композиция для волокнистого материала и способ его получения

Формула изобретения

1. Композиция для волокнистого материала, включающая макулатуру картонную и бумажную, антисептик - борную кислоту, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюмо-аммониевые квасцы, сульфонол, оксид кальция, углекислый натрий и в качестве связующего мочевино-формальдегидную смолу, канифоль, декстрин, клейстер 20 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кислота борная	2,0-3,0
декстрин	12,0-15,0
клейстер 20 мас.%	22,0-24,0
алюмо-аммониевые квасцы	1,0-1,5
сульфонол	0,4-1,0
оксид кальция	8,0-10,0
канифоль	1,0-1,5
углекислый натрий	4,0-5,0
мочевино-формальдегидная смола	7,0-8,0
макулатура картонная и бумажная	42,6-31,0

2. Способ получения волокнистого материала из макулатуры картонной и бумажной, включающий измельчение макулатуры картонной и бумажной до элементарных волокон, перемешивание компонентов, отличающийся тем, что он включает операцию мокрой термообработки в течение 20-30 мин при температуре 80-100°С в водном растворе, со следующим соотношением компонентов, г·л ^-1:

сульфонол	0,4-1,0
канифоль	1,0-1,5
оксид кальция	8,0-10,0
алюмо-аммониевые квасцы	1,0-1,5
углекислый натрий	4,0-5,0
остальное	вода,

после чего удаляют излишки воды из распущенного волокнистого материала, а затем смешивают с остальными компонентами композиции: борной кислотой, декстрином, клейстером, мочевино-формальдегидной смолой с последующим формованием или прессованием изделий.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству композиционных материалов, в частности к волокнистым тепло- и звукоизоляционным материалам, и способам их изготовления и может быть использовано при изготовлении упаковочных контейнеров для длительного хранения в них яиц, овощей, а также может быть использовано для тепло- и звукоизоляции жилых, административных, промышленных зданий и сооружений, теплоизоляции трубопроводов.

Известна композиция для получения гипсовых плит [Пат. RU № 2368586, С04В 28/14, С04В 18/24, С04В 24/24. Масса для производства гипсовых плит. 2008. Ю.А.Щепочкина], включающая, мас.ч.: воду 680-720; макулатуру 17-19; двуводный гипс или фосфогипс 83-87; мочевино-формальдегидную смолу 4,8-5,2; крахмал 1,6-1,8; пыль от переработки лубяных волокон 6-8.

Недостатками этого композиционного материала являются недостаточная прочность, значительное водопоглощение, что определяется большим содержанием в составе гипса или фосфогипса; трудоемкость его изготовления, обусловленная наличием стадии предварительного пылеулавливания, для получения такого компонента в составе композиции, как пыль.

Известен теплоизоляционный композиционный материал и способ его получения [Пат. RU № 2104253, МПК С04В 28/00, С04В 28/00, С04В /18/24, С04В 111/02, D21J 3/00. Теплоизоляционный композиционный материал и способ его получения. 1996. А.В.Омельченко, А.П.Соколов], включающий смесь макулатуры и древесного наполнителя при соотношении (1:0,3)-(1:3,5) мас.ч. с использованием в качестве антисептика и/или антипирена глины в соотношении с сухой массой смеси макулатуры и древесного наполнителя (1:4)-(1:40). Для получения теплоизоляционного композиционного материала макулатуру смешивают с водой в соотношении (1:4)-(1:6), в течение 5-30 мин распускают, а затем добавляют древесный наполнитель в соотношении с массой макулатуры (0,3:1)-(3,5:1), перемешивают и добавляют глину в количестве (1:4)-(1:40) сухой массы макулатуры и древесины и перемешивают.

Недостатками этого теплоизоляционного материала и способа его получения являются:

- низкая эффективность способа роспуска волокнистого материала;

- невозможность использования композиции при изготовлении изделий поточным способом;

- низкие армирующие свойства композиции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой композиции для волокнистого материала и способу его получения является композиция для волокнистого тепло- и звукоизоляционного материала и способ его получения [Пат. RU № 97113258 А, С04В 28/14, С04В 18/24, В28В 1/52. 1999. Композиция для волокнистого тепло- и звукоизоляционного материала и способ его получения. Н.В.Патракев, Л.В.Алясева, А.П.Козлов, В.В.Поплавский].

