ПВХ собирают с поверхности и сушат.
Вода с ПАВ из третьего резервуара повторно используется для следующей партии сырья, для чего её переносят во второй резервуар.
Процесс получения пены и переноса оставшихся после первого цикла волокон может повторяться некоторое число раз в случае, когда во втором резервуаре осталось некоторое количество волокон флизелина или бумаги.
ПАВ используют повторно до тех пор, пока сохраняется его способность образовывать пену, при необходимости ПАВ можно добавлять во второй резервуар.
Оставшуюся после всех циклов во втором резервуаре массу частиц ПВХ высушивают. После сушки фракции ПВХ проходят стадию мелкого дробления до получения частиц размером от 0,8 до 4 мм.
Для более полного отделения волокон от частиц ПВХ высушенная масса волокон с примесью частиц ПВХ проходит стадию мелкого дробления до получения частиц размером от 0,8 до 2 мм. При этом полученные частицы состоят из сцепленных более мелких частиц. Полученную массу просеивают с использованием установки - грохота барабанного типа. Просеивание может проходить в несколько этапов. Размер ячеек сита цилиндра установки зависит от размера частиц, получаемых в процессе мелкого дробления. Волокна в процессе вращения сетчатого цилиндра сцепляются между собой и скатываются в комки. При этом частицы ПВХ отделяются и проваливаются сквозь сетку.
Далее для получения материала используют следующие основные компоненты: переработанное сырье – волокна флизелина и/или бумаги, частицы ПВХ и связующее на основе модифицированных крахмалов (например, крахмал карбоксиметиловый, декстрин, гидроксипропилдикрахмалфосфат, крахмал оксипропилированный и др.) и/или модифицированной целлюлозы (например, метилцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, полианионной целлюлозы и др.) с включением противогрибковых добавок, с возможным добавлением поливинилацетата (ПВА).
Возможно добавление красителей, пигментов и декоративных наполнителей. В качестве красителя может использоваться, например, краситель Е133 или водорастворимые красители, используемые в отделочных смесях, и пр. В качестве пигмента могут использоваться, например, фотолюминесцентный пигмент (люминофор) или металлизированный пигмент, а также готовые колеровочные составы. В качестве декоративных наполнителей могут использоваться, например, глиттеры, слюда декоративная, текстильные волокна и пр. При необходимости сохранения декоративных свойств наполнителя, например формы частиц, наполнитель может быть добавлен в готовый материал. Декоративный наполнитель добавляют при смешивании компонентов до гомогенизации, если форма частиц наполнителя не имеет значения.
Добавляют воду в соотношении 1 часть смеси к 1,5 - 3 частям воды по массе. Полученную смесь гомогенизируют перемешиванием в ленточном смесителе. Смесь гранулируют и гранулы высушивают.
После сушки гранулы истирают в дисковой мельнице. Диапазон размеров получаемых частиц от 0,1 до 2,5 мм.
Полученный сыпучий материал может использоваться в качестве готового материала. В другом варианте полученный сыпучий материал с помощью прессования может формоваться с приданием ему различной формы. Для этого порошок увлажняют в ленточном смесителе, и полученную массу формуют в пресс-форме.
Формование полученного материала делает более компактной упаковку и транспортировку. При соединении с водой материал, как в рассыпчатом, так и формованном виде имеет высокие гидрофильные свойства, вследствие чего не требует длительного времени для подготовки к нанесению на стены или потолки.
В таблице приведены примеры составов материала с различным соотношением компонентов.
Таблица
№ п/п
Компонент
Рецептуры материала, г/кг
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
ПВХ
40
900
800
400
400
549
200
400
400
480
200
650
720
2
волокна флизелина и/или бумаги
900
40
40
450
220
150
600
210
210
350
460
150
100
3
связующее
50
60
100
50
150
100
95
80
70
100
90
80
129
4
краситель
10
2
1
20
50
5
пигмент
100
230
100
5
300
70
119
1
6
декоративный наполнитель
58
100
100
10
300
250
1
Описание применяемых компонентов в указанных рецептурах:
Рецептура №1:
Волокна: флизелин
Связующее: на основе крахмала карбоксиметилового технического (КМК).
