Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные композиционные материалы ... 15
1.1. Полимерные композиционные материалы 15
1.2. Полимерная основа композиционных материалов 20
1.3. Строительные композиционные полимерные материалы... 21
1.3.1 .Конструкционные строительные полимер-композиционные материалы 21
1.3.2. Отделочные полимер-композиционные материалы 27
1.3.3. Тепло-, звукоизоляционные полимер-композиционные материалы 29
1.3.4. Герметизирующие полимерные строительные материалы 32
1.4. Композиционные строительные материалы с использованием отходов 34
1.5. Строительные герметизирующие материалы на полимерной основе 38
Выводы по главе 1 42
ГЛАВА 2. Сырьевые материалы. методы исследований 43
2.1. Цель и задачи исследований 43
2.2. Характеристика сырьевых материалов 44
2.3. Методы исследований 48
2.3.1. Методика физико-механических испытаний 48
2.3.2. Методика физико-химических исследований 57
2.3.3. Методика математического планирования эксперимента. 58
2.3.4. Методика статистической обработки результатов эксперимента 62
Выводы по главе 2 63
ГЛАВА 3. Экспериментально-теоретические исследования по разработке составов и исследованию свойств композиционных строительных материалов различногофункционального назначения с использованием полимер-волокнистых, резинотехнических и древесных отходов 64
3.1. Предварительная подготовка исследуемых полимерных отходов 64
3.2. Исследование возможности применения полимерволокнистых отходов при производстве строительных композиционных материалов различного назначения 67
3.2.1. Изучение возможности с использования отходов линолеума при производстве отделочных, тепло- и звукоизоляционных строительных материалов 68
3.2.1.1. Отделочные строительные материалы на основе отходов производства линолеума 68
3.2.1.2. Тешюзвукоизоляционные материалы на основе бумажной макулатуры и отходов линолеума 91
3.3. Исследование возможности использования древесных и резиновых отходов при производстве строительных герметиков 113
3.3.1. Герметики с использованием древесных и резиновых отходов на основе эпоксидных смол 114
3.3.2. Герметики на основе комбинации эпоксидной смолы и тиокола с использованием древесных и резиновых отходов 132
3.4. Долговечность композитов с использованием полимерволокнистых отходов 142
3.4.1. Биодеградация и биостойкость композиций на основе полимерволокнистых отходов 142
3.4.2. Атмосферостойкость строительных герметиков с использованием древесных и резиновых отходов на основе эпоксидных смол и тиоколов 148
Выводы по главе 3 150
ГЛАВА 4. Технология производства композиционных строительных материалов с использованием отходов и технико-экономическое обоснование целесообразности производства 153
4.1. Основы технологии производства и применения композиционных строительных материалов различного функционального назначения с использованием полимерволокнистых, резинотехнических и древесных отходов 153
4.1.1. Технология производства отделочных строительных материалов на основе отходов производства линолеума 154
4.1.2. Технология производства тепло-, звукоизоляционных строительных материалов на основе бумажной макулатуры и отходов производства линолеума 155
4.1.3. Технология изготовления строительных герметиков на основе эпоксидной смолы, эпоксидной смолы и тиокола с использованием в качестве наполнителей отходов деревообрабатывающей и резинотехнической промышленности 158
4.2. Опытно-промышленное опробование композиционных строительных материалов с использованием полимерволокнистых отходов 161
4.3. Технико-экономическое обоснование эффективности производства композиционных строительных материалов с использованием полимерволокнистых отходов 161
4.3.1. Технико-экономическое обоснование эффективности производства строительных герметиков с использованием в качестве наполнителя резиновой крошки 162
4.3.2. Технико-экономическое обоснование эффективности производства тепло-,звукоизоляционных материалов с использованием бумажной макулатуры и отходов производства линолеума 162
Выводы по главе 4 163
Выводы по работе 164
Литература 166
Приложения 179
- Полимерные композиционные материалы
- Методика физико-механических испытаний
- Предварительная подготовка исследуемых полимерных отходов
- Технология производства тепло-, звукоизоляционных строительных материалов на основе бумажной макулатуры и отходов производства линолеума
Введение к работе
Промышленность строительных материалов - одна из ресурсоемких отраслей народного хозяйства. В настоящее время перехода к рыночным отношениям высокая ресурсоемкость является одним из важнейших факторов, сдерживающих развитие этой отрасли, следовательно, всего строительного комплекса. Известно [147, 151], что затраты на материалы составляют более половины общей стоимости строительно - монтажных работ и около трети капитальных вложений во весь строительный комплекс страны. Поэтому с целью снижения затрат на капитальное строительство необходимо в первую очередь добиться существенного уменьшения затрат в производстве строительных материалов.
