Теплозвукоизоляционный материал "luchex" и способ его получения

Изобретение относится к теплозвукоизоляционным строительным материалам, полученным на основе бумажной макулатуры. Способ получения теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX» включает подачу бумажной макулатуры, измельчение на первой ступени в шредере грубого помола, измельчение на второй ступени в вихревой мельнице среднего помола, смешивание с борной кислотой в камере смешения, измельчение на третьей ступени в вихревой мельнице тонкого помола, выделение из циклона. После первой, второй ступеней, камеры смешения и третьей ступени измельченную смесь под действием разрежения, создаваемого вентилятором, подают в турбулентном потоке воздуха, движущемся со скоростью 2–3 м/с по воздухопроводу, тангенциально врезанному в боковые цилиндрические стенки шредера грубого помола, вихревой мельницы среднего помола, камеры смешения, вихревой мельницы тонкого помола и циклона. Для полученного теплозвукоизоляционного материала характерно: количественное соотношение бумажной макулатуры и борной кислоты равно соответственно (83-91) мас / (17-9) мас; показатель средней длины волокна находится в пределах 1,8-2 мм; водородный показатель pH равен 6; теплопроводность равна 0,037 Вт/(м⋅°С) плотность равна 25,02 кг/м³. Изобретение позволяет снизить удельные энергозатраты и себестоимость теплозвукоизоляционного материала, улучшить его теплозвукоизоляционные свойства, достигнуть оптимального показателя химической инертности материала, повысить эффективность его использования. 2 н.п. ф-лы, 4 табл.

 

Изобретение относится к строительным материалам, может быть применено при изготовлении теплоизоляционных материалов на основе макулатуры, а также использовано в строительной промышленности и в сельском хозяйстве для утепления зданий, строений и хранилищ.

Известна композиция теплоизоляционного материала, включающего 30-70 мас стекловолокна и 70-30 мас целлюлозного волокна, обработанного веществом, замедляющим воспламенение. Композиция данного теплоизоляционного материала является более эффективной и менее дорогой, чем любой из ее составляющих компонентов. Кроме того, описанная изоляция выдерживает температуру выше 260°С в течение 6 ч и более. (Европейский патент №0146840, кл. Е04В 1/76,1985 г.)

Недостатком этой композиции является использование в ее составе экологически небезопасных и дорогостоящих компонентов, что затрудняет ее практическое использование.

Известен теплоизоляционный материал, включающий (70-80)% минеральной ваты и (30-20)% бумажной макулатуры в качестве добавки. (Авторское свидетельство СССР N 1186750, кл. Е04В 1/78, 1985 г.). Известен также способ получения данного теплоизоляционного материала, заключающийся в перемешивании 70% минеральной ваты с 30% бумажной макулатуры в заполненной водой пропеллерной мешалке в течение 10 минут. После этого, из полученной после перемешивания массы, в вакуум - форме, при разряжении 500 мм.рт.ст. формуют сырец. (Авторское свидетельство СССР N 1186750, кл. Е04В 1/78, 1985 г.).

Недостатками данного материала является его невысокие прочность на сжатие, гигроскопичность и невозможность использования в помещениях, имеющих повышенные санитарно-гигиенические требования.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является теплоизоляционный материал, включающий борную кислоту (10-14) мас, буру (6-10 мас), хлорид цинка 0,1-0,5 мас, бумажную макулатуру - остальное (Патент №2037294, кл. Е04В 1/76, 1985 г.). Известен также способ получения теплоизоляционного материала, включающий двухступенчатый помол бумажной макулатуры и смешение ее с остальными компонентами (Патент №2037294, кл. Е 04 В 1/76, 1995 г.).

Недостатком данного материала являются его повышенные плотность, теплопроводность, химическая активность, низкая средняя длина волокна и, как следствие этого, высокие себестоимость и удельные энергозатраты.

Изобретение направлено на получение теплозвукоизоляционного материала, названным «LUCHEX» с пониженными показателями плотности и теплопроводности, химически инертного, с повышенным показателем средней длины волокна.

