Способ получения модифицированного пористого материала Советский патент 1980 года по МПК C04B31/40 C08F110/00 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА

1

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к производству.. модифицированных пористых материалов, и может быть использовано в химической промышленности, а полученные пористые материалы - в качестве упрочненных пористых заполнителей и конструктивных бетонов. Пористые заполнители, например керамзиты, шлаки широко используются в промышленности строительных материалов, но обладая малым насыпным весом, часто имеют невысокие прочностные характеристики.

Известен способ обработки пористых материалов путем пропитки их растворами или расплавами полимеров 1.

Однако способ не позволяет регулировать глубину заполнения пор полимером, поскольку расплавы и растворы высокомолекулярных соединений обладают большой вязкостью, а низкомолекулярные полимеры не позволяют существенно повысить прочность заполненного материала.

Наиболее близким к изобретению является способ получе(шя (тодифицированного пористого

материала, заключа1ош,ийся в обработке материала мономерами с последующей полимеризацией их в порах материала. Для этого материал (пористый заполнитель или бетон) пропитывается раствором мономеров или жидкими мономерами (например акриловыми) и инициаторами радикальной полимеризации, с последуюшей термической или радиашюнной полимеризацией мономеров Б порах (2.

Однако регулировать степень заполнения

10 пор полимером этим способом затрушштельно, кроме того, процесс является дорогостоящим и нельзя упрочнять пористые заполнители и бетоны полиолефинами.

15

Цель изобретешш - повыше}ше морозостойкости и однородности пористых материалов, а также упроше1ше технологии процесса.

Поставленная цель достигается тем, что пористые материалы упрочняют полиолефиналш

20 путем полимеризации альфа-олефинов в порах из газовой фазы при давлении 1,0-60 атм и температуре 50-165°С в присутствии комплексного металлоорганического катализатора.

378

Пpeдлaгaeмы f способом можно упрочнять пористь1е материалы: керамзиты, шлаки, трепельный гравий, конструкционные бетоны и др.

В качестве катализаторов используют комапексные катализаторы для полимеризации

олефинов, которые содержат соеданение переходного металла ( УС1з, TiCIa, CrCl, РеС1з и др.) и металлоорганическое соедашение (Например, А1()з, AIEt3 и др.

Процесс осуществляют следующим образом, Пористый материал подвергают сущке при 100-500° С в течение 1-3 ч, в зависимости от его вида, и осаждают в порах материала, известными способами, соединение переходного металла, являющееся катализатором полимеризации альфа-олефинов. В зависимости от вида материала и предполагаемой степени заполнения пор полимером количество адсорбируемого катализатора составляет 0,01-0,05% от веса упрочняемого материала.,

Затем материал помещают в реактор, продутьп олефином или инертным газом и термостатированный до температуры полимеризации. После этого в реактор вводят металлоорганическое соединение из газовой фазы вспрыскиванием или с потоком инертного газа или олефина. Мольное соотнощение металлоорганического соединения к соединению переходного металла составляет 1,5-3. В реактор подают олефин до заданного давления и ведут полимеризацию из газовой фазы. Процесс целесообразн осуществлять в режиме кипящего слоя, фильтрующего слоя, механического или гравитационного перемешивания.

По достижении требуемой степени заполнеНИЛ пор материала полимером полимеризацию прекращают понижением давления мономера, прекращением его подачи или понижением температуры. Готовый продукт выгружают из реактора.

Полимеризация олефийов из газовой фазы позволяет практически целиком заполнять весь объем пор и полостей внутри частиц пористого материала полимером, регулировать степень заполнения пор и полостей путем изменения давления, температуры, продолжительности полимеризации. Увеличивается однородность пористого материала после выполнения пор полиолефинами. Прочность пористого материала возрастает при этом в 3-5 раз. Водопоглощение можно регулировать в зависимости от степени насыщения материала полимером. Процесс является технологичным, поскольку последняя ступень производства пористых заполнителей (высокотемпературный прогрев) является перво технологической ступенью предлагаемого способ заполнегшя полиолефинами этих материалов.

Пример 1.92г керамзитового гравия в виде частиц размером 15-20 мм (насыпной

вес 500 кг/м), содержащего 0,041 г УС1з, помещают в металлический реактор, продутый этиленом или инертным газом и термостатированный при температуре полимеризации 80°С. Затем в реактф подают 0,12 г А1()з из газовой фазы с потоком этилена и создают давление зтилена 5 атм. Полимеризацию ведут в газовой фазе. Через 120 мин полимеризацию прекращают понижением давления.

Полученный продукт содержит 15,1 г полиэтилена. При исследовании сколов гранул под 1ликроскопом установлено, что полиэтилен заполняет поры и полости гранул, начиная от приповерхностного слоя и глубже. Вне гранул керамзита полимер не образуется.

