Разработка новых видов рулонных изоляционных материалов на основе нетрадиционных битумов и изучение их физико-механических свойств

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты экспериментов по разработке рулонного изоляционного материала на основе битума госсиполовой смолы и приведены показатели физико-механических и технологических исследований.

ABSTRACT

The article presents the results of experiments on the development of coiled insulating material based on gossypol resin bitumen and provides indicators of physical, mechanical and technological research.

Ключевые слова: госсиполовая смола, рулонные материалы, базальтовая ткань, резиновая крошка, тальк, вторичный полиэтилен, условная прочность, линейный размер.

Keywords: gossypol resin, roll material, basalt fabric, rubber crumb, talc, secondary polyethylene, conditional strength, linear size.

Рулонные изоляционные материалы широко используются в различных областях промышленности. Популярность использования этих материалов связана с доступной и широкой сырьевой базой, большим выбором способов и простотой технологии, а также относительно низкой стоимостью. Они применяются при всех видах гидроизоляционных работ как во время строительства, так и по его завершении. Однако они имеют ряд отрицательных сторон, таких как высокая степень водопоглощения, невозможность получения герметичного стыка, ограничение проведения работ из-за погодных условий (при температуре не ниже +5° С и только при сухом основании, так как при более низких температурах рубероид растрескивается во время раскатывания), с годами картон теряет непромокаемые свойства. Реальный срок безремонтной эксплуатации невысок.

Следует отметить, что в Западной Европе уже многие годы битумные материалы на картонной основе запрещены к применению для устройства кровель. В современных рулонных кровельных материалах для улучшения свойств используются три основных направления модификация битумного вяжущего: замена картона новой прочной и долговечной основой, использование новых видов бронирующих посыпок.

Исходя из вышеизложенного, разработка физико-химических и технологических основ производства нетрадиционных рулонных изоляционных материалов на основе местного сырья и отходов промышленности весьма актуальна.  

Современный научно-технический прогресс связан со значительным потреблением природных и вторичных ресурсов. При производстве хлопкового масла в Узбекистане ежегодно образуется около 20 тысяч тонн отходов, которые называются госсиполовой смолой. Химический состав госсиполовой смолы изучен многими исследователями. По данным химических и спектроскопических исследований, госсиполовая смола имеет ароматическое соединение с фенольными, гидроксильными, карбонильными группами, а также азотсодержащие, нафтольные и оксижирные кислоты [2].

Для разработки рулонных материалов, обладающих необходимыми эксплуатационными свойствами, с низкой себестоимостью в качестве основного сырья выбраны легкодоступные промышленные отходы – госсиполовая смола.

Задачей данного исследования является разработка рулонного изоляционного материала на основе битума госсиполовой смолы с улучшенными физико-механическими и технологическими показателями, с высокими адгезионными, антикоррозионными свойствами, с устойчивостью к старению, широким температурным интервалом пластичности, повышенной тепло- и морозостойкостью.

Получение высококачественного рулонного материала на основе заменителя нефтяного битума имеет свою специфическую особенность и требует поиска определенных условий, а также использования нетрадиционных добавок модификаторов, пластификаторов и структурообразователей. Для расширения температурного интервала пластичности, увеличения морозостойкости, устойчивости к циклическим деформациям при отрицательных температурах добавляют резиновую крошку – отходы изношенных покрышек. Состав также отличается от известных тем, что в качестве структурообразователя применяли базальтовую ткань и дополнительно к нему добавляли вторичный полиэтилен. В последнее время к самым эффективным и перспективным волокнам для армирования рулонного изоляционного материала относят базальтовые волокна, полученные из природного минерала базальта. Одним из важнейших показателей использования волокна в рулонных материалах является диаметр, уменьшение которого повышает эластичность рулонного материала в три раза выше теплоизоляционных свойств асбестовых тканей. Добавление к составу базальтовой ткани делает материал термо-, химо- и коррозийно устойчивым. Таким образом, повышаются физико-механические характеристики материала, расширяется температурный интервал пластичности, повышается срок его службы [1; 3].

На основании комплекса химических, физико-химических, термодинамических, математических и технологических исследований изучены все необходимые реакции для синтеза битума на основе госсиполовой смолы, пригодные для рулонных изоляционных материалов. Выявлены физико-химические факторы влияния тех или иных компонентов на течение и направление реакций синтеза. На основании результатов исследований получены оптимальные составы битумо-полимерных композиции для рулонных материалов. На их основе разработаны физико-химические и технологические параметры рулонных материалов на базе битума многотоннажных отходов масложировой промышленности – госсиполовой смолы, талька, базальтовой ткани и полиэтилена.

