СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
RAW MIXTURE FOR MANUFACTURING OF HEAT-INSULATING PRODUCTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к составу теплозвукоизоляционных материалов, изготавливаемых на основе отходов промышленности, и может быть использовано в строительстве жилых и промышленных зданий и сооружений.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известна смесь для изготовления теплоизоляционных материалов на основе пеногипса, латекса и волокнистого минерального наполнителя [а.с. СССР №1252316. Опубл. 23.08.1986 г.].
Однако эта смесь предполагает использование сравнительно дорогого минерального наполнителя; кроме того, следует отметить и невысокую прочность готовых изделий.
Известна сырьевая смесь, включающая вспененное магнезиальное вяжущее, модифицированное латексной эмульсией, и волокнистый наполнитель [патент Великобритании 1381290. Опубл. 22.01.1975 г.].
Однако эта смесь не предусматривает использование органических волокнистых отходов, что позволило бы в полной мере реализовать защитные функции магнезиального вяжущего в отношении применяемого волокнистого наполнителя и расширить область использования получаемых материалов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных изделий, содержащая вспененное магнезиальное вяжущее, модифицированное латексной эмульсией и волокнистый наполнитель, отличающаяся тем, что исходные компоненты взяты в следующих соотношениях, мас.%:
волокнистый наполнитель
22,0-28,0
окись магния
14,0-16,0
Раствор хлорида магния плотностью 1,06 кг/м
(или смесь хлорида и сульфата магния)
10,0-12,0
латекс (например, марки СКС-65ГП)
17,0-22,0
пенообразователь
0,7
вода
Остальное,
а в качестве волокнистого наполнителя используют смесь органических длинноволокнистых и коротковолокнистых отходов при их массовом соотношении от 0,5 до 1,3, при этом в качестве длинноволокнистых отходов используют очесы шерсти, костру льна, а в качестве коротковолокнистых отходов - разволокненную макулатуру [патент РФ 2149857. Опубл. 27.05.2000 г.].
Недостатками прототипа являются:
- недостаточно высокая прочность при сжатии и изгибе;
- высокий коэффициент теплопроводности;
- не применяется для утилизации отработанных сорбентов ионов тяжелых металлов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является поиск состава сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционных изделий, позволяющей:
- повысить прочность изготавливаемых изделий при сжатии и изгибе;
- снизить коэффициент теплопроводности изделий;
- утилизировать отработанные сорбенты на основе отходов агропромышленного комплекса, содержащие ионы тяжелых металлов.
Поставленная задача решена сырьевой смесью для изготовления теплоизоляционных изделий, содержащая волокнистый наполнитель в виде органических отходов, например очесов шерсти и костры льна, воду и модифицированное полимером вспененное магнезиальное вяжущее, включающее оксид магния, раствор хлорида магния и пенообразователь, которая содержит 5-85%-ную водную дисперсию полимера с молекулярной массой ≥100000, а в качестве наполнителя - отработанные сорбенты очистки сточных или технологических вод, содержащие ионы тяжелых металлов и представляющие собой волокнистые или сыпучие органические отходы агропромышленного комплекса при следующем соотношении компонентов, мас.%:
наполнитель
20-30
водная дисперсия полимера
16,0-24,0
оксид магния
11,0-15,0
раствор хлорида магния
14-23
пенообразователь
1,0-3,0
вода
остальное.
Сырьевая смесь в качестве полимера содержит поливинилацетат, поливинилхлорид, сополимер винилхлорида с винилацетатом, сополимер бутилметакрилата и акриловой кислоты, отходы производства капролактама, а в качестве отработанных сорбентов она содержит солому, короткое льняное волокно, стебли топинамбура, древесные опилки, шроты, жмыхи, лузгу подсолнечника, содержащие ионы тяжелых металлов, Cu(II), Zn(II), Cd(II), Ni(II), Fe(II) и др.
