ЭПОКСИДНО-ДРЕВЕСНАЯ КОМПОЗИЦИЯ С ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОПОЛИСТИРОЛА Российский патент 2008 года по МПК C09D163/02 B27N3/02 C04B111/27 

Изобретение используется в строительстве в качестве плитного теплоизоляционного материала.

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 сосновых опилок и пенополистирольной крошки. 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. Схема получения эпоксидно-древесной композиции представлена на чертеже.

За аналог принимались пенополистирольные плиты, изготавливаемые беспрессовым способом из суспензионного вспенивающегося полистирола с добавкой или без добавки антипирена, предназначенные для тепловой изоляции в качестве среднего слоя строительных ограждающих конструкций и промышленного оборудования (ГОСТ 15588-86. Плиты пенополистирольные. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 12 с.). Данный материал обладает низкой механической прочностью и долговечностью.

За прототип 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. Недостатком данного материала является его высокая теплопроводность.

Была поставлена техническая задача разработать экологически безопасный древесный композит с использованием отходов пенополистирола, предназначенный для теплоизоляции и обладающий высокими эксплуатационными свойствами.

Данная техническая задача достигается тем, что в качестве связующего использовали эпоксидно-диановую смолу марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), а в качестве наполнителя - сосновые опилки и пенополистирольную крошку. Отверждение производили при помощи полиэтиленполиамина (ПЭПА) (ТУ 2413-357-00203447-99) при комнатной температуре и атмосферном давлении. Пенополистирольную крошку получают дроблением отходов при замене теплоизоляционного покрытия трубопроводов, промышленного оборудования, холодильных установок, утеплителей стеновых панелей, покрытия зданий, бракованных теплоизоляционных плит. Гранулометрический состав наполнителей определялся как остаток на ситах размером, мм, в % и составил соответственно сосновых опилок: 2,5:1,25:0,63:0,315:0,14:0=15:7:34:31:4:9 и для пенополистирольной крошки 2,5:1,25:0,63:0,315=43:41:12:4.

Так как пенополистирольная крошка имеет малый объемный вес, то подбор соотношения наполнителей производили по объему, приняв количество связующего 62-66% от общей массы композиции. Физико-механические свойства композиций указаны в табл.1 (составы №1-3). При данном количестве связующего все составы имеют достаточно высокую прочность и водостойкость, однако при увеличении количества пенополистирольной крошки прочность композиции снижается.

Судя по виду плоскости разрушения, можно сделать вывод о том, что адгезионное взаимодействие частиц наполнителей и связующего выше, чем прочность частиц пенополистирола при разрыве, что и обуславливает снижение прочности композиции при увеличении содержания пенополистирола.

Таблица 1Физико-механические характеристики эпоксидно-древесных композицийСостав №Соотношение наполнителей, об.ч.Содержание связующего % от общей массыПредел прочности, МПаПлотность, кг/мТеплопроводность, Вт/м·KВодопоглощение, %, послеНабухание по толщине, %, послеОстаточная прочность, %, послепри изгибепри сжатии2 часов24 часов2 часов24 часов2 часов24 часов1234567891011121313:162,44,514,90587-12,823,4-0,9-7822,5:163,35,718,48585-7,213,2-1,0-7831:166,15,9413,16670-6,89,10,30,7--41:159,54,92-697-24,339,42,23,1-8551:153,82,643,39525-50,968,31,41,9-6161:148,32,342,524870,14264,481,81,31,8-6471:140,91,48-3640,1198,3116,83,44,7736782,5:144,71,501,253470,07876,382,73,13,88973

Следует также отметить, что при увеличении содержания древесного наполнителя происходит рост плотности и набухания по толщине, а также снижение водопоглощения. Остаточная прочность при поперечном изгибе после 24-х часового выдерживания в воде высока и составляет 78-83% от начальной.

