Сырьевая смесь для производства облицовочных композитных изделий Российский патент 2018 года по МПК C04B18/16 C04B26/02 C04B111/20 

Описание патента на изобретение RU2672285C1

Изобретение относится к технологии строительных композитных изделий и может быть использовано в производстве изделий для наружной и внутренней облицовки стен, стеновых панелей, цоколей зданий и сооружений.

Известен способ производства композитных строительных изделий [1], по которому подробленные бытовые отходы полимерных материалов и карбонатного наполнителя фракцией до 5 мм засыпают в экструдер, где они с помощью многосекционного шнека перемешиваются с расплавленным полимером и в виде однородной массы поступают в экструзионную головку. Проэкструдированный под давлением 50-80 кг⋅с/см2 через формующую головку экструдат разрезают на изделия и охлаждают. В качестве карбонатного наполнителя используют отходы камнепиления и переработки известняков-ракушечников или нуммулитовых известняков и/или отходы дробления и переработки известняковых пород на щебень фракцией до 5 мм.

Недостатком состава из известного способа является непостоянство минерального и гранулометрического составов наполнителя, что приводит к нестабильности свойств изделий. Другим недостатком является низкая прочность изделий на основе состава из известного способа (5-15 МПа).

Известен способ переработки полимерных отходов с получением строительного материала [2], по которому несортированные отходы термопластичных полимеров - ПЭНД, ПЭВД в количестве 10-50 мас. %. Отходы предварительно измельчают. Смешивают с глиной влажностью 8-12%. Формуют и прессуют изделие при удельном давлении 10 МПа. Полученный материал высушивают при комнатной температуре до постоянного веса и подвергают температурной обработке. Скорость подъема температуры составляет 20°С/мин, продолжительность выдержки при температуре плавления полимера - 90-180 мин в зависимости от габаритов изделия.

Недостатком состава из известного способа является сложность переработки, связанная с длительностью процесса сушки из-за использования глины с высокой начальной влажностью, а также нестабильность состава отходов по причине отсутствия сортировки и одновременного применения ПЭНД и ПЭВД. Другими недостатками являются невысокая прочность на сжатие (9,11-10,76 МПа) и высокое водопоглощение (6,21-6,03), свидетельствующее о низкой морозостойкости, при содержании отходов термопластичных полимеров в количестве 10-20 мас. %. Дополнительным недостатком является высокая энергоемкость процесса.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является сырьевая смесь для производства строительных композитных изделий, которая в качестве наполнителя содержит минеральное сырье с удельной поверхностью 500-2500 см2/г, содержащее отходы металлургических производств, в т.ч. доменные гранулированные шлаки, или отходы очистки морских и речных судов, а в качестве связующего содержит вторичный полимерный материал, состоящий из бытовых и производственных отходов полимерных материалов, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: вторичный полимерный материал 30,0-45,0; минеральное сырье 55,0-70,0.

Недостатками указанной сырьевой смеси являются низкие прочность на сжатие и морозостойкость при высоком для облицовочных материалов водопоглощении у изделий, полученных при содержании вторичного полимерного материала менее 30 мас. %. Получение изделий с достаточными для облицовочных материалов свойствами при содержании вторичного полимерного материала от 35 до 45 мас. % и высокой удельной поверхности минерального сырья повышает себестоимость производства. Еще одним недостатком указанной сырьевой смеси является нестабильность химического и гранулометрического составов наполнителя и связующего, что приводит к нестабильности эксплуатационных свойств получаемых из них композитных изделий. Кроме того, получение минерального наполнителя с удельной поверхностью 500-2500 см2/г является длительной и энергоемкой задачей.

Техническими задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, является повышение прочности на сжатие и морозостойкости при снижении водопоглощения до уровня, соответствующего требованиям для облицовочных материалов, при содержании вторичного полимерного материала менее 30 мас. % и понижении удельной поверхности минерального сырья, что существенно снизит энергоемкость и себестоимость производства. Дополнительно необходимо повысить стабильность химического и гранулометрического составов компонентов сырьевой смеси.

Поставленная задача решается за счет перевода вторичного полимерного сырья в жидкое состояние при помощи растворителя с последующей термообработкой при температуре кипения растворителя и при помощи замены наполнителя по известному способу на кирпичный бой, в частности рядового керамического кирпича, с удельной поверхностью 50-160 см2/г. В данном изобретении предлагается использовать отходы пенополистирола в качестве вторичного полимерного сырья и четыреххлористый углерод чистый по ГОСТ 20288-74 в качестве растворителя. Использование кирпичного боя и пенополистирола в качестве компонентов сырьевой смеси обосновано достаточно большими объемами отходов из этих материалов. Также использование по одному виду наполнителя и связующего повысит стабильность свойств композитных изделий.