Решение этой задачи тесно связано с широким вовлечением в производство строительных материалов техногенных отходов и наиболее рациональном их использовании. Это, во-первых, позволяет достичь существенной экономии природного сырья и, во-вторых, благоприятно повлияет на экологическую обстановку в регионах накапливания техногенных отходов.
Известно, что прогрессирующее развитие химической промышленности в последние десятилетия во многом обусловило значительное увеличение производства полимерных материалов, в свою очередь, связанное с ростом их потребления, как в различных отраслях народного хозяйства, так и в быту. При этом в соответствии с законами антропогенного ресурсного цикла в этой или иной пропорции возрос и объем производственных отходов и отходов потребления.
Если производственные отходы производители в силу эколого - экономических соображений стараются минимизировать и рекуперировать, то с отходами потребления дело обстоит иначе. Эти отходы, составляющие основную долю, за некоторым исключением утилизируются либо посредством сжигания, либо захоронением на полигонах в виде мусора. К исключениям можно отнести резиновые отходы, в основном в виде изношенных автопокрышек, и отходы из не наполненных и неармированных термопластичных полимерных материалов (полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полиметилметакрилата и некоторых других).
Эти виды полимерных отходов благодаря имеющимся технологиям рекуперации и переработки могут быть возвращены в основное производство в качестве вторичного сырья.
Известно также, что в последнее время из-за сильного загрязнения окружающей среды наблюдается значительная интенсификация коррозионно - эрозионных процессов фасадных поверхностей зданий, памятников архитектуры, скорость которых за последние 20 лет увеличилась в 1,5-2 раза. Результатом коррозии является разрушение материала ограждающих стеновых конструкций, что, в свою очередь, значительно сокращает проектные сроки их службы. Перспективным путем решения этой проблемы в строительстве является применение композиционных материалов на полимерных связующих, обладающих повышенной прочностью, другими эффективными свойствами. При этом определенный научный и практический интерес представляют работы, выявляющие новые возможности по использованию полимерных отходов в производстве некоторых видов композиционных строительных материалов с учетом решения экологических и экономических проблем строительной отрасли.
В этом плане необходимо отметить актуальность работ, направленных на разработку технологий по получению и внедрению в строительную практику новых видов композиционных строительных материалов на основе различных полимерных отходов. [43,44, 137, 139-142, 144, 147, 149-152]
Актуальность. В последнее время условия эксплуатации зданий и сооружений (одновременное воздействие температурных факторов и загрязнение окружающей среды) выдвигают все более жесткие требования к долговечности герметизирующих материалов, применяемых в строительстве. В этой связи использование местных сырьевых ресурсов, отходов производства и наполнителей различной природы для создания и модификации строительных композитов, несомненно, является актуальной проблемой [137-144,. 150, 153, 157], при этом утилизация полимерных отходов в значительной степени позволяет улучшить экономические и экологические показатели производства строительных композитов.
В строительстве, как и во многих других отраслях, применение полимерных материалов в чистом виде крайне редко. В основном они используются как одна из составляющих композиционных материалов.
Вовлечение в хозяйственный оборот техногенного сырья позволяет получать строительные композиты с высокими эксплутационными и специальными свойствами, не уступающими, а иногда и превосходящими, свойства традиционно применяемых материалов.
Технология изготовления композиционных строительных материалов на полимерной основе (производственные и потребительские отходы резиновых производств; отходы производства линолеума различных марок; отходы полиэтилена высокого и низкого давления; бумажная макулатура) базируется на использовании общеизвестных связующих таких сырьевых материалов, как фенопласт 32-320-02, эпоксидная смола ЭД- 16, жидкий полисульфидный каучук (тиокол) и максимально возможном использовании существующих и действующих технологических линий и оборудования. Это позволяет использовать крупнотоннажные отходы производства линолеума в технологии отделочных и теплозвукоизоляционных строительных композиционных материалов, а также получать эффективные полимерные композиционные строительные герметики при использовании в качестве наполнителей отходов деревообрабатывающей и резиновой промышленности.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с целевой федеральной программой «Отходы», федерального закона «Об отходах производства и потребления», региональной программой ВОРЭА «Экология Нижней Волги», координационной программой «Архитектура и строительство» МО РФ и комплексной программой развития жилищного строительства в Волгоградской области «Жилье - 2000».
