СПОСОБ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ПАНЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ТАКОЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ПАНЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2022 года по МПК C04B28/00 C04B14/46 C04B16/06 C04B40/00 B28C5/00 C04B111/52 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу вторичной переработки минеральной ваты, способу изготовления акустического панельного элемента и к такому панельному элементу. Более конкретно, изобретение относится к изготовлению акустического панельного элемента в виде геополимерного панельного элемента.

Уровень техники

Элементы, содержащие минеральную вату, могут использоваться для различных целей. Например, элементы, содержащие минеральную вату, могут представлять собой акустические панельные элементы и могут быть выполнены в виде горизонтально располагаемых потолочных плиток, вертикально располагаемых элементов перегородок, настенных элементов или отдельно стоящих экранов. Альтернативно, элементы могут быть выполнены в виде теплоизоляционных элементов.

Минеральная вата может быть стекловатой или каменной ватой.

Использование элементов, содержащих минеральную вату, приводит к образованию значительного количества отходов.

Отходы могут образовываться во время изготовления элементов, содержащих минеральную вату, и могут включать в себя отбракованные элементы или куски, удаленные во время формования элементов.

Отходы также могут образовываться при монтаже системы из элементов, содержащих минеральную вату. Отходы на этой стадии могут содержать куски, удаленные с элементов во время обрезки, или элементы, оставшиеся после завершения установки.

Наконец, отходы могут образовываться по окончании срока службы, при демонтаже системы из элементов, содержащих минеральную вату.

Обычно отходы в виде элементов, содержащих минеральную вату, образующиеся во время изготовления, монтажа или демонтажа по окончании срока службы, сложно утилизировать эффективным образом.

В документе ЕР3085676 раскрыт способ изготовления геополимерных плит с использованием переработанного стекла.

Другой тип хорошо известного панельного элемента - это так называемая цементно-древесноволокнистая плита. Этот тип панельного элемента изготавливают из обычного портландцемента, смешанного с древесной ватой, например, с еловой древесной ватой. Цементно-древесноволокнистая плита обладает теплоизоляционными и звукопоглощающими свойствами, а также устойчивостью к биологическому разложению и возгоранию. Однако некоторые экстрактивные вещества древесины, такие как сахар, могут отрицательно повлиять на схватывание цемента и, таким образом, привести к получению плит с плохими механическими характеристиками. Также, цементно-древесноволокнистая плита оказывает сильное воздействие на окружающую среду, поскольку цементный компонент в плите связан с высоким уровнем выбросов CO₂.

Раскрытие сущности изобретения

Ввиду вышеизложенного, одной из целей настоящего изобретения является обеспечение способа вторичной переработки отходов, представляющих собой элементы, содержащие минеральную вату, образующихся при изготовлении, монтаже или демонтаже после окончания срока службы. Также одной из целей является обеспечение способа изготовления акустических панельных элементов из вторично переработанной минеральной ваты и обеспечение соответствующего акустического панельного элемента.

Для достижения по меньшей мере одной из вышеуказанных целей, а также других целей, что будет очевидно из нижеследующего описания, согласно настоящему изобретению обеспечены акустический геополимерный панельный элемент, обладающий признаками, раскрытыми в пункте 1 формулы изобретения, способ вторичной переработки минеральной ваты, обладающий признаками, раскрытыми в пункте 4 формулы изобретения, и способ изготовления геополимерных акустических панельных элементов, обладающий признаками, раскрытыми в пункте 7 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления будут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения.

Более конкретно, в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечен акустический геополимерный панельный элемент, включающий в себя слой, содержащий волокнистый компонент и геополимерное связующее, содержащее измельченную минеральную вату, при этом акустический панельный элемент имеет плотность в диапазоне от 20 до 400 кг/м³, пористость в диапазоне от 0,75 до 0,99 и толщину в диапазоне от 5 до 75 мм.

Геополимерное связующее содержит измельченную или размолотую минеральную вату, поэтому его можно изготавливать из утилизируемой минеральной ваты.