Технический результат заключается в снижении удельных энергозатрат и себестоимости теплозвукоизоляционного материала, названным «LUCHEX», за счет аэродинамического воздействия при подаче, измельчении, смешении бумажной макулатуры с борной кислотой, в улучшении его теплозвукоизоляционных свойств, за счет снижения плотности и повышения средней длины волокна, а так же, в достижении оптимального показателя его химической инертности, за счет экспериментально подобранного наиболее оптимального количественного соотношения входящих в него компонентов, что существенно повышает эффективность его использования.

Технический результат, достигается за счет того, что, в теплозвукоизоляционном материале «LUCHEX» на основе бумажной макулатуры и борной кислоты, согласно изобретению, количественное соотношение бумажной макулатуры и борной кислоты, равно, соответственно, (83-91) мас / (17- 9) мас, а показатель средней длины волокна находится в пределах 1,8-2 мм.

Технический результат достигается за счет того, что, в способе получения теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX» путем подачи бумажной макулатуры с последующими ее измельчением и смешением с борной кислотой, согласно изобретению, измельчение осуществляется в три ступени до размеров крупных частиц макулатуры и сгустков волокон, соответственно, не превышающих 25 мм, 15 мм и 2 мм., а подача бумажной макулатуры, с последующими ее измельчением и смешением с борной кислотой осуществляются в турбулентном потоке воздуха, движущемся со скоростью 2-3 м/с.

Ниже дается последовательное описание предлагаемого способа получения теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX».

Исходная бумажная (в т.ч. газетная) макулатура подвергается трехступенчатому измельчению.

На первой ступени, в шредере специально разработанной конструкции, происходит измельчение грубого помола до размеров крупных частиц исходной макулатуры, не превышающих 25 мм.

После первой ступени измельчения исходная макулатура, под действием разряжения, создаваемого вентилятором, подается в турбулентном потоке воздуха, движущемся со скоростью 2-3 м/с по воздухопроводу, тангенциально врезанному в боковую цилиндрическую стенку вихревой мельницы среднего помола, где происходит вторая ступень измельчения до размеров крупных частиц исходной макулатуры и сгустков волокон, не превышающих 15 мм.

После второй ступени измельчения исходная макулатура подается, под действием разряжения, создаваемого вентилятором, в турбулентном потоке воздуха, по воздухопроводу, тангенциально врезанному в боковую цилиндрическую стенку камеры смешения. В нее дозировано подается измельченная борная кислота. При этом смешение компонентов происходит в турбулентном потоке воздуха, вращающемся со скоростью 2-3 м/с.

Из камеры смешения смесь подается, под действием разряжения, создаваемого вентилятором, в турбулентном потоке воздуха, по воздухопроводу, тангенциально врезанному в боковую цилиндрическую стенку корпуса вихревой мельницы тонкого помола, где происходит третья ступень измельчения до размеров крупных частиц макулатуры и сгустков волокон, не превышающих 2 мм.

После третьей ступени измельчения смесь подается, под действием разряжения, создаваемого вентилятором, по воздухопроводу, тангенциально врезанному в боковую цилиндрическую стенку циклона, в турбулентном потоке воздуха, для ее выделения из него. Внутри циклона турбулентный поток, вместе с взвешенной в нем смесью, вращается со скоростью 2-3 м/с. При этом, развивающаяся центробежная сила прижимает к внутренней поверхности стенки циклона крупные частицы и сгустки волокон смеси, которые, под действием сил гравитации и вибрации, сползают вниз по стенке, к шлюзовому затвору циклона.

Одновременно с подачей, измельчением, смешением и выделением смеси из турбулентного потока воздуха, происходит интенсивное вспушивание и фибрилляция мелкой и средней дисперсных фракций частиц компонентов и сгустков волокон. Поэтому, основной процент готового продукта представляет собой массу, распушенную на тонкие, эластичные волокна, показатель средней длины которых на выходе находится в пределах 1,8-2,0 мм.

Очищенный от смеси воздух подается в систему аспирации для улавливания мелкодисперсной фракции частиц компонентов, сгустков волокон и пыли.

