Теплоизоляционный композиционный материал и способ его получения

 

Использование: теплоизоляционный композиционный материал и процесс изготовления плит, применяемых при строительстве жилых, промышленных и административных зданий. Технический результат заключается в получении дешевого, экологически чистого теплоизоляционного композиционного материала. Сущность изобретения: теплоизоляционный композиционный материал состоит из смеси макулатуры и древесного наполнителя при соотношении (1:0,3) - (1:3,5) мас. ч. с использованием в качестве антисептика и/или антипирена глины в соотношении с сухой массой смеси макулатуры и древесного наполнителя (1:4) - (1:40). Для получения материала макулатуру смешивают с водой в соотношении (1:4) - (1,6), в течение 5-30 мин распушивают ее, затем добавляют древесный наполнитель в соотношении с массой макулатуры (0,3:1) - (3,5:1), перемешивают и добавляют глину в количестве (1:4) - (1:40) сухой массы макулатуры и древесины, перемешивают, формуют плиты, отжимают под давлением 10^-3 - 2·10^-2 МПа (1 кгс/см²) и сушат. В качестве макулатуры используют бумажную обрезь типографий, отходы картонного производства, чистую бытовую макулатуры, а в качестве древесного наполнителя - древесные отходы от самых мелких опилок до щепы (дробленки). Материал сертифицирован как теплоизоляционный композиционный. 2 с. и 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к теплоизоляционным композиционным материалам на основе макулатуры и древесных отходов и способам изготовления теплоизоляционных и отделочных материалов, применяемых при строительстве промышленных, административных и жилых зданий.

Из уровня техники известны составы и способы производства композиционных материалов, включающих макулатуру и древесные наполнители (щепу, опилки и т. п. ), составленные в разных пропорциях. Известен легкий заполнитель, обеспечивающий высокие теплоизоляционные свойства бетона, включающий ядро из скопа (отходы целлюлозно-бумажного производства) и оболочку из смеси цемента и глины или растворимого стекла и золы [1]. Недостатком заполнителя является его выполнение в виде гранул, что не позволяет использовать его, как основу для формования теплоизоляционных плит.

Известен теплоизоляционный материал в виде гранул размером 20-40 мм, получаемый из осадков сточных вод целлюлозно-бумажного производства путем сгущения и сушки при 140-170^oC [2]. Недостатком материала является сложность технологического процесса его производства и использование материала в качестве полуфабриката (заполнителя) для дальнейшего изготовления теплоизоляционных материалов.

Наиболее близким аналогом изобретения является композиционный материал, состоящий из макулатуры и древесины при соотношении (1:9) - (1:1,5), где в качестве связующего используются различные синтетические смолы и жидкое стекло в количестве 10 % от сухой массы макулатуры и древесных частиц, вводимые в процессе смешения измельченных частиц макулатуры и древесины [3]. Недостатком композиционного материала является высокое содержание связующего, что не позволяет обеспечить пористую структуру композиции и, следовательно, высокие тепло- и звукоизоляционные характеристики. Недостатком способа производства материала является использование в процессе производства формальдегидных (синтетических) смол, вредных в производстве и эксплуатации, а также их высокая стоимость.

Технический результат изобретения заключается в получении дешевого композиционного материала с высокими теплоизоляционными свойствами, в возможности его формования в плиты по простой технологии, а также в повышении экологической чистоты материала и самого процесса производства.

Сущность изобретения заключается в том, что теплоизоляционный композиционный материал содержит, как и наиболее близкий аналог, смесь макулатуры с древесным наполнителем, добавками антипиренов и/или антисептиков, но в отличие от наиболее близкого аналога соотношение массы макулатуры и массы древесного наполнителя находится в пределах (1:0,3) - (1:3,5), а в качестве добавок антипиренов и/или антисептиков использована глина в количестве (1:4) - (1:40) по отношению к суммарной сухой массе компонентов.

Сущность способа получения теплоизоляционного композиционного материала заключается в том, что, как и в наиболее близком аналоге, измельчают макулатуру и древесный наполнитель, смешивают их, вводят антипирены и/или антисептики и формуют, но в отличие от наиболее близкого аналога перед смешиванием макулатуру предварительно замачивают и измельчают в водной среде при соотношении массы макулатуры и воды (1:4) - (1:6) в течение 5-30 мин до образования однородной массы, смешение макулатуры с древесной массой осуществляют при соотношении их масс в пределах (1:0,3) с введением глины в качестве антипирена и/или антисептика в количестве (1:4)-(1:40) по отношению к суммарной сухой массе компонентов, а после формования плит смесь отжимают легким прессованием с усилием 1х10^-3-2х10^-2 МПа, термообрабатывают и сушат.

Способ характеризуется также тем, что отжатую при формовании плит воду используют повторно для замачивания макулатуры.

Указанные выше ингредиенты теплоизоляционного композиционного материала и режимы способа его получения являются существенными для достижения заявленного технического результата.

