EA000547B1 - Покровный и строительный материал и его применение - Google Patents

Description

Настоящее изобретение касается нового типа материала и различных способов его применения, а именно парафинового материала со специфическими свойствами.

Воск известен как чистый природный продукт, например пчелиный воск, но для промышленного применения в больших количествах приходится использовать искусственно произведенный воск, хорошо известный как парафин, который получают из нефти, которая является природным продуктом. Парафин широко используют для изготовления свечей, которые состоят из полностью очищенного парафина с точкой плавления в диапазоне 48-62°С. Этот парафин относительно мягок; его твердость обычно характеризуется термином пенетрация, который относится к глубине проникновения измерительной иглы в материал, в данном случае согласно действующему стандарту ASTM D 1321 значение пенетрации парафина находится в пределах от от 30 до 60, и чем выше это значение, тем мягче материал. Парафин является водоотталкивающим и устойчивым к воздействию химических веществ материалом, к тому же он полностью разлагается в природе, и его используют для различных пропиток, например бумаги и веревок, причем парафин также имеет некоторый смазочный эффект. Однако из-за своей мягкости и низкой точки плавления возможности применения парафина в технике ограничены.

Было обнаружено, однако, что за счет смешивания парафина с различными полимерами и другими веществами можно повысить твердость и точку его плавления до такой степени, чтобы этот модифицированный парафин можно было бы использовать в различных случаях, а именно, главным образом в качестве так называемого покрытия из горячего расплава на пищевой картон, препятствующего проникновению кислорода из внешней среды и испарению влаги изнутри, причем это покрытие к тому же является полностью экологически безопасным. Пищевой картон, покрытый парафином с повышенной температурой плавления, может быть оставлен временно на солнце без опасения, что парафин будет стекать с поверхности картона. Соответственно, такой парафин обладает повышенной твердостью, обычно очень низким значением пенетрации, составляющим всего лишь 8-15, в результате чего он менее податлив, хотя и остается по-прежнему гибким. В соединении с пористыми поверхностями такой парафин еще пригоден к использованию для пропитки, однако, за исключением упомянутых покрытий картона, модифицированный парафин не нашел широкого применения в других областях техники.

В соответствии с настоящим изобретением было установлено, что возможно дальнейшее модифицирование парафинового материала, а именно, для достижения дальнейшей повышенной твердости, с величинами пенетрации в интервале 0,5 - 6, и это, в связи с соответственно повышенной температурой плавления, открывает длинный ряд дальнейших возможностей его применения, поскольку материал теперь ведет себя как твердый и устойчивый к износу при комнатной и даже более высоких температурах. Материал в этом случае является более хрупким, но это может быть преимуществом в соответствии с нижеизложенным более детальным описанием модифицированного материала, обозначенного как твердый парафин.

При нормальных температурах этот твердый парафин не проявляет обычных свойств воска, поскольку представляет собой нейтральное, твердое вещество, которое является дешевым, экологически безопасным, не поддающимся коррозии и легко обрабатываемым, при наличии хорошей сопротивляемости к износу. В частности, благодаря своей способности литься как жидкость с низкой вязкостью в интервале температур 100-200°С, он хорошо подходит для получения отливок, не предъявляя повышенных требований к формовочному оборудованию и обеспечивая высокую степень детализации. Возможности использования твердого парафина настолько многочисленны, что они не могут быть здесь все приведены. Следует отметить, что материал, когда его отливают в виде тонкостенной оболочки, является или может быть в значительной степени упругим, эластичным и сгибаемым. В качестве примера, раструб литой чайной чашки с толщиной стенки приблизительно в 1 мм может быть сжат без разрушения материала и легко возвращается к первоначальной форме. Парафин может быть окрашен по желанию и может быть отлит в виде плит или блоков, возможно, для дальнейшей переработки. Все отходы могут быть повторно использованы. Обработку материала можно производить традиционным способом, а также с использованием тепла, например от раскаленного провода. Говоря о материале, фактически более уместно говорить о его твердости (по Шору), чем о его мягкости (пенетрации).

В связи с изобретением было неожиданно выявлено, что имеются очень серьезные основания для увеличения степени модификации парафина в значительно большей степени по сравнению с известным уровнем. Очевидно, не имеется никаких особых трудностей при этом, поскольку желаемый результат может быть достигнут уже за счет увеличения количества добавляемых веществ, прежде всего полимеров, которые уже используются для производства полутвердого парафина. В данной технической области эксперты обладают большими знаниями относительно влияния различных добавок, например, на адаптацию парафина для различных областей применения, и, конечно, нельзя исключить, что для создания твердого парафина уже существуют или могут быть разработаны особенно подходящие добавки, так что даже твердый парафин может быть модифицирован для различных видов применения. Вместе с тем в данном случае нет необходимости описывать это более подробно, поскольку это определенно является вопросом компетенции экспертов.