Используя измельченную или размолотую минеральную вату в геополимерном связующем, можно получить прочный панельный элемент, имеющий низкое воздействие на окружающую среду с низким уровнем выбросов СО₂.

Наличие волокнистого компонента и пористость слоя панельного элемента гарантирует относительно низкую плотность в диапазоне от 20 до 400 кг/м³, что делает панельный элемент применимым в различных системах, например в системе подвесного потолка.

Наличие волокнистого компонента и пористость слоя акустического панельного элемента также ведет к получению продукта, обладающего хорошими звукопоглощающими свойствами.

Согласно одному из вариантов осуществления, минеральная вата может быть стекловатой или каменной ватой.

Согласно другому варианту осуществления, волокнистый компонент, который может быть получен из вторично переработанного материала, может представлять собой компонент из древесного волокна, такой как компонент из древесной ваты, компонент из полимерного волокна, такой как компонент из ПЭТ (полиэтилентерефталат)-волокна, и/или компонент из минеральной ваты. Если используются два или более типов волокон, то эти типы волокон могут иметь существенно отличающиеся диаметры или поперечные сечения волокна, создавая при этом в панельном элементе структуру с двойной пористостью, что улучшает звукопоглощающие свойства.

Согласно еще одному варианту осуществления, геополимерный панельный элемент может включать в себя дополнительный слой, содержащий минеральную вату. Добавляя дополнительный слой к панельному элементу можно улучшить звукопоглощающие свойства панельного элемента. Дополнительный слой может быть выполнен в виде вторично переработанного панельного элемента, содержащего минеральную вату. Дополнительный слой может быть расположен на стороне панельного элемента, соответствующей стороне, которую не будет видно, или задней стороне панельного элемента.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечен способ вторичной переработки минеральной ваты, включающий в себя измельчение элементов, содержащих минеральную вату, для получения порошкового компонента, и смешивание порошкового компонента и щелочного активаторного компонента для получения геополимерной смеси.

Таким образом, обеспечивается улучшенный способ вторичной переработки минеральной ваты. Минеральная вата может быть в виде утилизируемых отходов, образующихся при изготовлении, монтаже или демонтаже после окончания срока службы элементов, содержащих минеральную вату.

Геополимерная смесь может быть активирована в связи с перемешиванием порошкового компонента с щелочным активаторным компонентом, например, путем добавления воды. В качестве неограничивающего примера, воду можно добавлять, разбавляя водой щелочной компонент и затем смешивать порошковый компонент с порошковым компонентом.

Альтернативно, геополимерная смесь до момента использования может храниться в неактивированном состоянии.

Имеющийся поверхностный слой, прикрепленный к элементам, содержащим минеральную вату, может быть удален до шага измельчения элементов. Таким образом, устраняется возможное негативное воздействие материала поверхностного слоя на реакцию между порошковым компонентом и щелочным активаторным компонентом после активации.

Согласно другому варианту осуществления способ может дополнительно включать в себя нейтрализацию любого связующего агента, присутствующего в минеральной вате. Таким образом, устраняется возможное негативное воздействие связующего агента на реакцию между порошковым компонентом и щелочным активаторным компонентом после активации. Нейтрализация может представлять собой процесс промывания или нагревания. Альтернативно, нейтрализация может быть выполнена путем добавления агента, подавляющего негативное воздействие связующего.

Согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения обеспечен способ изготовления геополимерных акустических панельных элементов, при этом способ включает в себя измельчение элементов, содержащих минеральную вату, для получения порошкового компонента, смешивание порошкового компонента с щелочным активаторным компонентом для обеспечения геополимерной смеси, смешивание геополимерной смеси с волокнистым компонентом, формирование из смеси акустических геополимерных панельных элементов и активацию смеси.

Таким образом, обеспечивается улучшенный способ изготовления прочных акустических панельных элементов с низким воздействием на окружающую среду.

Получение порошкового компонента из измельченных или размолотых элементов, содержащих минеральную вату, позволяет использовать утилизируемые отходы, образующиеся во время изготовления, монтажа или демонтажа после окончания срока службы элементов, содержащих минеральную вату.