В соответствии с известной композицией для волокнистого материала и способом его получения в ее состав входят следующие компоненты, мас.%: бура - 6,50-8,65; кислота борная - 2,44-7,2; наполнитель газообразующий - 9,59-11,96; заполнитель (опилки древесные или костру льна, или конопли, или джута, или сечки хлопчатника, или рисовой соломы, или камыша) - 1,98-3,52; отходы гипсового производства - 0,07-0,29; макулатура бумажная и картонная - 68,60-79,20. В качестве газообразователя вводят кислоты, например щавелевую, а отходы гипсового производства - это пыль шлифовальной фракции, включающей гипс двуводный и волокно целлюлозное в соотношении 10:1-6:1. Способ получения волокнистого тепло- и звукоизоляционного материала из смеси волокна и заполнителя заключается в том, что измельченную макулатуру бумажную и картонную измельчают до элементарных волокон длиной 2-3 мм, последовательно смешивают с кислотой борной, отходами гипсового производства, бурой, и заполнителем. После чего полученную композицию наносят на защищаемую поверхность сжатым воздухом методом напыления, вводя дополнительно при этом водный раствор клея органического происхождения, например, ПВА, КМЦ.

Недостатками данной композиции для волокнистого материала и способа его получения являются:

- крайне низкие адгезионные свойства, так как в составе отсутствуют связующие компоненты;

- низкие связеобразующие свойства волокнистого материала в виду того, что он состоит только из укороченного волокна, и, как следствие, низкие физико-механические свойства;

- способ нанесения композиционного материала экологически вреден, потому что приводит к появлению в зоне нанесения аэрозольной пыли;

- необходимость введения в его состав кислот, которые, реагируя с гипсом, обеспечивают наличие в составе композиции газообразующего наполнителя.

Задачей изобретения является разработка дешевой, экологически чистой композиции для волокнистого материала, обладающего повышенной прочностью и стабильными физико-механическими свойствами, расширение технологических и функциональных возможностей способа его получения.

Задача достигается тем, что композицию для волокнистого материала получают из бумажного волокна - макулатура картонная и бумажная, борной кислоты, декстрина, клейстера, мочевино-формальдегидной смолы, оксида кальция, алюмоаммониевых квасцов, канифоли, углекислого натрия, клейстера и сульфонола при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кислота борная ГОСТ 18704-78	2,0-3,0
декстрин ГОСТ 6034-74	12,0-15,0
клейстер 20 мас.% ГОСТ Р 51985-2002	22,0-24,0
алюмоаммониевые квасцы ГОСТ 4238-77	1,0-1,5
сульфонол ТУ 07510508.135-98	0,4-1,0
оксид кальция ГОСТ 867-76	8,0-10,0
канифоль ГОСТ 19113-84	1,0-1,5
углекислый натрий (Na2CO3·10H2O) ГОСТ 83-79	4,0-5,0
мочевино-формальдегидная смола ГОСТ 14231-88	7,0-8,0
макулатура картонная и бумажная по ГОСТ 10700-97	42,6-31,0

Способ получения волокнистого материала из макулатуры картонной и бумажной включает измельчение макулатуры картонной и бумажной до элементарных волокон, перемешивание компонентов, операцию мокрой термообработки в течение 20-30 мин при температуре 80-100°C в водном растворе, со следующим соотношением компонентов, г·л^-1:

сульфонол	0,4-1,0
канифоль	1,0-1,5
оксид кальция	8,0-10,0
алюмоаммониевые квасцы	1,0-1,5
углекислый натрий	4,0-5,0
остальное	вода

После чего удаляют излишки воды из распущенного волокнистого материала, а затем смешивают с остальными компонентами композиции: борной кислотой (2,0 мас.%), декстрином (12,0 мас.%), клейстером (22,0 мас.%), мочевино-формальдегидной смолой (7,0 мас.%), с последующим формованием или прессованием из него изделий в зависимости от области их применения.

Согласно способу получения композиции для волокнистого материала он включает операцию измельчения бумажного волокна - макулатуры из картона и бумаги с помощью диспергатора ротационного типа до элементарных волокон длиной 1,75-3,00 мм и последующую мокрую термообработку в течение 20-30 мин при температуре 80-100°C. Стадия мокрой термообработки необходима для роспуска волокнистого материала. Эту стадию осуществляли в водном растворе, содержащем, г·л^-1:

сульфонол ТУ 07510508.135-98	0,4-1,0
канифоль ГОСТ 19113-84	1,0-1,5
оксид кальция ГОСТ 867-76	8,0-10,0
алюмоаммониевые квасцы ГОСТ 4238-77	1,0-1,5
углекислый натрий (Na2CO3·10H2O) ГОСТ 83-79	4,0-5,0
остальное	вода

Разволокнение бумажной массы происходит в щелочной среде известкового молока (суспензия Ca(OH)₂), которое образуется в результате взаимодействия оксида кальция с водой. После разволокнения бумажной массы и удаления из нее излишек воды под вакуумом ее смешивали со связующей массой, содержащей борную кислоту, декстрин, клейстер, мочевино-формальдегидную смолу, и перемешивали в смесителе в течение 2-3 мин. В зависимости от того, какой материал необходимо получить, разработанную композицию для волокнистого материала подвергали формованию или прессованию.

