Способ получения полимербетонной смеси

Изобретение относится к способам получения полимербетонной смеси с использованием фурановых связующих, которая может применяться в качестве органо-минерального, бесцементного бетона, высокопрочных антикоррозионных балок, шпал, панелей, колонн и других элементов конструкций, для получения износостойких полов, гидротехнических сооруженный, термостойких материалов, обладающих высокими прочностными свойствами, химической стойкостью, водостойкостью, для защиты зданий, сооружений, оборудования в химической, металлургической, текстильной промышленности. Последнее время фурановые связующие используются для модификации битума с целью значительного повышения прочностных показателей и водостойкости дорожных покрытий.

Известен способ приготовления полимербетонной смеси, в котором отдельно готовят связующую массу путем совмещения и перемешивания фурфуролацетонового мономера с тонкоизмельченным наполнителем и катализатором бензолсульфокислотой. Отдельно перемешивают наполнители средних и крупных фракций, после чего приготовленную раннее связующую массу вводят в смесь наполнителей и перемешивают 1,5-2 минуты а.с. 349658, м. кл c04b 25/02, опубликованное 19.09.1972 г.

Однако, предложенный способ требует установки дополнительного коррозионностойкого оборудования для смешивания тонкомолотого наполнителя совместно с фурфуролацетоновым мономером и бензолсульфокислотой, что требует дополнительных затрат времени, энергии и труда, что экономически нецелесообразно. Кроме того, достичь равномерности распределения кристаллической бензолсульфокислоты в связующей массе, а затем и среди наполнителей среднего и крупного размера, практически невозможно. Это подтверждают полученные авторами результаты - предел прочности при сжатии увеличивается всего на 6-8%. Следует отметить также, что при приготовлении связующей массы немедленно начинается реакция полимеризации, сопровождающаяся увеличением вязкости. Это ухудшает условия для равномерного распределения связующей массы по поверхности крупных и средних наполнителей.

Известен способ получения полимербетонной смеси, в котором совмещают фурфуролацетоновый мономер, минеральные наполнители и бензосульфокислоту, предварительно растворенную в кубовом остатке метакриловой кислоты, содержащем 40-50% метакриловой кислоты и 60-50% мономеров винилового ряда. SU 833778, М Кл³ С04В 25/02 опубликованное 30.05.1981.

Однако, метакриловая кислота, относящаяся к третьему классу опасности (ПДК-10 мг/м³), обладает резким, неприятным запахом. В диссертации Грудзинского В.Ю. «Характеристика биологического действия акриловой и метакриловой кислот и обоснование их гигиенических регламентов» (Нижний Новгород, 1991 г.) показано, что метакриловая кислота создает неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия при превышении пороговой концентрации в воздухе более 0,8 мг/м³ из-за отрицательного влияния ее на окислительно-восстановительные процессы в печени, а также на эмбриональное развитие. Кроме того, метакриловая кислота легко полимеризуется при комнатной температуре и, следовательно, при транспортировке и хранении вязкость кубового остатка будет увеличиваться, изменяя его состав. При этом ухудшаются реологические условия для распределения катализатора в слое фурфуролацетонового мономера, адсорбированного на поверхности минеральных наполнителей. Есть и еще один недостаток предложенного выше способа - метакриловая кислота вызывает сильную коррозию оборудования. «Большая химическая энциклопедия», 2 издание «Химической энциклопедии» 1983 г., с. 325.

Известен способ получения полимербетонной смеси, в состав которой входят фурфуролацетоновый мономер, песок, бензольсульфокислота, растворенная в сложных эфирах многоосновных кислот и одноатомных спиртов. Для получения наибольшего эффекта отверждения авторы предлагают выдерживать раствор бензольсульфокислоты в течение 14 суток. SU 404810, М Кл С04В 25/02 опубликован. 22.10.1973 г.

Однако, предложенные растворители относятся к токсичным веществам. Так, наиболее доступный для практического применения дибутилфталат относится ко второму классу опасности ГН 2.2.5.1313-03 от 27.04.2003 г. К недостаткам этого способа следует отнести необходимость дополнительной выдержки в течение 14 суток, так как это требует дополнительного времени и оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату является способ получения полимербетонной смеси, включающий смешивание мономер фурфуролацетоновый, бензолсульфокислоту, щебень гранитный, песок кварцевый, и микронаполнитель, предварительно модифицированный 0,5%-1% от его веса полимерным связующим с более низким модулем упругости. Модификацию микронаполнителя осуществляют путем совместного помола, например, с эпоксидной смолой до дисперсности 2000-5000 см²/г. SU 400553 м. Кл. c04b 25/00, опубликованный 01.10.1973 г.

Однако, для осуществления этого способа необходимо дополнительное размольное оборудование для совместного помола смолы и наполнителя до дисперсности 2000-5000 см²/г и использование дорогостоящей эпоксидной смолы. Это требует дополнительных расходов, что экономически нецелесообразно.