Краситель: Е171
Рецептура №2:
Волокна: бумага
Связующее: 60% полианионная целлюлоза с противогрибковыми добавками +  40% поливинилацетата
Рецептура №3:
Волокна: флизелин
Связующее: полианионная целлюлоза с противогрибковыми добавками
Краситель: Е102
Декоративный наполнитель: слюда декоративная
Рецептура №4:
Волокна: 70% флизелина + 30% бумаги
Связующее: 70% карбоксиметилцеллюлоза с противогрибковыми добавками + 30% поливинилацетата.
Пигмент: перламутровый
Рецептура №5:
Волокна: 60% флизелина + 40% бумаги
Связующее: 70% метилцеллюлоза с противогрибковыми добавками + 30% декстрин.
Рецептура №6:
Волокна: 90% флизелина + 10% бумаги
Связующее: полианионная целлюлоза с противогрибковыми добавками.
Краситель: Е133, Е171
Пигмент: фотолюминесцентный пигмент ЛЮМИНОФОР с длительным послесвечением ЛДП-4мА
Декоративный наполнитель: глиттер декоративный (более крупные блестки)
Рецептура №7:
Волокна: 75% флизелина + 25% бумаги
Связующее: 80% метилцеллюлозы с противогрибковыми добавками + 20% гидроксипропилдикрахмалфосфат
Пигмент: колеровочный состав – универсальный колер марки KRAFOR
Декоративный наполнитель: слюда декоративная
Рецептура №8:
Волокна: флизелин
Связующее: 40% КМК + 40% метилцеллюлозы с противогрибковыми добавками + 20% поливинилацетата
Пигмент: флуоресцентный пигмент
Декоративный наполнитель: пенопластовые шарики 1мм
Рецептура №9:
Волокна: 40% флизелин + 60% бумага
Связующее: 70% КМК + 30% поливинилацетата
Краситель: Е171, Е151, Е122
Декоративный наполнитель: блестки декоративные
Рецептура №10:
Волокна: флизелин
Связующее: полианионная целлюлоза с противогрибковыми добавками
Пигмент: колеровочный состав – универсальный колер марки KRAFOR (200)
Рецептура №11:
Волокна: 10% флизелин + 90% бумага
Связующее: 70% карбоксиметилцеллюлоза с противогрибковыми добавками + 30% крахмал оксипропилированный
Декоративный наполнитель: блестки декоративные
Рецептура № 12:
Волокна: флизелин
Связующее: 80% метилцеллюлоза с противогрибковыми добавками + 20% поливинилацетата
Пигмент: перламутровый пигмент
Декоративный наполнитель: слюда декоративная
Рецептура № 13:
Волокна: 50% флизелин + 50% бумага
Связующее: 90% полианионная целлюлоза с противогрибковыми добавками + 10% поливинилацетата
Краситель: Е171
Пигмент: флуоресцентный пигмент
Полученный материал (примеры его рецептур, приведенные в таблице) обладает хорошей стойкостью при сохранении относительной мягкости покрытия, адгезией к покрываемой поверхности, имеет тепло- и шумоизоляционные свойства, позволяет выравнивать неровности поверхности, на которую наносится, по принципу штукатурки. За счет остаточного содержания ПАВ после разделения отходов на волокна и частицы ПВХ методом пенной флотации при приготовлении, которое подразумевает размешивание с водой, в массе материала образуются микропузырьки, которые добавляют эффект пористости в толще материала после нанесения, что также усиливает тепло- и шумоизоляционные свойства.
Материал обладает ремонтопригодными свойствами: после применения материала в качестве покрытия и при его повреждении возможно повторное приготовление поврежденной части покрытия и ее повторное нанесение.
Количество обойных фабрик в России растёт, увеличивается число печатающих линий на уже существующих фабриках. На настоящий момент в России около 35 печатающих обои линий. В среднем с одной печатной обойной линии, работающей круглосуточно со скоростью 50 м/м (максимальная скорость, заложенная производителями, около 120 м/м) получается около 380 тонн отходов в год. Использование данного изобретения позволит вовлечь во вторичный народнохозяйственный оборот только в России минимум около 13 тысяч тонн в год отходов производства виниловых обоев, а также уменьшить на эквивалентное количество сброс загрязняющих веществ в окружающую среду.