экологически приемлемый изоляционный материал и способ его производства

Формула изобретения

1. Способ изготовления изоляционного материала для зданий, отличающийся тем, что в качестве сырья используют утилизируемые предметы одежды и/или отходы тканей в мебельной промышленности, сырье измельчают с получением гомогенного волокнистого регенерата-шодди, к гомогенному регенерату примешивают льняные волокна и полиэфирные волокна с образованием гомогенной волоконной смеси, гомогенную волоконную смесь аэрируют с образованием аэрированной волоконной смеси, аэрированную смесь формуют по заданному профилю, сформованную смесь подвергают термообработке до тех пор, пока полиэфирные волокна не расплавятся и не свяжут оставшиеся волокна с образованием изоляционного материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сырья используют собранные предметы одежды, бывшие в употреблении.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сырья используют отходы тканей в мебельной промышленности.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что предметы одежды, бывшие в употреблении, и/или отходы тканей в мебельной промышленности разрывают на мелкие части и отделяют от них все предметы, не являющиеся частями тканей, в том числе пуговицы, застежки-молнии и пряжки.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при образовании указанного регенерата используют следующие количества его составляющих, от общей массы: 5-50 полиэфира, 5-50 льняных волокон и до 2,5 кг огнезащитного агента на 1 м³ массы регенерата.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что к предметам одежды и/или отходам тканей в мебельной промышленности добавляют картон и/или бумагу в количестве от 0 до 40 мас.%.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что примешиваемые полиэфирные волокна имеют температуру плавления в интервале 100-300°С, а линейную плотность в интервале 2-10 текс.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что при образовании указанного регенерата используют 10-30 мас.% полиэфирных волокон, имеющих температуру плавления 100-200°С, а линейную плотность 2-10 текс, и 15-45 мас.% льняных волокон.

9. Применение собранных предметов одежды, бывших в употреблении, в качестве сырья при изготовлении согласно способу по любому из пп.1-7 изолирующего мата для применения в строительстве.

10. Применение отходов тканей в мебельной промышленности в качестве сырья при изготовлении согласно способу по любому из пп.1-7 изолирующего мата для применения в строительстве.

11. Экологически приемлемый изоляционный материал для изоляции зданий и других сооружений, который не содержит веществ, вредных или вызывающих раздражение у человека, и не выделяет вредных веществ и/или пыли в воздух, находящийся внутри здания, отличающийся тем, что содержит утилизируемые предметы одежды и/или отходы тканей в мебельной промышленности, которые измельчены с образованием регенерата-шодди, а затем смешаны с льняными волокнами и с волокнами полиэфира, имеющими низкую температуру плавления, с образованием гомогенной волоконной смеси, которая затем сформована по заданному профилю и подвергнута термообработке до тех пор, пока волокна полиэфира не расплавятся и не свяжут волокна тканей и льняные волокна друг с другом.

12. Изоляционный материал по п.11, отличающийся тем, что в качестве полиэфира выбран любой полиэфир, существующий в форме волокна, температура плавления которого лежит в интервале 100-300°С, а значение линейной плотности находится в интервале 2-10 текс.

13. Изоляционный материал по п.11, отличающийся тем, что полиэфир добавлен в количестве 5-50 мас.%.

14. Изоляционный материал по п.11, отличающийся тем, что льняные волокна добавлены в количестве 5-50 мас.%.

15. Изоляционный материал по п.11, отличающийся тем, что к массе регенерата добавлено от 0 до 40 мас.% макулатуры картона и/или бумаги, измельченной в виде волокон.

16. Изоляционный материал по любому из пп.11-15, отличающийся тем, что сформован в виде матов длиной 1,20 м, шириной 0,58-1,00 м и толщиной 5-15 см.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к экологически приемлемому изоляционному материалу и, более конкретно, к изолирующему мату для изоляции зданий и других сооружений, а также к способу его производства. Мат не является аллергенным и утилизируется почти на 100%.

Уровень техники

В настоящее время для изоляции сооружений, зданий и других структур часто применяются маты из минеральной ваты или стекловаты. Изолирующие маты обоих этих типов обладают многими экологическими недостатками.

