Способ изготовления наполнителя цветного покрытия из гранулированных эластичных материалов
METHOD FOR PRODUCING A COLOURED COATING FILLER FROM GRANULAR ELASTIC MATERIALS

Изобретение относится к области производства строительных материалов, получаемых окрашиванием гранулированных эластичных материалов (резиновой или каучуковой крошки) и может быть использовано для получения цветных декоративных покрытий детских и спортивных площадок, в ландшафтном строительстве и изготовлении резиновых изделий.
Известен способ окрашивания минеральной крошки, включающий формирование на поверхности окрашиваемой крошки оболочки из красящего вещества путем перемешивания крошки с красящим веществом в смесителе, при этом перед подачей красящего вещества из смесителя откачивают воздух до остаточного давления 450-500 мм рт.ст. (№2229450 RU, МПК С04В 20/10, C09D 5/08, опубл. 27.11.2003 г.).
Известный способ имеет ограниченное применение, т.к. может быть использован для окрашивания каменной или сланцевой минеральной крошки. Недостатком этого способа является так же необходимость использования сложного специального оборудования, отличающегося большой энергоемкостью.
Также известен способ окрашивания поверхности гранул каучука EPDM таким образом, чтобы создать внешний или видимый цветной слой, который является неотъемлемой частью, лежащей под ним поверхности каучука EPDM (US 6036998 А, МПК B01F 7/08, В29В 7/94, В29В 9/16, B01F 15/02, B01F 7/00, (IPC 1-7): B05D 7/00, опубл. 14.03.2000). Раскрытый способ обеспечивает окрашенную поверхность для каучука EPDM, которая не мнется и не трескается при изгибе резиновой основы. Кроме того, закрытый метод окраски EPDM позволяет окрашивать несколько тонн каучука EPDM за считанные часы и, следовательно, является чрезвычайно экономичным. Было обнаружено, что гранулы EPDM можно окрашивать путем покрытия гранул краской или пигментом с последующей стадией отверждения, предпочтительно путем нагревания, который надежно связывает краску с резиной. Цветные резиновые поверхности, такие как плитка, затем могут быть изготовлены из цветных гранул, которые сохраняют преимущества обычных поверхностей EPDM, а также имеют очень экономичную износостойкую цветную отделку. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения гранулы каучука EPDM загружают, предпочтительно с погрузочной платформы или погрузочной платформы, в большой ленточный смеситель из нержавеющей стали. В идеале ленточный блендер должен вмещать несколько тонн резиновых гранул одновременно. К блендеру подсоединен резервуар для краски, способный вместить большое количество краски или другого красящего вещества. Резервуар напрямую соединен с блендером посредством трубопровода, по которому краска под высоким давлением подается в ленточный блендер. После загрузки гранул каучука и активации ленточного смесителя ленточный смеситель смешивает краску с резиновыми гранулами, тем самым покрывая и окрашивая поверхность резиновых гранул EPDM. После нанесения покрытия на гранулы каучука они перемещаются по конвейеру из ленточного смесителя через большую вытянутую туннельную печь, где нагреваются при высоких температурах в течение примерно одного часа. После того, как гранулы были нагреты в туннельной печи, они поступают в смеситель, где они разрыхляются, разрушая любые слипшиеся куски резиновых гранул. Смеситель расположен в конце конвейерной системы за туннельной печью. После отделения гранул с покрытием их можно упаковывать в мешки, а окрашенные гранулы можно использовать для производства цветных резиновых изделий из EPDM. Например, при изготовлении спортивных поверхностей цветные гранулы каучука EPDM могут быть смешаны с полиуретановой связующей смолой и отлиты в резиновую плитку EPDM для создания мягкой спортивной или безопасной поверхности, или цветные гранулы измельченных материалов могут быть использованы сами по себе в качестве покрытия игровой площадки.
Недостатком известного способа является то, что окрашивание поверхности гранул каучука EPDM, чтобы создать внешний или видимый цветной слой, который является неотъемлемой частью, лежащей под ним поверхности каучука EPDM, влечет значительные затраты и потери времени изготовления, при этом процесс полимеризации полиуретановой красящей композиции на внешней стороне гранул каучука происходит в большой вытянутой туннельной печи, где происходит их нагрев при высоких температурах в течение примерно одного часа и дальнейшее разрыхление, разрушение любых слипшихся кусков резиновых гранул влечет за собой ухудшение качества окраски за счет непрокраса в местах контакта слипшихся гранул.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является способ изготовления цветного наполнителя покрытия из крошки эластичных материалов, включающий формирование на поверхности крошки оболочки из красящего вещества в виде полиуретановой композиции с пигментным пастообразным цветным красителем путем непрерывного перемешивания крошки с указанным красящим веществом в смесителе, выполненном с рубашкой обогрева, обеспечивающей температуру на стенках корпуса смесителя 110-120°С, при скорости вращения вала смесителя 30-35 об/мин и времени перемешивания 3-5 мин, при этом при указанном перемешивании осуществляют подачу в смеситель "острого" водяного пара с температурой 100-110°С (RU №2674041, МПК Е01С 5/18 (2006.01), Е01С 13/00 (2006.01), С04В 20/10 (2006.01), опубл. 04.12.2018).