Для данного изобретения было важно удостовериться, что действительно можно изготовить твердый парафин, основываясь на известных принципах, так что он будет на 100% экологически безопасен.

Помимо того, что твердый парафин сам по себе может найти широкое применение для многих видов продукции, его можно будет также широко использовать в других областях, что и будет рассмотрено ниже.

Существенным является его применение в так называемом покрытии из горячего расплава, то есть в качестве защитного и частично пропиточного покрытия на многих разнообразных поверхностях. Фактически, отправной точкой изобретения и было обеспечение поверхностной защиты бетонных поверхностей, поскольку во многих местах существуют проблемы, касающиеся коррозии таких поверхностей, в особенности под действием кислотной среды типа кислотного дождя и кислотной влажности в канализационных трубах. Известно, что эти поверхности могут быть до некоторой степени защищены применением некоторых покровных материалов, но понятно, что более эффективные из этих материалов при нанесении, использовании и удалении определенно являются экологически небезопасными и, кроме того, относительно дорогими.

Твердый парафин согласно данному изобретению чрезвычайно хорошо подходит для этого применения, так как при соответствующем нагревании легко наносится на бетонную поверхность, легко приникает в поры и микротрещины, и в дальнейшем, в охлажденном состоянии, становится почти таким же твердым и износостойким покрытием, как камень, при этом покрытие является полностью водоотталкивающим и к тому же защищает от коррозии ввиду собственной стойкости парафина к химическим веществам.

Дальнейшие эксперименты с предметом изобретения показали, что твердый парафин также хорошо подходит в качестве износостойкого и антикоррозионного покрытия для металлических поверхностей, например чугуна, а также для железных и стальных поверхностей вообще. Поскольку парафин может быть окрашен по желанию, можно за счет выполнения одной операции выполнить и антикоррозионное защитное грунтование, и заключительное окрашивание поверхности. Вместе с тем сохраняется возможность окончательной отделки слоя твердого парафина покрытием из краски, например типа металлик, известной из автомобильной промышленности.

Соответственно, твердый парафин может использоваться как износостойкое и атмосферостойкое покрытие для деревянных поверхностей, например для наружных дверей. Это позволит ликвидировать локальные повреждения, такие как царапины, простым нагреванием слоя парафина в соответствующей области, например, с помощью вентилятора горячего воздуха или паяльной лампы, при этом материал ровно растекается по поврежденной области.

Для нанесения парафина поверхность, которую нужно обработать, должна быть свободна от влаги, поскольку в противном случае произойдет ее вскипание, что вызывает риск плохого связывания парафина. Практически это подразумевает, что любая поверхность, которую нужно обработать, должна предварительно быть подвергнута нагреванию до такой степени, чтобы вся влага выкипела или испарилась до нанесения на нее покрытия из парафина. Такое нагревание, например, вентилятором горячего воздуха или паяльной лампой, должно даже быть выполнено до такой степени, чтобы температура поверхности приблизилась к точке плавления парафина для того, чтобы низковязкий парафин мог проникнуть в поры, имеющиеся в поверхностях почти любого типа, включая гладкие металлические поверхности. Одновременно необходимо отметить, что поверхность должна быть обезжирена перед нанесением на нее покрытия.

Для покрытия изделий, которые уже имеют требуемую высокую температуру, к примеру, еще горячие металлические отливки, парафин можно применять в пылевидном, холодном состоянии, возможно, даже в виде водной парафиновой эмульсии. Для покрытия холодных или теплых изделий парафин также можно наносить в виде порошка или гранул, с наполнителем или без него, и нагретым до точки залипания, после чего парафиновый слой при нагревании растекается, как это известно в случае порошковой лакировки.

С целью получения поверхностного покрытия парафин можно предпочтительно смешивать с графитом или оксидами железа и, по желанию, с минеральными красителями или жирорастворимыми красителями, посредством чего можно достигнуть особенно хорошей долговечности и устойчивости окраски.

В соответствии с изобретением другая область применения твердого парафина - это использование его в качестве связующего вещества для добавленных армирующих материалов или наполнителей.

Таким образом, твердый парафин как вещество будет иметь значительное преимущество с экологической точки зрения при сочетании со всеми возможными продуктами из минеральных волокон, в которых обычно использовался полиэфир для связывания упрочняющих нитей, особенно в стекловолокнистых материалах.