Для приготовления заявленной сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционных изделий используют следующие ингредиенты:
- оксид магния MgO [ГОСТ 4526-75. Магний оксид. Технические условия.];
2
2
- хлорид магния MgCl·6HO [ГОСТ 7759-73. Магний хлористый технический (бишофит). Технические условия.];
- поливинилацетат марки Д 50 Н [ГОСТ 18992-73];
- поливинилхлорид марки Е-62 [ГОСТ 14039-68];
- сополимер винилхлорида с винилацетатом марки А 15 [ТУ 6-01-625-71];
- сополимер бутилметакрилата и акриловой кислоты марки БМК-5 [ОСТ 6-01-26-75];
- отходы производства капролактама - щелочной сток производства капролактама с массовой долей сухого вещества - 25-45% [СТО-05761637-003-2008];
- пенообразователь ПБ-2000: адаптирован ко всем известным технологиям получения пенобетона. По степени воздействия на организм человека относится к малоопасным веществам, невзрывоопасен; степень биоразлагаемости ПБ-2000>90%, что характеризует экологическую безопасность продукта. [Пенообразователь для пенобетона ПБ-2000 производства ОАО „Ивхимпром" - лидер продаж. Строит. матер. 2006. №11. С.25];
- короткое льняное волокно, представляющее собой вторичный продукт переработки льняной промышленности следующего состава, %: целлюлоза (75…78), гемицеллюлоза (9,4…11,9), лигнин (3,8), пектиновые вещества (2,9…3,2), воскообразные вещества (2,7), азотсодержащие вещества в расчете на белки (1,9…2,1), минеральные вещества (1,3…2,8) [Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М., 1985. 640 с.];
- древесные опилки - отход деревообрабатывающей промышленности (состав, % от абсолютно сухой древесины: целлюлоза - 31,0-52,5; лигнин - 19,5-30,9; пентозаны - 5,3-28,3; маннан - 1,3-11,3; галактан - 0,7-14,4; уроновые кислоты - 2,9-8,6; вещества, экстрагируемые горячей водой - 1,4-22,6; вещества, экстрагируемые этиловым эфиром - 0,7-4,6; зола - 0,2-1,0) [Никитин В.М., Оболенская А.В., Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М.: Лесная промышленность, 1978. - 368 с.];
- стебли топинамбура представляют собой отход сельскохозяйственного производства следующего состава (в пересчете на сухое вещество): 55,8% углеводов (целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектиновые вещества), 10% белков, 18,1% безазотистых экстрактивных веществ, 14,3% минеральных веществ и 1,8% жиров. [Рязанова Т.В., Чупрова Н.А., Дорофеева Л.А., Богданов А.В. и др. Химический состав вегетативной части топинамбура и ее использование. Лесной журнал. 1997. №4. С.71-75.];
- шроты и жмыхи относятся к побочной продукции масложировой промышленности: жмыхи - при прессованном способе производства масел и шроты - при экстракционном способе производства:
ГОСТ 80-96. Жмых подсолнечный. Технические условия.
ГОСТ 10974-95. Жмых льняной. Технические условия.
ГОСТ 17256-71. Шрот конопляный. Технические условия.
ГОСТ 17290-71. Шрот клещевинный кормовой. Технические условия.
ГОСТ 11246-96. Шрот подсолнечный. Технические условия.
ГОСТ 10471-96. Шрот льняной. Технические условия.
ГОСТ 11049-64. Шрот кукурузный. Технические условия.
ГОСТ 30257-95. Шрот рапсовый тостированный. Технические условия.
ГОСТ 12220-96. Шрот соевый кормовой тостированный. Технические условия.
В качестве примера приведен состав соевого шрота, %: сырой протеин (43,8); влага (11,5); зола (6,1); сырая клетчатка (5,6); жир (1,6); фосфор (0,75); кальций (0,24); общая кислотность (8,8).
Лузга подсолнечника является отходом масложировой промышленности. Лузга отделяется от семян подсолнечника в процессе их подготовки к извлечению масла. Подсолнечная лузга представляет собой одеревеневшую растительную ткань, однородную по физической структуре, с большим постоянством химического состава и физико-механических свойств. Химический состав подсолнечной лузги отличается в зависимости от сорта семян подсолнечника и находится в пределах (% на абсолютно сухое вещество): клетчатки - 56,0-69,2; лигнина - 24,8-29,6%; пентозанов - 13,6-28,0%; протеина - 3,75-4,62; золы - 1,2-3,0; липидов - 0,5-2,8. [Вторичные материальные ресурсы пищевой промышленности: образование и использование. Справочник. - М.: Экономика, 1984. - 328 с.].
