Связующее на основе отходов целлюлозно-бумажной промышленности для производства теплоизоляционных материалов

Для изготовления высокоэффективных теплоизоляционных материалов из вспученного перлита и других эффективных заполнителей, применяемых в гражданском и промышленном строительстве, вагоностроении, холодильной технике и других отраслях, требуется большое количество связующих, в том числе полимерных, которые пока являются дефицитными. Вместе с тем цсл- люлозно-бумажная промышленность располагает большими объемами переведенного в водорастворимое состояние в процессе сульфитной варки целлюлозы природного полимера — лигнина, составляющего около 40% массы древесины.

Лигнин известен в технике под названием адульфитно-дрожжевая бражка» (СДВ). Она представляет собой водный раствор лигиосульфоповых кислот и их солей (литносульфонатов) с примесью редуцирующих веществ и золы.

Идея использования лигнина в качестве связующего для теплоизоляционных материалов давно привлекала исследователей. Было установлено, что кислая среда катализирует процесс конденсации лигнина, так же действуют повышенные температуры. Иззестиы исследования по использованию лигнина в качестве сырьевого компонента при варке смол, по клеящей способности сравнимых с фемолформальдегидными смолами. Однако необходимость предварительной подготовки лигнина, сложна; технология и низкая производительность установок ограничили объемы промышленного производства этих смол.

Клеящую способность связующего оценивали но значению предела прочности при изгибе образиов-балочек размерами 15X19X120 мм. изготовленных из смеси: 5% но массе сухого вещества связующего, остальное — наполнитель. Температура изотермической выдержки составляла 220±5СС. В качестве наполнителя использовали невспучен- иын перлитовый песок Арагацкого месторождения с размером зерен 0,63— 0.315 мм. Образцы испытывали после тепловой обработки и после выдержки в условиях 100%-ной относительной влажности воздуха в течение 72 ч.

Изучалось влияние этилсиликоиатов натрия, фенолоепиртов и мочевниофор- мальдегидной смолы на степень отверждения композиции с лнгноеульфоиатами и ортофосфорной кислотой (рис. 1)

С увеличением содержания ГКЖ-10 и композиции лигносульфонатов с 20% (по массе) ортофосфорной кислоты (см. рис. 1, кривая 4) степень отверждения связующего снижается, особенно резко при содержании ГКЖ-10 более 5%.

Интенсивное повышение степени отверждения смесей полимеров с увеличением содержания в них мочевине- и фенол форм альдегидной смол в интервале 2—15% (см. рис. 1, кривые 1 и 2) свидетельствует, что ся эта смола идет на сшивку макромолекул лигносульфонатов. При дальнейшем повышении содержания смол в смесях прирост степени отверждения идет за счет замены части смеси полимеров смолой, имеющей более высокую степень отверждения

Ортофосфорная кислота более эффективно повышает степень отверждения лигносульфонатов, чем фенолоспирты и смола. Это объясняется большей реакционной способностью молекул здногоосновных кислот и большей подвижностью этих агентов по сравнению с олигомерами фенолоепиртов и мочевин формальдегидной смолы.

При введении фенолоспиртов в композицию лигносульфонатов с содержанием 20% по массе ортофосфорной кислоты степень отверждения смеси повышается незначительно. Композиция лигносульфонатов с 20% ортофосфов- ной кислоты отверждается практически полностью, и при экстракции горячей водой из нее вымываются лишь примеси, содержащиеся в технических лигносульфонатах, а именно зола и редуцирующие вещества. Эти вещестза, растворяясь при экстракции в воде, ке окрашивают раствор. Неотверж денные же лигиосульфонаты интенсивно окрашивают его в коричневый цвет.

С введением в композицию 3% ГКЖ 10 значительно повышается адгезия связующего к наполнителю. В результате этого растет и клеящая способность связующего (кривая 2). С увеличением содержания кислоты клеящая способность связующего изменяется лнз- тогпчпо изменению клеящей способности композиции. При выдержке но влажных усчопиях клеящая способности, композиции 2 снижается (кривая 2). но ч гораздо мспынсн степени, чем в В данной композиции связи, образованные связующим с поверхностью наполнителя. достаточно водостойки, и снижение клеящей способности в основном обусловлено сниженном когезионной прочности полимера под воздействием наров воды.

Максимальная клеящая способность достигается в композициях лигносульфатов с содержанием ортофосфорной кислоты 20%. Введение в ЭТУ КОМПОЗИЦИЮ фонолоспиртов (композиция) приводит к сложному изменению ее клеящей способности большое количество функциональных групп обеспечивает хорошую адгезию связующего к наполнителю.

При более высоком содержании фело- тоспнртов частота сшивки и когезионная прочность полимера продолжают расти, а клеящая способность связующего уменьшается, что обусловлено сниженном количества функциональных лпгносульфонатов. прореагировавших с феиолоспиртамн. Связующее имеет минимальную клеящую способность, когда максимальное количество функционал!,пых групп лпгносульфонатов прореагирует с фенолоспиргами. Это происходит при содержании фонолоспиртов в количестве 15% и еще раз подтверждает, что наиболее эффективно нх влнйиие на частоту сшивки макромолекул лпгносульфонатов при содержании 5—15% в композиции связующего. Значительное снижение клеящей способности такой композиции после выдержки во влажных условиях объяс- -ннется тем, что связи связующего с наполнителем неводостойки.

В композиции 4 1см. рис. 2. кривая содержащей ГКЖ-10. обеспечиваются высокая адгезия связующего к наполнителю и водостойкость связей. Клеящая способность связующего возрастает пропорционально содержанию в нем Фсиолоспиртов и достигает значения, ч а ви ого клеящей способности феиоло- глиртой. -лни наличии в композиции 20% фсиолоспиртов, а ПРИ содержании последних порядка 30% превышает это значение ,на 1 МПа.

После выдерживания композиции во влажных условиях ее клеящая способность снижаетсянезначительно и в меньшей степени, чем у фенолоспнртов. Так, клеящая способность композиции, содержащей 20% фенолоспнртов. после выдерживания во влажных условиях снижается до 3,4 МПа, или на 15%, в го время как клеящая способность фе- чолоспиртов при этом снижается с 4,3 то 1,9 МПа, или на 56%).

Таким образом, иа основе технических лигносульфонатов за счет двойной сшивки и введения для повышения адгезии связующего к минеральному заполнителю этилсиликонатов натрия далось исключить сложную технологическую операцию — варку смолы, получить связующее по клеящей способности и водостойкости превосходящее фенолоспирты. Использование лигносульфотатов для изготовления теплоизоляционных материалов, в частности, и вспученного перлита позволит значительно расширить сырьевую базу для чх производства, повысить качество теплоизоляции и снизит ее стоимость.

Разработана технология теплоизоляционного материала применением нового связующего и с заполнителем — вспученным перлитовым песком. Изделия формуют из сьгпьевой смеси влажностью 15—20%. Низкая влажность смеси дает возможность в 0-2,5 раза сократить расход топлива ватных плит повышенной жесткости на синтетическом связующем