Провдость исходного керамзита на сжатие в цилиндре 28 кг/см, а после заполнения пор полимером она увеличивается до 110 кг/см.

Пример 2. 8,9 г трепельного гравия в виде частиц размером 10-15 мм (насьщной вес 600 кг/м), содержащего 0,006 г TiCI, помещают в металлический реактор, продутый этиленом или инертным газом и термостатироваршый при температуре полимеризации 50°С. Затем в реактор подают 0,021 г AlEtj из газовой фазы с потоком зтилена и создают в системе давление 60 атм. Полимеризацию ведут в газовой фазе. Через 90 мин полимеризацию прекращают.

Полученный продукт содержит 0,7 г полиэтилена. Распределение полимера в гранулах такое как в примере 1. Прочность на сжатие в цилиндре Д11Я исходного гравия 56 кг/см, а после заполнения полиэтиленом 127 кг/см.

Пример 3. 19 г трепельного гравия с частицами размером 10-15 мм, содержащего 0,003 г УС1з, помещают в металлический реактор, продутый этиленом или инертным газом и термостатированный при температуре полимеризации 115°С. После этого в реактор подают 0,01 г А1()з из газовой фазы с потоком этилена и создают в системе давление этилена 1 атм. Полимеризацию вед)т в газовой фазе. Через 75 мин полимеризацию прекращают.

Полученный продукт содержит 1,7 г полиэти.пена. Распределение полимера в гранулах такое же, как в примере 1.

Прочность на сжатие в цилиндре для исходного гравия 56 кг/см, а после заполнения полиэтиленом 146 кг/см.

Пример 4. 12г керамзитового гравия с гранулами размером 15-20 мм, содержащего 0,0081 г VCI3, помещают в металлический реактор, продутый пропиленом или инертным газом и термостатированный при температуре полимеризации 165° С. После этого в реактор подают 0,015 г А1()з из газовой фазы с потоком пропилена и повышают давление пропилена до 57 4 атм. Полимеризацию ведут в газовой фазе. Через 45 мин полимеризацию прекращают. Полученный продукт содержит 0,9 г полипропилена. Распределение полипропилена в гранулах керамзита такое же, как в примере 1. Прочность на сжатие в цилиндре для керамзита увеличивается от 26 кг/см для исходного до 80 кг/см. Водопоглощение материала уменьшается от 18% до 5%. Пример 5. 21г шлаковой пемзы, содержащей 0,019 г VCIs, помешают в металлический реактор, продутый этиленом или инертным газом и термостатированный при температу ре полимеризации 98° С. После этого в реактор подают 0,051 г А1()з из газовой фазы с потоком этилена и создают давление 30 атм. Полимеризацию ведут в газовой фазе. Через 100 мин полимеризацию прекращают. Полученный продукт содержит 3,4 г полиэтилена. Распределение полимера в гранулах шлака такое же, как в примере 1. Прочность на сжатие в цилиндре до обработки - 8,3 кг/см, а после обработки - 68 кг/см Материалы, полученные по примерам 1-5, подвергают циклическому испытанию на морозо стойкость (нагревание до 80° С с последующим охлаждением до минус 70°С). Все материалы не разрушаются в течение 360 сут. Необработанный материал разрушается спустя 10-40 сут. Пример 6(контрольный). 87 г керамзитового гравия в виде гранул размером 15- 20 мм (насыпной вес 500 кг/см) загружают в камеру, откачивают на вакуум и прогревают до 230° С. После этого камеру охлаждают до 30° С и заливают в нее жидкий мономер с инициатором полимеризации (метилметакрилат и пе рекись бензоила). По окончании процесса пропитки гравия полимеризуемой смесью остатки мономера удаляют, после чего проводят терми«скую полимеризацию метилметакрилата при 90 С в течение 5 ч. Полученный продукт содержит 3,0% пЬлиметилметакрилата по весу, причем значительная часть поверхности покрыта полимером. Прочность на сжатие в цилиндре, обработанного таким образом гравия, составляет 120130 кг/см. При циклических испытаниях иа морозостойкость гравий, упрочненный полиметилметакрилатом разрушился через 14 суток. Материал, полученный по предлагаемому способу, по сравнению с известным, обладает больщей морозостойкостью и однородностью. Формула изобретения Способ получения модифицированного пористого материала обработкой материала мономерами с последующей полимеризацией их в порах материала, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии процесса, повь шения морозостойкости и однородности пористого материала, в качестве мономеров применяют альфа-олефины и процесс полимеризации проводят в газовой фазе при 50-165°С и 1-60 атм в присутствии комплексного металлоорганического катализатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N 394340, л. С 04 В 41/04, 1973. 2. Патент США N 3567496, кл. 117-113, 971 (прототип).