Порошковый компонент и щелочной активаторный компонент используются для получения геополимерной смеси, позволяющей изготавливать прочные панельные элементы.

Включение волокнистого компонента позволяет получить требуемую плотность панельного элемента, например, в диапазоне от 20 до 400 кг/м³.

Согласно одному из вариантов осуществления, шаг активации геополимерной смеси может выполняться с помощью воды. Массовое отношение между водой и порошковым компонентом может составлять 1:3-4. Воду можно добавлять до, во время или после шага формирования панельных элементов из геополимерной смеси.

Согласно другому варианту осуществления, шаг формирования из геополимерной смеси геополимерных акустических элементов может выполняться как прерывистый процесс формования или как процесс непрерывной подачи.

Согласно еще одному варианту осуществления шаг измельчения элементов, содержащих минеральную вату, можно выполнить так, чтобы порошковый компонент содержал фрагменты волокон минеральной ваты, имеющие среднюю длину волокна в диапазоне от 20 до 150 мкм, более предпочтительно - от 30 до 60 мкм, и среднюю ширину волокна минеральной ваты в диапазоне от 5 до 25 мкм, более предпочтительно - от 5 до 10 мкм.

Минеральная вата может быть в виде каменной ваты или стекловаты.

Согласно еще одному варианту осуществления щелочной активаторный компонент может быть выбран из группы, состоящей из NaOH (гидроксида натрия), К-силиката (силиката калия), K₂CO₃ (карбоната калия), Na-алюмината (алюмината натрия), КОН (гидроксида калия), LiOH (гидроксида лития), Na-силиката (силиката натрия) или СА(ОН)₂(гидроксида кальция).

Согласно еще одному варианту осуществления волокнистый компонент может быть компонентом из древесного волокна, компонентом из полимерного волокна и/или компонентом из минеральной ваты. Волокнистый компонент может быть получен из вторично переработанного материала.

Согласно еще одному варианту осуществления, шаг активации геополимерной смеси может быть выполнен до шага формирования акустических элементов из указанной геополимерной смеси.

В общем, все термины, использованные в формуле изобретения, следует интерпретировать в соответствии с их обычным значением в данной области техники, если в настоящем документе явно не указано иное. Все указания на признак в единственном числе (элемент, устройство, компонент, средство, шаг и т.д.) следует толковать открыто как относящиеся по меньшей мере к одному экземпляру указанного элемента, устройства, компонента, средства, шага и т.д., если явно не указано иное. Шаги любого способа, раскрытого в настоящем документе, необязательно выполнять точно в указанном порядке, если явно не указано иное.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные, а также дополнительные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут лучше поняты из следующего иллюстративного и неограничивающего подробного раскрытия предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, где одинаковые ссылочные позиции будут использованы для аналогичных элементов, на которых:

На фиг. 1 показан в аксонометрии схематический вид геополимерного акустического панельного элемента в соответствии с одним из вариантов осуществления.

На фиг. 2 показана блок-схема, иллюстрирующая способ изготовления геополимерных акустических панельных элементов в соответствии с одним из вариантов осуществления.

Осуществление изобретения

Далее настоящее изобретение будет раскрыто более полно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные на текущий момент варианты осуществления изобретения. Однако это изобретение может быть реализовано во многих различных формах, и его не следует истолковывать как ограниченное вариантами осуществления, изложенными в настоящем документе; скорее, эти варианты осуществления предназначены для обстоятельности и полноты и полностью доводят до специалиста объем изобретения.

Изобретение основано на понимании того, что элементы, содержащие минеральную вату, могут быть вторично переработаны и использованы в качестве компонента при изготовлении акустических геополимерных панельных элементов.

Понятие геополимер, или активируемый щелочью материал, относится к неорганическому материалу, который образует ко валентно связанные некристаллические сети с большой протяженностью.

На фиг. 1 представлен акустический геополимерный панельный элемент 1.

В показанном варианте осуществления панельный элемент 1 содержит две противоположные основные поверхности 2 и четыре боковые поверхности 3, проходящие между двумя противоположными основными поверхностями 2.