Твердый парафин - очень эффективный клей, который, по крайней мере во многих случаях, может заменять полиэфир, в результате чего уже на стадии производства экологические характеристики материала имеют преимущества в том, что не будет никаких специальных требований к вентиляции или защите органов дыхания. Как и во всех других случаях применения, конечно, должно быть приемлемо то, что полученный материал будет нестойким при нагревании до температур выше приблизительно 100°С, однако при этом остается широкий ряд практических возможностей его использования.

Также важно, что твердый парафин хорошо применим в качестве формовочного или покровного материала в смеси с гранулированными наполнителями типа песка, поскольку очевидно, что это может способствовать снижению стоимости продукции и повышению твердости и износостойкости в тех случаях, где это требуется. Также можно принимать во внимание такие характерные свойства, как легкость и восприимчивость к обработке, но на них оказывают большое влияние вводимые добавочные материалы.

В то время, как в некоторых случаях было бы нежелательно, что материал не сохраняет свою форму при температурах существенно более высоких, чем температура окружающей среды, в некоторых других случаях это будет явным преимуществом. Например, это относится к способу литья металла и к связанным с этим литьевым формам и так называемым литьевым сердечникам, причем, в частности, последние делают из формовочного песка в смеси с непосредственно опасными связующими агентами, которые в этом исполнении требуют чрезвычайных мер безопасности, таких как высокоэффективные вытяжные системы. Отдельные формы или сердечники могут использоваться лишь однократно, и вследствие содержания в них опасных веществ после каждой отливки их приходится транспортировать в весьма значительных количествах в специальные места хранения опасных отходов.

Изобретение обеспечит значительное изменение в этой картине, поскольку появится возможность получать сердечники / формы из песчаного материала, связанного исключительно за счет использования безопасного для окружающей среды парафинового материала согласно данному изобретению. Такая смесь вначале будет легко принимать любую заданную форму при подходящей не очень высокой температуре, после чего она отвердевает при комнатной температуре.

Когда на тот же сердечник или форму позднее воздействует более высокая температура формуемого металла, парафин, конечно, нагреется выше своей точки плавления, но решающим здесь является то, можно ли осуществить поверхностный контакт достаточно быстро до такого состояния, чтобы формуемый металл достиг отверждения на поверхности контакта с сердечником / формой, прежде чем последние за счет нагревания будут переведены в нестабильное состояние. Было обнаружено, что во многих случаях можно использовать сердечник / формы, изготовленные в соответствии с изобретением, и очень важным результатом является то, что те же самые сердечник или формы после использования могут быть расплавлены для непосредственного повторного применения без какой-либо транспортировки к каким-либо местам хранения и даже без создания каких-либо внутренних проблем для охраны окружающей среды.

Можно будет изготовить формовочные материалы путем покрытия материала наполнителя, например песка, твердым парафином, после чего таким материалом можно будет далее заполнить заданную форму и нагреть для сплавления в ней содержимого.

Соответственно, такой материал может быть использован при формовании и для других целей, к примеру, для поддерживающего заполнения полости, которая образуется при извлечении четко ограниченного изделия. Вязкость материала может быть изменена в полном соответствии с температурой нагрева, причем, как при использовании рыхлого сыпучего материала, так и при применении чистого парафина в виде гранул, этот материал останется сыпучим при всех нормальных климатических условиях.

В качестве основы для дальнейших возможностей применения предлагаемого в изобретении материала следует указать на то, что за счет сплавления парафинового покрытия, нанесенного только на не очень крупные частицы, например, на крупные частицы песка, можно получить блоки или плиты пористого типа, которые пропускают воздух, но будут препятствовать проникновению воды, происходящему с некоторым поверхностным натяжением. Это может быть использовано для различных целей, например, для получения фильтрующих материалов и для покрытия почвы в местах, где рост растений нежелателен.

Твердый парафин имеет точку плавления значительно более высокую, чем обыкновенный, например 100°С против 50°С. Это обстоятельство является важным при воздействии на него нормальных климатических условий, поскольку твердый парафин согласно данному изобретению будет полностью стойким к климатическим воздействиям, а обычный парафин нет. Наглядным примером является то, что предмет изобретения был найден интересным для обеспечения противопожарного закрытия бункеров для мусора в особых условиях, где несущий каркас, расположенный выше бункера, держит вращающуюся крышку, которая находится в открытом состоянии за счет адгезии парафина. В случае возгорания парафин быстро расплавится и освободит крышку, которая закроет бункер. Однако проблема заключается в том, что это может вполне произойти под влиянием климатических условий в жаркие дни или при воздействии прямых солнечных лучей. При использовании модифицированного парафина с точкой плавления, к примеру 80-110°С, высвобождение крышки в случае пожара будет осуществляться эффективно, в то время как ложные срабатывания будут исключены.