Перевод вторичного полимерного сырья в жидкое состояние растворением имеет преимущества перед плавлением, так как позволяет снизить температуру последующей термообработки за счет того, что температура кипения растворителя (для четыреххлористого углерода чистого составляет 76,72°С) значительно ниже температуры плавления вторичного полимерного сырья (для пенополистирола составляет 270°С). Кроме того, растворение вторичного полимерного сырья вместо плавления позволяет избежать его термодеструкции в случае превышения температурно-временного режима. Дополнительными преимуществами применения раствора связующего являются возможность проводить предварительное измельчение вторичного полимерного сырья до более крупных размеров частиц, что снижает энергоемкость процесса измельчения, а также позволяет достичь более высокой однородности сырьевой смеси при перемешивании минерального сырья с раствором связующего.

При использовании кирпичного боя в качестве минерального сырья, выполняющего роль наполнителя в композитном материале, он впитывает в себя часть раствора связующего, что дополнительно повышает прочность и морозостойкость материала при снижении водопоглощения за счет пропитывания частиц наполнителя связующим.

Выбор содержания компонентов в сырьевой смеси также направлен на достижение поставленных технических задач.

При содержании пенополистирола в сырьевой смеси в количестве менее 12 мас. % он не является эффективным связующим, и получаемый композитный материал обладает низкой прочностью и высоким водопоглощением, грани образцов осыпаются. При содержании пенополистирола свыше 20 мас. % прочностные характеристики композитного материала продолжают незначительно повышаться, начинается снижение морозостойкости и происходит снижение водопоглощения до значения менее 2%, являющегося минимальным значением по требованиям ГОСТ 13996-93.

Четыреххлористый углерод чистый вводится в состав сырьевой смеси в количестве, которое зависит от содержания пенополистирола, должно обеспечивать растворение полимерных отходов и вязкость раствора связующего, достаточную для эффективного перемешивания и формования без преждевременного затвердевания. При соотношении пенополистирол: четыреххлористый углерод чистый менее 1:1,3 получаемый раствор связующего обладает слишком высокой вязкостью и быстро переходит в твердое состояние, что затрудняет переработку сырьевой смеси в изделие. При соотношении пенополистирол: четыреххлористый углерод чистый более 1:1,6 в получаемом растворе связующего наблюдается недостаток пенополистирола, что приводит к излишней текучести сырьевой смеси при переработке и не позволяет достичь требуемых значений свойств композитного материала.

Обоснованность и преимущества заявляемого изобретения основаны на измерении физико-механических и эксплуатационных показателей с различным содержанием кирпичного боя (от 51 до 71 мас. %), пенополистирола (от 12 до 20 мас. %) и четыреххлористого углерода чистого (от 17 до 29 мас. %).

Предпочтительна реализация заявляемого изобретения по следующей технологии: предварительно измельченные отходы пенополистирола смешивают с четыреххлористым углеродом чистым, а полученный раствор связующего смешивают с предварительно измельченным до удельной поверхности 50-160 см2/г кирпичным боем. Полученную сырьевую смесь формуют при удельном давлении 8 МПа с последующей термообработкой при температуре 85-90°С в течение 45-90 мин в зависимости от габаритов изделия и содержания раствора связующего в нем.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами:

1. К 12 мас. % пенополистирола добавляют 17 мас. % четыреххлористого углерода чистого, смешивают полученный раствор связующего с 71 мас. % кирпичного боя и получают материал по указанной выше технологии;

2. К 14 мас. % пенополистирола добавляют 20 мас. % четыреххлористого углерода чистого, смешивают полученный раствор связующего с 66 мас. % кирпичного боя и получают материал по указанной выше технологии;

3. К 16 мас. % пенополистирола добавляют 23 мас. % четыреххлористого углерода чистого, смешивают полученный раствор связующего с 61 мас. % кирпичного боя и получают материал по указанной выше технологии;

4. К 18 мас. % пенополистирола добавляют 26 мас. % четыреххлористого углерода чистого, смешивают полученный раствор связующего с 56 мас. % кирпичного боя и получают материал по указанной выше технологии;

5. К 20 мас. % пенополистирола добавляют 29 мас. % четыреххлористого углерода чистого, смешивают полученный раствор связующего с 51 мас. % кирпичного боя и получают материал по указанной выше технологии;

Свойства материалов, полученных с использованием известного (при содержании вторичного полимерного материала 30-35 мас. %) и предлагаемого составов, приведены в таблице 1.

