УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОТДЕЛОЧНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СОСТАВОВ

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно, к производству малярных, клеевых составов, паст и растворов. Известен принятый за аналог способ производства отделочных строительных составов, включающий четыре производственные стадии (см. «Новые водно-дисперсионные краски», авторы Толмачев И.А., Верхоланцев В.В. - Л.: Химия, 1979 г., стр.77-79.). На первой стадии готовят первую технологическую смесь пигментов. Для этого смесь пигментов помещают в водную фазу для диспергирования пигментов в обогреваемом паром смесителе с пропеллерной мешалкой, при температуре 50-60°С в течение 6-7 часов. На второй стадии готовят вторую технологическую смесь пигментов и наполнителей: в водную фазу засыпают пигменты и наполнители и перемешивают в скоростном смесителе с фрезерной мешалкой в течение 40 минут и получают пигментную пасту, после чего перекачивают в бисерную машину и диспергируют. На третьей стадии готовят третью технологическую смесь: в смеситель с пропеллерной мешалкой заливают дисперсию, а затем пластификатор - дибутилфталат. Перемешивание в смесителе производится в течение 2-2,5 часов. На четвертой стадии готовят следующую технологическую смесь: в смеситель с пластифицированной дисперсией перекачивают пигментную пасту и обрабатывают ее перемешиванием в течение 40-60 минут, получая окончательно готовый отделочный строительный состав. Недостатком этого способа является длительное время приготовления (около 10-12 часов), сложная технологическая схема производства и высокие затраты, энергии.
Известен способ производства отделочных строительных составов, принятый за аналог, включающий две производственные стадии (см. а.с. SU №1452829, С 09 В 5/34, 5/02, опубл. 23.01.89 в Бюл. №3). Сначала технологическую смесь предварительно механически диспергируют в аппаратах истирающего действия, затем проводят дополнительное диспергирование в роторно-пульсационном аппарате с частотой пульсации 400÷450 Гц при давлении 0,4÷0,6 атм. Получаемый отделочный строительный состав имеет низкую однородность, требуются высокие энергозатраты.
Известно принятое за аналог устройство для производства отделочных строительных составов, содержащее ступенчатый корпус с загрузочными и
выгрузочными патрубками. В корпусе на вертикальном валу закреплены дисковые роторы с рабочими лопатками, которые выполнены составными из двух-прямолинейных, расположенных по радиусу диска с образованием радиальных проходов, и изогнутых по окружности с образованием распределительной кольцевой зоны со щелями, а на внутренней верхней поверхности корпуса смонтированы неподвижные боковые ударные элементы в виде бил (см. а.с. SU №923594, МПК: В 02 С 7/02, опублик. 30.04.82, бюл. №6). Недостатком данной конструкции является низкая эффективность процесса диспергирования. При этом устройство металлоемко, громоздко, имеет большой объем внутренней площади, незадействованный в производственном процессе, что снижает эффективность устройства и приводит к накоплению на этих площадях разбрызгиваемой технологической смеси на всех трех уровнях, который в итоге идет в отходы при промывке его. Это ведет к дополнительным трудовым, материальным и эксплутационным издержкам.
Известен принятый за аналог способ производства отделочных строительных составов, включающий две производственные стадии (см. журнал «Строительные материалы» №, 1994, стр.10). На первой стадии технологическую смесь помещают в реакторе с мешалкой и готовят водный раствор. На второй стадии проводится смешение полученного водного раствора первой технологической смеси со второй технологической смесью, например порошкообразным мелом, в двухшнековом непрерывном смесителе типа АШ, обеспечивающим смешение жидкой и твердой фаз путем создания сдвиговых напряжений. Хотя в данном способе достигается сокращение продолжительности процесса, снижение энергозатрат, однако, получаемый строительный состав имеет недостаточные физико-механические характеристики. Известный способ наиболее пригоден для приготовления шпаклевки, а получаемые по способу малярные и клеевые составы имеют низкие физико-механические характеристики - такие, как: однородность получаемого состава, прочность на отрыв, нерасслаиваемость, стойкость к истиранию, водостойкость, укрывистость.
