Композиция для получения искусственных пористых заполнителей

 

Использование: в промышленности строительных материалов, в частности для получения искусственных пористых заполнителей, и сооружений. Сущность изобретения: композиция включает, мас.%: продукт конденсации отходов ацетонофенольного производства с формальдегидом 36 - 46; кислый катализатор 24 - 34 порода мергель 11 - 36,1; асбестсерпентиновые отходы обогащения асбестовых руд 1,1 - 19. 1 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности может быть использовано для получения искусственных пористых заполнителей на основе фенолформальдегидной смолы резольного типа, применяемых для тепловой изоляции строительных конструкций и сооружений.

Известна композиция для получения пенопласта, включающая, мас.%: продукт конденсации отходов ацетонофенольного производства с формальдегидом 58,0-60,0; аддукт окиси этилена алкилфенола 2,8-3,5; алюминиевую пудру 0,5-0,7; бензолсульфоновую кислоту 15,5-16,0; фосфористую кислоту 1,8-2,3; мочевиноформальдегидную смолу 19,9-19,5 [1].

Недостатком этой композиции является невозможность формования композиционной массы и низкая прочность при сжатии (0,42-0,48 МПа), применение для вспенивания дорогостоящей алюминиевой пудры.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является композиция для пенопласта, включающая мас.%: ФРВ-1А - смесь фенолформальдегидной смолы, алюминиевой пудры и поверхностно-активного вещества ОП-7 46-55; вспенивающе-отверждающий агент ВАГ-3 - продукт конденсации сульфофениломочевины, формальдегида и ортофосфорной кислоты 12-18; наполнитель - отходы переработки апатитовых руд 16-25 и карбомидоформальдегидную смолу 11-17 [2].

Недостатком этой композиции является то, что из нее можно получать заливочные композици и невозможно формование композиционной массы. Недостатком является низкая прочность при сжатии (0,85 МПа).

При создании изобретения ставилась задача получить формовочную композицию с такими характеристиками, которые позволили использовать ее для формования гранул при комнатной температуре. Техническим результатом является обеспечение возможности получения искусственных полимерминеральных пористых заполнителей марок до 250 и повышение прочности при сжатии.

Это достигается тем, что композиция для получения искусственных пористых заполнителей, включающая фенолформальдегидную смолу, кислый катализатор и минеральный наполнитель, содержит в качестве фенолформальдегидной смолы продукт конденсации отходов ацетонофенольного производства с формальдегидом, в качестве минерального наполнителя - породу мергель и асбестсерпентиновые отходы обогащения асбестовых руд при следующем соотношении компонентов, мас. %: Продукт конденсации отходов ацетонофенольного производства с формальдегидом - 36-46 Кислый катализатор - 24-34 Указанные отходы обогащения - 1,1-19 Порода-мергель - 11-36,1 Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав композиции отличается от известного использованием в качестве фенолформальдегидной смолы продукта конденсации отходов ацетонофенольного производства с формальдегидом, а в качестве минерального наполнителя породу мергель и асбестсерпентиновые отходы обогащения асбестовых руд. Анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам изобретения. Следовательно, изобретение соответствует условию "новизна".

В предлагаемой композиции в качестве минерального наполнителя используют смесь полиминерального мергеля и отходов хризотиласбестсерпентинового состава.

Полиминеральный мергель содержит, мас.%: клиноптилолит 18; кальцит 19; монтмориллонит 33; кварц 30.

Полиминеральные асбестсерпентиновые отходы асбестоперерабатывающей промышленности содержат, мас.%: хризотиласбест 6 и серпантин 94.

Используемые асбестсерпентиновые отходы фракции -0,25+0,0 мм не требуют доизмельчения. Хризотиласбест с природной длиной волокна -0,25+0,0 мм относится к непромышленному, он не оценивается при разведке месторождений, не включается в балансовые и забалансовые запасы, а при отработке месторождений вывозится в отвалы пустых пород в отвалы асбестообогатительных фабрик.

Более широкое и углубленное изучение технических и технологических свойств хризотиласбест с природной длиной волокна фракции -0,25+0,0 мм показало возможность применения его в производстве искусственных пористых заполнителей. Прямые технологические испытания изготовления искусственных пористых заполнителей (гранул) на основе смеси мергеля, серпентина и хризотиласбеста фракции -0,25+0,0 мм подтвердили правильность прогнозной оценки. Присутствующий в отходах хризотиласбест имеет волокнистое строение и поэтому играет роль арматуры. Соединение его со смолой более прочное, чем других минералов, имеющих изометричную или близкую к ней форму.