Цель работы заключается в разработке составов и исследовании свойств композиционных строительных материалов с использованием крупнотоннажных полимерных отходов, а также получении герметизирующих мастик с использованием в качестве наполнителей отходов деревообрабатывающей и резиновой промышленности.
Задачи исследований.
Определить запасы техногенного сырья, используемого в технологии получения предлагаемых строительных композитов, выполнить оценку его качества;
Разработать составы и технологии изготовления строительных композиционных материалов с использованием отходов производства линолеума на ворсовой основе;
Разработать рецептуры строительных паст (герметиков) холодного отверждения на основе олигомерных соединений при использовании отходов промышленности в качестве наполнителей.
Изучить кинетику «холодного» отверждения строительных герметиков на основе эпоксидной смолы и тиокола с использованием отходов деревообрабатывающей и резиновой промышленности.
Научная новизна работы. Развиты основы материаловедческих и технологических аспектов использования крупнотоннажных полимер- волокнистых отходов в технологии отделочных и теплозвукоизоляционных композиционных строительных материалов.
Разработаны составы эффективных отделочных материалов на полимер -волокнистых отходах производства линолеума.
Установлены основные зависимости составов этих композиционных материалов на основные технологические параметры и эксплуатационные характеристики используемых композитов.
Показана возможность регулирования эксплутационных свойств разрабатываемых композиций введением модифицирующих добавок.
Изучена кинетика холодного отверждения полимерных композиционных строительных герметиков на основе эпоксидной смолы и комбинации эпоксидной смолы и тиокола с использованием в качестве наполнителей отходов деревообрабатывающей и резиновой промышленности.
Исследовано влияние природы наполнителей и степени наполнения на скорость отверждения разработанных герметиков.
Оптимизированы составы разработанных композиционных полимерных материалов на основе полимер-волокнистых, резино-технических и древесных отходов.
Разработаны технологические схемы получения композиционных строительных материалов на основе отходов промышленности.
Практическое значение и реализация результатов работы. Определены рациональные составы отделочных типа теплоизоляционных и тепло-, звукоизоляционных материалов с использованием крупнотоннажных полимер-волокнистых отходов.
Разработаны и оптимизированы составы композиционных строительных герметиков на основе эпоксидной смолы и тиокола с использованием в качестве наполнителей отходов деревообрабатывающей и резиновой промышленности. Определены рациональные области применения предложенных строи- тельных композитов, показана экологическая и экономическая эффективность их производства при использовании техногенного сырья.
Разработаны технологии, позволяющие максимально использовать существующие единицы оборудования для получения композиционных строительных герметиков холодного отверждения, отделочных и теплозвукоизоляцион-ных материалов на основе отходов промышленности.
Установлено, что комплексное использование крупнотоннажных отходов производства линолеума в технологии отделочных и тепло-, звукоизоляционных материалов позволяет изготавливать эффективные материалы функционального назначения, а использование отходов деревообрабатывающей и резиновой промышленности в технологии герметиков позволило получить строительные герметики «холодного» отверждения, придать им ряд специфических свойств без увеличения плотности, а также снизить себестоимость их производства.
Экологическая значимость работы заключается в использовании крупнотоннажных отходов линолеума на ворсовой основе и отходов деревообрабатывающей и резиновой промышленности в технологии получения композиционных строительных материалов, что позволяет улучшить экологическую обстановку в местах утилизации вышеназванных отходов, а также обеспечить определенную экономию топливно - энергетических ресурсов при производстве предлагаемых строительных композитов.
Реализация результатов работы. Разработанные композиционные строительные материалы прошли проверку в натурных условиях и опытное внедрение на предприятиях г. Волгограда и г. Волжского Волгоградской области. Были проведены работы по герметизации 12400 п/м швов полносборного элеватора ОАО пивоваренный завод «Поволжье». Выпущено 65 000 м» звукоизоляционных плит на основе отходов линолеумного производства на ЗАО «Завод силикатных и изоляционных материалов» с использованием традиционного технологического оборудования.