Известно принятое за аналог устройство для производства отделочных строительных составов, содержащее цилиндрический корпус с отверстиями, снабженные патрубками для загрузки и выгрузки. На геометрической оси корпуса с разных закрытых торцов цилиндра, расположены два горизонтальных вала с роторами в виде двух дисков с зазором. Внутри корпуса расположены, направленные друг к другу по три кольцевых ряда рабочих элементов в виде пальцев последовательно принадлежащие то одному, то другому диску и расположенные по окружности от места
подачи обрабатываемого материала к периферии. Пальцы расположены по окружности с зазором, и с зазором между кольцевыми рядами. На периферийной части дисков расположены ударные элементы в виде бил. При этом диск, расположенный на противоположной стороне загрузочного патрубка выполнен в виде стакана с торцевой перфорированной поверхностью. А торцевая поверхность стакана снабжена бортиком, обхватывающим торец противоположного диска, имеющего отверстия для прохождения обрабатываемого материала (см. а.с. SU №841681, МПК: В 02 С 13/22, опубл. 30.06.81 в бюл. №24). Хотя в данном устройстве в полной мере используется центробежная сила, создаваемая вращением двух роторов эффективность процесса диспергирования остается низкой. Конструктивное выполнение его остается сложным, трудоемким с высоким энергопотреблением. Есть вероятность прямого попадания необработанной жидкофазной смеси в зону выгрузочного патрубка по стенке корпуса, от вращающихся перегородок между отверстиями диска для прохождения обрабатываемого материала в рабочую полость.
Известен принятый за прототип способ производства отделочных строительных составов (см. патент RU №1796726, D 06 P 5/04, опубл. 23.02.93, бюл. №7), включающий получение технологической смеси в виде печатной пасты и механическую активизацию ее путем движения технологической смеси в кольцеобразном коническом зазоре шириной 0,5-2 мм со скоростью вращения 500-4500 об/мин и скоростью поступательного движения 0,001-1,5 м/с в течение 5-120 с. Т.е. воздействием на технологическую смесь кавитацией путем вращательно-поступательного движения. Хотя активизирующая обработка вызывает диспергирование и активацию нерастворимых частиц полученной смеси, однако, не обеспечивает получение конечного продукта с достаточно высокими физико-механическими характеристиками.
Известно принятое за прототип устройство для производства отделочных строительных составов, содержащее вертикальный корпус с внутренней конической поверхностью, примыкающую к нижней части корпуса торцевую крышку, размещенный на вертикальном валу в корпусе ротор в виде конуса, имеющий в нижней части цилиндрическую поверхность и расположенные на рабочей поверхности ротора съемные зубчатые элементы, при этом ротор снабжен кольцевыми рядами ударных элементов в виде бил, закрепленными на его цилиндрической и торцевой поверхностях, торцевая крышка снабжена кольцевыми рядами контрударных элементов, а центральная часть крышки выполнена в форме усеченного конуса с аксиальными отверстиями для вывода готового продукта (см. патент SU №1243814 МПК: В 02 С 13/14, опубл. 15.07.86,
бюл. №26), Устройство имеет загрузочный и выгрузочный патрубки. Хотя данное устройство компактно. Это достигнуто за счет сложности конструкций и изготовления ротора в виде конуса, корпуса и размещения ротора в нижней части корпуса - торцевой крышки. При этом устройство не обеспечивает получение готового продукта с достаточно высокими физико-механическими характеристиками. В этом устройстве не используется в полной мере центробежная сила, которая заставляет обрабатываемую технологическую смесь двигаться от центра к периферии, так как на периферии движение массы обрабатываемой технологической смеси меняется на движение от периферии к центру. Организация движения в данном устройстве обрабатываемой и измельчаемой технологической смеси от центра к периферии и затем от периферии к центру требует применение дополнительных энергетических затрат, обуславливает появления застойных зон. Известному устройству также присущи такие недостатки, как металлоемкость и трудоемкость в изготовлении. Наличие застойных зон снижает эффективность устройства и приводит к накоплению обрабатываемого состава, который в итоге идет в отходы при промывке его. Это ведет к дополнительным трудовым, материальным и эксплутационным издержкам. Повышает энергопотребление устройства при изготовлении и эксплуатации.