Декстрин в связующей массе выполняет роль упрочняющей добавки, так как в бумажной массе содержится катионный и анионный крахмалы и при их ферментации получается декстрин, однако переработка макулатуры (вторичного сырья) приводит к потере ими клеящих свойств. Поэтому и возникает необходимость вводить в связующую массу дополнительно декстрин. Мочевино-формальдегидная смола на ряду с канифолью играют роль формообразующей и упрочняющей добавки. В процессе мокрой термообработки бумажного волокна при взаимодействии в растворе канифоли и избытка Na₂CO₃ образуется смоляное мыло, играющее роль защитного коллоида для канифоли, и способствует соединению волокон бумажной массы. Клейстер - это компонент, придающий связующей массе пластичность; сульфонол является поверхностно-активным веществом (ПАВ). Он препятствует образованию и осаждению на поверхности волокна блокирующих реакционных центров нерастворимых соединений, что приводит к увеличению межволоконного связеобразования и механической прочности композиции для волокнистого материала. Борная кислота в составе композиции выполняет роль антисептика и ускорителя полимеризации мочевино-формальдегидной смолы. Алюмоаммониевые квасцы выполняют роль стабилизатора в связующей массе.

Для экспериментальной проверки предлагаемой композиции для волокнистого материала и способа его получения были отформованны из него изделия и определены их физико-механические свойства.

Пример 1. Образцы размером 60×12×8 мм были изготовлены путем формования из разработанной композиции для волокнистого материла, содержащего следующие компоненты, мас.%:

Кислота борная, ГОСТ 18704-78	2,0
Декстрин, ГОСТ 6034-74	12,0
Клейстер 20 мас.% ГОСТ Р 51985-2002	22,0
Алюмоаммониевые квасцы ГОСТ 4238-77	1,0
Сульфонол ТУ 07510508.135-98	0,4
Оксид кальция ГОСТ 867-76	8,0
Углекислый натрий (Na2CO3·10H2O) ГОСТ 83-79	4,0
Мочевино-формальдегидная смола ГОСТ 14231-88	7,0
Канифоль ГОСТ 19113-84	1,0
Макулатура картонная и бумажная по ГОСТ 10700-97	42,6

Пример 2. Способ получения волокнистого материала включал: измельчение бумажного волокна - макулатуры из картона и бумаги до элементарных волокон; роспуск волокнистого материала путем термообработки в течение 25 мин при температуре 90°C в водном растворе, содержащем, г·л^-1:

сульфонол ТУ 07510508.135-98	0,4
канифоль ГОСТ 19113-84	1,0
оксид кальция ГОСТ 867-76	8,0
углекислый натрий (Na2CO3·10H2O) ГОСТ 83-79	4,0
алюмоаммониевые квасцы ГОСТ 4238-77	1,0
остальное	вода

Удаление излишков воды под вакуумом из волокнистого материала и смешение в смесителе в течение 2-3 мин до однородной массы распущенного волокнистого материала с остальными компонентами композиции: борной кислотой (2,0 мас.%), декстрином (12,0 мас.%), клейстером (22,0 мас.%), мочевино-формальдегидной смолой (7,0 мас.%), с последующим формованием или прессованием из него изделий в зависимости от области их применения из полученного композиционого материала. Из разработанной композиции для волокнистого материала были отформованы изделия в виде бугорчатой прокладки для яиц, что подтверждает возможность использования композиции для волокнистого материала и способа ее получения для изготовления различных упаковочных контейнеров.

При реализации предлагаемой композиции и способа ее получения происходит утилизация макулатуры картонной и бумажной и решается проблема замены синтетических пластмасс экологически чистыми полимерными биоматериалами, разрушаемыми под воздействием природных факторов.

Полученные образцы обладали высокими физико-механическими свойствами: разрушающее усилие составило 10 кг·с (100 Н) по ГОСТ 10711-97, а прочность на разрыв более 10 кг.