Особенности и отличительные качества объекта, которые позволяют предпочесть его аналогам. Полученные новые научные и практические данные позволили обосновать целесообразность и перспективность вовлечения строительного битума на основе госсиполовой смолы в сферу производства новых видов рулонных изоляционных материалов.

Таким образом, для проведения опытно-промышленных испытаний новых видов рулонных изоляционных материалов использовались следующие виды сырья: госсиполовые смолы (ТШ 86-38-2006), СаО (ГОСТ 1387-80), резиновая крошка (ГОСТ 8407-89), тальк (ГОСТ 21235-75), вата базальтовая (ГОСТ 4640-93), вторичный полиэтилен (ТУ 63-178-74-88).

В ходе проведения физико-химических и механических испытаний были определены технико-экономические показатели. Подготовлены все необходимые материалы и предложение о внедрении разработанной технологии в производство.

Разработанный нами рулонный изоляционный материал на основе битума госсиполовой смолы обладает высокими эксплуатационными свойствами. Такие мягкие рулонные кровельные материалы могут пользоваться широким спросом. Высокое качество и долгий эксплуатационный срок данных кровельных материалов позволяют успешно применять их не только для гидроизоляции фундамента, но и для кровли крыш. Они не теряют свойства при перепадах температуры. При производстве оптимальных рулонных материалов используется практически до 100% сырья и компонентов, производимых промышленностью Узбекистана.

В OOО «TASH IZOL» в опытно-промышленном масштабе апробирована технология получения изоляционных рулонных кровельных материалов, содержащих (масс.%) госсиполовый битум – 80,0; резиновую крошку (0,1 мм)  – 5,0; базальтовую нитку – 3,0; вторичный полиэтилен – 7,0; тальк – 5,0.

Смонтирована технологическая линия опытно-промышленной установки получения кровельных материалов, разработанная на основе результатов лабораторных исследований учеными УрГУ совместно со специалистами ООО «TASH IZOL». В процессе испытания отработана технология производства нового вида рулонного материала, установлены оптимальные технологические параметры производства конкурентно способного изоляционного рулонного кровельного материала и выпущена опытно-промышленная партия (15 000 м²) с удовлетворительными товарными свойствами.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать следующие выводы:

• Впервые разработана технология нового вида рулонного материала на основе битума, полученного из госсиполовой смолы. В разработанной технологии проблема качества и долговечности испытываемого материала решена заменой нефтяного битума на битум с госсиполовой основой с добавками различных местных компонентов. Впервые показана эффективность использования базальтовой некондиционной ваты и вторичных полиэтиленов для формирования рулонного материала.
• В рулонных материалах пластические свойства в значительной мере обеспечиваются битумной матрицей, а также армированием базальтовыми нитками (длиной 15-20 мм). Хаотичное расположение этих волокон обеспечивает равномерные физико-механические характеристики по всем направлениям полотна.
• Испытания образцов проводились по ГОСТу 2678, и установлено, что сформированные по разработанной технологии рулонные материалы характеризуются повышенными физико-химическими и механическими свойствами, термостойкостью (80^оС), водонепроницаемостью при 0,001МПа в течение 72 час. (0,001%), условной прочностью (7,8 МПа, КГс/ см²), разрывной силой при растяжении (600-650 Н, кгс), гибкостью на брусе R=20 мм при температуре (0^оС), изменением линейного размера рулонного материала (±2), температурой хрупкости рулонного материала (не выше 25^оС), теплостойкостью (90^оС), прочностью сцепления с бетоном (0,6 МПа, не менее), эластичностью в диапазоне температур (-55 +100), водопоглощением за 24 часа (1,5%) и условной долговечностью (30 лет).
• Подтверждаем, что технология производства нового рулонного материала прошла испытания успешно и полученные материалы соответствуют требованиям ГОСТа 30547-97 «Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные». Данная технология включена в перечень перспективных разработок ООО «TASH IZOL» по расширению ассортиментов рулонных материалов.

Список литературы:
1. Гликин С.М. Потенциальный срок службы кровель из полимерных ма-териалов на основе СКЭПТ / С.М. Гликин, А.В. Пешкова // Строительные материалы. – 2003. – № 12. – С. 2-5.
2. Джигирис Д.Д. Основы производства базальтовых волокон и изделий / Д.Д. Джигирис, М.Ф. Махова. – М.: Теплоэнергетик, 2002. – 416 с.
3. Коротеева Л.И. К вопросу формования нитей из стекла и базальта / Л.И. Коротеева, А.П. Яскин, В.И. Глушенков // Химические волокна. – 2004. – №2. – С. 25-27.