|
(21), (22) Заявка: 2005129416/04, 20.09.2005
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
20.09.2005
(46) Опубликовано: 10.12.2006
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске:
RU 2028344 C1, 09.02.1995. RU 2100394 C1, 27.12.1997. JP 2001064481 A, 13.03.2001.
Адрес для переписки:
392000, г.Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, патентный отдел
|
(72) Автор(ы):
Ярцев Виктор Петрович (RU), Киселева Олеся Анатольевна (RU), Лотц Николай Сергеевич (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Тамбовский государственный технический университет” (ТГТУ) (RU)
|
(54) ЭПОКСИДНО-ДРЕВЕСНЫЙ КОМПОЗИТ
(57) Реферат:
Изобретение относится к получению эпоксидно-древесной композиции, используемой в строительстве в качестве водостойкого покрытия для древесных плит и ДСП, а также при восстановлении поврежденных участков элементов деревянных конструкций. Композиция включает следующее содержание компонентов, в мас.ч.: 100 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 10 полиэтиленполиамина в качестве аминного отвердителя, 15 пластификатора, в качестве наполнителей – 125 резиновой крошки – отходов производства резинотехнических изделий и 62,5 сосновых опилок. В качестве пластификатора используют маточную эпоксидную смолу – отходы производства эпоксидных смол. Изобретение позволяет увеличить водостойкость, получить композицию, препятствующую выделению свободного фенола из древесно-стружечной плиты, и обладающую высокими эксплуатационными свойствами. 4 табл., 2 ил.
Изобретение используется в строительстве в качестве водостойкого покрытия для древесных плит, при восстановлении поврежденных участков элементов деревянных конструкций, а также как плитный материал.
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 древесных опилок с резиновой крошкой. 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. Для использования композиции в качестве покрытия приготовленная таким же образом смесь укладывается на защищаемую поверхность, и производится прессование при тех же технологических параметрах, что и при получении плитного материала. Схема получения эпоксидно-древесной композиции представлена на фиг.1.
За аналог 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.
Задачей данного изобретения является защита ДСП от воздействия воды, препятствование выделению свободного фенола, а также замена ДСП в конструкциях.
Данная техническая задача достигается тем, что в качестве связующего использовали эпоксидно-диановую смолу марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), а в качестве наполнителя использовали сосновые опилки, резиновую крошку – отходы производства резинотехнических изделий завода «АРТИ» г.Тамбов, пластификатора – маточную смолу эпоксидную (МСЭ-I марки Б) – отходы производства эпоксидных смол. Отверждение производили при помощи полиэтиленполиамина (ПЭПА) (ТУ 2413-357-00203447-99) при комнатной температуре и атмосферном давлении. Резиновую крошку получают дроблением утилизируемых резиновых изделий (использованных автомобильных шин, покрышек, производственного брака (уплотнителей, масок противогазов, прокладок)). Гранулометрический состав резиновой крошки определялся как остаток на ситах размером, мм, в %: 2,5:1,25:0,63:0,315:0,14=50:16:24:8:2.
МСЭ-I (СТП 6-21-700-1.24-93) является технологическими промышленными отходами и представляет собой раствор смеси смол и продуктов дегидрохлорирования в толуол-бутаноле или толуоле, выделенных из маточника от производства эпоксидных смол: ЭД-20, Э-40, Э-05к, Э-23. Маточная смола МСЭ-I должна соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.
Таблица 1 Нормативные требования к физико-химическим показателям МСЭ-I |
№ п.п. |
Наименование показателя |
Нормы СТП 6-21-700-1.24-93 |
Марка А |
Марка Б |
1 |
Внешний вид |
Однородная прозрачная жидкость |
2 |
Массовая доля нелетучих в-в, % |
45…50 |
Не более 50 |
3 |
Цвет р-ра по йодометрической шкале, мг йода не темнее |
7 |
– |
4 |
Массовая доля эпоксидных групп, % |
10…15 |
4…15 |
5 |
Массовая доля иона хлора, %, не более |
0,0035 |
– |
6 |
Массовая доля общего хлора, % не более |
0,3 |
– |
7 |
Чистота раствора смолы |
Налив должен быть чистым, допускается наличие един-х примесей, не более 10 шт. на 1 кв.дм |
– |
8 |
Усл. вязкость раствора смолы по вискозиметру В3-246 с диам. сопла 4 мм |
13…15 |
Не более 100 |
9 |
рН водной вытяжки |
6…7 |
– |
Оценку влияния степени наполнения и пластификации на физико-механические свойства эпоксидно-древесной композиции проводили по результатам кратковременных испытаний на сжатие, поперечный изгиб и водостойкость при комнатной (20°С) температуре. Расчет состава композиций выполняли в частях по массе, где общую массу композиции принимали за 100. Результаты испытаний представлены в таблицах 2, 3 и на фиг.2.
