Композиционный полимерный материал (варианты) и способ его получения

 

Изобретение относится к производству вспененных материалов и может быть использовано для формирования оснований дорог, аэродромов, противофильтрационных экранов, фундаментов и стен зданий и сооружений в жилищном, сельскохозяйственном и промышленном строительстве. Композиционный полимерный материал содержит вяжущее - карбамидоформальдегидную смолу, модифицированную многоатомным спиртом и гидроксилсодержащим полимером, отвердитель, наполнитель, модификатор - β-гипс, порофор-доломит, воду. Технической задачей является разработка состава материала с высокими физико-механическими и экологическими характеристиками и способа его получения. 3 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к производству вспененных материалов и может быть использовано для формирования оснований дорог, аэродромов, противофильтрационных экранов, фундаментов и стен зданий и сооружений в жилищном, сельскохозяйственном и промышленном строительстве.

Известен композиционный полимерный материал, включающий вяжущее, отвердитель, наполнитель, воду (патент РФ 1330265, опубл. 15.08.87 г.).

Известный материал имеет недостаточную плотность, прочность на сжатие и недостаточно регулярную структуру.

Недостатком известного композиционного материала является невозможность повышения прочностных характеристик без его уплотнения из-за недостаточно регулярной структуры карбамидо-формальдегидной смолы, применяемой в качестве связующего, а также ограниченная область его применения по причине введения пластификатора с повышенными вредными экологическими свойствами и низкой степенью пожарной безопасности.

Задачей настоящего изобретения является разработка состава материала с высокими физико-механическими и экологическими характеристиками и способа его получения.

Технический результат состоит в повышении регулярности структуры материала, улучшении его физико-механических характеристик и расширении области его применения.

Результат достигается тем, что композиционный полимерный материал, содержащий вяжущее, отвердитель, наполнитель, воду, дополнительно содержит модификатор и порофор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Вяжущее (карбамидоформальдегидная смола) - 10-17 Вода - 3-5 Отвердитель - 0,5-0,75 Порофор - 0,25-0,75 Модификатор - 0,25-0,75 Наполнитель - 86-75,25 и тем, что композиционный полимерный материал, содержащий вяжущее, отвердитель, наполнитель, воду, дополнительно содержит модификатор и порофор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Вяжущее (карбамидоформальдегидная смола) - 15-20 Вода - 6-15
Отвердитель - 0,5-0,75
Порофор - 0,25-0,75
Модификатор - 0,75-3
Наполнитель - 77,5-60,5
и тем, что вяжущее содержит карбамидоформальдегидную смолу, полученную нейтрализацией водного раствора формальдегида, конденсацией карбамида с формальдегидом в среде с переменной кислотностью при нагревании, вакуумной сушкой, доконденсацией и проведением процесса в присутствии модифицирующей добавки в виде многоатомного спирта, вводимого перед вакуумной сушкой в количестве 1,5-2,5 мас.ч. на 100 мас.ч. карбамида, вводимого на стадии конденсации, и гидроксилсодержащего полимера, вводимого после доконденсации в виде водного раствора в количестве 0,5-3,5 мас.ч. полимера на 100 мас.ч. карбамида, вводимого на стадии конденсации, причем доконденсацию осуществляют постадийно в три и более стадий с введением на последней стадии аммиака до конечного молярного соотношения карбамид: формальдегид: аммиак 1:1,15-1,45: 0,1-0,15 соответственно, и тем, что отвердитель содержит FeCl₃, или Fе₂(SO₄)₃, или Н₃РO₄, наполнитель содержит песок мелкий, или средний, или крупный, или карьерный, или супесь, или суглинок, порофор содержит доломит, а модификатор содержит β-гипс, и тем, что в способе получения композиционного полимерного материала, в котором загружают наполнитель в мешалку, добавляют вяжущее и перемешивают, наполнитель естественной влажности перемешивают с модификатором и порофором, вводят вяжущее, разводят отвердитель в воде и вводят раствор в смесь и перемешивают в течение 3-5 мин и используют по назначению, и тем, что готовую смесь укладывают в форму или опалубку, нагревают до 50-60^oС и выдерживают в течение 120-180 мин.

Композиционный материал может изготавливаться в стационарных условиях (в цеху) или на строительной площадке по технологии укладываемых в опалубку или форму приготовленной жесткой (вязкой) или литьевой (жидкой) смесей.

