CC BY
56
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ___________________________________2008, том 51, №11_______________________________
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 699.8
Д.Х.Саидов
РАЗРАБОТКА ПЛИТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЛИГНИНОВЫХ ОТХОДОВ
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 12.12.2007 г.)
В настоящее время в связи с возрастающими темпами строительства в Республике Таджикистан важнейшей задачей строительного производства становится не только наращивание объема производимых материалов, но и повышение эффективности создаваемых материалов и расширение их ассортимента. Наряду с этим из-за сокращения невосполняемых природных ресурсов, используемых в производстве различных синтетических строительных материалов, необходим поиск новых источников сырья. Перспективными источниками сырья в этом плане могут быть целлюлозосодержащие отходы органической природы, образующиеся после уборки сельскохозяйственного производства, часть которых используется местными жителями в качестве топлива, а другая не находит широкого использования и создает экологические трудности.
Основной недостаток имеющихся сельскохозяйственных отходов - это отсутствие стабильности состава и показателей качества, а также низкая реакционная способность, что затрудняет их широкое использование. Возможности получения эффективных материалов строительного назначения, таких как клеи, вяжущие, плитные материалы, модификаторы бетонных смесей и бетона и другие из указанных отходов, зависят главным образом от выявленных направлений перевода их в более реакционноспособное состояние. Однако в настоящее время не существует единого подхода к изменению реакционной способности веществ, составляющих эти отходы, позволяющего прогнозировать и регулировать их свойства с целью получения материалов с заданными свойствами. В связи с этим разработка общих принципов химической и биологической трансформации растительных отходов в эффективные материалы для строительного производства, а также разработка экологически безопасных технологических процессов их получения являются актуальными как в материаловедческом плане, так и в плане рационального использования природного сырья.
В связи с вышеизложенным решение поставленной задачи начинаем с обоснования использования химических окислительных и гидролитических процессов для получения вяжущих и модификаторов бетонов на основе лигниновых отходов, в частности, лигносульфо-натов (ЛС).
Известно, что лигносульфонаты не являются индивидуальными веществами или полимерными соединениями определенного строения. Имеющиеся в литературе многочислен-
ные сведения о физических и химических свойствах лигнинов и лигносульфонатов позволяют говорить лишь о типах структурных единиц и типах связей между этими единицами [1-3]. Установлено, что основной структурной единицей является фенилпропановое звено [4-6].
При изучении физико-химических свойств ЛС в ходе окисления пероксидом водорода, озоном, гидропероксидом изопропилбензола было установлено изменение средней молекулярной массы ЛС (ММ), а также качественного и количественного состава функциональных групп. Эти изменения зависят как от природы окисляющего агента (табл. 1), так и от условий проведения реакций.
Наиболее значительное увеличение средней молекулярной массы - почти в три раза, отмечено в реакциях ЛС с гидропероксидом изопропилбензола и пероксидом водорода. Как следует из представленных данных, значение средней молекулярной массы вначале окисления возрастает, а затем незначительно уменьшается в реакциях с гидропероксидом и пероксидом водорода и довольно быстро убывает в реакциях с озоном.
Таблица 1
Влияние природы оксиданта и условий окисления на свойства ЛС
№ п.п. Пероксид водорода* Гидропероксид ** изопропилбензола *** Озон
Условия окисления ММ Кол-во первичных ОН-групп Кол-во соон- групп, ммоль/г Условия окисления ММ Условия окисления ММ
1 0.5 ч, 85°С (исходный ЛС) 5000 (2400) 11.24 (6.26) 0.25 (0.21) 24 ч, 19°С 5000 1 ч, 25°С 2500
2 1 ч, 85°С 6100 11.37 0.30 1 ч, 95°С 6400 2 ч, 25°С 2800
3 2 ч, 85°С 6300 11.0 0.43 2 ч, 95°С 6800 3 ч, 25°С 2000
4 4 ч, 85°С 6200 10.43 0.55 3 ч, 95°С 6500 5 ч, 25°С 1700
5 6 ч, 85°С 6100 9.58 0.67 5 ч, 95°С 6450 - -
*- содержание пероксида водорода в реакционной смеси 1.8 мас.%;
** - содержание гидропероксида изопропилбензола в реакционной смеси 8 мас.%;
*** - концентрация озона в озоно-воздушной смеси 4 г/м^. при скорости барботирования 40 л/ч.
Методами ИК-спектроскопии и химического анализа показано, что в начальный период окисления пероксидом водорода, наряду с повышением средней молекулярной массы, повышается содержание гидроксильных и карбоксильных групп, что в общем итоге должно повысить клеящие свойства ЛС.
Эффективность химического модифицирования ЛС различными оксидантами оценивалась путем сопоставления прочности и водостойкости древесных композиционных материалов типа ДСтП, полученных с использованием модифицированного и немодифицирован-ного ЛС. Некоторые результаты таких исследований приведены в табл. 2.
