ТРУДНОСГОРАЕМЫЙ ВОЛОКНИСТЫЙ НАПОЛНИТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК C08L97/02 C08K3/32 

Изобретение относится к производству экологически чистого антимикробного трудносгораемого волокнистого наполнителя мокрым способом формирования из отходов переработки льняного сырья и может быть использовано для изготовления трудносгораемого, антимикробного, теплоизоляционного материала.

Известен состав для изготовления трудносгораемого теплоизоляционного материала из отходов переработки древесного сырья (Пат. 2096432, РФ, МПК С08L 97/02, В27N 3/03, опубл. 11.20.97), содержащий (масс.%):

Шлам4,27-7,30Скоп0,16-3,20Опилки0,20-3,12Гидрофобизатор0,13-0,19Древесно-волокнистая масса0,20-3,12Диаммонийфосфат0,83-1,25Вода90,7-91,2

Сырьевую смесь получают по следующей технологии: шлам, скоп, ДВМ, гидрофобизатор и диаммонийфосфат смешивают в водной среде в вышеизложенных отношениях. При этом шлам, скоп, опилки, ДВМ и гидрофобизатор образуют суспензию, а диаммонийфосфат (антипирен) переходит в раствор. После тщательного перемешивания проводят отлив сырьевой смеси на сетке пресс-формы, обезвоживание под вакуумом и дополнительное прессование с удалением жидкой фазы. Полученный влажный материал в виде плиты изымают из пресс-формы и сушат. Материал имеет толщину 8-16 мм и размер 40×50 см.

Известный состав позволяет получать по экологически чистой технологии трудносгораемый теплоизоляционный материал. Однако следует отметить, что в процессе удаления жидкой фазы из сырьевой смеси диаммонийфосфат переходит в соль в виде твердых частиц, которые закрепляются только внутри структуры материала за счет его прессования. Готовый материал - плита обладает высокой плотностью (450-500 кг/м³) из-за незначительного содержания в нем пор (иначе будет наблюдаться осыпание кристаллов антипирена), что отрицательно сказывается на его теплоизоляционных свойствах, так как коэффициент теплопроводности дерева составляет 0,16-0,25, а воздуха - 0,0226 Вт/м·К (БСЭ. М., 1976, т.25, с.456). Образцы материала с плотностью ниже 400 кг/м³ имеют сравнительно высокую потерю массы, т.е. не являются трудносгораемыми. Использование материала, полученного на основе известного состава, приводит к увеличению массы строительной конструкции, а также возможно в процессе хранения и/или эксплуатации его разрушение под воздействием живых организмов (например, грызунов, жучков, микробов и др.).

Техническим результатом изобретения является получение волокнистого наполнителя с одновременным приданием антимикробных, теплоизоляционных и трудносгораемых свойств за счет нанесения диаммонийфосфата на волокнистую массу из короткого льняного волокна, покрытую хитозаном с сохранением его пористой структуры.

Поставленная задача достигается тем, что трудносгораемый волокнистый наполнитель на основе целлюлозосодержащего материала с закрепленным на нем диамммонийфосфатом состоит из льняной волокнистой массы с характеристиками:

номер волокна2содержание костры8-12 масс.%длина волокна50-80 ммплотность массы200-300 кг/м³теплопроводность0,04-0,06 ккал/ м·ч·град

покрытой хитозаном, на поверхности которой закреплены частицы диаммонийфосфата в количестве 8-32 масс.% от льняной волокнистой массы.

Количество хитозана составляет 0,1-0,3 масс.% от льняной волокнистой массы.

На фиг.1 представлена общая схема волокнистого наполнителя с хаотическим расположением льноволокон (1), на поверхности которых расположен хитозан (2), а на нем закреплены частицы диаммонийфосфата (3).

На фиг.2 представлена схема одиночного льняного волокна, поверхность которого покрыта хитозаном (2) с закрепленными на нем частицами диаммонийфосфата (3).

На фиг.3 представлено изображение волокнистого наполнителя, где 1 - льноволокно, на котором расположен хитозан (2) с диаммонийфосфатом (3), 4 - костра (увеличение в 128 раз).

На фиг.4 представлено изображение одиночного льняного волокна (1), поверхность которого покрыта хитозаном (2) с закрепленными на нем частицами диаммонийфосфата (3) (увеличение в 640 раз).

Волокнистый наполнитель получали из льняного короткого волокна (ГОСТ 9394-76) с засоренностью (содержание костры) 24-28 масс.% и длиной волокна 100 мм путем изготовления прочеса на полупромышленной щипальной машине марки ЩМ-50 с содержанием костры 8-12 масс.%, длиной волокна 50-80 мм и плотностью 200-300 кг/м³. Далее волокнистый прочес толщиной 30-50 мм (фиг.1) с хаотическим расположением волокон с целью дальнейшего закрепления на его поверхности антипирена - диаммонийфосфата пропитывали 1,0-1,5% в 2% уксусно-кислом водном растворе хитозана при комнатной температуре в течение 2-3 мин на полупромышленном стенде со скоростью 1-3 м/мин. Избыток раствора снимали с помощью ракли с зазором, равным толщине прочеса, и затем во влажном состоянии пропитывали 16-20% водным раствором диаммонийфосфата с удалением избытка раствора в жале валов с зазором, равным толщине прочеса, с последующей конвекционной сушкой при температуре 100-110°С. Получали волокнистый наполнитель в виде непрерывного пористого полотна шириной 100 см, толщиной 30-50 мм и плотностью 210-320 кг/м³, содержащий 0,1 -0,3 масс.% хитозана на поверхности льняного полотна (фиг.1, 2; поз.2) и 8-30 масс.% диаммонийфосфата в виде частиц на поверхности хитозана (фиг.1, 2; поз.3).

