Эпоксидно-древесная композиция с отходами производства пенополистирола
Владельцы патента RU 2326912:
Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" (RU)
Изобретение относится к эпоксидно-древесной композиции, применяемой в строительстве в качестве плиточного теплоизоляционного материала. Композиция включает следующее соотношение компонентов, мас.ч.: 100 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 10 аминного отвердителя полиэтиленполиамина, 15 пластификатора, 31 пенополистирольной крошки и 105 сосновых опилок в качестве наполнителей. В качестве пластификатора используют маточную эпоксидную смолу - отходы производства эпоксидных смол. Используемая в составе пенополистирольная крошка представляет собой отходы производства теплоизоляционных изделий. Изобретение позволяет получить экологически безопасный древесный композит и повысить его физико-механические свойства. 2 табл., 1 ил.
Изобретение используется в строительстве в качестве плитного теплоизоляционного материала.
Плитный материал изготавливается методом плоского прессования частиц наполнителя, смешанных со связующим, при температуре 18-20°С и давлении 3 МПа. Для снижения вязкости эпоксидную смолу ЭД-20 разогревают до 50-60°С, затем в нее вводят отвердитель и пластификатор. Полученное связующее тщательно перемешивают и добавляют в него смесь сосновых опилок и пенополистирольной крошки. Приготовленную массу укладывают в металлические формы и прессуют в течение суток. Затем для ускорения процесса твердения композиции производят термообработку при температуре 80°С в течение 2 часов. Схема получения эпоксидно-древесной композиции представлена на чертеже.
За аналог принимались пенополистирольные плиты, изготавливаемые беспрессовым способом из суспензионного вспенивающегося полистирола с добавкой или без добавки антипирена, предназначенные для тепловой изоляции в качестве среднего слоя строительных ограждающих конструкций и промышленного оборудования (ГОСТ 15588-86. Плиты пенополистирольные. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 12 с.). Данный материал обладает низкой механической прочностью и долговечностью.
За прототип принималась эпоксидно-древесная композиция для покрытия древесины (для выравнивания поверхностей) (патент RU 2028344, С1, от 09.02.1995). Состав композиции в мас.ч.: 10-20 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 10-20 дибутилфталата в качестве пластификатора, 10-15 полиэтиленполиамина (ПЭПА) в качестве аминного отвердителя, 30-70 графита и 30-70 талька в качестве наполнителей. Недостатком данного материала является его высокая теплопроводность.
Была поставлена техническая задача разработать экологически безопасный древесный композит с использованием отходов пенополистирола, предназначенный для теплоизоляции и обладающий высокими эксплуатационными свойствами.
Данная техническая задача достигается тем, что в качестве связующего использовали эпоксидно-диановую смолу марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), а в качестве наполнителя - сосновые опилки и пенополистирольную крошку. Отверждение производили при помощи полиэтиленполиамина (ПЭПА) (ТУ 2413-357-00203447-99) при комнатной температуре и атмосферном давлении. Пенополистирольную крошку получают дроблением отходов при замене теплоизоляционного покрытия трубопроводов, промышленного оборудования, холодильных установок, утеплителей стеновых панелей, покрытия зданий, бракованных теплоизоляционных плит. Гранулометрический состав наполнителей определялся как остаток на ситах размером, мм, в % и составил соответственно сосновых опилок: 2,5:1,25:0,63:0,315:0,14:0=15:7:34:31:4:9 и для пенополистирольной крошки 2,5:1,25:0,63:0,315=43:41:12:4.
Так как пенополистирольная крошка имеет малый объемный вес, то подбор соотношения наполнителей производили по объему, приняв количество связующего 62-66% от общей массы композиции. Физико-механические свойства композиций указаны в табл.1 (составы №1-3). При данном количестве связующего все составы имеют достаточно высокую прочность и водостойкость, однако при увеличении количества пенополистирольной крошки прочность композиции снижается.
Судя по виду плоскости разрушения, можно сделать вывод о том, что адгезионное взаимодействие частиц наполнителей и связующего выше, чем прочность частиц пенополистирола при разрыве, что и обуславливает снижение прочности композиции при увеличении содержания пенополистирола.