Источники информации

1. Патент №2629033, кл. С04В 18/04, 2017

2. Патент №2327712, кл. C08J 11/06; C08L 23/06; С04В 14/10, 2008

3. Патент на изобретение №2628116, кл. С04В 26/02; С04В 28/00; С04В 18/04, 2016

Похожие патенты RU2672285C1

название год авторы номер документа
Сырьевая смесь для производства облицовочных полимерных композитных изделий 2018
  • Торлова Анастасия Сергеевна
  • Виткалова Ирина Андреевна
  • Пикалов Евгений Сергеевич
  • Селиванов Олег Григорьевич
RU2698352C1
Сырьевая смесь для получения облицовочных минерально-полимерных материалов 2023
  • Филиппова Любовь Сергеевна
  • Акимова Анастасия Сергеевна
  • Пикалов Евгений Сергеевич
RU2813002C1
Сырьевая смесь для получения облицовочных полимерных композиционных материалов 2022
  • Филиппова Любовь Сергеевна
  • Акимова Анастасия Сергеевна
  • Пикалов Евгений Сергеевич
RU2792476C1
Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных древесно-полимерных композиционных материалов 2018
  • Колосова Анастасия Сергеевна
  • Сокольская Мария Константиновна
  • Пикалов Евгений Сергеевич
  • Селиванов Олег Григорьевич
RU2690826C1
Сырьевая смесь для изготовления древесно-полимерных теплоизоляционных материалов 2021
  • Колосова Анастасия Сергеевна
  • Пикалов Евгений Сергеевич
RU2775386C1
Керамическая смесь для изготовления строительных изделий 2018
  • Колосова Анастасия Сергеевна
  • Сокольская Мария Константиновна
  • Пикалов Евгений Сергеевич
  • Селиванов Олег Григорьевич
RU2698369C1
Сырьевая смесь для производства строительных композитных изделий 2016
  • Федоркин Сергей Иванович
  • Любомирский Николай Владимирович
  • Дядичев Валерий Владиславович
  • Бахтин Александр Сергеевич
  • Дядичев Александр Валерьевич
RU2628116C1
Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных полимерных композиционных материалов 2021
  • Павлычева Елизавета Андреевна
  • Пикалов Евгений Сергеевич
RU2772611C1
Способ переработки полимерных отходов и стекольного боя с получением облицовочных и отделочных материалов 2017
  • Виткалова Ирина Андреевна
  • Торлова Анастасия Сергеевна
  • Пикалов Евгений Сергеевич
  • Селиванов Олег Григорьевич
RU2679017C1
КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КИРПИЧА 2023
  • Шаманов Виталий Альбертович
  • Волосатова Ксения Андреевна
  • Батракова Галина Михайловна
  • Панькова Екатерина Илдусовна
  • Вахрушев Александр Павлович
RU2816936C1

Реферат патента 2018 года Сырьевая смесь для производства облицовочных композитных изделий

Изобретение относится к технологии строительных композитных изделий и может быть использовано в производстве изделий для наружной и внутренней облицовки стен, стеновых панелей, цоколей зданий и сооружений. Сырьевая смесь для производства строительных композитных изделий включает, мас.%: кирпичный бой с удельной поверхностью 50-160 см2/г 51-71, раствор отходов пенополистирола в четыреххлористом углероде чистом в соотношении пенополистирол : четыреххлористый углерод от 1:1,3 до 1:1,6, остальное. Технический результат – повышение прочности на сжатие и морозостойкости, снижение водопоглощения до уровня, соответствующего требованиям для облицовочных материалов, утилизация отходов. 1 табл., 5 пр.

Формула изобретения RU 2 672 285 C1

Сырьевая смесь для производства строительных композитных изделий, включающая в качестве наполнителя минеральное сырье, в качестве связующего вторичный полимерный материал, отличающаяся тем, что в качестве минерального сырья используется кирпичный бой с удельной поверхностью 50-160 см2/г, в качестве связующего применяется раствор отходов пенополистирола в четыреххлористом углероде чистом в соотношении пенополистирол: четыреххлористый углерод от 1:1,3 до 1:1,6 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кирпичный бой 51-71; раствор отходов пенополистирола в четыреххлористом углероде чистом остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2672285C1

Сырьевая смесь для производства строительных композитных изделий 2016
  • Федоркин Сергей Иванович
  • Любомирский Николай Владимирович
  • Дядичев Валерий Владиславович
  • Бахтин Александр Сергеевич
  • Дядичев Александр Валерьевич
RU2628116C1
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2002
  • Волков Тимофей Геннадьевич
  • Арбузов Вячеслав Васильевич
  • Королев Евгений Валерьевич
  • Прошин Анатолий Петрович
RU2269496C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА 2007
  • Попов Савва Николаевич
  • Буренина Ольга Николаевна
  • Даваасенге Сардана Суреновна
RU2327712C1
Способ производства композитных строительных изделий 2016
  • Федоркин Сергей Иванович
  • Любомирский Николай Владимирович
  • Дядичев Валерий Владиславович
  • Дядичев Александр Валерьевич
RU2629033C1
СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2000
  • Алимов Л.А.
  • Воронин В.В.
  • Головин Н.Г.
  • Забегаев А.В.
RU2164901C1
СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ 2004
  • Якимов Виктор Иванович
  • Петров Виктор Викторович
  • Дмитриев Эдуард Анатольевич
  • Марьин Борис Николаевич
  • Паниван Владимир Петрович
  • Иванов Юрий Леонидович
  • Якимов Антон Викторович
  • Захарова Наталья Владимировна
  • Муравьев Василий Илларионович
RU2288804C2
Способ автоматической электродуговой наплавки твердым сплавом быстроизнашивающихся деталей 1948
  • Тимофеев В.И.
SU77338A1
WO 1993025609 A, 23.12.1993.

RU 2 672 285 C1

Авторы

Торлова Анастасия Сергеевна

Виткалова Ирина Андреевна

Пикалов Евгений Сергеевич

Селиванов Олег Григорьевич

Даты

2018-11-13Публикация

2017-11-20Подача