Хитозан обладает комплексом уникальных физиологических и экологических свойств, заложенных самой природой в его структуре, таких как биосовместимость, биодеструкция, антимикробные, противовирусные и бактерицидные свойства (Хитин и хитозан. Под ред. акад. К.Г.Скрябина. М., «Наука». 2002). В работе использовали вторичное сырье - имеющиеся в достаточном количестве отходы хитозана при переработке панцырьевых (крабов, раков и др.) в пищевой промышленности.

Введение природного биополимера животного происхождения хитозана в состав наполнителя для получения трудносгораемого волокнистого наполнителя, кроме придания последнему антимикробных, противовирусных, бактерицидных свойств, позволило получить пористый материал с равномерно распределенным в его структуре хитозаном и соответственно равномерно распределенными и закрепленными на поверхности хитозана частицами диаммонийфосфата. Благодаря введению в наполнитель хитозана оказалось возможным использование короткого льняного волокна с высоким содержанием костры ввиду того, что макромолекулы хитозана способны обволакивать сравнительно гладкую поверхность костры ввиду их близкой химической природы (оба относятся к химическому классу полисахаридов), на которой затем закрепляются частицы диаммонийфосфата.

Таким образом, дополнительное введение хитозана в структуру льняного волокнистого прочеса способствовало увеличению числа замкнутых пор, созданию антимикробного трудносгораемого волокнистого наполнителя с достаточно прочной пористой структурой и обеспечивающего получение строительных материалов и изделий с теплоизоляционными свойствами, основной особенностью которых является их малая теплопроводность, обусловленная высокопористой структурой и малым объемным весом (БСЭ, М., 1967, с.67).

В качестве антипирена использовали широко доступный, относительно дешевый и нетоксичный диаммонийфосфат.

Примеры получения волокнистого наполнителя и его свойства.

Пример 1.

Из льняного короткого волокна (ГОСТ 9394-76) с засоренностью (содержание костры) 24-28 масс.% и длиной волокна 100 мм на щипальной машине готовили волокнистый прочес с засоренностю 8-12 масс.% и одновременным уменьшением длины льноволокна до 50-80 мм. Далее прочес толщиной 30 мм и плотностью 200 кг/м³ пропитывали (импрегнировали) 1,0% водным раствором хитозана при комнатной температуре в течение 3 мин, а затем прочес во влажном состоянии пропитывали 16% водным раствором диаммонийфосфата со скоростью 1 м/мин при комнатной температуре в течение 3 мин с последующей подачей на перфорированном транспортере влажного волокнистого наполнителя в камеру для конвекционной сушки при температуре 110°С. Получали волокнистый наполнитель в виде непрерывного пористого полотна толщиной 30 мм, плотностью 210 кг/м³ и содержанием соответственно хитозана - 0,15 масс.% и диаммонийфосфата - 12 масс.%. Наполнитель не горит при воздействии открытого огня более 20 с.

Примеры 1-15 по получению волокнистого наполнителя и его свойства приведены в таблице, примеры 16-17 являются контрольными.

Экологически чистый наполнитель может длительное время храниться без повреждения живыми организмами. При производственной необходимости (например, транспортировке) возможно изменение его формы (уплотнение) ввиду прочного закрепления диаммонийфосфата на его поверхности. Для транспортировки волокнистый наполнитель длиной 35 м и шириной 100 мм сворачивают в рулон с одновременным уплотнением по толщине до 20-25 мм. С использованием наполнителя получают облегченные строительные конструкции (ГОСТ 16381-77 на объемную массу, которая не должна превышать 500 кг/м³. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Классификация и общие требования) с высокими теплоизоляционными свойствами, коэффициент теплопроводности по всем примерам находится в пределах 0,04-0,06 ккал/м·ч·град. (Л.М.Факторович. Краткий справочник по тепловой изоляции. Изд. нефтяной и горно-топливной литературы. Л., 1962).

Материал обладает антимикробными свойствами, трудносгораемый (в открытом пламени не горит, но со временем слегка обугливается).

Изобретение относится к производству экологически чистого антимикробного трудносгораемого волокнистого наполнителя мокрым способом формирования из отходов переработки льняного сырья и может быть использовано для изготовления трудносгораемого, антимикробного, теплоизоляционного материала. Поставленная задача достигается тем, что трудносгораемый волокнистый наполнитель на основе целлюлозосодержащего материала с закрепленным на нем диаммонийфосфатом состоит из льняной волокнистой массы с характеристиками:

номер волокна2содержание костры8-12 масс.%длина волокна50-80 ммплотность массы 200-300 кг/м³теплопроводность0,04-0,06 ккал/м·ч·град

покрытой в количестве 0,1-0,3 мас.% от льняной волокнистой массы хитозаном, на поверхности которой закреплены частицы диаммонийфосфата в количестве 8-32 масс.% от льняной волокнистой массы. 4 ил., 1 табл.

Трудносгораемый волокнистый наполнитель на основе целлюлозосодержащего материала с закрепленным на нем диаммонийфосфатом, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащего материала используют льняную волокнистую массу с характеристиками

номер волокна2содержание костры8-12 мас.%длина волокна50-80 ммплотность массы200-300 кг/мтеплопроводность0,04-0,06 ккал/м ч град,

покрытую в количестве 0,1-0,3 мас.% от льняной волокнистой массы хитозаном, на поверхности которого закреплены частицы диаммонийфосфата в количестве от 8 до 32 мас.% от льняной волокнистой массы.