Задачей, на которую направлено данное изобретение, является получение высококачественных отделочных строительных составов разной вязкости с высокими физико-механическими характеристиками при минимальной сложности и технологии изготовления.
Техническим результатом изобретения является значительное сокращение продолжительности процесса производства различных составов, снижение энергозатрат, получение универсального способа для производства составов широкого спектра, в частности для строительства - шпаклевки, краски, эмульсии, пасты, мастики, грунтовки, клея и т.д., так и для других отраслях промышленности с улучшенными потребительскими свойствами.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе производства отделочных строительных составов, включающем обработку технологической смеси до получения жидкофазного состава и активирующую обработку механическим воздействием, активирующую обработку механическим воздействием жидкофазного состава проводят в аппарате комбинированного напряженного воздействия в течение 0,001-10 сек. При этом активирующая обработка механическим воздействием жидкофазного состава в аппарате комбинированного напряженного воздействия
включает одновременное воздействие на жидкофазный состав мощных сдвиговых напряжений в диапазоне от 50 до 1500 мПа, импульсных нормальных напряжений, инициируемых пульсациями вследствие схлопывания кавитационных пузырьков с частотой от 10 до 100000 Герц, волновых колебаний в диапазоне частот от 0,1 до 1000 Герц, а обработку технологической смеси до получения жидкофазного состава проводят в смесителе периодического или постоянного действия в течение 10-30 минут с добавлением воды.
Устройство для осуществления заявленного способа содержит цилиндрический корпус и, расположенный в нем снизу, с возможностью вращения на валу, ротор с кольцевыми рядами ударных элементов, крышку с кольцевыми рядами контрударных элементов и центральным отверстием при этом, ротор выполнен в виде диска в центре которого расположена крыльчатка, образованная лопатками, ориентированными по его радиусу, а кольцевые ряды ударных элементов и контрударных элементов расположены коаксиально и поочередно с кольцевым зазором между ними, начиная с кольцевого ряда контрударных элементов и заканчивая кольцевым рядом ударных элементов, при этом коаксиально расположенные кольцевые ряды ударных элементов и контрударных элементов имеют сквозные отверстия по всей окружности каждого кольцевого ряда, при совпадении которых во время вращения образуются радиальные проходы. Кольцевые ряды ударных элементов имеют сквозные пазы, расположенные между сквозными отверстиями. Диск ротора и вал изготовлены за одно целое. Корпус изготовлен литьем вместе с выгрузочным патрубком. Крышка и патрубок изготовлены за одно целое.
Кольцевые ряды контруданых и ударных элементов изготовлены за одно целое с крышкой и диском соответственно и с формированными в них отверстиями и/или кольцевые ряды контруданых и ударных элементов изготовлены из кольцевых отрезков П-образного сечения с отверстиями и установлены с зазором между собой.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен общий вид устройства,
на фиг.2 - разрез по А-А.
на фиг.3 - выносной элемент I.
По предполагаемому изобретению производство отделочных строительных составов реализуется следующим образом. Вначале готовят технологическую смесь и обрабатывают ее в смесителе периодического или постоянного действия, например, в смесителе с Z-образными лопастями с добавлением воды в течение 10-30 минут.
Затем полученную жидкофазную смесь подвергают одновременному воздействию:
- мощных сдвиговых напряжений в диапазоне от 50 до 1500 мПа;
- импульсных нормальных напряжений, инициируемых пульсациями вследствие схлопывания кавитационных пузырьков с частотой от 10 до 100000 Герц;
- волновым колебаниям в диапазоне частот от 0,1 до 1000 Герц;
в течение 0,001-10 сек. в зависимости от его конструкционного оформления и вязкости производимых отделочных строительных составов. При этом одновременное воздействие на жидкофазную смесь производят в аппарате комбинированного напряженного воздействия, предлагаемого по данному изобретению. При этом комбинированное механическое воздействие образуется в результате эффекта синергизма - совместно создаваемого комбинированным одновременным воздействием ударно-импульсного нагружения с вихреобразованием, импульсным нормальным напряжением, волновыми колебаниями, высокоскоростными сдвигами и кавитацией.