Акустический геополимерный панельный элемент 1 можно использоваться в качестве горизонтально располагаемой потолочной плитки, вертикально располагаемого элемента перегородки, настенного элемента или отдельно стоящего экрана.

В показанном варианте осуществления панельный элемент 1 содержит единственный слой.

Слой панельного элемента 1 может иметь плотность в диапазоне от 20 до 400 кг/м³.

Пористость слоя панельного элемента 1 может находиться в диапазоне от 0,75 до 0,99. Пористость ∅, или доля пустот в материале, является мерой пустого пространства в материале и вычисляется как соотношение между объемом пустоты V_v, то есть пустым пространством в материале, и общим объемом материала V_T:

∅=V_V/V_T

Таким образом, пористость составляет долю от 0 до 1, а также может быть выражена в процентах путем умножения указанной доли на 100.

Слой панельного элемента 1 может иметь толщину в диапазоне от 5 до 75 мм.

Слой панельного элемента 1 содержит волокнистый компонент и геополимерное связующее, содержащее измельченную или размолотую минеральную вату.

Минеральная вата может быть получена из повторно переработанных элементов, содержащих минеральную вату в виде стекловаты или каменной ваты.

Измельченную или размолотую минеральную вату в панельном элементе 1 подвергают химической реакции вместе со щелочным активаторным компонентом, получая в результате этого геополимерное связующее.

Волокнистый компонент внедрен в геополимерное связующее, что очевидно из отдельного увеличенного изображения на фиг. 1, и может представлять собой древесное волокно, такое как древесная вата, полимерное волокно, такое как ПЭТ-волокно, и/или минераловатный компонент. Волокнистый компонент может быть ориентированным или неориентированным. Используя волокнистый компонент, содержащий различные типы волокон с существенно отличающимися диаметром волокна или площадью поперечного сечения, такой как древесная вата и минеральная вата, можно получить структуру с двойной пористостью, улучшающую звукопоглощающие свойства слоя, включенного в панельный элемент.

В соответствии с настоящим изобретением, акустический геополимерный панельный элемент может содержать дополнительные слои.

Дополнительный слой, например, может содержать минеральную вату. Таким образом, звукопоглощающие свойства панельного элемента могут быть дополнительно улучшены. В этом случае слой, содержащий волокнистый компонент и геополимерное связующее, содержащее измельченную минеральную вату, может иметь толщину в диапазоне от 5 до 20 мм, а дополнительный слой может иметь плотность в диапазоне от 15 до 45 кг/м³. Дополнительный слой может быть получен из вторично переработанных элементов, содержащих минеральную вату. Дополнительный слой может быть расположен на стороне панельного элемента, соответствующей стороне панельного элемента, которую не будет видно, то есть на задней стороне панельного элемента, которая не обращена к помещению, будучи установленной.

Теперь со ссылкой на фиг. 2 будет раскрыт способ изготовления акустических геополимерных панельных элементов.

На шаге 10 способа вторично перерабатываемые элементы, содержащие минеральную вату, измельчают или размалывают для получения порошкового компонента.

Вторично перерабатываемые элементы обычно представляют собой отходы, образующиеся при изготовлении, монтаже или демонтаже после окончания срока службы элементов, содержащих минеральную вату. Минеральная вата может быть стекловатой или каменной ватой.

Вторично перерабатываемые элементы могут содержать поверхностные слои, которые можно удалить перед измельчением.

Измельчение или размалывание вторично перерабатываемых панельных элементов можно выполнять с помощью дисковой вибрационной мельницы или шаровой мельницы.

Во время измельчения минеральной ваты длина волокон, образующих минеральную вату, уменьшается. Порошковый компонент после измельчения может иметь среднюю длину волокна минеральной ваты 20-150 мкм, более предпочтительно 30-60 мкм и среднюю ширину волокна минеральной ваты 5-25 мкм, более предпочтительно 5-10 мкм. Насыпная плотность порошкового компонента может находиться в диапазоне от 900 до 1200 кг/м³.