С целью снижения плотности композиции, а следовательно, улучшения теплотехнических свойств, получены ряд составов с уменьшенным содержанием связующего при фиксированном соотношении наполнителей (1:1 объемных частей). Физико-механические свойства композиций указаны в табл.1 (составы №3-7). Из таблицы видно, что при уменьшении количества связующего происходит снижение плотности, теплопроводности и механической прочности, и значительно увеличиваются водопоглощение и набухание. Так водопоглощение увеличивается с 9 до 117% при уменьшении связующего с 66,1 до 40,9% общей массы. Исходя из этого был получен материал с соотношением пенополистирольной крошки и сосновых опилок 2,5:1 об. частей и содержанием связующего 44,7% от общей массы композиции (состав №8). Полученный материал обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, достаточной механической прочностью и водостойкостью.

На основании полученных результатов был выбран оптимальный состав с соотношением пенополистирольной крошки и древесных опилок 2,5:1 об. частей и содержанием связующего 44,7% общей массы композиции. Физико-механические характеристики эпоксидно-древесной композиции с пенополистирольной крошкой представлены в табл.2.

Таблица 2Физико-механические характеристики эпоксидно-древесной композиции№ п/пПоказательЗначение1Разрушающее напряжение, МПа, при: - сжатии (при 10% деформации)1,25- поперечном изгибе1,502Модуль упругости при сжатии, МПа - в направлении прессования14,4- в направлении, перпендикулярном прессованию8,03Плотность, кг/м³340±204Теплопроводность, Вт/м·K, при 20°С0,0785Остаточная прочность, %, после воздействия воды в течение - 2 часов88,8- 24 часов72,86Водопоглощение по массе, %, после воздействия воды в течение76,3- 2 часов82,7- 24 часов 7Набухание по толщине, %, после воздействия воды в течение - 2 часов3,05- 24 часов3,808Коэффициент линейного термического расширения α·10^-6, град^-14,69

Результаты показывают, что данную композицию можно применять в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала, причем допустимо кратковременное воздействие на него влажной среды без значительного снижения прочностных показателей. Значение теплопроводности предлагаемой композиции (0,078 Вт/м·K) выше, чем у пенополистирола (0,04-0,06 Вт/м·K), на 30-95%, при этом прочность выше в 3 раза, а долговечность в десятки-сотни раз. Поэтому за весь срок эксплуатации здания (100 лет) пенополистирол в качестве дополнительного утеплителя необходимо будет менять более 10 раз, а предлагаемую композицию 1-2 раза. Отсюда экономический эффект применения прелагаемой композиции очевиден.

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

- эпоксидная смола ЭД-20 - 100;

- отвердитель ПЭПА - 10;

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

- наполнитель (сосновые опилки) - 105;

- наполнитель (пенополистирольная крошка) - 31.

Предлагаемая эпоксидно-древесная композиция обладает:

- хорошими физико-техническими характеристиками;

- экологической безопасностью;

- позволяет применять отходы производства.

Изобретение относится к эпоксидно-древесной композиции, применяемой в строительстве в качестве плиточного теплоизоляционного материала. Композиция включает следующее соотношение компонентов, мас.ч.: 100 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 10 аминного отвердителя полиэтиленполиамина, 15 пластификатора, 31 пенополистирольной крошки и 105 сосновых опилок в качестве наполнителей. В качестве пластификатора используют маточную эпоксидную смолу - отходы производства эпоксидных смол. Используемая в составе пенополистирольная крошка представляет собой отходы производства теплоизоляционных изделий. Изобретение позволяет получить экологически безопасный древесный композит и повысить его физико-механические свойства. 2 табл., 1 ил.

Эпоксидно-древесная композиция для теплоизоляции, 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 пенополистирольную крошку - отходы производства теплоизоляционных изделий при следующем содержании компонентов, мас.ч.:

эпоксидная диановая смола ЭД-20100 полиэтиленполиамин10 вышеуказанный пластификатор15 пенополистирольная крошка31 сосновые опилки105