Например, стекловата изготавливается путем плавки стандартного стекла, в которое вводят некоторые добавки, придающие стеклу низкую теплопроводность, после чего стекло вытягивают в длинные тонкие нити с помощью быстровращающихся мотальных машин. Эти нити собирают и скрепляют посредством фенольного клея, в частности, в виде изолирующих матов различной толщины и жесткости. Минеральная вата производится аналогичным способом, однако в этом случае расплавляемым материалом являются горные породы, к которым добавляют известь с последующей вытяжкой посредством быстровращающихся мотальных машин. При этом для формирования матов также применяют фенольный клей. Оба описанных процесса требуют высоких температур, составляющих много сотен градусов Цельсия. Как следствие, они являются довольно энергоемкими и используют невозобновляемые ресурсы, такие как горные породы и песок.

Известная проблема в строительной промышленности связана с тем, что оба типа изолирующих матов могут вызывать аллергические реакции, такие как зуд, боли, фарингит, особенно при работах, связанных с укладкой матов. Кроме того, составляющие мат волокна являются твердыми и способны до некоторой степени проникать сквозь кожу. Как следствие, маты являются колючими и создают неприятные ощущения для открытой кожи. Волокна в форме иголок могут причинить значительное неудобство, причем их довольно трудно извлечь из кожи. Поэтому необходимо использовать защитные респираторные средства и ткани, которые полностью закрывают от контакта при работе с изолирующими матами. Все это существенно усложняет строительный процесс и повышает его стоимость.

Еще одна проблема состоит в том, что через некоторое время клей высыхает и начинает крошиться. В результате минеральное или стеклянное волокно изолирующего материала освобождается. Как следствие, во многих случаях волокна проникают внутрь здания через трещины, щели и аналогичные каналы, ухудшая качество воздуха внутри помещения. Известны несколько случаев, когда на фильтрах вентиляционных систем, в частности, в начальных школах была обнаружена недопустимо высокая концентрация стеклянных и/или минеральных волокон. Существует подозрение, что стекловолокно может быть канцерогенным. Еще одним последствием атомизации клея является то, что через некоторое время происходит "усадка" изолирующих матов, в результате чего изолирующая способность изоляционного материала начинает снижаться. Это свойство является недостатком с экологической точки зрения, поскольку делает маты непригодными для утилизации (вторичной переработки), т.к. ухудшение качества изоляции здания приводит к росту энергопотребления для его обогрева.

Таким образом, существует потребность в изоляционных материалах нового типа, с помощью которых можно преодолеть перечисленные проблемы и которые являются экологически приемлемыми как по отношению к людям, так и для окружающей среды в целом.

В автомобильной промышленности известен способ производства изолирующих матов путем измельчения одежды, бывшей в употреблении, в регенерат (шодди) и склеивание регенерата посредством акрилового клея с формированием тонких твердых листов. Данный способ, однако, применим только для тонких листов, т.к. толстые листы из регенерата-шодди, скрепленного клеем, неизбежно будут разламываться во время обработки. Кроме того, такие листы будут слишком твердыми для их практического использования в качестве строительного изоляционного материала.

Из патентного документа DE 19602551 известны маты для транспортных средств, содержащие центральную часть, изготовленную из натуральных волокон, связанных посредством термопластичных волокон. Центральная часть инкапсулирована в пластиковую оболочку, образованную расплавлением смеси термопластичных волокон полиэтилена и полиэфира. Данный мат обладает улучшенной поверхностью, которая является гладкой и свободной от пор и выступающих натуральных волокон. Указано также, что в смесь волокон, образующих центральную часть, могут быть добавлены льняные волокна.

Наиболее близкими аналогом заявленных изобретений являются изоляционный материал для зданий и способ его изготовления, описанные в US 5723209 и в DE 19512767. Известный способ, в одном из своих вариантов, включает использование в качестве сырья утилизируемых остатков тканей из полиэфирных волокон, которые подвергаются расплавлению с последующим формированиям гранулята или с вытягиванием волокон из расплава. Полученные таким образом волокна укладывают вместе с волокнами полиэфира, имеющими низкую температуру плавления, на конвейерную ленту с образованием сетки волокон, и подвергают термообработке до тех пор, пока полиэфирные волокна с низкой температурой плавления не расплавятся и не свяжут оставшиеся волокна с образованием изоляционного сворачиваемого мата. Подобные маты имеют теплопроводность 0,04 Вт/м·К или менее.