Относительно высокая точка плавления будет также иметь значение в случае применения модифицированного парафина как связующего вещества при производстве отливок в целом, поскольку в этом случае они будут полностью стойкими к климатическим условиям. Парафин может быть использован для связывания всех возможных наполнителей, которые могут противостоять температуре, требуемой для процесса отливки, например, приблизительно 150°С. При использовании наполнителя из камня можно получить парафиновый бетон, который будет пригоден к применению для многих целей, например для отливки полов или элементов пола загонов для животных, где пол в этом случае будет стойким к моче животных.

Далее, следует отметить специальный и достаточно важный аспект изобретения, а именно применение твердого парафина для временного поверхностного покрытия частиц материалов, вещество которых должно поступать в окружающую среду постепенно. По-видимому, обычный парафин будет непригоден для этой цели, поскольку он будет капсулировать активное вещество до такой степени, что последнее будет полностью изолировано от окружающей среды, пока слой самого парафина не разрушится, например, под влиянием почвенных бактерий. В соответствии с изобретением было установлено, что при обработке гранулированных удобрений твердым и весьма недорогим парафином, то есть при обеспечении кратковременного контакта гранул с расплавленным парафином, будет достигнут результат, при котором удобрение после распространения на почве будет проявлять свою активность постепенно в течение длительного срока. Удобрение станет невосприимчивым к быстрому вымыванию ливневыми дождями, и это полностью сохранит его активный эффект на длительное время, что предполагает решение сложных экономических и экологических проблем в сельском хозяйстве.

Причина такого действия еще не полностью ясна; предполагается, что в твердой и тонкой парафиновой пленке вокруг частиц образуются трещины, что приводит к медленному высвобождению активных веществ в водный раствор, причем обильные ливневые дожди неспособны заметно изменить эту картину.

Другим важным моментом изобретения является то, что почвенные бактерии со временем вызывают полное разложение нетоксичного парафина, и спустя годы не будет наблюдаться накопления инородных веществ в почве.

Это наводит на размышления о возможности заметного снижения использования удобрений и еще более заметного уменьшения или возможно полного исключения их вымывания, что широко обсуждается в настоящее время.

Таким же самым способом будет выгодно капсулировать гранулированные гербициды как для достижения продолжительного срока их воздействия, так и для значительного снижения их вымывания.

Для таких покрытых парафином материалов, которые используются на более теплых открытых площадках, является преимуществом или даже условием то, что парафин должен иметь относительно высокую температуру плавления, предпочтительно более 70°С, для того, чтобы не происходило комкование и спекание, например, в мешках, оставленных на солнечном свету. Другое важное преимущество заключается в том, что твердый парафин не слипается, поэтому гранулированный материал, таким образом, поддерживается в рыхлом состоянии, например, для использования в бетоноукладчиках.

Кроме того, капсулирование парафином не допускает пыления материалов при перегрузке или выгрузке.

Покрытие гранул может быть произведено кратковременным соединением гранулированных материалов и расплавленного парафина, после чего материал подвергают интенсивному перемешиванию посредством воздуха, предпочтительно холодного, например, в смесителе с билами или во вращающемся барабане, до тех пор, пока тонкая пленка из парафина не охладится достаточно, чтобы не склеиваться. Предполагается, что парафин также можно нанести, если обработать падающий поток гранул инжектируемым потоком распыленного низковязкого парафина. В отдельных случаях такой способ может быть приемлем или даже предпочтителен, поскольку при этом гранулы не покрываются парафином полностью.

Другая область, в которой был выявлен положительный эффект покрытия твердым парафином, - борьба с обледенением дорог посредством соли. С использованием соли, покрытой пленкой твердого парафина, достигается значимый эффект длительного срока ее действия. Некоторые остатки парафина останутся на дороге, поскольку разложение будет длиться некоторое время, но ожидается, что эти остатки будут собираться в маленьких пустотах дорожного покрытия, при этом они даже защитят эти пустоты от воздействия соли. Покрытая парафином соль может применяться на сходнях, велосипедных дорожках и местах парковки. Аналогично могут быть получены и другие гранулированные материалы, например стиральные порошки.

Следует отметить, что парафиновый материал можно квалифицировать как пищевой материал, то есть как полностью безопасное вещество, которое также можно применять как покровный материал для сухих лекарственных форм в медицине или ветеринарии для достижения замедленного воздействия лекарств при прохождении через пищеварительный тракт, или, соответственно, для замедления разложения, например корма для рыб.

