ПОЛИМЕРБЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 1995 года по МПК C04B26/12 

Изобретение относится к производству полимербетона (ПБ) для строительных целей. В частности, рассматриваемый ПБ предназначен для использования в строительных изделиях, производстве облицовочных плит для жилых и производственных зданий. Может быть также использован и для других целей.

Полимербетон является композиционным материалом на основе синтетических смол и минеральных наполнителей. Изделия и конструкции из них имеют высокие механические характеристики, обладают высокой теплостойкостью, морозостойкостью, износостойкостью, низкой водопроницаемостью, малой полимерационной усадкой и теплопроводностью.

Облицовка зданий плитами из ПБ значительно снижает теплопотери в отапливаемый сезон и сохранит здание от вредного влияния климатических воздействий (осадков, ветра и др.), что продлит сроки службы зданий.

В настоящее время в качестве связующего в ПБ используется, как правило, только эпоксидные, полиэфирные и карбамидные смолы. Большое внимание при этом уделяется экологической частоте ПБ и его производства. Исходя из этого, в изобретении в качестве связующего используют карбамидную смолу, а в качестве катализатора насыщенный раствор хлорного железа. Полимеризационная усадка карбамидной смолы в 5-10 раз ниже усадки эпоксидных и полиэфирных смол. Стоимость тонны карбамидной смолы в 10-20 раз ниже стоимости тех же смол. Сырьевая база карбамидных смол значительно шире по сравнению с другими.

Существенным моментом в производстве изделий из ПБ является нахождение наиболее простого способа регулирования жизнеспособности полимербетонной смеси. Под жизнеспособностью понимается время, в течение которого сохраняются реологические свойства незаполимеризованной полимербетонной массы, позволяющие заполнять формы согласно технологическому регламенту.

В строительной практике известны полимербетонные смеси на основе карбамидных смол (1).

Этот состав имеют достаточно хорошие механические характеристики, стойки к воздействию агрессивных сред, водостойки и могли бы с успехом использоваться в строительстве. Однако, имеет существенный недостаток. В качестве отвердителей и катализаторов в состав входят сильно ядовитые и токсичные вещества солянокислый анилин, анилин, этилендиамин. Эти компоненты создают вредную экологическую среду в процессе производства полимербетонной смеси и в процессе эксплу- атации изделий из него.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является полимербетонная смесь, включающая мас.

Карбамидная смола 8-15 Хлорное железо 0,012-0,022 Оксид кремния 0,228-0,428
Минеральный наполнитель 91,76-84,55 (2)
Комплексный катализатор отверждения подготавливают следующим образом. Хлорное железо и оксид кремния (в отношении 1:20) размалывают в вибромельнице до удельной поверхности 10⁷см²/г. При совместном помоле хлорного железа и оксида кремния образуется комплексное соединение, обладающее каталитической активностью.

Однако хлорное железо очень гигроскопичного и в естественном состоянии находится в виде концентрированного раствора с осадком, т.к. сильно поглощает влагу из воздуха. Растворимость в воде FeCl₂ 40,5% FeCl₃ 47,9% Поэтому хлорное железо перед совместным помолом с оксидом кремния требует просушки до соответствующего состояния и поддержания в этом состоянии в процессе помола вплоть до смешения с другими компонентами ПБ. Это исключает возможность гибкой регулировки содержания катализатора отверждения в смеси, т.е. исключает возможность гибкой регулировки жизнеспособности ПБ массы, усложняется технология его изготовления.

Другим недостатком прототипа является наличие многоступенчатого режима отверждения полимербетонной массы при относительно высоких температурах. Вначале после заполнения в формы, температура смеси повышается до 80^оС в течение 2 ч, затем выдерживается при этой температуре в течение 10 ч, после чего температура снижается до 20^оС в течение 2 ч. Для этого требуются специально оборудованные термокамеры, значительная теплоэнергия и дополнительное рабочее время.

Целью изобретения является регулирование жизнеспособности, отверждение при 20-25^оС, увеличение водостойкости, а также повышение экологической чистоты и снижение стоимости.

Конкретные примеры выполнения приведены в табл.1.

Карбамидная смола (ГОСТ 14231-88) является связующим компонентов ПБ смеси. Она представляет водную суспензию, негорючую, невзрывоопасную. Удельный вес 1,15-1,27 г/см³. Обладает незначительной токсичностью, обусловленной наличием в смоле свободного формальдегида. Формальдегид газ, оказывающий раздpажающее действие на слизистую оболочку глаз, носа и верхних дыхательных путей. Содержание свободного формальдегида в смоле колеблется в пределах 0,9-3% а в ПБ до 0,18-0,6% Выделяется свободный в смоле формальдегид в процессе переработки и эксплуатации отвержденных смол.

Полимеризационная усадка карбамидной смолы не более 0,26% Эпоксидные и полиэфирные же смолы дают при полимеризации усадку 1,6-7,5%
Катализатором отверждения является хлорное железо FeCl₂ или FeCl₃ ˙FeCl₂ кристаллический порошок зеленовато-серого цвета. Плотность 2,92 г/см³, растворимость в воде 40,5% FeCl₃ кристаллический порошок коричнево-черного цвета, плотность 2,8 г/см³, растворимость в воде 47,9% В силу большой гигроскопичности хлорное железо, поглощая влагу из воздуха, в естественном состоянии находится в виде насыщенного водного раствора.