Выделенная из потока воздуха смесь, представляющая собой готовый теплозвукоизоляционный материал «LUCHEX», подается на прессование с последующей упаковкой.

В ходе экспериментальных исследований были выявлены новые свойства предлагаемого теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX», заключающиеся в том, что, в отличие от известных решений, он имеет:

- меньшую пожароопасность, повышенную температуру воспламенения и большую экологичность за счет экспериментально подобранного наиболее оптимального количественного соотношения входящих в него компонентов;

- меньшие показатели плотности - на 40%, теплопроводности - на 10%, расхода готового продукта - до 40% и себестоимости за счет трех ступенчатого измельчения, сопровождающегося интенсивным вспушиванием и фибрилляцией волокон при подаче, измельчении и смешивании в турбулентном потоке воздуха;

- химическую инертность (рН=6), за счет экспериментально подобранного оптимального количественного соотношения входящих в него компонентов, что обеспечивает высокую эффективность его использования;

- высокий показатель средней длины волокна (1,8-2,0 мм) за счет снижения рубки и усиления фибрилляции волокон.

Кроме того, при производственных предварительных испытаниях опытных образцов, были выявлены особенности, заключающиеся в том, что, в отличие от известных решений, предлагаемый теплозвукоизоляционный материал «LUCHEX» обладает достаточно высокими:

- прочностью и гигроскопичностью (за счет большего значения показателя средней длины волокна и меньшей плотности);

- фуммигирующими свойствами (отпугивающими тараканов, моль и т.п. насекомых) за счет присутствия в нем борной кислоты в количестве, заявленном в предлагаемом решении.

Можно предположить, что все эти свойства и особенности создают хорошие предпосылки к широкому внедрению и использованию предлагаемого теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX» в помещениях, с повышенными санитарно-гигиеническими требованиями, в частности, на объектах пищевой, легкой промышленности, сельскохозяйственного хранения, медицины.

Пример. 130 кг газетной макулатуры загружают в шредер при комнатной температуре, где происходит ее грубое измельчение до размеров крупных частиц, не превышающих 25 мм и далее подают в турбулентном потоке воздуха в вихревую мельницу среднего помола, где происходит ее измельчение до размеров крупных частиц и сгустков волокон, не превышающих 15 мм.

Затем измельченную газетную макулатуру направляют в камеру смешения в турбулентном потоке воздуха. Одновременно, в камеру смешения дозированно подают предварительно измельченную борную кислоту в количестве 22,94 кг и смешивают ее с газетной макулатурой в турбулентном потоке воздуха, вращающемся со скоростью 2-3 м/с.

Полученную смесь подают в турбулентном потоке воздуха в вихревую мельницу тонкого помола для дальнейшего измельчения до размеров крупных частиц и сгустков волокон не превышающих 2 мм.

После этого, смесь дозированно подается в турбулентном потоке воздуха по воздухопроводу, тангенциально врезанному в боковую цилиндрическую стенку циклона, для ее выделения из этого потока.

Очищенный от смеси поток воздуха подается в систему аспирации для улавливания мелкодисперсной фракции частиц компонентов, сгустков волокон и пыли.

Выделенная из потока воздуха смесь готового теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX» подается на прессование, с последующей упаковкой в бумажные мешки.

Данные экспериментальных исследований образцов

теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX» представлены в таблицах 1-4.

Для определения водной вытяжки теплоизоляционного материала отобраны три навески проб предлагаемого материала, по 40 г от каждой пробы и одна навеска пробы прототипа. Водородный показатель определялся по ГОСТ 17.5.4.01-84 «Охрана природы. Значение рН водной вытяжки».

Полученные значения рН=6 для трех навесок проб предлагаемого материала, говорит о том, что данный материал является химически инертным и не вызывает коррозию контактирующих с ним материалов.

Длина волокна является показателем, определяющим насколько сильно будет происходить усадка теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX» в конструкциях зданий. Это особенно актуально для стен и наклонных конструкций. Для определения средней длины волокна водной вытяжки суспензии трех образцов исследуемых теплоизоляционных материалов были взяты четыре навески проб, по 40 г от каждого образца.