Солома - сухие стебли злаковых и бобовых зерновых культур, остающиеся после обмолота, а также льна, конопли, кенафа и др. растений, освобожденные от листьев, соцветий, семян. В соломе в среднем при натуральной влажности содержится 35-45% клетчатки и других сложных углеводов, 2-6% протеина (в бобовой 4-9%), 1,2-2% жира, 4-7% золы [Стейнифорт А.Р. Солома злаковых культур. Пер. с англ. А.Р.Стейнифорт. М.: Колос, 1983. - 191 с.].
Костра льна - древесина стебля льна (камбий), являющаяся остовом всего стебля,  состоит из целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина [Марков В.В. Первичная обработкам льна и других лубяных культур. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 375 с.];
Очесы шерсти - короткие волокна, полученные при чесании шерсти, сильно засоренные примесями. По химическому составу шерсть представляет собой белок кератин, принадлежащий к типу нерастворимых в воде фибриллярных белков. Аминокислотный состав шерстяного волокна (% от общего содержания): глицин - 6,29, аланин - 4,12, фенилаланин - 2,12, валин - 4,12, лейцин - 5,85, изолейцин - 2,44, пролин - 5,05, серии - 8,66, треонин - 5,12, тирозин - 2,62, метионин - 0,32, цистин - 7,30, аргинин - 19,10, лизин - 3,92, триптофан - 0,82, гистидин - 1,91, аспарагиновая кислота - 4,38, глутаминовая кислота - 8,48, глутамин - 6,73 [Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М., 1985. 640 с.].
Содержание ионов тяжелых металлов на отработанных сорбентах может составлять 0,05-0,80 моль/кг.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
3
В реактор-смеситель последовательно загружают 27 мас.% (27 кг) воды, 14 мас.% (14 кг) раствора хлорида магния плотностью 1,2 кг/м и 1,0 мас.% (1,0 кг) пенообразователя ПБ-2000, включают мешалку и готовят пену, в которую постепенно вводят 23 мас.% (23 кг) наполнителя - солому, содержащую ионы Cu(II), и 11 мас.% (11 кг) сухого оксида магния. Смесь тщательно перемешивают и вводят в нее 24 мас.% (24 кг) 5%-ной водной дисперсии поливинилхлорида. Массу взбивают в течение 8-10 минут и перерабатывают в готовые изделия.
Смесь хорошо формуется и не требует особых методов сушки.
Пример 2
3
В реактор-смеситель последовательно загружают 19 мас.% (19 кг) воды, 23 мас.% (23 кг) раствора хлорида магния плотностью 1,2 кг/м и 3,0 мас.% (3,0 кг) пенообразователя ПБ-2000, включают мешалку и готовят пену, в которую постепенно вводят 20 мас.% (20 кг) наполнителя - древесные опилки, содержащие ионы Cd(II), и 15 мас.% (15 кг) сухого оксида магния. Смесь тщательно перемешивают и вводят в нее 20 мас.% (20 кг) 25%-ной водной дисперсии сополимера винилхлорида с винилацетатом. Массу взбивают в течение 8-10 минут и перерабатывают в готовые изделия.
Смесь хорошо формуется и не требует особых методов сушки.
Пример 3
3
В реактор-смеситель последовательно загружают 21,5 мас.% (21,5 кг) воды, 17 мас.% (17 кг) раствора хлорида магния плотностью 1,2 кг/м и 2,5 мас.% (2,5 кг) пенообразователя ПБ-2000, включают мешалку и готовят пену, в которую постепенно вводят 30 мас.% (30 кг) наполнителя - короткое льняное волокно, содержащее ионы Ni(II), и 13 мас.% (13 кг) сухого оксида магния. Смесь тщательно перемешивают и вводят в нее 16 мас.% (16 кг) 85%-ной водной дисперсии поливинилацетата. Массу взбивают в течение 8-10 минут и перерабатывают в готовые изделия.