Твердые наполнители состоят из трех фракций мелкой (фарфоровая мука), средней (кварцевый песок) и крупной (фарфоровый бой). Эти ингредиенты имеют широкую сырьевую базу.

Фарфоровый бой и фарфоровая мука получаются грохочением отходов производства высоковольтных изоляторов бракованных или разбитых при их производстве. Фарфоровый бой твердые частицы размером 2-5 мм. Фарфоровая мука белый порошок с размерами не более 0,04 мм. Кварцевый песок твердое сыпучее вещество с размерами частиц 0,1-0,6 мм.

С целью увеличения водостойкости полимербетона вводится пластификатор трансформаторное масло. Излишки его мигрируют, но часть сохраняется в полимербетоне в течение всего времени эксплуатации. Трансформаторное масло маслянистая жидкость с вязкостью 30-40 П, не токсичное.

Токсичные свойства карбамидной смолы определяются количеством содержащегося в нем свободного формальдегида. С целью блокировки его в состав полимербетонной смеси вводится уксусный ангидрид, чем и достигается его экологическая чистота. Технический уксусный ангидрид (ГОСТ 21039-75) бесцветная прозрачная жидкость с резким запахом, легковоспламеняющаяся. Мол.м. 102,09. О токсичности уксусного ангидрида в ТУ не упоминается.

Способ приготовления полимербетонной смеси заключается в следующем.

После дозировки компонентов в карбамидную смолу последовательно вводят насыщенный раствор хлорного железа, трансформаторное масло, уксусный ангидрид, фарфоровую муку и перемешивают 2-3 минуты. Затем кварцевый песок и фарфоровый бой и процесс перемешивания продолжают до получения гомогенной смеси. После этого смесь укладывают в формы и уплотняют на виброплощадке.

Отверждение полимербетонной смеси в формах длится 12-15 ч при 20-25^оС. (Повышение температуры отверждения ускоряет процесс отверждения). Затем изделия извлекают из формы, и они готовы к использованию. Доотвердждение состава может длиться в течение месяца, за это время материал упрочняется не менее, чем на 20%
Таким образом, использование в качестве катализатора отверждения насыщенного раствора хлорного железа позволяет:
исключить из технологической цепи многоступенчатый температурный режим отверждения полимербетонной смеси в специальных термокамерах, проводить его при нормальной температуре, что снижает его стоимость.

Легко регулировать жизнеспособность полимербетонной смеси.

Замена комплексного катализатора отверждения прототипа одним из его компонентов хлорным железом не дает какого-либо качественного эффекта. Наоборот, после отверждения такая смесь получается рассыпчатой и не пригодной для практического использования. Только использование хлорного железа в его естественном состоянии в комплексе с транс- форматорным маслом приводит к новым качественным результатам.

В то же время трансформаторное масло играет роль пластификатора, увеличивает водостойкость.

Процентное содержание катализатор отверждения оказывает значительное влияние на живучесть τ полимербетонной массы. Эта зависимость для конкретной партии смолы представлена в табл.2. Для развития партий смолы она несколько различна, но вид ее остается неизменным.

Содержание уксусного ангидрида в полимербетонной смеси определяется содержанием в карбамидной смоле свободного формальдегида, т.е. маркой смолы. Уксусный ангидрид не влияет на механические характеристики ПБ.

В табл. 3 представлены свойства ПБ, изготовленных на основе указанных в табл. 1 составов. Прочность ПБ определена по ГОСТ 10180-78. Размеры образцов 30х30х30 мм. Водопроницаемость и коэффициент стойкости к воде определяются по ГОСТ 12330-78. Свойства всех составов табл.3 удовлетворяют требованиям, предъявляемым к облицовочным плитам и другим строительным материалам.

Использование: для производства облицовочных плит жилых и производственных зданий. Сущность изобретения: полимербетонная смесь содержит карбамидную смолу 12 - 20%, насыщенный раствор хлорного железа 0,05 - 0,15%, фарфоровую муку 7 - 11%, кварцевый песок 18 - 24%, фарфоровый бой 50 - 57%, трансформаторное масло 1 - 2,5%, уксусный ангидрид 0,1 - 0,4%. Жизнеспособность полимербетонной смеси 0,6 - 2,4 ч, коэффициент водостойкости 0,98 - 1,0, прочность на сжатие полимербетона 40 - 48 МПа. 3 табл.

ПОЛИМЕРБЕТОННАЯ СМЕСЬ, преимущественно для изготовления облицовочных плит, включающая карбамидную смолу, хлорное железо и минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что, с целью регулирования жизнеспособности, отверждения при 20 25^oС, увеличения водостойкости, а также повышения экологической чистоты и снижения стоимости, она содержит хлорное железо в виде насыщенного водного раствора, в качестве минерального наполнителя фарфоровую муку, кварцевый песок, фарфоровый бой и дополнительно трансформаторное масло и уксусный ангидрид при следующем соотношении компонентов, мас.

Карбамидная смола 12 20
Насыщенный раствор хлорного железа 0,05 0,15
Фарфоровая мука 7 11
Кварцевый песок 16 23
Фарфоровый бой 50 57
Трансформаторное масло 1,0 2,5
Уксусный ангидрид 0,1 0,4