Входящий в состав мергеля кальцит выступает в качестве вспенивателя, что исключает необходимость использования таких техногенных веществ, как сода, известь, алюминиевая пудра и др. Применение природного вспенивателя (мергеля), непромышленного хризотиласбеста фракции -0,25+0,0 мм, значительно расширяет возможности производства пористых заполнителей за счет больших, практически неограниченных его запасов в недрах, доступного освоения и низкой стоимости, безотходной и экологически чистой технологии производства.

Присутствие в мергеле кварца, а в отходах серпентина улучшает структуру и повышает механическую прочность получаемых гранул.

Таким образом, предложенный состав компонентов придает композиции новое свойство, а именно увеличение прочностных свойств получаемых гранул при сжатии. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Пример 1. Для приготовления композиции используют продукт конденсации отходов ацетонофенольного производства с формальдегидом (ПКАФФ), кислый катализатор и минеральные наполнители. Продукт ПКАФФ получают по реакции поликонденсации формальдегида с отходами ацетонофенольного производства АО "Казаньоргсинтез", состав которых, мас.%: фенол 40-79; кумилфенол 8,7-18; диметилфенолкарбинол 0,08-2,6; - метилстирол 5,85-16,75; пек - остальное. Продукт ПКАФФ представляет собой вязкую жидкость темно-коричневого цвета с характерным запахом фенола. Оптимальное значение вязкости (по В3-4) 600 с. Смола при отрицательных температурах замерзает. Содержание надсмольной воды в смоле 5-7%, содержание формальдегида от 1 до 10% и фенола до 0,7%.

Кислый катализатор - смесь бензолсульфоновой кислоты, ортофосфорной кислоты и этиленгликоля в соотношении соответственно 1:0,4:0,3.

Минеральные компоненты, используемые в композиции: порода мергель Татарско-Шатрашского месторождения Поволжского региона, измельченная до фракции -0,315+0,0 мм, содержащая, мас.%: SiO₂ - 34,58; TiO₂ - 0,26; Al₂O₃ - 5,27; Fe₂O₃ - 2,08; CaO - 15,78; MgO - 1,10; Na₂O - 0,19; K₂O - 0,74; P₂O₅ - 0,04; CO₂ - 6,94; вода - остальное и асбестсерпентиновые отходы фракции -0,25+0,0 мм - отходы переработки хризотиласбестовых руд Киембаевского месторождения Южного Урала, содержащие, мас.%: SiO₂O - 37,7; TiO₂ - 0,01; Al₂O₃ - 1,53; Fe₂O₃ - 6,66; FeO - 1,59; MnO - 0,1; CaO - 1,21; MgO - 35,09; Na₂O - 0,02; K₂O - 0,02; P₂O₅ - 0,15; вода - остальное.

Необходимую композицию для получения пористых сферических заполнителей (гранул) готовят при комнатной температуре следующим образом: берут 34,2% мергеля и 1,8% асбестсерпентиновых отходов и смешивают вручную в воздушно-сухом состоянии при комнатной температуре. Соотношение мергеля к асбестсерпентиновым отходам составляло соотношение 95:5 (мас.%).

Далее полученную смесь смешивают с 36% продукта конденсации отходов ацетонофенольного производства с формальдегидом (ПКАФФ), размешивают до пластического состояния и после этого вводят 28% кислого катализатора (смесь бензолсульфоновой кислоты, ортофосфорной кислоты и этиленгликоля в соотношении соответственно 1:0,4:0,3). Размешивают до полного смешивания всех компонентов и формуют гранулы диаметром 15-16 мм. Сформованные гранулы начинают равномерно увеличиваться в объеме (вспениваться, вспучиваться) и через 2-3 минуты достигают максимальной величины, а затем в последующие 3-4 минуты происходит равномерное уменьшение объема гранул (самоуплотнение) в 1,3 раза. Через 10 минут происходит отверждение гранул. Состав композиции и данные по определению свойств гранул, изготовленных из этой композиции, приведены в таблице (композиция 2).