Использование результатов исследований позволили улучшить экологические и экономические показатели производства материалов такого назначения, а также вовлечь в хозяйственный оборот техногенное сырье.
Апробация работы. Диссертационная работа выполнялась в период с 1992 - 2001 гг. Основные положения диссертационной работы доложены на международных, республиканских и институтских научных конференциях в 1995 - 2001 гг., в том числе: ежегодных научно - технических конференциях ВолгГАСА 1996 - 2000 гг., международной научно - практической конференции «международное сотрудничество в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды» Кемер, Турция 1997 г., ВолгГТУ 1997 - 2000 гг., IV традиционной научно - технической конференции стран СНГ «Процессы и оборудование экологических производств» Волгоград 1998г., научно - технической конференции ВолгГТУ «Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов» Волгоград 1999г., научно - технической конференции химико - технологического факультета ВолгГТУ «Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов» Волгоград 2000.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов по работе, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы, 34 рисунка, библиографию из 174 наименований.
На защиту выносятся: - развитие основ материаловедческих и технологических аспектов использования отходов деревообрабатывающей и резиновой промышленности в технологии получения строительных паст на основе олигомерных соединений, и отходов линолеума для получения композиционных строительных материалов; результаты исследований по использованию крупнотоннажных отходов производства линолеума в схеме «свойства сырьевых компонентов - состав -технология» получения отделочных и тепло-, звукоизоляционных композиционных строительных материалов; оптимизированные рецептуры получения строительных герметиков на основе олигомерных соединений при использовании техногенного сырья; теоретические и экспериментальные данные по установлению основных технологических и эксплутационных характеристик предлагаемых композиционных строительных материалов в зависимости от их составов; обоснование технико - экономической целесообразности производства отделочных и теплозвукоизоляционных композиционных строительных материалов при использовании отходов производства линолеума на ворсовой основе; обоснование экономической эффективности технологии получения строительных паст холодного отверждения на основе эпоксидной смолы и тиокола с использованием отходов деревообрабатывающей и резиновой промышленности.
В диссертационной работе основные названия и расценки приведены по состоянию на 1.01.2000 года.
Автор диссертации выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Полякову П.В. и научному консультанту кандидату технических наук, профессору Акчурину Т.К., оказавших большую помощь при работе над диссертацией.
Автор выражает искреннюю признательность коллективам кафедр строительных материалов и специальных технологий, технологии строительного производства ВолгГАСА и промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности ВолгГТУ за полезные замечания, высказанные при редактировании рукописи диссертации.
Полимерные композиционные материалы
Современные представления о технологиях получения различных полимерных композиционных материалов изложены в работах отечественных ученных В.И. Соломатова, Ю.М. Баженова, В.П. Селяева, В.М. Хрулева, В.И. Хар-чевникова, Ю.Б. Потапова, А.Н. Бобрышева, А.П. Пропійна, В.Г. Хозина, В.Т. Ерофеева, Ю.Г. Иващенко, А.Д. Корнеева, И.Е. Путляева, Н.А. Мощанского, В.В. Патуроева и др. [43,44,137,139-142,144,147,149-157].
В строительстве, как и во многих других отраслях, применение полимерных материалов в чистом виде крайне редко. Чаще всего они применяются как одна из составляющих более или менее сложных композиций.
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) представляют собой ге-терофазные системы, состоящие из двух или более компонентов, где один компонент является матрицей, в которой определенным образом распределен или диспергирован другой (или другие) компоненты. При таком определении ПКМ каждый компонент в композите сохраняет индивидуальность в отличие от молекулярных смесей на уровне истинных растворов. В упрощенном представлении можно считать, что каждый компонент композита занимает свой объем, т.е. находится в виде самостоятельной фазы, сохраняя ее свойства.
В ПКМ роль матрицы выполняют различного рода полимерные материалы, которые в случае строительных ПКМ чаще называют связующими, т.к. степень заполнения композита в этих случаях другими компонентами, как правило, более 50%.
Предлагаются различные классификации ПКМ [1,2,3,146,147]. В обобщенном виде классификация ПКМ может быть представлена схемой, изображенной нарис. 1.1.