Поскольку сырье для известного материала ограничивается только полиэфирными волокнами и материалами на их основе, известные технические решения не могут быть использованы для решения актуальной задачи утилизации отходов тканей различного, причем точно не установленного, состава.

Раскрытие изобретения

Главная задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании изоляционного материала, не наносящего вреда окружающей среде и не вызывающего астмы и аллергии как у рабочих-строителей, так и у обитателей зданий, которые изолированы с использованием данного материала.

Еще одной важной задачей, решаемой посредством настоящего изобретения, является сокращение количества отходов и эмиссии парниковых газов за счет создания изоляционного материала, при производстве которого в качестве сырья могут использоваться утилизируемые предметы одежды и/или отходы тканей в мебельной промышленности, а также бумажно-картонная макулатура, и который может быть полностью подвергнут вторичной переработке по истечении его срока службы.

Указанные задачи могут быть решены с помощью изоляционного материала, изготовленного из бывших в употреблении предметов одежды и/или отходов тканей в мебельной промышленности, измельченных в регенерат (шодди) и перемешанных с льняными волокнами и полиэфиром, имеющим низкую температуру плавления, в гомогенную массу. Массу формуют с приданием ей желаемого профиля, а именно формы матов, а затем подвергают термообработке до тех пор, пока полиэфирные волокна не расплавятся и не свяжут оставшиеся волокна с образованием изоляционного материала. Соотношение компонентов смеси зависит от желаемой твердости конечного продукта и в обычном случае соответствует 5-50 мас.% льняных волокон и 5-50 мас.% полиэфира, предпочтительно 15-40 мас.% льняных волокон и 10-30 мас.% полиэфира и особо предпочтительно 20-30 мас.% льняных волокон и 15-20 мас.% полиэфира. Остальную часть материала составляет шодди.

Можно также заменить 30-40 мас.% от общего содержания шодди бумажной и/или картонной макулатурой. В этом случае макулатура измельчается до такой же степени, что и волокна, а затем смешивается с волокнами тканей, льняными волокнами и полиэфиром с получением гомогенной массы. Массу формуют с приданием желаемого профиля и подвергают термообработке до тех пор, пока полиэфирные волокна не расплавятся и не свяжут оставшиеся волокна с образованием изоляционного материала.

Могут быть применены любые виды тканей, используемых в предметах одежды и мебели. Особенно приемлемы ткани, которые дают длинные волокна, такие, например, как шерстяные. Однако изобретение успешно реализуется также с тканями, имеющими более короткие волокна, такими как хлопковые и синтетические. С учетом требований пожаробезопасности изоляционного материала ткани, содержащие горючие материалы, например пластмассы, в частности клеенки, должны быть исключены полностью или частично.

В качестве льняных волокон предпочтительно применять волокна, имеющиеся в продаже под торговыми наименованиями "FlaxTow" или "Scutching Tow", поскольку названные волокна являются дешевыми, длинными и прочными, причем они позволяют получить материал, обладающий высокой гибкостью. Названные волокна берутся из наружных частей стебля льна и представляют собой побочный продукт, образующийся при чесании волокнистого материала, получаемого из растений льна.

Может быть использован любой полиэфир при условии, что он имеет низкую температуру плавления, т.е. плавится при температурах ниже 300°С, предпочтительно ниже 200°С. Наиболее предпочтительно использовать полиэфиры, которые плавятся в интервале 120-170°С. Желательно избегать применения полиэфиров, температура плавления которых существенно ниже 120°С. Это объясняется тем, что изоляционный материал должен выдерживать определенную степень нагрева без риска того, что полиэфир потеряет свою адгезионную способность в результате расплавления, в результате чего волокна, входящие в состав изоляционного материала, начнут выступать на его поверхность или соединяться вместе. Еще одним фактором является то, что чем ниже температура плавления, тем выше давление паров полиэфира и тем больше нежелательное выделение газа полиэфиром. В качестве примеров подходящих полиэфиров могут быть названы следующие марки двухкомпонентных полиэфиров: Trevira T252, линейная плотность 2,2-4,4 текс (фирма Hoechst Trevisa GmbH, Германия); Celbond Type 255 или 256, 3,3 текс (фирма Hoechst Celanese Corp., США); Terital TBM, 4,4 текс (фирма Enichem, Англия); Wellbond, 5,3-10 текс (фирма Wellman International Ltd., Ирландия).

