Одно из важнейших направлений, определяющих развитие всех отраслей промышленности, в том числе и строительной индустрии - это новые высокоэффективные, экологически чистые и относительно дешевые материалы.
Необходимо признать, что на начало 2010 г. экологическая ситуация во всех промышленных регионах России остается напряженной. Основная нерешенная проблема - хранение огромного количества отходов на территории предприятий России. Так, широкое применение полимерного сырья в различных отраслях хозяйства - причина накопления большого количества отходов полимерных материалов, представляющих угрозу экологии [1].
Наибольший объем крупнотоннажных отходов накоплен в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК). В Иркутской области за годы работы энергосистемы на золоотвалах накоплено около 80 млн. тонн золошлаков, занимая площадь около 2000 га [2].
Поэтому нами впервые разработана технология производства инновационного строительного материала - «Пористая Искусственная Древесина» (ПИД) - «Винизол», базирующаяся на совместной утилизации двух типов твердых отходов органических (полимерных) и минеральных (зола уноса ТЭЦ).
Сырье для производства ПИД
В нашей работе при получении ПИД в качестве связующего использованы производственные отходы поливинилхлорида (ПВХ) предприятий Иркутского региона, в связи с их значительными объемами в Иркутском регионе: за 2008 г. - 2,063 тонн. Промышленные отходы, в отличие от бытовых, обладают наиболее стабильным составом, менее загрязнены [3].
Наряду со связующим важнейшим элементом структуры полимерных композиционных материалов являются наполнители. С целью утилизации отходов ТЭК, в качестве опытных образцов для получения ПИД были использованы минеральные дисперсные наполнители - зола уноса двух разных ТЭЦ Иркутского региона.
Технология производства ПИД
Разработанная ПИД изготавливалась непрерывным методом экструзии с использованием - двухшнекового экструдера модели SJSZ - 60 ROHONGROUP 60/125. Технологический процесс получения ПИД состоит из нескольких стадий. Исходные порошкообразные компоненты, поступают на дозирование и засыпаются в бункер. Далее все содержимое бункера ссыпается в двухстадийный высокоскоростной смеситель, где компоненты смешиваются с получением драйбленда (от англ.: dry - сухой, blend - смешивать). Затем навески драйбленда, наполнителя и пластификатора загружаются в бетоносмеситель, где происходит окончательное приготовление композиции. Готовая композиция подается в бункер экструдера, где нагревается, пластицируется и в виде расплава под давлением подается в прямоточную головку, из которой профиль ПИД поступает в калибратор и далее в охлаждающую ванну. Для отвода профиля служит тянущее устройство. Затем профили нарезаются на отрезки заданной длины дисковой пилой и укладываются манипулятором в штабеля.
В 2009 г. разработанный непрерывный экструзионный процесс получения ПИД прошел испытания на экструзионной линии Иркутского завода ООО «Винипласт». В результате получены несколько типов ПИД с различным соотношением золы уноса и ПВХ.
Изучение свойств ПИД
В аккредитованной лаборатории были проведены испытания ПИД по основным физико-механическим показателям. Методом электронной микроскопии была изучена морфология ПИД с использованием растрового электронного микроскопа модели JSM-6469 LV фирмы Jeol (Япония).
В итоге анализа морфологии образцов материала и их физико-механических свойств был выбран оптимальный вариант рецептуры - ПИД-IV. Данный материал имеет более пористую структуру, самое низкое значение плотности и, как следствие, самую большую толщину (4,1 мм) из всех вспененных вариантов. ПИД-IV содержит крупные ячейки (50-70 мкм) в форме сферы и эллипса. В результате ПИД-IV должна обладать более высокими теплоизоляционными свойствами и звукопоглощением, являться мощным фильтром воздушных масс.
В таблице 1 приведены основные физико-механические показатели ПИД-IV.
Таблица 1. Физико-механические свойства ПИД-IV
|
Измеряемые характеристики, единицы измерения |
Тип структуры |
Плотность, кг/м3 |
Предел прочности при изгибе, МПа |
Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м2 |
Водопоглощение, % |
Коэффициент линейного теплового расширения, при Т=1000С и t=60 мин, % |
|
ПИД-IV |
пористая |
1182 |
35,93 |
17,24 |
0,20 |
-2,1 |
Из данных таблицы 1 можно заключить, что по многим физико-механическим свойствам и пористой структуре ПИД сходна с рядом сортов Натуральной Древесины (НД). Однако ПИД превосходит НД по огне- и теплостойкости, морозоустойчивости, химической, биологической стойкости и долговечности. ПИД относится к гидрофобным материалам, её водопоглощение не превышает 0,2%, что в 500 раз ниже водопоглощения НД. Технология производства материала позволяет выпускать изделия из ПИД любой формы, длины, цвета, запаха, текстуры и любого сечения, полые доски и «вагонку».
Практическое применение ПИД - «Винизола»
Основное назначение ПИД - замена ПВХ-композиций и ряда изделий из НД. Полученный материал может применяться как для наружной отделки помещений (стены, обшивка, садовая мебель, дорожки, оконные рамы, заборы, шифер и т.п.), так и для внутренней (пол, потолок, двери, мебель, шпон и т.д.) [2]. Материал легко пилится, строгается, сверлится. Превосходно удерживает гвозди, скобы, шурупы. Поверхность изделий из ПИД хорошо поддается окрашиванию обычными красками (акриловые, масляные, эмульсионные и др.).
Выводы
Представленная перспективная технология позволяет получить инновационный материал - «Пористая Искусственная Древесина» из отходов ПВХ и золы уноса ТЭЦ, обладающая уникальным сочетанием высоких физико-механических, эстетических свойств.
Технология производства ПИД включает переработку сырья методом экструзии на стандартном оборудовании, легко вписывается в действующие предприятия по производству термопластичных пластмассовых изделий.
ПИД является весьма перспективным конкурентоспособным материалом для строительной промышленности по техническим и экономическим показателям превышающей другие типы Искусственной и некоторых видов Натуральной Древесины на мировом рынке.
Статья подготовлена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (государственный контракт № 02.740.11.5080 «Разработка новых материалов на основе использования крупнотоннажных отходов»)
Список литературы
- Торонян Р.А. Композиционные материалы тепло- и звукоизоляционного назначения на основе некоторых вторичных полимеров: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 02.00.06 / Торонян Рубен Альбертович, Нальчик, 2008.
- Костюкова Е.О., Барахтенко В.В., Зелинская Е.В., Шутов Ф.А. Промышленные отходы - сырье для строительных материалов будущего: Иркутский регион // Экология урбанизированных территорий. 2009. №4. C. 73-78
- Барахтенко В.В., Зелинская Е.В., Костюкова Е.О., Меркульева Т.А., Самусева М.Н., Шутов Ф.А.. Утилизация золы уноса для производства пористых строительных материалов нового поколения // Материалы III Международного научно-практического семинара «Золошлаки ТЭС: удаление, транспорт, переработка, складирование». Москва, 22-23 апреля 2010 г. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - С. 60-63.
Работа представлена на Общероссийскую научную конференцию «Новые технологии, инновации, изобретения», Иркутск, 5-7 июля 2010 г. Поступила в редакцию 02.07.2010.