Пример 2. Композицию для получения искусственных пористых гранулированных заполнителей готовят по примеру 1, но с тем отличием, что соотношение мергеля к асбестсерпентиновым отходам составляло 90:10 (мас.%). Берут 32,4% мергеля и 3,6% асбестсерпентиновых отходов смешивают вручную в воздушно-сухом состоянии при комнатной температуре. Состав композиции и данные по определению свойств гранул, изготовленных из этой композиции, приведены в таблице (композиция 3).

Пример 3. Композицию готовят по примеру 1, с тем отличием, что соотношение мергеля к асбестсерпентиновым отходам составляло соотношение 70:30 (мас. %). Состав композиции и данные по определению свойств гранул, изготовленных из этой композиции, приведены в таблице (композиция 4).

Пример 4. Композицию готовят по примеру 1, с тем отличием, что соотношение мергеля к асбестсерпентиновым отходам составляло 50:50 (мас.%). Состав композиции и данные по определению свойств гранул, изготовленных из этой композиции, приведены в таблице (композиция 5).

Для определения оптимального количества асбестсерпентиновых отходов в составе наполнителя были проведены дополнительные эксперименты. Уменьшение асбестсерпентиновых отходов до 3 мас.% (соотношение 97:3) приводит к снижению прочностных свойств гранул, а увеличение до 70 мас.% (соотношение 30:70) приводит к увеличению насыпной массы, а соответственно и марки (композиции 1, 6, 7, 12, 13, 18, 19, 24).

Наиболее высокие и стабильные физико-механические свойства гранул, изготовленных из предлагаемых композиций, достигнуты при соотношении мергеля к асбестсерпентиновым отходам 50-95 : 5-50 (мас.%).

Оптимальность предлагаемого количества ПКАФФ обосновывается тем, что при увеличении ее до 54% композиция вспенивается, но не формуется (расплывается), а при уменьшении до 32% композиция не вспенивается и не формуется (см. таблицу, композици 25, 26). При увеличении кислого катализатора до 40% композиция очень быстро твердеет - не формуется, а при его уменьшении до 20% смесь не твердеет (см. таблицу, композиция 27, 28).

Из таблицы следует, что полученная композиция предлагаемого состава обеспечивает возможность формования композиционной массы и получения сферических пористых заполнителей, обладающих повышенной прочностью при сжатии (1,61 - 2,76 МПа).

Прочность получаемых гранул и их марки определялись по ГОСТ 9759-86.

В результате частичной замены мергеля на отходы асбестсерпентинового состава происходит армирование гранул за счет волокнистых агрегатов хризотиласбеста. В этом случае происходит увеличение поверхности связи волокнистых агрегатов хризотиласбеста со смолой и отвердителем, что способствует увеличению прочности изделий, повышению сопротивления сжимающим усилиям.

Механическая прочность гранул, изготовленных из предлагаемой композиции, при раздавливании выше, чем у гранул керамзита (искусственный пористый гранулированный заполнитель, получаемый из глины с последующим обжигом при температуре 1100-1170^oC), для марки 200 в 2,68 (2,01) - 4,27 (3,2) раза, а для марки 250 в 3,13 (2,35) - 4,6 (3,45) раза.

Использование изобретения обеспечивает - высокое качество искусственных пористых гранулированных заполнителей за счет повышения прочности при сжатии в 1,89 - 3,25 раза по сравнению с прототипом и в 2,01 - 4,6 раза по сравнению с требованиями ГОСТ 9759-86 для керамзитового гравия; - использование новых видов сырья - полиминерального мергеля и асбестсерпентиновых отходов переработки асбестовых руд для получения искусственного пористого гранулированного полимерминерального заполнителя (гравия); - более полное (глубокое) использование недр асбестовых месторождений; - сокращение площадей, занимаемых отвалами обогащения - отходов обогащения асбестовых руд;
- новую область применения непромышленного хризотиласбеста с природной длиной волокна фракции -0,25+0,0 мм.

Формула изобретения

Композиция для получения искусственных пористых заполнителей, включающая фенолформальдегидную смолу, кислый катализатор и минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве фенолформальдегидной смолы продукт конденсации отходов ацетонофенольного производства с формальдегидом, в качестве минерального наполнителя - породу мергель и асбестсерпентиновые отходы обогащения асбестовых руд при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Продукт конденсации отходов ацетонофенольного производства с формальдегидом - 36 - 46
Кислый катализатор - 24 - 34
Порода мергель - 11,0 - 36,1
Указанные отходы обогащения - 1,1 - 19,0к

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2