В качестве устройства для производства отделочных строительных составов предлагается аппарат комбинированного напряженного воздействия, который содержит цилиндрический корпус 1 и, расположенный в нем снизу, с возможностью вращения на валу 2, ротор в виде диска 3 с кольцевыми рядами ударных элементов 4. Сверху корпуса 1 расположена крышка 5 с кольцевыми рядами контрударных элементов 6 и центральным отверстием для загрузочного патрубка 7. Выгрузочный патрубок 8 (см. фиг.2) расположен сбоку на корпусе 1. В центре диска 3 расположена крыльчатка, образованная лопатками 9, ориентированными по его радиусу. Кольцевые ряды ударных элементов 4 и контрударных элементов 6 расположены коаксиально и поочередно с кольцевым зазором 10 между ними, начиная с кольцевого ряда контрударных элементов 6 и заканчивая кольцевым рядом ударных элементов 4. Коаксиально расположенные кольцевые ряды ударных элементов 4 и контрударных элементов 6 имеют сквозные отверстия 11 по всей окружности каждого кольцевого ряда, при совпадении которых во время вращения образуются радиальные проходы. Кольцевые ряды ударных элементов 4 могут иметь сквозные пазы 12, расположенные между сквозными отверстиями 11. Устройство изготавливается и собирается следующим образом. Изготавливается корпус 1, например, литьем вместе с выгрузочным патрубком 8. Изготавливается диск 3 ротора с валом 2. Они могут быть изготовлены как раздельно, так и за одно целое. Изготавливается крышка 5 с центральным отверстием для патрубка 7 и сам патрубок, которые могут быть изготовлены за одно целое. Изготавливаются кольцевые ряды
контрударных элементов 6 (см. фиг.3). Аналогично изготавливаются кольцевые ряды ударных элементов 4. Кольцевые рады контруданых и ударных элементов могут быть изготовлены за одно целое с крышкой 5 и диском 3 соответственно с формированием в них отверстий 11. Кольцевые рады контруданых и ударных элементов могут быть изготовлены отдельно из кольцевых отрезков П-образного сечения с отверстиями 11 и которые, устанавливаются в соответствующие кольцевые пазы крышки 5 и диска 3 по всей окружности и крепятся при помощи винтов. Эти кольцевые отрезки могут устанавливаться с зазором между собой, образуя тем самым проходы в виде прямоугольных отверстий 11. Аналогично устанавливаются лопатки 9 крыльчатки ротора. Сами лопатки 9 могут изготавливаются из листа толщиной 3-6 мм прямоугольной формы со скошенным углом и устанавливаются на диск 3 равномерно по окружности скошенным углом к верху ближе к оси вращения. Все детали изготавливаются из стали. Затем в корпус 1 в центральное отверстие вставляется вал 2. К нему крепится, например, болтом по оси вала 2 диск 3 в сборе с кольцевыми ударными элементами 4. Диск 3 и вал 2 может быть изготовлена как единая деталь. Между валом 2 и корпусом 1 устанавливается уплотнительная прокладка (на фиг. не показано).