На шаге 20 способа порошковый компонент смешивают с щелочным активаторным компонентом для получения геополимерной смеси. В соответствии с одним из вариантов осуществления к смеси также можно добавить волокнистый компонент. Волокнистый компонент можно добавить до, во время или после смешивания порошкового компонента с щелочным активаторным компонентом.

Смешивание может выполняться порционно (в периодическом процессе), в непрерывном процессе или в их комбинации. Например, порошковый компонент и щелочной активаторный компонент можно смешивать порционно, а затем смешивать с волокнистым компонентом в непрерывном процессе.

Щелочной активаторный компонент может представлять собой NaOH, К-силикат, K₂CO, Na-алюминат, КОН, LiOH, Na-силикат или СА(ОН)₂.

Волокнистый компонент может представлять собой древесное волокно, такое как древесная вата, полимерное волокно, такое как ПЭТ-волокно, или минеральную вату. Волокнистый компонент в виде древесной ваты может иметь длину волокна в диапазоне от 80 до 250 мм, ширину волокна в диапазоне от 2 до 12 мм и толщину волокна в диапазоне от 0,2 до 1 мм.

На шаге 30 из геополимерной смеси формируют акустические геополимерные панельные элементы.

Шаг формирования из геополимерной смеси может выполняться как прерывистый процесс формования, например, путем помещения геополимерной смеси в формы и выдерживания в них до тех пор, пока геополимер в достаточной степени не затвердеет.

Альтернативно, геополимерную смесь можно обрабатывать в процессе непрерывной подачи, например, путем подачи геополимерной смеси на конвейер с получением бесконечного полотна, которое затем после достаточного отверждения можно преобразовать в акустические геополимерные панельные элементы требуемых формы и размера.

На шаге 40 геополимерную смесь активируют. Таким образом, начинается процесс отверждения с образованием геополимерного связующего, имеющего ковалентно связанные некристаллические сети с большой протяженностью.

Время отверждения может составлять несколько дней или даже недель, и, таким образом, шаг 30, 40 активации геополимерной смеси можно выполнить до, во время или после этапа 30 формирования из геополимерной смеси акустических геополимерных панельных элементов.

Шаг активации геополимера может, например, выполняться на шаге 20 смешивания порошкового компонента с щелочным активатором для получения геополимерной смеси.

Активация геополимерной смеси может быть выполнена с помощью воды.

При добавлении воды на шаге 20, то есть при смешивании порошкового компонента с щелочным активаторным компонентом и, возможно, с волокнистым компонентом, щелочной активаторный компонент, например, можно разбавить водой, и затем раствор можно смешать с порошковым компонентом, тем самым инициируя процесс образования геополимера.

Массовое соотношение между водой и порошковым компонентом может составлять 1:3-4.

Вторично перерабатываемые элементы, содержащие минеральную вату, могут также содержать связующее, такое как фенолформальдегидная карбамидная смола. Связующее может оказывать негативное воздействие на химический процесс при активации геополимерной смеси. Таким образом, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения способ может включать в себя дополнительный шаг, на котором указанное связующее нейтрализуют. Нейтрализация связующего может происходить путем удаления связующего из минеральной ваты, например, путем процесса промывания или процесса нагревания. Альтернативно, нейтрализацию можно выполнить путем добавления агента, подавляющего негативное воздействие связующего. Таким образом, шаг нейтрализации зависит от конкретного типа имеющегося связующего. Например, для связующего в виде фенолформальдегидной карбамидной смолы нейтрализация связующего может быть лучше всего достигнута за счет процесса нагревания, в котором связующее выжигают.

Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено показанными вариантами осуществления. Таким образом, возможны несколько модификаций и вариаций в пределах объема изобретения, который, таким образом, определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения.