Недостатком известного способа является то, что достижение высокого качества цветного наполнителя покрытия осуществляют путем использования сложного специального оборудования, отличающегося большой энергоемкостью и попадающего под категорию опасных производственных объектов. Способ имеет ограниченную цветовую палитру получаемого наполнителя, низкую производительность за счет сложности очистки внутренней полости смесителя.
Задачей предлагаемого изобретения является создание экономичного способа, обеспечивающего получение наполнителя цветного покрытия высокого качества с высокими эстетическими показателями.
Техническим результатом, позволяющим решить эту задачу, является осуществление процесса полимеризации (перехода из жидкого состояния в твердое) полиуретановой композиции, т.е. образование кристаллической решетки цветного слоя на поверхности крошки, в естественных условиях без нагревательных устройств, улучшение процесса проникновения и внедрения красителя в саму крошку и в имеющиеся на ее поверхности микротрещины и неровности, повышение производительности способа, а также полное отсутствие слипшихся кусков резиновых гранул.
Для решения поставленной задачи в способе изготовления наполнителя цветного покрытия из эластичных материалов, включающем формирование на поверхности эластичного материала оболочки из красящего вещества в виде полиуретанового связующего, пигментного или пастообразного красителя путем смешения эластичного материала с указанным красящим веществом, а также с катализатором процесса полимеризации связующего в смесительном устройстве, в качестве эластичного материала используют резиновые гранулы или резиновую крошку из утилизированных автомобильных шин фракции 1,5-4 мм, в качестве катализатора процесса полимеризации полиуретанового связующего используют воду, формирование оболочки из красящего вещества осуществляют циклически в два этапа: первоначально готовят до пяти замесов в смесительном устройстве с лопастным вертикальным валом, на котором закреплены два ряда радиальных лопастей прямоугольного сечения, смещенных относительно друг друга на 60°, при окружной скорости вращения лопастей вала от 7 до 7,5 м/сек в течение 2-3 минут до неполного процесса полимеризации полиуретанового связующего, после чего полуфабрикат каждого замеса выгружают в смесительно-ворошительное устройство, объем которого превышает объем смесительного устройства более чем в пять раз, и при скорости вращения вала от 3 до 6 об/мин в течение 10-15 мин проводят дополимеризацию полиуретанового связующего в составе полимерной красящей композиции, выравнивание возможного разнотона окраски, а также остужение продукта перед фасовкой и упаковкой.
о
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что в качестве эластичного материала используют резиновые гранулы или резиновую крошку из утилизированных автомобильных шин фракции 1,5-4 мм, в качестве катализатора процесса полимеризации полиуретанового связующего используют воду, формирование оболочки из красящего вещества осуществляют циклически в два этапа: первоначально готовят до пяти замесов в смесительном устройстве с лопастным вертикальным валом, на котором закреплены два ряда радиальных лопастей прямоугольного сечения, смещенных относительно друг друга на 60, при окружной скорости вращения лопастей вала от 7 до 7,5 м/сек в течение 2-3 минут до неполного процесса полимеризации полиуретанового связующего, после чего полуфабрикат каждого замеса выгружают в смесительно-ворошительное устройство, объем которого превышает объем смесительного устройства более чем в пять раз, и при скорости вращения вала от 3 до 6 об/мин в течение 10-15 мин проводят дополимеризацию полиуретанового связующего в составе полимерной красящей композиции, выравнивание возможного разнотона окраски, а также остужение продукта перед фасовкой и упаковкой, позволяет за счет естественной полимеризации полиуретанового связующего, улучшения качества окрашивания при одновременном сокращении времени окрашивания и повышении производительности способа, создать экономичный способ, обеспечивающий получение наполнителя цветного покрытия высокого качества с высокими эстетическими показателями в различных объемах.
Проведенный поиск по патентным и научно-техническим источникам информации показал, что предлагаемый способ изготовления цветного наполнителя покрытия из крошки эластичных материалов не был ранее известен и не следует явным образом из изученного уровня техники.
Формирование оболочки из красящего вещества в заявляемом способе изготовления цветного наполнителя покрытия из крошки эластичных материалов осуществляют циклически в два этапа.