Смесь хорошо формуется и не требует особых методов сушки.
Пример 4
3
В реактор-смеситель последовательно загружают 18,5 мас.% (18,5 кг) воды, 19 мас.% (19 кг) раствора хлорида магния плотностью 1,2 кг/м и 1,5 мас.% (1,5 кг) пенообразователя ПБ-2000, включают мешалку и готовят пену, в которую постепенно вводят 27 мас.% (27 кг) наполнителя - шроты, содержащие ионы Zn(II), и 12 мас.% (12 кг) сухого оксида магния. Смесь тщательно перемешивают и вводят в нее 22 мас.% (22 кг) 65%-ной водной дисперсии сополимера бутилметакрилата и акриловой кислоты. Массу взбивают в течение 8-10 минут и перерабатывают в готовые изделия.
Смесь хорошо формуется и не требует особых методов сушки.
Пример 5
3
В реактор-смеситель последовательно загружают 20 мас.% (20 кг) воды, 21 мас.% (21 кг) раствора хлорида магния плотностью 1,2 кг/м и 2 мас.% (2 кг) пенообразователя ПБ-2000, включают мешалку и готовят пену, в которую постепенно вводят 25 мас.% (25 кг) наполнителя - стебли топинамбура, содержащие ионы Fe(II), и 14 мас.% (14 кг) сухого оксида магния. Смесь тщательно перемешивают и вводят в нее 18 мас.% (18 кг) 60%-ной водной дисперсии поливинилхлорида. Массу взбивают в течение 8-10 минут и перерабатывают в готовые изделия.
Смесь хорошо формуется и не требует особых методов сушки.
Пример 6
3
В реактор-смеситель последовательно загружают 25 мас.% (25 кг) воды, 15 мас.% (15 кг) раствора хлорида магния плотностью 1,2 кг/м и 2 мас.% (2 кг) пенообразователя ПБ-2000, включают мешалку и готовят пену, в которую постепенно вводят 29 мас.% (29 кг) наполнителя - жмыхи, содержащие ионы Cu(II) и Fe(II), и 12 мас.% (12 кг) сухого оксида магния. Смесь тщательно перемешивают и вводят в нее 17 мас.% (17 кг) отходов производства капролактама с массовой долей сухого вещества 35%.
Массу взбивают в течение 8-10 минут и перерабатывают в готовые изделия.
Смесь хорошо формуется и не требует особых методов сушки.
Пример 7
3
В реактор-смеситель последовательно загружают 20,5 мас.% (20,5 кг) воды, 22 мас.% (22 кг) раствора хлорида магния плотностью 1,2 кг/м и 1,5 мас.% (1,5 кг) пенообразователя ПБ-2000, включают мешалку и готовят пену, в которую постепенно вводят 22 мас.% (22 кг) наполнителя - лузгу подсолнечника, содержащую ионы Zn(II) и Cd(II), и 13 мас.% (13 кг) сухого оксида магния. Смесь тщательно перемешивают и вводят в нее 21 мас.% (21 кг) 50%-ной водной дисперсии поливинилацетата. Массу взбивают в течение 8-10 минут и перерабатывают в готовые изделия.
Смесь хорошо формуется и не требует особых методов сушки.
Пример 8
3
В реактор-смеситель последовательно загружают 20,5 мас.% (20,5 кг) воды, 18 мас.% (18 кг) раствора хлорида магния плотностью 1,2 кг/м и 2,5 мас.% (2,5 кг) пенообразователя ПБ-2000, включают мешалку и готовят пену, в которую постепенно вводят 21 мас.% (21 кг) наполнителя - очесы шерсти, содержащие ионы Ni(II) и Zn(II), и 15 мас.% (15 кг) сухого оксида магния. Смесь тщательно перемешивают и вводят в нее 23 мас.% (23 кг) 15%-ной водной дисперсии сополимера бутилметакрилата и акриловой кислоты. Массу взбивают в течение 8-10 минут и перерабатывают в готовые изделия.