Акустический геополимерный панельный элемент, содержащий слой, содержащий волокнистый компонент и геополимерное связующее, выполненное из смеси, содержащей измельченную минеральную вату, и дополнительный слой, содержащий минеральную вату, причем слой, содержащий волокнистый компонент и геополимерное связующее, имеет плотность в диапазоне от 20 до 400 кг/м³, пористость в диапазоне от 0,75 до 0,99 и толщину в диапазоне от 5 до 75 мм. Измельченная минеральная вата может быть измельченной стекловатой или каменной ватой, а волокнистый компонент может быть компонентом из древесного волокна, компонентом из полимерного волокна и/или компонентом из минеральной ваты. Кроме того, раскрывается способ получения геополимерной смеси в результате вторичной переработки минеральной ваты, которую измельчают в порошок и смешивают с щелочным активаторным компонентом. Изобретение также относится к способу изготовления акустического геополимерного панельного элемента, содержащему шаг измельчения элементов, содержащих минеральную вату, для получения порошкового компонента. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Акустический геополимерный панельный элемент, содержащий:

слой, содержащий волокнистый компонент и геополимерное связующее, содержащее измельченную минеральную вату, и

дополнительный слой, содержащий минеральную вату,

причем слой, содержащий волокнистый компонент и геополимерное связующее, имеет плотность в диапазоне от 20 до 400 кг/м³, пористость в диапазоне от 0,75 до 0,99 и толщину в диапазоне от 5 до 75 мм.

2. Акустический геополимерный панельный элемент по п. 1, в котором измельченная минеральная вата представляет собой измельченную стекловату или каменную вату.

3. Акустический геополимерный панельный элемент по п. 1 или 2, в котором волокнистый компонент представляет собой компонент из древесного волокна, компонент из полимерного волокна и/или компонент из минеральной ваты.

4. Способ вторичной переработки минеральной ваты, включающий в себя следующее:

измельчают элементы, содержащие минеральную вату, для получения порошкового компонента, и

смешивают порошковый компонент и щелочной активаторный компонент для получения геополимерной смеси.

5. Способ по п. 4, дополнительно включающий в себя удаление какого-либо поверхностного слоя, прикрепленного к элементам, содержащим минеральную вату, до шага измельчения указанных элементов.

6. Способ по п. 4 или 5, дополнительно включающий в себя нейтрализацию какого-либо связующего, присутствующего в минеральной вате.

7. Способ изготовления акустических геополимерных панельных элементов, включающий в себя следующее:

измельчают элементы, содержащие минеральную вату для получения порошкового компонента,

смешивают порошковый компонент с щелочным активаторным компонентом для получения геополимерной смеси,

смешивают геополимерную смесь с волокнистым компонентом,

формируют из смеси акустические геополимерные панельные элементы и активируют смесь.

8. Способ по п. 7, в котором шаг активации геополимерной смеси выполняют с помощью воды.

9. Способ по п. 7 или 8, в котором шаг формирования из геополимерной смеси акустических геополимерных элементов выполняют как прерывистый процесс формования или как процесс непрерывной подачи.

10. Способ по любому из пп. 7-9, в котором порошковый компонент содержит фрагменты волокон минеральной ваты, имеющие среднюю длину волокна в диапазоне от 20 до 150 мкм, а более предпочтительно - от 30 до 60 мкм.

11. Способ по любому из пп. 7-10, в котором порошковый компонент содержит фрагменты волокна минеральной ваты, имеющие среднюю ширину волокна в диапазоне от 5 до 25 мкм, а более предпочтительно - от 5 до 10 мкм.

12. Способ по любому из пп. 7-11, в котором измельчаемые элементы содержат минеральную вату в виде каменной ваты или стекловаты.

13. Способ по любому из пп. 7-12, в котором активатор щелочного металла выбран из группы, состоящей из NaOH (гидроксида натрия), К-силиката (силиката калия), K₂CO₃ (карбоната калия), Na-алюмината (алюмината натрия), КОН (гидроксида калия), LiOH (гидроксида лития), Na-силиката (силиката натрия) или СА(ОН)₂ (гидроксида кальция).

14. Способ по любому из пп. 7-13, в котором волокнистый компонент представляет собой компонент из древесного волокна, компонент из полимерного волокна и/или компонент из минеральной ваты.

15. Способ по любому из пп. 7-14, в котором шаг активации геополимерной смеси выполняют до шага формирования из геополимерной смеси акустических элементов.