Естественно, что свойства ПКМ, согласно этой схемы, определяются, в первую очередь, свойствами полимера- матрицы. В случаях одной и той же полимерной матрицы разнообразие свойств ПКМ определяются химической природой второй фазы, формой ее частиц, размерами, а также возможной ориентацией коротких или непрерывных армирующих волокон или других элементов.
В соответствии с этой схемой, полимерные связующие подразделяются на три большие группы: термопласты, реактопласты и эластомеры. Отличительной особенностью термопластичных полимеров, или термопластов, является их способность в результате размягчения или плавления переходить выше определенных температур в вязко-текучее состояние [4-6]. И наоборот, реактопласты и эластомеры, приобретающие при отвердении или вулканизации пространственную (сетчатую) молекулярную структуру, теряют при этом способность к размягчению при повышении температуры вплоть до разложения.
Композиты, содержащие в качестве одного из компонентов мелкодисперсные частицы, обычно называют наполненными [7]. Наполнители могут быть как неорганического, так и органического происхождения и различаются и по форме и по размерам частиц: мелкодисперсный порошок, крошка, зерна, стеклянные шарики, игольчатые и коротковолнистые материалы и пр. Во всех случаях наполненные композиты характеризуются степенью наполнения, которая может изменяться в широких пределах. Максимальной степенью наполнения является такое соотношение полимера и наполнителя, при котором полимера хватает лишь на обволакивание (смачивание) частиц наполнителя. В этом случае термин полимерная матрица разумнее заменить на термин полимерное связующее.
Полимерные композиты, преобладающей компонентой, которой является газ (обычно воздух), называются пенопластами [8-12]. Последние могут быть жесткими и эластичными и различаются содержанием полимера-основы, т.е. кажущейся плотностью. По-другому, кажущаяся плотность является мерой количества пор в единице объема. Важными характеристиками пенопластов являются размеры и форма ячеек или пор и степень их открытости или закрытости [13-15].
Наконец, армированные ПКМ в качестве второй компоненты содержат длинномерные более или менее непрерывные вторичные фазы [2]. Особенностью армированные ПКМ является возможность получения анизотропных композитов. Анизотропия свойств в таких ПКМ достигается либо преимущественной ориентации волокон, либо использованием соответствующей структуры нитей и тканей . В зависимости от схемы расположения арматуры ПКМ могут быть одно - или двумерно-армированными, слоистыми или объемными и обладать различными классами симметрии [16]. Структура ПКМ может меняться в очень широких пределах в зависимости от вида второй фазы. Это может быть композит с хаотическим, но более или менее гомогенно распределенными по объему включениями различных размеров или форм и это может быть композит и геометрически правильно и регулярно расположенными волокнистыми, нитяными и иглообразными включениями. Многообразие структур ПКМ влечет за собой многогранность особенностей их свойств. Между тем можно выделить принципиальные факторы, приводящие к преимуществам или недостаткам ПКМ по сравнению с гомогенными средами.
Методика физико-механических испытаний
Для ремонта стыков между панелями, а также для заливных покрытий применяют герметизирующие материалы. Отечественная промышленность выпускает эти материалы в виде мастик на полимерной основе. К ним относятся вулканизирующиеся твердеющие герметики на основе жидкого полисульфидного каучука (тиокола) - тиоколовые герметики и нетвердеющие герметики на основе высокомолекулярного полиизобутилена, а также отверждающиеся пасты холодного отверждения на основе эпоксидных смол [113,114,148,149,151].
В новом строительстве широко применяют полиизобутиленовый герме-тик, который закладывают в стык при монтаже панелей. Этот герметик недостаточно атмосфероустойчив.
При ремонте фасадов эксплуатируемых полносборных зданий для заделки стыков используют тиоколовые герметики, которые характеризуются высокой стойкостью к старению в атмосферных условиях, а также к воздействию кислорода и ультрафиолетовых лучей. Кроме того, они обладают хорошей адгезией к бетону, водостойкостью и воздухонепроницаемостью.
К достоинствам тиоколовых мастик по сравнению с полиизобутиленовы-ми относится технологичность их применения, т.е. приготовление и нанесение на герметизируемые поверхности выполняют без специального подогрева и повышенного давления; при этом не требуется специальных приспособлений и инструментов. Для приготовления герметика рабочей консистенции не требуются растворители. Практика использования тиоколовых герметиков различных марок, выпускаемых химической промышленностью, показала, что наиболее эффективны герметики ТМ-05 и АМ-05. Герметики поставляют в двух упаковках: в одной герметизирующая паста Т-05 или А-05, в другой - отвердитель № 30, содержащий в качестве активатора мелкозернистую перекись марганца.