Смесь хорошо формуется и не требует особых методов сушки.
Пример 9
3
В реактор-смеситель последовательно загружают 24 мас.% (24 кг) воды, 16 мас.% (16 кг) раствора хлорида магния плотностью 1,2 кг/м и 1 мас.% (1 кг) пенообразователя ПБ-2000, включают мешалку и готовят пену, в которую постепенно вводят 26 мас.% (26 кг) наполнителя - костру льна, содержащую ионы Fe и Ni(II), и 14 мас.% (14 кг) сухого оксида магния. Смесь тщательно перемешивают и вводят в нее 19 мас.% (19 кг) 40%-ной водной дисперсии сополимера винилхлорида с винилацетатом. Массу взбивают в течение 8-10 минут и перерабатывают в готовые изделия.
Смесь хорошо формуется и не требует особых методов сушки.
Заявляемая сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных изделий была испытана по следующим показателям: прочность при сжатии [ГОСТ 12852.0-77. Бетон ячеистый. Общие требования к методам испытаний; ГОСТ 22783-77. Бетоны. Метод ускоренного определения прочности на сжатие]; прочность при изгибе [ГОСТ 18105-86. Бетоны. Правила контроля прочности.]; коэффициент теплопроводности [ГОСТ 25820-2000. Бетоны легкие. Технические условия; СНиП II-3.].
В таблице приведены результаты испытаний различных составов заявленной сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционных изделий и состава - прототипа. Из таблицы видно, что прочность при сжатии и прочность при изгибе возрастают по сравнению с прототипом, а коэффициент теплопроводности снижается.
3
Следует отметить, что такие характеристики получаемых изделий, как средняя плотность [ГОСТ 27005-86. Бетоны легкие и ячеистые. Правила контроля средней плотности], влажность и сорбционное увлажнение [ГОСТ 12852.0-77. Бетон ячеистый. Общие требования к методам испытаний.] сохраняются примерно на том же уровне, что и в прототипе (средняя плотность: 190-310 кг/м; влажность: 4-5,5 мас.% и сорбционное увлажнение 9,5-11,5 мас.%).
Использование предлагаемых наполнителей: очесы шерсти, костра льна, солома, короткое льняное волокно, стебли топинамбура, древесные опилки, шроты, жмыхи, лузга подсолнечника позволяет утилизировать отработанные сорбенты, содержащие ионы Cu(II), Zn(II), Cd(II), Ni(II), Fe(II) и др., а также получать материалы с хорошими теплоизоляционными свойствами.
Кроме того, содержание в отработанных сорбентах солей тяжелых металлов придает используемым органическим наполнителям инсектофунгицидные и бактерицидные свойства, повышает адгезию магнезиального вяжущего к органическим наполнителям, а также обусловливает хорошие огнезащитные свойства, пониженную водопроницаемость и прочность готовых изделий.
Примеры
Состав сырьевой смеси, мас.%
Показатели качества
Оксид магния
Раствор хлорида магния
Дисперсия полимера
Пенообразователь
Наполнитель
Вода
Прочность при сжатии, МПа
Прочность при изгибе, МПа
Коэффициент теплопроводности, Вт/мК
1.
11
14
24
1,0
23
27
1,25
0,75
0,055
2.
15
23
20
3,0
20
19
1,30
0,83
0,060
3.
13
17
16
2,5
30
21,5
1,27
0,78
0,057
4.
12
19
22
1,5
27
18,5
1,23
0,81
0,056
5.
14
21
18
2
25
20
1,24
0,82
0,059
6.
12
15
17
2
29
25
1,23
0,76
0,056
7.
13
22
21
1,5
22
20,5
1,26
0,79
0,058
8.
15
18
23
2,5
21
20,5
1,29
0,77
0,059
9.
14
16
19
1
26
24
1,28
0,82
0,057
Прототип
14,0-16,0
10,0-12,0
17,0-22,0
0,7
22,0-28,0
До 100
0,4-1,2
0,3-0,7
0,065-0.080