Исследование механических и физических характеристик композитного материала в зависимости от количества вводимого пластификатора МСЭ было проведено на составе, содержащем 50 мас.ч. древесного наполнителя (сосновых опилок) от общей массы смеси. С введением пластификатора происходит снижение вязкости связующего и улучшаются условия переработки состава.
При 15 мас.ч. пластификатора материал имеет наибольшую плотность (1) и прочность при изгибе (2) и сжатии (3), а также наименьшее водопоглощение (за 2 часа (4), за 24 часа (5)) и набухание по толщине (за 2 часа (6), за 24 часа (7)) (фиг.2). Дальнейшее увеличение количества пластификатора приводит к ухудшению механических и физических характеристик композиции.
Влияние степени наполнения на физико-механические свойства композиции оценивали при содержании МСЭ 15 мас.ч. на составе, содержащем в качестве наполнителя сосновые опилки и асбофрикционные отходы (табл.2).
Таблица 2 Влияние количества наполнителя (опилки + АФО) на физико-механические свойства эпоксидно-древесной композиции |
Кол-во наполнителя, % от общей массы |
изг, МПа |
сж, МПа |
Плотность, кг/м3 |
Водопоглощение по массе, % |
Набухание по толщине, % |
После 2-х часов |
После 24-х часов |
После 2-х часов |
После 24-х часов |
60 |
2,68 |
11,32 |
740 |
9,92 |
21.83 |
0,26 |
1,58 |
65 |
0,89 |
5,36 |
614 |
16,72 |
69,6 |
1,12 |
4,72 |
70 |
0,42 |
2,98 |
535 |
35,77 |
120,79 |
1,21 |
4,13 |
80 |
0,24 |
1,67 |
460 |
75,8 |
131,73 |
3,68 |
5,13 |
Наилучшие показатели имеет композиция при количестве наполнителя 60 мас.ч., поэтому оптимальное соотношение сосновых опилок и резиновой крошки для изобретения определено на составе, содержащем 60% наполнителя (табл.3).
Таблица 3 Влияние соотношения наполнителей (сосновые опилки и резиновая крошка) на физико-механические свойства эпоксидно-древесной композиции |
Соотношение масс наполнителей |
изг, МПа |
сж, МПа |
Плотность, кг/м3 |
Водопоглощение по массе, % |
Набухание по толщине, % |
После 2-х часов |
После 24-х часов |
После 2-х часов |
После 24-х часов |
0,5 |
3,98 |
– |
981 |
11,56 |
13,23 |
1,39 |
1,73 |
1 |
3,23 |
– |
824 |
16,26 |
28,8 |
1,19 |
2,54 |
2,2 |
1,51 |
3,93 |
604 |
9,55 |
21,86 |
0,20 |
1,56 |
5 |
1,04 |
2,71 |
568 |
16,83 |
36,82 |
0,932 |
2,792 |
Проведенные исследования показали, что использование в составе эпоксидной композиции сосновых опилок и резиновой крошки в качестве наполнителя позволяет заменить традиционные наполнители, специально выпускаемые промышленностью, без ухудшения эксплуатационных свойств материала.
Из приведенных данных видно, что наилучшим комплексом физико-механических показателей обладает состав, содержащий 15 ч. по массе пластификатора МСЭ и 60 ч. по массе наполнителя при соотношении по массе сосновых опилок и резиновой крошки 1:2.