Задача изобретения - разработка простого и дешевого способа получения полимербетонной смеси с повышенной адгезией фурфуролацетонового мономера к минеральным наполнителям.

Технический результат - улучшение качества полимербетона за счет повышения прочности при сжатии и снижения водопоглощения.

Технический результат достигается тем, что способ получения полимербетонной смеси, путем смешивания фурфуролацетонового мономера, бензолсульфокислоты, песка кварцевого, согласно изобретению, песок кварцевый предварительно смешивают с сырым таловым маслом в количестве 0,8-1,5% от веса песка.

Способ заключается в том, что минеральный наполнитель предварительно смешивают с сырым таловым маслом и далее полученную смесь вносят в фурфуролацетоновый мономер, бензолсульфоксислоту в расплаве или растворенную в фурфуроле или ацетоне.

Таловое масло - дешевый, умеренно токсичный продукт (третий класс опасности). Справочник химика, издание 2, переработанное, М., Мин. хим. пром., 1987 г. Оно имеет растительное происхождение и является отходом целлюлозно-бумажной промышленности, хорошо смачивает минеральные наполнители и также хорошо смешивается с фурфуролацетоновым мономером, фурфуролом, ацетоном и БСК. Это усиливает адгезию фурфуролацетонового мономера к наполнителям, делает распределение всех ингредиентов равномерным, плотно упаковывает их в монолитную структуру и значительно уменьшает пористость полимера, повышает однородность полимера по качеству.

Увеличение количества сырого талового масла более 1,5% не дополняет эффекта по качеству, а уменьшение ниже 0,8% ухудшает физико-механические показатели (примеры 4, 5).

Для осуществления способ использовали сырое таловое масло - ТУ 13-0281078-89, мономер ФА - ТУ -2453-001-08468234-01, бензолсульфокислоту - ТУ 6-36-0204229-25-89, песок кварцевый ГОСТ 4417-75.

Способ получения полимербетонной смеси, в сравнении с прототипом иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Получение полимербетонной смеси по заявляемому способу без использования сырого талового масла.

Состав полимербетонной смеси в г: песок кварцевый - 100, мономер ФА - 12, бензолсульфокислота - 2,4, фурфурол для растворения бензолсульфокислоты - 0,8.

Песок кварцевый смешивают с мономером ФА в течение 3-5 мин., далее загружают раствор бензолсульфокислоты и перемешивают еще 2-3 мин.

Пример 2. Получение полимербетонной смеси по заявляемому способу с использованием сырого талового масла.

Для этого берут компоненты в г: песок кварцевый - 100, сырое таловое масло - 0,8, мономер ФА - 12, бензолсульфокислота - 2,4, фурфурол для растворения бензолсульфокислоты - 0,8.

Способ получения полимербетонной смеси заключается в следующем. Минеральный наполнитель предварительно смешивают с сырым таловым маслом, в течение 3-5 мин, затем загружают мономер ФА и перемешивают еще 3-5 мин., в последнюю очередь загружают раствор бензолсульфокислоты и перемешивают еще 3-4 мин.

Пример 3. Способ получения полимербетонной смеси аналогичен примеру 2.

Для этого берут компоненты в г: песок кварцевый - 100, сырое таловое масло - 1,5, мономер ФА - 12, бензолсульфокислота - 2,4, фурфурол - 0,8.

Пример 4. Способ получения полимербетонной смеси аналогичен примеру 2.

Для этого берут номпоненты в г.: песок кварцевый - 100, сырое таловое масло - 0,7, мономер ФА - 12, бензолсульфокислота - 2,4, фурфурол для растворения бензолсульфокислоты - 0,8.

Пример 5. Способ получения полимербетонной смеси аналогичен примеру 2.

Для этого берут компоненты в г.: песок кварцевый - 100, сырое таловое масло - 1,7, мономер ФА - 12, бензолсульфокислота - 2,4, фурфурол для растворения бензолсульфокислоты - 0,8.

Пример 6. Способ получения полимербетонной смеси аналогичен примеру 2.

Для этого берут компоненты в г.: песок кварцевый - 100, сырое таловое масло - 0,8, мономер ФА - 12, бензолсульфокислота - 2,4, ацетон для растворения бензолсульфокислоты - 0,6.

Пример 7. Способ получения полимербетонной смеси аналогичен примеру 2.

Для этого берут компоненты в г.: песок кварцевый - 100, сырое таловое масло - 0,8, мономер ФА - 12, бензолсульфокислота - 2,4, расплавленная при 60 градусах.

Полученные экспериментальные данные по качеству полимербетона приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы, обработка наполнителя сырым таловым маслом в количестве 0,8-1,5% от веса наполнителя улучшает предел прочности при сжатии в среднем на 20-30% и уменьшает водопоглощение на 76-86%.