Смесь приготавливается в условиях положительных температур воздушной среды простым перемешиванием в бетономешалке или на растворном узле.

Полимеризация и отверждение композиционного материала происходит в течение 6 ч. В дальнейшем расчетную прочность материал набирает в течение 7 суток.

Пример 1. В мешалку загружается 78 кг песка мелкого (ГОСТ 25100-1982г) естественной влажности и температуры, добавляют по 0,75 кг доломита и β-гипса и перемешивают в течение 4 мин, добавляют смолу ВПС-Г (патент 2114870, опубл. 10.07.98 г.) и перемешивают смесь в течение 7 мин, отдельно готовят водный раствор сернокислого железа (0,75 кг +5 л), вводят этот раствор в смесь и перемешивают 4 мин, укладывают в опалубку или форму, где происходят полимеризация и отверждение полученного материала.

Пример 2. В мешалку загружают 61 кг суглинка (ГОСТ 25100-1982 г.) естественной влажности и температуры, добавляют 0,75 кг доломита и 3 кг β-гипса и перемешивают в течение 5 мин, добавляют смолу ВПС-Г (патент 2114870, опубл. 10.07.98 г.) и перемешивают смесь в течение 10 мин, отдельно готовят водный раствор хлорного железа (0,75 кг +15 л), вводят этот раствор в смесь и перемешивают 3-4 мин, после чего разливают смесь в формы, нагревают смесь до 60^oС и выдерживают 3 ч, в формах происходят полимеризация и отверждение полученного материала.

На процессы формирования структуры композиционного материала оказывают внимание многие факторы. К таким факторам прежде всего относятся дисперсность заполнителей, химико-минералогический состав, наличие коллоидов, растворимых солей, рН и др. Эти факторы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на процессы (физические, химические и физико-химические), происходящие в системе "заполнитель-вяжущее" (химический реагент).

Как следует из формулы изобретения, материал представляет собой жесткоукладываемую (вязкую) смесь (см. п.1 формулы) и литьевую (жидкую) смесь (п. 2).

Примеры различных вариантов смесей сведены в табл. 1, в которой первые четыре варианта относятся к жесткоукладываемой (вязкой) смеси, а остальные шесть вариантов - к литьевой (жидкой) смеси. В табл. 2 приведены характеристики материала для каждого из вариантов.

На приведенных примерах показано, что для каждой степени дисперсности наполнителя существует оптимальная рецептура входящих в нее заполнителей, при которой наблюдаются оптимальные свойства материала.

Изменение дисперсности наполнителя, в частности грунта, в составе рецептуры материала обуславливает изменение (уменьшение или увеличение) количества вяжущего, распределяемого по объему наполнителя. Введение малого количества связующего предопределяет наличие дефектов структуры материала и ухудшает его физико-механические свойства. Увеличение количества вяжущего приводит к изменению свойств материала и повышению его стоимости.

Поэтому для улучшенного распределения вяжущего по объему наполнителя и придания ему эластичных свойств, оказывающих влияние на удобоукладываемость (эластичность при укладывании) приготовленного материала и на повышение его физико-механических характеристик, в состав рецептуры композиционного материала введены порофор, модификатор, отвердитель и вода, которые по своему химико-минералогическому составу определяют свободную поверхностную энергию, физико-химическую активность поверхности частиц заполнителей, а следовательно, и эффективность процессов образования новых структур.

Введенные в состав рецептуры материала отдельные компоненты при заявляемом ингредиенте их процентного соотношения к наполнителю обладают способностью как химически, так и физико-химически взаимодействовать друг с другом и с поверхностью частиц наполнителя, в частности грунта, с образованием прочных химических и физико-химических связей.

Поэтому на основе грунта создан композиционный материал с закрытопористой монодисперсной, сформированной по всему объему структурой, наподобие структуры пенобетона.

Таким образом, заявленный композиционный полимерный материал (его варианты) и способ его получения имеет за счет повышения регулярности структуры материала, улучшенные его физико-механические характеристики, которые, как следствие, позволяют расширить области его применения, т.к. его экологичность позволяет использовать материал не только в дорожном строительстве, но и в жилищном, сельскохозяйственном и промышленном строительстве зданий и сооружений.