Для того чтобы придать изоляционному материалу требуемую огнестойкость, в него должны быть добавлены огнезащитные агенты (антипирены).

Испытания матов из изоляционного материала по настоящему изобретению, к которому был добавлен материал Station 1 в количестве 2,5 кг на 1 м³ изоляционного материала (что соответствует 0,25 л/м² для мата толщиной 10 см), были проведены норвежской лабораторией технологий пожаротушения SINTEF Building and Environmental Technology-Norway. Station 1 - это имеющийся в продаже неядовитый огнезащитный агент на водной основе. Могут быть использованы и другие огнезащитные агенты при условии, что они являются неядовитыми и экологически приемлемыми. Испытания подтвердили, что маты, изготовленные из изоляционного материала по изобретению, удовлетворяют требованиям к свободному (несвязанному) изоляционному материалу по стандарту Норвегии NT FIRE 035, а также требованиям, изложенным в Отчете HO-I/94 "Пластики в зданиях" (Plastics in buildings), подготовленном Государственным департаментом по строительству (State Constructional Engineering Department), Норвегия. Указанный стандарт, по существу, относится к любым зданиям. Исключение составляют только здания, которые классифицируются по классу пожароопасности 4, классу назначения 3 или классу риска 6.

Испытания матов были проведены также организацией Mycoteam. Эти испытания показали, что изоляционный материал по изобретению может быть использован в условиях нормальной влажности без риска роста плесенных грибков. Разумеется, в случае применений, когда существует риск особо высокой влажности, в изоляционный материал могут быть добавлены фунгициды.

Использование измельченных в виде шодди тканей, бывших в употреблении, и/или отходов тканей (тканевых отходов) в мебельной промышленности, возможно, в сочетании с картонной и/или бумажной макулатурой, означает, что предлагаемый изоляционный материал является особенно приемлемым с экологической точки зрения. Во-первых, сырьем для него служат материалы, которые в настоящее время либо сжигаются на заводах по утилизации отходов, либо свозятся на свалки. Таким образом, изобретение способствует сокращению количества отходов и эмиссии парниковых газов. В Норвегии ежегодно выбрасывается 3500-4000 т тканевых отходов. Известно, что такие отходы при разложении выделяют метан. Метан, выделяемый в атмосферу, является сильным парниковым газом. Сжигание тканевых отходов приводит к выделению другого газа, оказывающего влияние на климат, а именно CO₂. В связи с этим в Германии уже принят закон об утилизации текстильных материалов, причем ведется работа по введению аналогичного закона для всей территории Европейского Союза.

Достоинством предлагаемого материала является также то, что для его производства требуется относительно небольшие энергетические затраты. Например, для производства изолирующего мата по изобретению площадью 1 м ² и толщиной 15 см требуется около 4 кВтч, тогда как для мата Glava соответствующих размеров потребление энергии составляет 14 кВтч, т.е. в 3,5 раза больше. Очевидно, что достигается существенная экономия. Изобретение обеспечивает также дополнительную экономию энергии за счет того, что изолирующие маты, выполненные из предложенного материала, сохранят свою форму в обозримом будущем, так что качество изоляции будет сохраняться неизменным в течение долгого периода. Этого нельзя сказать о многих современных изоляционных материалах. Следовательно, потребность в энергии для обогрева зданий или других объектов, в которых использован изоляционный материал по изобретению, будет сокращена по сравнению с использованием современных изоляционных материалов.

Кроме того, изоляционный материал по настоящему изобретению является экологически приемлемым, т.е. не представляющим опасности для рабочих-строителей и людей, которые впоследствии будут занимать здание, поскольку он не вызывает аллергии или астмы, не выделяет никаких вредных газов и создает минимальное количество пыли. Таким образом, данный изоляционный материал представляет особый интерес для лиц, подверженных астме и/или аллергии, поскольку способствует улучшению микроклимата для подобных людей. Имеются документально зафиксированные случаи, когда применяемые изоляционные материалы типа стекловаты и/или минеральной ваты создавали пыль в виде волокон, которая наносит ущерб здоровью. Волокна выделяются, в основном, в период строительства здания, причем их остатки сохраняются в здании в течение длительного времени, несмотря на чистки. Однако они могут выделяться также на протяжении длительного времени, поскольку клей, связывающий волокна с образованием мата, постепенно высыхает. Это сказывается на микроклимате здания в связи с тем, что внутрь него начинает проникать пыль в форме волокон и, кроме того, имеет место утонение и/или усадка изоляционного материала, что со временем приводит к ухудшению качества термоизоляции здания.