В зависимости от температуры воздуха для твердения герметика в состав герметизирующей пасты вводят 17-23% (от массы пасты) отвердителя. При меньшем содержании отвердителя герметик медленно сохнет, при большем -ускоряется его старение.
В ряде случаев, в частности в жировых цехах, покрытия пола на латекс-цементных составах не рекомендуются вследствие набухания и размягчения латекса в жировой среде. Для этой цели более подходящими являются покрытия пола на основе эпоксидных смол. Эпоксидные смолы выпускаются промышленностью в широком ассортименте [115,116].
Наибольшее распространение нашли эпоксидные смолы, получаемые из эпихлоргидрина и дифенилолпропана (бисфенола А), часто называемые диано-выми (смолы типа ЭД), или из эпихлоргидрина и продуктов поликонденсации метилолфенолов, получившие название полиэпоксидные или эпоксифенольные смолы (смолы ЭФ, ЭН и др.). В последнее время стали применять смолы из эпихлоргидрина и анилина (смола ЗА), диаминодифенилметана (смола ЭМДА), п-аминофенола (смола УП-610), производных изоциануровой кислоты (смола ЭЦ), а также циклоалифатические эпоксидные смолы, получаемые эпоксидиро-ванием дициклопентадиена (смола ДДЦПД). Низковязкие продукты реакции эпихлоргидрина с ди- и триэтиленгликолем (смолы марок ДЭГ и ТЭГ) используют в качестве активных разбавителей или модификаторов эпоксидных связующих на основе смол ЭД и ЭФ.
Высокая реакционная способность эпоксидных групп, а также наличие в эпоксидных олигомерах гидроксильных групп обуславливают разнообразные направления процессов отверждения эпоксидных смол. Как правило, отверждение протекает с малыми объемными усадками и без выделения низкомолекулярных веществ. В качестве катализаторов отверждения эпоксидных смол наиболее широкое распространение получили третичные амины и кислоты Льюиса. Присутствие протонодонорных веществ (спиртов, фенолов, карбоновых кислот) резко увеличивает активность третичных аминов как катализаторов отверждения, а присутствие протоноакцепторных веществ (амидов кислот, сложных эфиров, альдегидов, кетонов и др.), наоборот, снижает их активность. Для снижения летучести и токсичности третичных аминов часто используют их соли с карбоновыми кислотами. Кислоты Льюиса, главным образом BF3, чаще всего используют в виде комплексов с кислород - и азотосодержащими соединениями. Присутствие полярных веществ (воды, спирта, диметилформальдеги-да и т.п.) уменьшает каталитическое действие кислот Льюиса и их комплексов.
Количество катализатора, вводимого в эпоксидные связующие, не связано с функциональностью смолы и составляет примерно 2-5 масс.ч. на 100 масс.ч. смолы, однако при необходимости это количество может быть увеличено до 10-15 масс.ч. Катализатор может сам участвовать в реакции отверждения.
В качестве отвердителей эпоксидных смол чаще всего применяют полифункциональные амины и ангидриды кислот. Алифатические полиамины применяют для отверждения эпоксидных смол низкой вязкости (типа ЭД-5), поскольку их трудно совместить с высоковязкой смолой. Для снижения токсичности алифатических аминов применяют их аддукты, обладающие малой летучестью, например продукты взаимодействия с жирными кислотами (низкомолекулярные полиамиды Л-18, Л-19 и др. с концевыми аминными группами) или с эпоксидной смолой.
Предварительная подготовка исследуемых полимерных отходов
Широкое вовлечение техногенных отходов в производство строительных материалов и изделий расширяет сырьевую базу этой отрасли, а в случае применения технологий, обеспечивающих глубокую переработку сырья, позволяет в ряде отраслей наряду с основным продуктом получать строительные материалы различного назначения. При этом достигается экономия сырьевых, материальных и энергетических ресурсов, т.к. существенно повышается эффективность капиталовложений
Получение долговечных композиционных строительных материалов различного функционального назначения с использованием полимер-волокнистых, резино-технических и древесных отходов являлось главной практической задачей исследований.