| Таблица 1 | ||||||||||||
| Физико-механические характеристики эпоксидно-древесных композиций | ||||||||||||
| Состав № | Соотношение наполнителей, об.ч. | Содержание связующего % от общей массы | Предел прочности, МПа | Плотность, кг/м | Теплопроводность, Вт/м·K | Водопоглощение, %, после | Набухание по толщине, %, после | Остаточная прочность, %, после | ||||
| при изгибе | при сжатии | 2 часов | 24 часов | 2 часов | 24 часов | 2 часов | 24 часов | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 1 | 3:1 | 62,4 | 4,51 | 4,90 | 587 | - | 12,8 | 23,4 | - | 0,9 | - | 78 |
| 2 | 2,5:1 | 63,3 | 5,71 | 8,48 | 585 | - | 7,2 | 13,2 | - | 1,0 | - | 78 |
| 3 | 1:1 | 66,1 | 5,94 | 13,16 | 670 | - | 6,8 | 9,1 | 0,3 | 0,7 | - | - |
| 4 | 1:1 | 59,5 | 4,92 | - | 697 | - | 24,3 | 39,4 | 2,2 | 3,1 | - | 85 |
| 5 | 1:1 | 53,8 | 2,64 | 3,39 | 525 | - | 50,9 | 68,3 | 1,4 | 1,9 | - | 61 |
| 6 | 1:1 | 48,3 | 2,34 | 2,52 | 487 | 0,142 | 64,4 | 81,8 | 1,3 | 1,8 | - | 64 |
| 7 | 1:1 | 40,9 | 1,48 | - | 364 | 0,11 | 98,3 | 116,8 | 3,4 | 4,7 | 73 | 67 |
| 8 | 2,5:1 | 44,7 | 1,50 | 1,25 | 347 | 0,078 | 76,3 | 82,7 | 3,1 | 3,8 | 89 | 73 |
Следует также отметить, что при увеличении содержания древесного наполнителя происходит рост плотности и набухания по толщине, а также снижение водопоглощения. Остаточная прочность при поперечном изгибе после 24-х часового выдерживания в воде высока и составляет 78-83% от начальной.
С целью снижения плотности композиции, а следовательно, улучшения теплотехнических свойств, получены ряд составов с уменьшенным содержанием связующего при фиксированном соотношении наполнителей (1:1 объемных частей). Физико-механические свойства композиций указаны в табл.1 (составы №3-7). Из таблицы видно, что при уменьшении количества связующего происходит снижение плотности, теплопроводности и механической прочности, и значительно увеличиваются водопоглощение и набухание. Так водопоглощение увеличивается с 9 до 117% при уменьшении связующего с 66,1 до 40,9% общей массы. Исходя из этого был получен материал с соотношением пенополистирольной крошки и сосновых опилок 2,5:1 об. частей и содержанием связующего 44,7% от общей массы композиции (состав №8). Полученный материал обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, достаточной механической прочностью и водостойкостью.
На основании полученных результатов был выбран оптимальный состав с соотношением пенополистирольной крошки и древесных опилок 2,5:1 об. частей и содержанием связующего 44,7% общей массы композиции. Физико-механические характеристики эпоксидно-древесной композиции с пенополистирольной крошкой представлены в табл.2.
| Таблица 2 | ||
| Физико-механические характеристики эпоксидно-древесной композиции | ||
| № п/п | Показатель | Значение |
| 1 | Разрушающее напряжение, МПа, при: | |
| - сжатии (при 10% деформации) | 1,25 | |
| - поперечном изгибе | 1,50 | |
| 2 | Модуль упругости при сжатии, МПа | |
| - в направлении прессования | 14,4 | |
| - в направлении, перпендикулярном прессованию | 8,0 | |
| 3 | Плотность, кг/м3 | 340±20 |
| 4 | Теплопроводность, Вт/м·K, при 20°С | 0,078 |
| 5 | Остаточная прочность, %, после воздействия воды в течение | |
| - 2 часов | 88,8 | |
| - 24 часов | 72,8 | |
| 6 | Водопоглощение по массе, %, после воздействия воды в течение | 76,3 |
| - 2 часов | 82,7 | |
| - 24 часов | ||
| 7 | Набухание по толщине, %, после воздействия воды в течение | |
| - 2 часов | 3,05 | |
| - 24 часов | 3,80 | |
| 8 | Коэффициент линейного термического расширения α·10-6, град-1 | 4,69 |
Результаты показывают, что данную композицию можно применять в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала, причем допустимо кратковременное воздействие на него влажной среды без значительного снижения прочностных показателей. Значение теплопроводности предлагаемой композиции (0,078 Вт/м·K) выше, чем у пенополистирола (0,04-0,06 Вт/м·K), на 30-95%, при этом прочность выше в 3 раза, а долговечность в десятки-сотни раз. Поэтому за весь срок эксплуатации здания (100 лет) пенополистирол в качестве дополнительного утеплителя необходимо будет менять более 10 раз, а предлагаемую композицию 1-2 раза. Отсюда экономический эффект применения прелагаемой композиции очевиден.
Авторами предлагается следующий состав эпоксидно-древесной композиции, мас.ч.:
- эпоксидная смола ЭД-20 - 100;
- отвердитель ПЭПА - 10;
- пластификатор (маточная смола эпоксидная МСЭ-I) - 15;
- наполнитель (сосновые опилки) - 105;
- наполнитель (пенополистирольная крошка) - 31.
Предлагаемая эпоксидно-древесная композиция обладает:
- хорошими физико-техническими характеристиками;
- экологической безопасностью;
- позволяет применять отходы производства.
Эпоксидно-древесная композиция для теплоизоляции, включающая эпоксидно-диановую смолу ЭД-20, полиэтиленполиамин в качестве аминного отвердителя, наполнители и пластификатор, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора композиция содержит маточную эпоксидную смолу - отходы производства эпоксидных смол, в качестве наполнителей сосновые опилки и пенополистирольную крошку - отходы производства теплоизоляционных изделий при следующем содержании компонентов, мас.ч.:
| эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 100 |
| полиэтиленполиамин | 10 |
| вышеуказанный пластификатор | 15 |
| пенополистирольная крошка | 31 |
| сосновые опилки | 105 |