Еще одним фактором является то, что изоляционный материал, изготовленный в соответствии с изобретением, утилизируется практически на 100%. Отслуживший материал почти столь же удобен в качестве сырья для производства новых изолирующих матов, что и тканевые отходы, к которым он может быть легко примешан в процессе производства изоляционного материала по изобретению. То обстоятельство, что данный материал может быть подвергнут вторичной обработке, также способствует сокращению количества выбрасываемых отходов. При этом главным поставщиком отходов, свозимых на свалки, является строительная промышленность.

Краткое описание чертежа

Изобретение далее будет подробно описано со ссылкой на предпочтительный вариант выполнения и на чертеж, на котором представлен пример выполнения изолирующего мата в соответствии с изобретением.

Осуществление изобретения

Собранные предметы одежды, бывшие в употреблении, называемые тряпичным вторсырьем, были разорваны на куски в машине Picker 800. Машина также отделяла пуговицы, застежки-молнии, металлические пряжки и т.д. от остатков тканей. Затем разорванные ткани переносили на трехцилиндровую шодди-машину. Шодди-машина измельчала куски тканей на тканевые волокна, т.е. превращала их в регенерат-шодди. Регенерат передавали на распределитель, где к нему добавляли примерно 15 мас.% полиэфирных волокон и 20 мас.% льняных волокон по отношению к общему весу получаемой массы. Затем добавляли огнезащитный агент Station 1 из расчета 2,5 кг на кубический метр полученной массы. После взвешивания массу (включающую регенерат-шодди, льняные волокна, полиэфир и огнезащитный агент) подавали в барабан, входящий в состав распределителя. Здесь через массу продували воздух с целью получения гомогенного и аэрированного регенерата. Полученную массу переносили на формирователь матов, где формировали мат с размерами 0,15×1,20×0,58 м (см. чертеж). На следующей стадии мат подавался в печь, температура в которой составляла примерно 170°С. Под действием повышенной температуры в печи волокна полиэфира в составе регенерата плавились, связывая тканевые волокна и формируя изолирующий мат, который имел примерно такую же жесткость, что и стекловолоконный мат Glava.

Мат описанного типа был испытан в Норвежском Институте Строительных Исследований (the Norwegian Building Research Institute) и обнаружил характеристики, представленные в Таблице.

Таблица.
Свойства изоляционного материала по изобретению, установленные Норвежским Институтом Строительных Исследований
Свойство	Оценка
Огнестойкость	Хорошо 1
Выделение пыли и частиц	Хорошо
Выделение газа	Хорошо
Содержание биологически активных веществ	Хорошо
Удобство в обращении	Хорошо
Теплоизолирующие свойства	Очень хорошо
Энергопотребление при изготовлении	Очень хорошо
Использование вторсырья	Очень хорошо
Возможность утилизации	Хорошо
Вес	Очень хорошо
Сжимаемость	Хорошо
Влагопоглощение	Не очень хорошо
Сопротивляемость биологическому росту и разложению	Не очень хорошо
Старение	Хорошо
Механическая прочность	Хорошо
Обрабатываемость	Не очень хорошо
1 Использовалась следующая шкала оценок: плохо, не очень хорошо, хорошо, очень хорошо

По данным измерений, теплопроводность мата составила примерно 0,036-0,037 Вт/м·К, что не уступает показателям основных изоляционных материалов, имеющихся в продаже.

В тех случаях, когда в качестве сырья использовалась также бумажно-картонная макулатура, ее добавляли в Picker-машину, которая была способна разрывать картонные, бумажные и тканевые отходы. В остальном этот вариант способа полностью аналогичен описанному выше.

Хотя в качестве примера осуществления изобретения описан мат конкретных размеров, для специалиста в данной области очевидно, что изоляционный материал в соответствии с изобретением может быть сформован с приданием ему любой желательной формы и любых требуемых размеров. Все подобные варианты охватываются настоящим изобретением. Однако применительно к использованию в зданиях предпочтительно, чтобы изоляционный материал формовался в виде матов длиной 1 м при ширине 58-120 см и толщине 5-15 см.