Таблица 2
Влияние природы окисляющего агента и условий модифицирования лигносульфоната
на свойства плитных материалов
Окисляющий агент Кол-во окисляющего агента в ЛС, % Время окисления, ч Температура, °С Свойства плитных материалов
Плотность, кг/м3 Прочность при изгибе, МПа Водопоглощение, %
ГПИ 6 2.5 90 785 10.7 96
ГПИ 8 2.5 90 830 12.4 80
ГПИ 10 2.5 90 820 10.5 95
ГПТБ 3 2.5 85 750 8.5 153
Н2О2 1.3 85 840 9.5 96
Н2О2 1.8 2.0 85 800 12.6 80
Н2О2 3.3 85 830 12.8 75
Озон 3.5 г/м3 озоновоздушной смеси 3.0 35 815 8.1 132
ЛС немодифицированный 870 7.8 165
*— условия прессования: 2.5 МПа; 160°С; 1 мин/мм. ГПИ - гидропероксид изопропилбензола; ГПТБ - гидропероксид третбутила.
Из представленных экспериментальных данных следует, что окислительное модифицирование ЛС указанными оксидантами приводит к повышению связующих свойств ЛС. Наиболее эффективными модификаторами оказались гидропероксид изопропилбензола и пероксид водорода. Их применение позволило повысить прочность плитных материалов более чем на 50%, а водопоглощение снизить в два раза по сравнению с использованием немо-дифицированного ЛС. Основными причинами повышения связующих свойств окисленных ЛС являются увеличение молекулярной массы ЛС и количества карбоксильных групп. Полученные древесно-стружечные плиты по своим физико-механическим свойствам можно отнести к плитам марки П-1. Их рекомендуется применять для ограждающих конструкций внутри зданий или в качестве внутреннего слоя в многослойных ДСтП. Для повышения качества плит необходимо улучшить прочностные свойства и водостойкость связующего. В связи с этим, а также с целью частичной замены применяемых в производстве древесных композиционных материалов синтетических вяжущих, была проведена дальнейшая оптимизация условий модифицирования ЛС. В качестве синтетических связующих, совместимых с ЛС, были выбраны: фенолформальдегидная и карбамидная смолы, ненасыщенные кислоты (акриловая и метакриловая), изоцианаты. Как показали исследования, использование окисленных ЛС в смешанном вяжущем, по сравнению с немодифицированным ЛС, приводит к значительному повышению прочности и водостойкости древесных плит и позволяет заменить до
40...50% синтетического вяжущего на модифицированный ЛС без ухудшения физикомеханических свойств плит. Полученные плитные материалы по эмиссии формальдегида соответствуют классу Е1.
ЛИТЕРАТУРА
1. Волобуев В.Г., Сапего В.И. Использование отходов сельскохозяйственного производства в качестве энергетического топлива. - Минск, 1980, 40 с.
2. Вяжущее - Патент № 2076120 Рос.Федерация: МПК С08Ь61/06/ Соломатов В.И., Бузулуков В.И. и др.; заявитель и патентообладатель Мор-дов. гос. ун-т. - №93021394/26; заявл. 23.04.93; опубл. 27.03.97. Бюл. № 9.
3. Черкасов В.Д., Бузулуков В.И. - Изв. вузов: Строительство, 1999, № 4, с. 33-36.
4. Вяжущее и способ его получения. - Патент № 2249023 Рос.Федерация: МПК С 08 Ь 61/06 / Черкасов В.Д., Бузулуков В.И. и др.; заявитель и патентообладатель Мордов. гос. ун-т. -№2003112400/04; заявл. 25.04.2003; опубл. 27.03.2005. Бюл. № 9.
5. Кобулиев З.В., Якубов С.Э. Энерго- и ресурсосберегающие материалы на основе минерального и растительного сырья / Под ред. А.Шарифова. - Душанбе: Ирфон, 2006, 206 с.
6. Крутов П.И., Наназашвили И.Х., Склизков Н.И. и др. Справочник по производству и применению арболита. - М.: Стройиздат, 1987, 208 с.
Таджикский технический университет им. акад. М.С.Осими Поступило 12.12.2007 г.
Ч,.Х,.Саидов
КОРКАРДИ МАСОЛЕДДОИ СОХТМОНИИ ПЛИТАГЙ ДАР АСОСИ ПАРТОВДОИ ЛИГНИНДОР
Дар мак;ола истифодаи протсесдои далшавй ва гидролитй дар коркарди моддадои часпакй ва модификатора аз партовдои лигнинй, алалхусус лигносулфонатдо (ЛС) асоснок карда шудааст. Муайян карда шудааст, ки истифодаи ЛС-и далшуда дар моддадои часпакии омехта нисбати ЛС-и модефисирониданашуда ба зиёд шудани сахтй ва обнагузаронандагии масоледдои плитагй оварда, бо ивази 40-50% ЛС-и модифисиронидашуда ба чои моддаи часпакии синтетикй хосиятдои физикию-механикии плитадо бетагйир мемонанд.
J.H.Saidov DEVELOPMENT OF THE SLABBY BUILDING MATERIALS ON THE BASIS OF LIGNINE WASTES
In the article the applying of the chemical oxidizing and hydrolytic process for the obtaining of the binding components and modifying agent of concretes on the basis of lignine wastes, specifically lignosulphonates (LS), is grounded.
It is detected that, application of the oxidized lignosulphonates (LS) in the mixed binding substance, as compared with using not modified lignosulphonates (LS), leads to substantial increase of durability and water resistance of wood plates and allows to replace up to 40 50 % of synthetic binding substance by modified lignosulphonates (LS) without deterioration of physic and mechanical properties.
S4G