Работает устройство для осуществления заявленного способа следующим образом. Технологическая смесь в виде жидкофазного состава поступает в аппарат комбинированного напряженного действия через загрузочный патрубок 7 и попадает под воздействие вращающихся лопаток 9 крыльчатки ротора, подвергаясь ударно-импульсному нагружению. Затем за счет действия центробежных сил жидкофазный состав отбрасывается к первому неподвижному кольцевому раду контрударных элементов б и проходит через отверстия 11. Пройдя через отверстия 11 первого кольцевого ряда, жидкофазный состав попадает под воздействие первого вращающегося кольцевого ряда ударных элементов 4 ротора, подвергаясь одновременно ударно-импульсному нагружению, волновым колебаниям и воздействию высокоскоростных сдвигов, возникновение которых связано с движением жидкофазного состава в узком кольцевом зазоре 10. Наряду с ударно-импульсным нагруженном, волновым колебаниям и воздействием высокоскоростных сдвигов на жидкофазный состав воздействует кавитация, порождаемая растягивающими усилиями, превышающими прочность жидкофазного состава, при совпадении отверстий 11 ударных элементов 4 и контрударных элементов 6, образующих совмещенные радиальные проходы, так как в этот момент происходит сброс давления, провоцирующий выделение газов,
растворенных в жидкофазном составе, с образованием импульсных нормальных напряжений в результате схлопывания кавитационных пузырьков. Затем за счет действия центробежных сил жидкофазный состав отбрасывается ко второму неподвижному кольцевому ряду контрударных элементов 6 и проходит через его отверстия 11 с вихреобразованием. Пройдя через них, жидкофазный состав попадает под воздействие второго вращающегося кольцевого ряда ударных элементов 4 ротора, подвергаясь одновременно ударно-импульсному нагружению, волновым колебаниям, воздействию высокоскоростных сдвигов и кавитации. Далее через выгрузочный патрубок 8 готовый отделочный строительный состав расфасовывается в тару для отправки потребителю. Кольцевых ударных элементов 4 и контрударных элементов 6 может быть большее количество, но как показали эксперименты их достаточно и две пары.
В зависимости от вязкости производимых отделочных строительных составов возможно использование ударных элементов 4 и контрударных элементов 6 разных размеров и профилей. Для жидкостей разных вязкостей используют различное сочетание размеров отверстий 11, их количество в кольцевом ряду и ширина кольцевого зазора 10. Для составов с высокой вязкостью используют отверстия 11 больших размеров с большим количеством их в кольцевом ряду и более широком кольцевом зазоре 10. Для составов с низкой вязкостью - наоборот. Для возможного одновременного использования устройства для жидких составов различной вязкости используются различные съемные ударные элементы 4 и контрударные элементы 6 П-образного сечения с различными по характеру и размерам отверстиями 11.
Для приготовления шпаклевки, клея и краски берут следующие исходные компоненты: а) наполнитель (например, мел); б) загуститель (например, водорастворимый эфир целлюлозы); в) пленкообразующий полимер (например, дисперсию гомополимера поливинилацетата); г) диспергатор (например, триполифосфат натрия); д) эмульгатор (например, жидкое мыло). Затем готовят технологическую смесь. Для этого перечисленные компоненты перемешивают в течение 10-15 минут, в смесителе периодического действия, например ЗЛ-250-01 /1/. Затем в полученную технологическую смесь подают воду и перемешивают в течение 10-20 минут. Полученный т.о. жидкофазный состав подают в аппарат комбинированного напряженного воздействия и подвергают его обработки в нем в течение 0,1 сек. После этого производится расфасовка готового продукта в тару.
Характеристики получаемых по заявляемому способу производства отделочных строительных составов и по прототипу приведены в прилагаемой таблице.
Таким образом, решена задача получения высококачественных отделочных строительных составов разной вязкости с высокими физико-механическими характеристиками при минимальной сложности технологии изготовления, получен универсальный способ производства широкого спектра отделочных строительных составов, в частности шпаклевки, краски, эмульсии, пасты, мастики, грунтовки, клея и т.д. с улучшенными потребительскими свойствами, достигая при этом значительное сокращение времени приготовления отделочных строительных составов и уменьшение энергозатрат.
ТАБЛИЦА
Свойства
Шпаклевка
Клей
Краска
по заявке
по прототипу
по заявке
по прототипу
по заявке
по прототипу
1. Однородность
отлично
Производство не возможно
отлично
отлично
отлично
Отлично
2. Расслаиваемость
отсутствует
-
отсутствует
отсутствует
отсутствует
отсутствует
3. Истираемость, г.см<sup>2</sup>
2
-
-
-
0,5
0,5
4. Прочность на отрыв, мПа
0,52
-
2,3
1,5
1,0
0,8
5. Водостойкость, час
3
-
-
-
4
3
6. Укрывистость, г/м<sup>2</sup>
300
-
-
-
120
1000