В исследованных композитах твердые полимерные (резиновые, линоле-умные, поливинилхлоридные, полиэтиленовые) и древесные отходы использовались в измельченном виде. Измельчение полимерных материалов по сравнению с неорганическими [122] связано с определенными трудностями, обусловленными вязкоупругим характером их деформирования и сравнительно большими механическими потерями [123, 124]. Последнее обстоятельство делает затруднительным даже измельчение полимерных материалов с температурами стеклования выше 100С вследствие быстрого разогрева и увеличения вязкости. К таким полимерным материалам можно отнести поливинилхлорид, полистирол, полиметилметакрилат, полиэтилен и т.д.
Вышеперечисленные полимеры, относятся к термопластам и для их вторичной переработки в виде отходов, не требуется измельчения до тонкой степени дисперсности, т.к. они плавятся. Измельчение резиновых отходов возможно либо криогенным способом, либо высокоскоростным воздействием ударно-режущих инструментов [125]. В первом случае замораживание приводит к уменьшению эластичности резин вследствие уменьшения времени релаксации, во втором случае увеличение скорости воздействия доводится до превышения скорости релаксации эластомеров. Известно, что при температуре минус 50С или при скорости нагружения по-рядка 10 м/с резины ведут себя как хрупкие материалы [126]. В данной работе в зависимости от типа и вида производственных отходов применялись различные способы их измельчения. В частности, наиболее труд-ноизмельчаемые полимер волокнистые отходы типа резинокордовых и линоле-умных не поддаются измельчению на стандартном оборудовании. Для их измельчения применялся измельчатель роторного типа с режущими инструментами, расположенными по винтовой линии на поверхности ротора [125,126]. Полимер волокнистые отходы типа резинокордовых и линолеумных образовываются в виде кордовых капроновых нитей с нанизанными на них частицами резины размером до 10 мм в соотношении, примерно, 35...65 % в процессе переработки изношенных автопокрышек или в виде длинных лент в результате обрезки кромок в производстве линолеума на ворсовой лавсановой подложке. В результате измельчения полимер волокнистых отходов получается распущенная до уровня волокон масса с вкраплениями частиц резины поливинил-хлоридной пленки. Преимуществом данного измельчения является возможность в процессе измельчения проводить модификацию или наполнение образующейся массы жидкими или порошкообразными компонентами. Это обусловлено тем, что перемещение измельчаемого материала вдоль ротора измельчителя осуществляется потоком воздуха. Бумажные отходы, используемые в исследованиях и имеющие волокнистую структуру, так же перерабатывались в измельчателе роторного типа с режущими инструментами, расположенными по винтовой линии на поверхности ротора. Различные виды поливинилхлоридных, полиэтиленовых, полипропиленовых, фенолформальдегидных, резиновых и других отходов измельчались в дисмембраторах и, по необходимости, в измельчателе роторного типа с режущими инструментами. Древесные отходы в виде опилок и стружек для применения в строительных пастах измельчались до порошкообразного состояния на молотковой мельнице. Время измельчения отходов в дисмембраторе и молотковой мельнице или число циклов в роторной установке определялось стабилизацией степени измельчения. Для оценки степени измельчения используемых отходов проводился гранулометрический анализ. При переработки полимер волокнистых отходов, в силу их специфичности, для оценки степени измельчения применялся визуально-счетный метод гранулометрического анализа, сущность которого состоит в следующем. Навеску материала в количестве 0,5 г помещают между предметными стеклами и под окуляром биологического микроскопа МБИ-6 измеряют длину (размер) одного волокна и одной частицы в делениях микроскопа. Условно принимают число волокон (частицы) n-ной длины (размера) и по полученным данным визуальных наблюдений рассчитывают среднюю длину (размер) волокон (частиц) — 1ср , ( dcp ) из 10 наблюдений при проведении трех опытов по формуле:
Технология производства тепло-, звукоизоляционных строительных материалов на основе бумажной макулатуры и отходов производства линолеума
Отходы производства линолеума преимущественно в виде лент боковых обрезков, содержащие 90...95% ворсовой подложки и 5... 10% поливинилхло-ридной пленки, также подвергались предварительному измельчению на из-мельчателе роторного типа с режущими инструментами, расположенными по винтовой линии на поверхности ротора [125, 126]. Подробно методика подготовки линолеумных отходов и степень их измельчения приведены в разделе 3.1. Измельченные отходы представляют распушенную массу с равномерно распределенными в ней вкраплениями крошки поливилхлорида.