В связи с тем, что изобретение используется в качестве покрытия для ДСП и при восстановлении поврежденных участков элементов деревянных конструкций, для оптимального состава была исследована адгезия к древесно-стружечным плитам и древесине, а также влияние воды на прочность композиции. Для древесно-стружечных плит, покрытых данным составом, было исследовано падение прочности при изгибе, набухание и водопоглощение за 24 часа замачивания (табл.4)
Таблица 4 Физико-механические характеристики эпоксидно-древесной композиции |
№ п/п |
Показатель |
Значение |
1 |
Разрушающее напряжение, МПа, при: |
|
– сжатии |
7,30 |
– поперечном изгибе |
5,37 |
2 |
Модуль упругости при сжатии, МПа |
|
в направлении прессования |
56,9 |
в направлении перпендикулярном прессованию |
120,7 |
3 |
Плотность, кг/м3 |
1000±50 |
4 |
Адгезия, МПа к ДСП к древесине |
1,77 4,58 |
5 |
Остаточная прочность, %, после воздействия воды в течение – 2 часов – 24 часов – 168 часов – 672 часов |
100 100 83,6 76 |
6 |
Водопоглощение по массе, %, за – 2 часа – 24 часа – 168 часов – 672 часа |
11,56 13,23 31,16 31,18 |
7 |
Набухание по толщине, %. за – 2 часа – 24 часа – 168 часов – 672 часа |
1,39 1,73 2,36 4,45 |
8 |
Коэффициент линейного термического расширения ×10, град-1 |
3,13 |
9 |
Остаточная прочность при изгибе ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, % 2,9 3,7 4,5 6,0 |
65 68 65 73 |
10 |
То же, для ДСП без покрытия, % |
29,5 |
11 |
Водопоглощение по массе ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, % |
|
2,9 |
26,5 |
3,7 |
20,6 |
4,5 |
23,6 |
6,0 |
20,1 |
12 |
То же, для ДСП без покрытия, % |
65,8 |
Продолжение таблицы 4. |
1 |
2 |
3 |
13 |
Набухание по толщине ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, % 2,9 3,7 4,5 6,0 |
3,54 2,13 5,11 3,28 |
14 |
То же, для ДСП без покрытия, % |
21 |
15 |
Остаточная твердость, МПа, ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, % 2,9 3,7 4,5 6,0 |
84,1 72,8 81,1 88,0 |
При исследовании адгезии к ДСП разрушение образцов происходило по древесно-стружечной плите, а к древесине – по клеевому шву. Как видно из таблицы 4, применение покрытия для ДСП позволяет существенно увеличить водостойкость материала даже при минимальной толщине покрытия по сравнению с непокрытой древесно-стружечной плитой. Так, остаточная прочность у ДСП с покрытием после 24 часов замачивания выше в 2 раза, а водопоглощение и набухание ниже в 3 и 5 раз соответственно. Результаты показывают, что покрытие выполняет роль обоймы, ограничивая доступ воды и набухание плиты, что повышает несущую способность конструкции. Еще одна функция покрытия заключается в том, что оно препятствует выделению свободного фенола из древесно-стружечной плиты, что снижает ее экологическую опасность.
Авторами предлагается следующий состав эпоксидно-древесной композиции, ч. по массе:
– эпоксидная смола ЭД-20 – 100;
– отвердитель ПЭПА – 10;
– пластификатор (маточная смола эпоксидная МСЭ-1) – 15;
– наполнитель (сосновые опилки) – 62,5;
– наполнитель (резиновая крошка) – 125.
Предлагаемая эпоксидно-древесная композиция обладает:
– хорошими физико-техническими характеристиками;
– экологической безопасностью;
– позволяет применять отходы производства.
Формула изобретения
Эпоксидно-древесная композиция для покрытия древесины и ДСП, 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 резиновую крошку – отходы производства резинотехнических изделий, при следующем содержании компонентов, мас.ч.:
Эпоксидная диановая смола ЭД-20 |
100 |
Полиэтиленполиамин |
10 |
Вышеуказанный пластификатор |
15 |
Резиновая крошка |
125 |
Сосновые опилки |
62,5 |
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 21.09.2007
Извещение опубликовано: 20.05.2009 БИ: 14/2009
|
|