ЭПОКСИДНО-ДРЕВЕСНЫЙ КОМПОЗИТ Российский патент 2006 года по МПК C09D5/34 C09D163/02 

Изобретение используется в строительстве в качестве водостойкого покрытия для древесных плит, при восстановлении поврежденных участков элементов деревянных конструкций, а также как плитный материал.

Плитный материал изготавливается методом плоского прессования частиц наполнителя, смешанных со связующим, при температуре 18-20°С и давлении 3 МПа. Для снижения вязкости эпоксидную смолу ЭД-20 разогревают до 50-60°С, затем в нее вводят отвердитель и пластификатор. Полученное связующее тщательно перемешивают и добавляют в него смесь древесных опилок с резиновой крошкой. Приготовленную массу укладывают в металлические формы и прессуют в течение суток. Затем для ускорения процесса твердения композиции производят термообработку при температуре 80°С в течение 2 часов. Для использования композиции в качестве покрытия приготовленная таким же образом смесь укладывается на защищаемую поверхность, и производится прессование при тех же технологических параметрах, что и при получении плитного материала. Схема получения эпоксидно-древесной композиции представлена на фиг.1.

За аналог принималась эпоксидно-древесная композиция для покрытия древесины (для выравнивания поверхностей) (патент RU 2028344, С1, от 09.02.1995). Состав композиции в мас.ч.: 10-20 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 10-20 дибутилфталата в качестве пластификатора, 10-15 полиэтиленполиамина (ПЭПА) в качестве аминного отвердителя, 30-70 графита и 30-70 талька в качестве наполнителей.

Задачей данного изобретения является защита ДСП от воздействия воды, препятствование выделению свободного фенола, а также замена ДСП в конструкциях.

Данная техническая задача достигается тем, что в качестве связующего использовали эпоксидно-диановую смолу марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), а в качестве наполнителя использовали сосновые опилки, резиновую крошку - отходы производства резинотехнических изделий завода «АРТИ» г.Тамбов, пластификатора - маточную смолу эпоксидную (МСЭ-I марки Б) - отходы производства эпоксидных смол. Отверждение производили при помощи полиэтиленполиамина (ПЭПА) (ТУ 2413-357-00203447-99) при комнатной температуре и атмосферном давлении. Резиновую крошку получают дроблением утилизируемых резиновых изделий (использованных автомобильных шин, покрышек, производственного брака (уплотнителей, масок противогазов, прокладок)). Гранулометрический состав резиновой крошки определялся как остаток на ситах размером, мм, в %: 2,5:1,25:0,63:0,315:0,14=50:16:24:8:2.

МСЭ-I (СТП 6-21-700-1.24-93) является технологическими промышленными отходами и представляет собой раствор смеси смол и продуктов дегидрохлорирования в толуол-бутаноле или толуоле, выделенных из маточника от производства эпоксидных смол: ЭД-20, Э-40, Э-05к, Э-23. Маточная смола МСЭ-I должна соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1
Нормативные требования к физико-химическим показателям МСЭ-I№ п.п.Наименование показателяНормы СТП 6-21-700-1.24-93Марка АМарка Б1Внешний видОднородная прозрачная жидкость2Массовая доля нелетучих в-в, %45...50Не более 503Цвет р-ра по йодометрической шкале, мг йода не темнее7-4Массовая доля эпоксидных групп, %10...154...155Массовая доля иона хлора, %, не более0,0035-6Массовая доля общего хлора, % не более0,3-7Чистота раствора смолыНалив должен быть чистым, допускается наличие един-х примесей, не более 10 шт. на 1 кв.дм-8Усл. вязкость раствора смолы по вискозиметру В3-246 с диам. сопла 4 мм13...15Не более 1009рН водной вытяжки6...7-

Оценку влияния степени наполнения и пластификации на физико-механические свойства эпоксидно-древесной композиции проводили по результатам кратковременных испытаний на сжатие, поперечный изгиб и водостойкость при комнатной (20°С) температуре. Расчет состава композиций выполняли в частях по массе, где общую массу композиции принимали за 100. Результаты испытаний представлены в таблицах 2, 3 и на фиг.2.

Исследование механических и физических характеристик композитного материала в зависимости от количества вводимого пластификатора МСЭ было проведено на составе, содержащем 50 мас.ч. древесного наполнителя (сосновых опилок) от общей массы смеси. С введением пластификатора происходит снижение вязкости связующего и улучшаются условия переработки состава.

При 15 мас.ч. пластификатора материал имеет наибольшую плотность (1) и прочность при изгибе (2) и сжатии (3), а также наименьшее водопоглощение (за 2 часа (4), за 24 часа (5)) и набухание по толщине (за 2 часа (6), за 24 часа (7)) (фиг.2). Дальнейшее увеличение количества пластификатора приводит к ухудшению механических и физических характеристик композиции.

Влияние степени наполнения на физико-механические свойства композиции оценивали при содержании МСЭ 15 мас.ч. на составе, содержащем в качестве наполнителя сосновые опилки и асбофрикционные отходы (табл.2).

Таблица 2
Влияние количества наполнителя (опилки + АФО) на физико-механические свойства эпоксидно-древесной композицииКол-во наполнителя, % от общей массыσ_изг, МПаσ_сж, МПаПлотность, кг/м³Водопоглощение по массе, %Набухание по толщине, %После 2-х часовПосле 24-х часовПосле 2-х часовПосле 24-х часов602,6811,327409,9221.830,261,58650,895,3661416,7269,61,124,72700,422,9853535,77120,791,214,13800,241,6746075,8131,733,685,13

Наилучшие показатели имеет композиция при количестве наполнителя 60 мас.ч., поэтому оптимальное соотношение сосновых опилок и резиновой крошки для изобретения определено на составе, содержащем 60% наполнителя (табл.3).