Сырая композитная смесь приготавливалась путем добавления в водно-бумажную пульпу измельченных отходов линолеума в количестве 5...20% на 100% сухой бумажной макулатуры при относительном перемешивании. Указанные соотношения составляющих обусловлены выполняемыми ими ролями. Бумажная масса как матрица должна полностью обволакивать волокна распушенных отходов линолеума, исполнять роль упругого каркаса. В качестве наполнителя использовались также отходы деревообработки, предварительно измельченные до порошкообразного состояния по методике описанной в разделе 3.1.
Полученная жидкая смесь по возможности отделялась методом процеживания или отжима от излишков воды до пастообразного состояния. Формование образцов материала в виде пластин осуществлялось в прессе путем нанесения равномерного слоя пастообразной массы между обогреваемыми плитами и последующего прессования при давлении 5... 10 МПа и температуре 130С в течение 30 мин.
Выбор режимов формования обуславливался следующими обстоятельствами: так как исходная смесь не обладает текучестью, то давление призвано придать смеси необходимую плотность с одновременным отжимом остаточной влаги; температура прессования должна быть достаточной для плавления поли-винилхлоридной крошки (больше 130С) и сушки; время прессования подбиралось экспериментально по условию полного высушивания материала. При этом целлюлозные волокна бумаги, а также лавсановые или шерстяные волокна ли-нолеумной подложки при выбранной температуре не плавятся. В то же время поливинилхлоридные включения в виде крошки расплавляются при данной температуре, образуя сравнительно редкие узлы, скрепляющие волокна. Сформированная таким образом структура материала обеспечивала необходимую пористость, которая может в определенных пределах регулироваться составом смеси и давлением прессования. Схематически последовательность формирования микроструктуры получаемого материала представлена на рис. 3.12.
Приведенные на рис.3.12 схематические зарисовки выполнены на основании многократных микроскопических наблюдений, т.к. фотографирование не дает истинной картины структуры вследствие невозможности одновременного фотографирования на отдельных ее элементах.
На рис.3 Л 2а показана структура сырой смеси со значительным содержанием влаги (15...20%) до прессования. Характерным является наличие развитой волокнистой структуры из ворсовой подложки линолеума с редкими включениями частиц поливинилхлоридной пленки. Волокнистая структура заполнена распущенной в воде или измельченной бумажной массой. Рисунок 3.126 соответствует структуре материала в процессе прессования. Она наблюдалась под микроскопом при сжатии сырой смеси между покровными стеклами и отражает деформированную структуру представленную на рис. 3.12а. Наконец, рис. 3.12в отображает внутреннюю структуру материала после горячего прессования. Характер структуру принципиально не изменяется по сравнению с рис. 3.126, но она становится более рыхлой (пористой) за счет испарения влаги при прессовании и упругости лавсановых волокон, неплавящихся при температуре прессования.
Составы исследованных композиций, прессование которых осуществлялось по режиму: температура - 130С; давление - 8 МПа; длительность прессования - 30 мин, приведены в табл. 3.12, а результаты проведенных исследований показаны в табл. 3.13.
При включении в состав исследуемых композиций древесной пыли преследовались две цели: 1- утилизация отходов; 2- использование древесной пыли в качестве наполнителя исходной дисперсно-волокнистой среды. Добавки цемента (и гипса) в исследуемые составы преследовали цель увеличения каркасности изделий и твердости. Представленные в табл.3.13 данные проведенных исследований свидетельствуют о том, что кажущаяся плотность, как характеристика пористых материалов, существенно не изменяется в пределах вариации составов. Однако добавление отходов линолеума резко снижает кажущуюся плотность композитов ( составы Б-1 и Б-2), вследствие увеличения пористости. Прочностные показатели в значительной степени зависят от состава композитов. При этом изменение состава композита в большей мере сказывается на прочности при изгибе, чем при растяжении. Как видно из данных приведенных в табл. 3.13, добавление в исходный материал измельченных отходов линолеума значительно увеличивает прочность при изгибе, что весьма существенно с точки зрения уменьшения возможности изломов при выполнении монтажных работ.