Первоначально в смесителе готовят необходимое количество замесов, для чего эластичный материал, предпочтительно находящийся в форме резиновых гранул или частиц, полученных из утилизированных автомобильных шин оптимальной фракции от 1,5 до 4 миллиметров, перемешивают с красящим веществом в виде полиуретанового связующего, пигментного или пастообразного красителя в смесительном устройстве с установленными на вращающемся вале более одного ряда радиальных лопастей при окружной скорости вращения лопастей вала смесительного устройства предпочтительно от 7 до 7,5 м/сек (до образования воронки псевдоожиженного слоя) в течение 2 минут.
При указанном перемешивании осуществляют подачу в смеситель в качестве катализатора процесса полимеризации воды до неполного процесса полимеризации полиуретановой композиции (состояние «на отлип»).
После чего полуфабрикат каждого замеса выгружают в смесительно-ворошительное устройство.
В процессе перемешивания в смесителе частиц эластичного материала с красящим веществом за счет больших окружных скоростей лопастей вала смесительного устройства возникают значительные силы трения между разными слоями материала, с одной стороны, смесительными лопастями и внутренними стенками смесительного устройства, с другой стороны, что приводит к естественному нагреву смеси до 60°С, в результате чего на поверхности частиц эластичного материала образуется оболочка из красящего вещества, которая, благодаря высоким центробежным силам, позволяет обеспечить хорошее заполнение микротрещин и микронеровностей, обеспечить хорошую структурную плотность, повысить адгезионную прочность нанесенного покрытия, и, следовательно, высокое качество окрашивания. Эффективный режим смешивания, который возникает при окружной скорости лопастей равной в диапазоне 7-7,5 м/сек, был определен опытным путем. Уменьшение окружных скоростей лопастей вала ниже 7 м/сек приводит к вспучиванию материала во всем объеме смесителя и перемещению частиц материала по концентрическим окружностям, что ведет к снижению эффективности процесса смешения. Увеличение окружных скоростей лопастей вала выше 7,5 м/сек. приводит к интенсивной циркуляции внутри смесителя с образованием крупных волн и частичным выбросом материала.
Второй этап процесса формирования оболочки из красящего вещества, заключающийся в окончательной полимеризации полиуретанового связующего в составе полимерной красящей композиции, выравнивании возможного разнотона окраски и остывание продукта перед фасовкой и упаковкой, осуществляют в любых известных смесительно-ворошительных устройствах при скорости вращения смесительного вала от 3 до 6 об/мин в течение 10-15 мин.
Внутренние поверхности смесительного устройства могут быть отделены от красящего вещества быстросъемной оболочкой для уменьшения налипания красящего вещества или покрытием тефлоновым составом.
Пример конкретного исполнения способа по заявленным признакам.
В первом этапе цикла эластичный материал черного цвета (резиновую крошку из утилизированных автомобильных шин) фракции 2,0-4,0 мм перемешивают в смесителе лопастным вертикальным валом, на котором закреплены два ряда радиальных лопастей прямоугольного сечения, смещенных относительно друг друга на 60° при окружной скорости вращения лопастей вала 7,33 м/сек с полиуретановым связующим, затем, при непрерывном перемешивании, последовательно вводится пигментный краситель и вода в необходимых количествах. При вращении вала с развёрнутыми под определенным углом лопастями создаётся псевдоожиженный слой, который позволяет быстро перемешивать компоненты смеси. За счет трения между разными слоями материала, смесительными лопастями и внутренними стенками смесителя, а также тепла, выделяемого при химической реакции полимеризации, возникает естественный нагрев смеси до 60°С. Этой температуры хватает, чтобы в течение двух минут довести процесс полимеризации полиуретановой композиции до состояния «на отлип».
Таким образом, готовят необходимое количество замесов, периодически перегружая полуфабрикат в непрерывный смеситель-ворошитель, где во втором этапе цикла при скорости вращения смесительного вала 6,0 об/мин завершается процесс полимеризации при комнатной температуре в течение 15 минут.
Объем смесительно-ворошительного устройства превышает объем смесительного устройства более чем в 5 раз, что позволяет загружать в него до пяти замесов подготовленного в первом этапе цикла полуфабриката. Это уменьшает время на изготовление готового продукта, снижает затраты.
Готовый наполнитель цветного покрытия фасуется в мягкую тару и отгружается на склад.
Данный способ позволяет получить наполнитель цветного покрытия высокого качества с высокими эстетическими показателями, при этом является экономичным способом по сравнению с известными аналогами.
Данное техническое решение испытано на предприятии ООО «РЕЛИЗ», Республика Татарстан, г. Елабуга, при производстве продукции под коммерческим наименованием CRG (Colored Rubber Granules) в ассортименте 33 цветов.
Предлагаемый способ изготовления наполнителя цветного покрытия из эластичных материалов может быть осуществлен на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, т.к. для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, широко выпускаемое отечественной и зарубежной промышленностью.