Таблица 3
Влияние соотношения наполнителей (сосновые опилки и резиновая крошка) на физико-механические свойства эпоксидно-древесной композицииСоотношение масс наполнителейσ_изг, МПаσ_сж, МПаПлотность, кг/м³Водопоглощение по массе, %Набухание по толщине, %После 2-х часовПосле 24-х часовПосле 2-х часовПосле 24-х часов0,53,98-98111,5613,231,391,7313,23-82416,2628,81,192,542,21,513,936049,5521,860,201,5651,042,7156816,8336,820,9322,792

Проведенные исследования показали, что использование в составе эпоксидной композиции сосновых опилок и резиновой крошки в качестве наполнителя позволяет заменить традиционные наполнители, специально выпускаемые промышленностью, без ухудшения эксплуатационных свойств материала.

Из приведенных данных видно, что наилучшим комплексом физико-механических показателей обладает состав, содержащий 15 ч. по массе пластификатора МСЭ и 60 ч. по массе наполнителя при соотношении по массе сосновых опилок и резиновой крошки 1:2.

В связи с тем, что изобретение используется в качестве покрытия для ДСП и при восстановлении поврежденных участков элементов деревянных конструкций, для оптимального состава была исследована адгезия к древесно-стружечным плитам и древесине, а также влияние воды на прочность композиции. Для древесно-стружечных плит, покрытых данным составом, было исследовано падение прочности при изгибе, набухание и водопоглощение за 24 часа замачивания (табл.4)

Таблица 4
Физико-механические характеристики эпоксидно-древесной композиции№ п/пПоказательЗначение1Разрушающее напряжение, МПа, при: - сжатии7,30- поперечном изгибе5,372Модуль упругости при сжатии, МПа в направлении прессования56,9в направлении перпендикулярном прессованию120,73Плотность, кг/м³1000±504Адгезия, МПа
к ДСП
к древесине 
1,77
4,585Остаточная прочность, %, после воздействия воды в течение
- 2 часов
- 24 часов
- 168 часов
- 672 часов 
 
100
100
83,6
766Водопоглощение по массе, %, за
- 2 часа
- 24 часа
- 168 часов
- 672 часа 
11,56
13,23
31,16
31,187Набухание по толщине, %. за
- 2 часа
- 24 часа
- 168 часов
- 672 часа 
1,39
1,73
2,36
4,458Коэффициент линейного термического расширения α×10, град^-13,139Остаточная прочность при изгибе ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, %
2,9
3,7
4,5
6,0 
65
68
65
7310То же, для ДСП без покрытия, %29,511Водопоглощение по массе ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, % 2,926,53,720,64,523,66,020,112То же, для ДСП без покрытия, %65,8

Продолжение таблицы 4.12313Набухание по толщине ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, %
2,9
3,7
4,5
6,0 
3,54
2,13
5,11
3,2814То же, для ДСП без покрытия, %2115Остаточная твердость, МПа, ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, %
2,9
3,7
4,5
6,0 
84,1
72,8
81,1
88,0

При исследовании адгезии к ДСП разрушение образцов происходило по древесно-стружечной плите, а к древесине - по клеевому шву. Как видно из таблицы 4, применение покрытия для ДСП позволяет существенно увеличить водостойкость материала даже при минимальной толщине покрытия по сравнению с непокрытой древесно-стружечной плитой. Так, остаточная прочность у ДСП с покрытием после 24 часов замачивания выше в 2 раза, а водопоглощение и набухание ниже в 3 и 5 раз соответственно. Результаты показывают, что покрытие выполняет роль обоймы, ограничивая доступ воды и набухание плиты, что повышает несущую способность конструкции. Еще одна функция покрытия заключается в том, что оно препятствует выделению свободного фенола из древесно-стружечной плиты, что снижает ее экологическую опасность.

Авторами предлагается следующий состав эпоксидно-древесной композиции, ч. по массе:

- эпоксидная смола ЭД-20 - 100;

- отвердитель ПЭПА - 10;

- пластификатор (маточная смола эпоксидная МСЭ-1) - 15;

- наполнитель (сосновые опилки) - 62,5;

- наполнитель (резиновая крошка) - 125.

Предлагаемая эпоксидно-древесная композиция обладает:

- хорошими физико-техническими характеристиками;

- экологической безопасностью;

- позволяет применять отходы производства.

Изобретение относится к получению эпоксидно-древесной композиции, используемой в строительстве в качестве водостойкого покрытия для древесных плит и ДСП, а также при восстановлении поврежденных участков элементов деревянных конструкций. Композиция включает следующее содержание компонентов, в мас.ч.: 100 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 10 полиэтиленполиамина в качестве аминного отвердителя, 15 пластификатора, в качестве наполнителей - 125 резиновой крошки - отходов производства резинотехнических изделий и 62,5 сосновых опилок. В качестве пластификатора используют маточную эпоксидную смолу - отходы производства эпоксидных смол. Изобретение позволяет увеличить водостойкость, получить композицию, препятствующую выделению свободного фенола из древесно-стружечной плиты, и обладающую высокими эксплуатационными свойствами. 4 табл., 2 ил.

Эпоксидно-древесная композиция для покрытия древесины и ДСП, включающая эпоксидно-диановую смолу ЭД-20, полиэтиленполиамин в качестве аминного отвердителя, наполнители и пластификатор, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора композиция содержит маточную эпоксидную смолу - отходы производства эпоксидных смол, в качестве наполнителей - сосновые опилки и резиновую крошку - отходы производства резинотехнических изделий, при следующем содержании компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола ЭД-20100Полиэтиленполиамин10Вышеуказанный пластификатор15Резиновая крошка125Сосновые опилки62,5