Формула изобретения

1. Композиционный полимерный материал, содержащий вяжущее, отвердитель, наполнитель, воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит модификатор и порофор, в качестве вяжущего используют карбамидоформальдегидную смолу, полученную нейтрализацией водного раствора формальдегида, конденсацией карбамида с формальдегидом в среде с переменной кислотностью при нагревании, вакуумной сушкой, доконденсацией и проведением процесса в присутствии модифицирующей добавки в виде многоатомного спирта, вводимого перед вакуумной сушкой в количестве 1,5-2,5 мас. ч. на 100 мас. ч. карбамида, вводимого на стадии конденсации и гидроксилсодержащего полимера, вводимого после доконденсации в виде раствора в количестве 0,5-3,5 мас. ч. полимера на 100 мас. ч. карбамида, вводимого на стадии конденсации, причем доконденсацию осуществляют постадийно в три и более стадий с введением на последней стадии аммиака до конечного молярного соотношения карбамид: формальдегид: аммиак 1: 1,15÷1,45: 0,1-0,15 соответственно, в качестве модификатора используют β-гипс, в качестве порофора - доломит при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Карбамидоформальдегидная смола - 10,0-17,5
Вода - 3,0-5,0
Отвердитель - 0,50-0,75
Доломит - 0,25-0,75
β-гипс - 0,25-0,75
Наполнитель - 75,25-86,00
2. Композиционный полимерный материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве отвердителя используют FeCl₃ или Fe₂(SO₄)₃ или Н₃РO₄, в качестве наполнителя используют песок мелкий, или средний, или крупный, или карьерный, или супесь, или суглинок.

3. Композиционный полимерный материал, содержащий вяжущее, отвердитель, наполнитель, воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит модификатор и порофор, в качестве вяжущего используют карбамидоформальдегидную смолу, полученную нейтрализацией водного раствора формальдегида, конденсацией карбамида с формальдегидом в среде с переменной кислотностью при нагревании, вакуумной сушкой, доконденсацией и проведением процесса в присутствии модифицирующей добавки в виде многоатомного спирта, вводимого перед вакуумной сушкой в количестве 1,5-2,5 мас. ч. на 100 мас. ч. карбамида, вводимого на стадии конденсации, и гидроксилсодержащего полимера, вводимого после доконденсации в виде раствора в количестве 0,5-3,5 мас. ч. полимера на 100 мас. ч. карбамида, вводимого на стадии конденсации, причем доконденсацию осуществляют постадийно в три и более стадий с введением на последней стадии аммиака до конечного молярного соотношения карбамид: формальдегид: аммиак 1: 1,15-1,45: 0,1-0,15 соответственно, в качестве модификатора используют β-гипс, в качестве порофора - доломит, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Карбамидоформальдегидная смола - 15,0-20,0
Вода - 6,0-15,0
Отвердитель - 0,50-0,75
Доломит - 0,25-0,75
β-гипс - 0,75-3,00
Наполнитель - 60,5-77,5
4. Композиционный полимерный материал по п. 3, отличающийся тем, что в качестве отвердителя используют FеСl₃, или Fе₂(SO₄)₃, или Н₃РO₄, в качестве наполнителя используют песок мелкий, или средний, или крупный, или карьерный, или супесь, или суглинок.

5. Способ получения композиционного полимерного материала, в котором загружают наполнитель в мешалку, добавляют вяжущее и перемешивают, отличающийся тем, что наполнитель перемешивают с модификатором и порофором и перемешивают в течение 3-5 мин, вводят вяжущее и перемешивают в течение 5-10 мин, отдельно разводят отвердитель в воде, вводят раствор в смесь и перемешивают в течение 3-5 мин, причем готовая смесь имеет следующий состав, мас. %:
Карбамидоформальдегидная смола - 10,0-17,5
Вода - 3,0-5,0
Отвердитель - 0,50-0,75
Доломит - 0,25-0,75
β-гипс - 0,25-0,75
Наполнитель - 75,25-86,0
или
Карбамидоформальдегидная смола - 15,0-20,0
Вода - 6,0-15,0
Отвердитель - 0,50-0,75
Доломит - 0,25-0,75
β-гипс - 0,75-3,00
Наполнитель - 60,5-77,5
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что готовую смесь укладывают в форму или опалубку, нагревают до 50-60^oС и выдерживают в течение 120-180 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2