Из таблицы 2, следует, что показатель средней длины волокна предлагаемого теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX»:

- в 1,5…1.53 раза выше, чем у прототипа 1 и аналога 2, соответственно;

- соотносится с данными по длине волокон газетной макулатуры - сырья для получения предлагаемого теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX».

В предлагаемом способе это объясняется:

- снижением фактора механического воздействия на волокно, в виде его укорочения за счет рубки и резки;

- существенным усилением аэродинамического воздействия на волокно в турбулентном потоке воздуха, при подаче, измельчении и смешении его с борной кислотой;

- фибрилляцией и вспушиванием волокна, при его подаче и смешении с добавкой в турбулентном потоке воздуха.

Из таблицы 3 следует, что средний показатель коэффициента теплопроводности образцов исследуемых теплозвукоизоляционных материалов составляет у:

аналога 2 - 0,041 Вт/м⋅°С;

прототипа - 0,040 Вт/м⋅°С;

предлагаемого - 0,037 Вт/м⋅°С.

Можно предположить, что уменьшение коэффициента теплопроводности предлагаемого теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX» на (7,5 - 10)%, по сравнению, соответственно, с прототипом и аналогом 2, позволяет увеличить энергетическую эффективность предлагаемого решения и снизить эксплуатационные расходы на его внедрение.

Из таблицы 4 следует, что средний показатель плотности теплоизоляционного материала составляет у:

аналог 2 - 48,32 кг/м³;

прототип - 39,49 кг/м³;

предлагаемого - 25,02 кг/м³.

Можно предположить, что уменьшение плотности предлагаемого теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX» на (37-52)%, по сравнению, соответственно, с прототипом и аналогом 2, позволит понизить коэффициент теплопроводности предлагаемого материала, его расход, стоимость строительства, эксплуатацию и нагрузку на изолируемую строительную конструкцию строительства.

Таким образом, из вышеизложенного, следует, что, по сравнению с известными теплоизоляционными материалами, при промышленном использовании, предлагаемый теплозвукоизоляционный материал «LUCHEX» имеет следующие преимущества:

- показатель средней плотности ниже на (37-52)%;

- коэффициент теплопроводности ниже на (7,5-10)%;

- фумигирующие свойства дают возможность использовать материал «LUCHEX» в бытовых и промышленных помещениях, имеющих повышенные санитарно-гигиенические требования, в частности, сельскохозяйственных помещениях;

- химически инертен, что обеспечивает высокую эффективность его использования;

- показатель средней длины волокна в 1,5-1,53 раза выше.

Кроме того, представляется, что использование предлагаемого решения может позволить существенно снизить удельные энергозатраты, себестоимость.

Все вышеуказанные преимущества обеспечивают высокоэффективное практическое использование предлагаемого теплозвукоизоляционного материала «LUCHEX».

1. Способ получения теплозвукоизоляционного материала, включающий подачу бумажной макулатуры, измельчение на первой ступени в шредере грубого помола, измельчение на второй ступени в вихревой мельнице среднего помола, смешивание с борной кислотой в камере смешения, измельчение на третьей ступени в вихревой мельнице тонкого помола, выделение из циклона, отличающийся тем, что после первой, второй ступеней, камеры смешения и третьей ступени измельченная смесь под действием разрежения, создаваемого вентилятором, подается в турбулентном потоке воздуха, движущемся со скоростью 2–3 м/с по воздухопроводу, тангенциально врезанному в боковые цилиндрические стенки шредера грубого помола, вихревой мельницы среднего помола, камеры смешения, вихревой мельницы тонкого помола и циклона.

2. Теплозвукоизоляционный материал на основе бумажной макулатуры и борной кислоты, полученный способом по п. 1, отличающийся тем, что:

– количественное соотношение бумажной макулатуры и борной кислоты равно соответственно (83-91) мас / (17-9) мас;

– показатель средней длины волокна находится в пределах 1,8-2 мм;

– водородный показатель pH равен 6;

– теплопроводность равна 0,037 Вт/(м⋅°С)

– плотность равна 25,02 кг/м³.