Соотношение макулатуры и древесного наполнителя в смеси в пределах (1: 0,3)-(1: 3,5) по сухой массе определяется тем, что при снижении содержания древесного наполнителя в смеси ниже 0,3 от массы макулатуры практически на дает улучшения теплоизоляционных и звукоизоляционных характеристик, не повышает прочностных и декоративных свойств материала, но повышает его стоимость. Повышение же концентрации древесных отходов выше 1:3,5 снижает стоимость материала, но он становится недостаточно прочным и начинает разрушаться при транспортировке. Использование глины (1:4)-(1:40) к сухой массе макулатуры и древесных отходов способствует формованию и повышению прочности на сжатие и изгиб, достаточной для транспортировки и хранения плит, изготовленных из материала без их разрушения. В то же время глина выполняет функции добавок антипиренов и/или антисептиков.

В качестве исходных материалов для получения теплоизоляционного материала может быть использовано вторичное сырье, а именно бумажная обрезь типографий, отходы картонного производства, чистая бытовая макулатура, а в качестве древесного наполнителя - древесные отходы от самых мелких опилок до щепы (дробленки).

Для получения теплоизоляционного материала макулатуру предварительно замачивают и измельчают в водной среде в любом смесительном агрегате при соотношении массы воды и макулатуры в пределах (4:1)-(6:1) в течение 5-30 мин, где она распушивается на волокна. Соотношение массы воды и макулатуры выбрано из того, что при меньшем количестве воды получение однородной массы, необходимой для качественного формования, требует значительного времени и, соответственно, повышает расходы времени и энергии.

При большом количестве воды затруднено формование. При времени перемешивания менее 5 мин распушивание может не пройти полностью, что снижает качество изделий, а 30 мин достаточно для измельчения даже достаточно грубой картонной макулатуры и увеличение времени перемешивания не дает заметного повышения качества распушивания макулатуры.

Смешение макулатуры и древесного наполнителя осуществляют после окончания процесса распушивания макулатуры в том же смесителе или отдельно до образования однородной массы.

Уменьшение содержания древесного наполнителя в смеси ниже 0,3 от массы макулатуры значительно увеличивает стоимость материала и практически не повышает теплоизоляционных и звукоизоляционных свойств. Увеличение же соотношения массы древесного наполнителя до 3,5 и более к массе макулатуры существенно уменьшает прочность плит, что затрудняет их транспортировку и хранение.

Формование материала может производиться на различном технологическом оборудовании как прямым, прессованием, так и экструзией и прокаткой. Легкое прессование обеспечивает удаление избыточной воды с сохранением прочной связи между частицами, обуславливающими достижение необходимой формы плит. При давлении менее 1х10^-3 МПа (1 кгс/м²) воды остается слишком много, что вызывает большие энергозатраты при сушке и, кроме того, возможно нарушение формы вследствие остаточной ползучести массы. Повышение давления выше 2х10^-2 (20 кгс/см²) практически не снижает влажность материала, но требует более мощного оборудования, что повышает себестоимость и, кроме того, упругое последействие частиц после прессования нарушает связи между частицами материала и снижает его прочность.

Материал, полученный предлагаемым способом, исследован в соответствии с действующими нормативными документами на методы контроля теплоизоляционных материалов по ГОСТ 17177-87 (СТ СЭВ 5064-85, СТ СЭВ 5065-85) "Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы контроля". По результатам испытаний выдан "Сертификат качества на плиты из композиционного материала на основе макулатуры и древесных отходов", в соответствии с которым изделия на основе макулатуры и древесных отходов относятся к группе сгораемых материалов; изделия должны быть защищены от увлажнения, а транспортировка и хранение плит из композиционных материалов должны производиться в условиях, не допускающих их увлажнения и повреждений. При этом теплоизоляционный композиционный материал обладает следующими свойствами: 1. Плотность 195 ± 5 кГ/м³.

2. Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии Вт/м. к не более 0,0743.

3. Влажность не более 8,0 %.

4. Прочность на сжатие при 10 %-ной линейной деформации не менее 0,45 МПа (кгс/см²) (4,5).

5. Водородный показатель pH 6,0 ± 0,2.

Формула изобретения

1. Теплоизоляционный композиционный материал, включающий смесь макулатуры, древесного наполнителя с добавками антипиренов и/или антисептиков, отличающийся тем, что соотношение массы макулатуры и массы древесного наполнителя находится в пределах 1 0,3 1 3,5, в качестве добавок антипиренов и/или антисептиков использована глина в количестве 1 4 1 40 по отношению к суммарной сухой массе компонентов.

2. Способ получения теплоизоляционного композиционного материала, включающий измельчение макулатуры и древесного наполнителя, их смешивание, введение антипиренов и/или антисептиков и формование смеси, отличающийся тем, что перед смешиванием макулатуру предварительно замачивают и измельчают в водной среде при соотношении массы макулатуры и воды 1 4 1 6 в течение 5 30 мин до образования однородной массы, смешивание макулатуры и древесного наполнителя осуществляют при их соотношении 1 0,3 1 3,5 с введением глины в качестве антипирена и/или антисептика в количестве 1 4 1 40 по отношению к суммарной сухой массе компонентов, а сформованные из смеси плиты отжимают прессованием с усилием 1 · 10^-3 2 · 10^-2 МПа, термообрабатывают и сушат.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что удаляемую при отжатии плит воду используют повторно для замачивания макулатуры.