Таким же образом материал может быть применим для всех известных видов упаковочных материалов для пищевых продуктов.

Следует также иметь в виду, что материал, предлагаемый данным изобретением, с подходящими наполнителями может быть очень хорошо использован для скульптурных работ, особенно в процессах отливки и обработки, отчасти потому, что произведения будут погодоустойчивыми, а отчасти потому, что в процессе работы к ним можно добавлять материал, расплавляя его на участке существующей поверхности изделия.

Парафиновый материал сам по себе не так хорошо проводит тепло, и даже в том случае, когда его можно смешать с частицами типа алюминиевой стружки, что увеличит его теплопроводность, можно будет воспользоваться, например, в мебельной промышленности, тем обстоятельством, что парафин, нанесенный на поверхность, например, металлической основы, будет теплым и очень приятным на ощупь, но ни в коем случае не липким. Это, как полагают, открывает пути для новых и выгодных возможностей в производстве мебели, а также даст толчок развитию интересных аспектов во многих других областях техники.

Общим для всех применений будет то, что в результате появляется продукт, который обладает преимуществами и будет полностью разлагаться в природе без малейшего вреда для окружающей среды, при том, что он все же является стойким, пока не подвергнется воздействию разлагающих бактерий почвы и повышенных температур. Это полностью соответствует условиям использования другого строительного материала, применяемого тысячи лет, а именно, древесины, причем парафин только сейчас находит применение в качестве формовочного и пропиточного материала.

Было отмечено, что парафин может быть окрашен экологически нейтральными минеральными и жирорастворимыми красителями, из которых последние являются доступными во всех отношениях. Это, тем самым, предоставляет выгодную возможность использовать парафин как покрытие для песка или других гранулированных материалов, которые должны быть размещены в окрашенном виде, к примеру, на теннисных кортах или в других местах, где цветной слой будет полностью неопасным, и где твердый парафин будет гарантировать, что область останется проницаемой для воды.

Также было кратко упомянуто, что парафин можно использовать в виде водной эмульсии для покрытия горячих объектов. По оценкам, однако, материал в эмульгированном состоянии будет иметь значительно большие возможности для дальнейшего использования.

Уже имеется хорошо разработанная технология, касающаяся битумных эмульсий, и поскольку парафин является родственным материалом, ожидается, что уже имеются соответствующие знания, например, касающиеся управления расслоением.

Следует отметить, что парафиновый материал, отвечающий данному изобретению, был изготовлен в качестве основы для дальнейших экспериментов, касающихся покрытия чугуна. Материал, произведенный компанией Mobil Oil Denmark A/S, и обозначенный как Volcoplast 8524, был использован с хорошими результатами для большего числа описанных вариантов применения. Важными свойствами этого материала являются следующие:

Температура размягчения	100-110°С	ASTM Е 28
Пенетрация, 1/10 мм 25°С	2-6	ASTM D 1321
Вязкость, мПа· с, 130°С	280 - 380	ASTM D 3236
Цвет	L 0,5	ASTM D 1500

Вместе с тем понятно, что это изобретение никоим образом не ограничено использованием только этого материала.

Claims (16)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Строительный, формовочный или покровный и/или пропиточный материал типа «модифицированный парафин», предпочтительно на основе парафина, который, например, за счет добавления полимеров имеет повышенную твердость и более высокую температуру плавления, чем природный воск, отличающийся тем, что этот парафиновый материал так сильно модифицирован при помощи нейтральных с экологической точки зрения добавок, что он представляет собой жесткий материал со значением пенетрации ниже 6, предпочтительно в пределах 0,5-4, в соответствии со стандартом ASTM D 1321, или, соответственно, с температурой плавления выше 70°С, предпочтительно в пределах 80-120°С.
2. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что он представляет собой плиту или блок, предназначенные для дальнейшей механической переработки в изделия.
3. 3. Материал по п.1, отличающийся тем, что представляет собой формованное изделие, изготовленное, возможно, с добавлением наполнителя.
4. 4. Материал по п.1, отличающийся тем, что представляет собой материал антикоррозионного защитного покрытия на поверхностях других материалов, таких как бетон, металл или древесина.
5. 5. Материал по п. 1, отличающийся тем, что представляет собой гранулированный материал, предназначенный для формования или нанесения покрытия с введением наполнителя или без него.
6. 6. Материал по п. 1, отличающийся тем, что представляет собой пленочное покрытие, полностью или частично окружающее частицы других материалов, для которых желательна замедленная подача активных веществ.
7. 7. Материал по п.6, отличающийся тем, что представляет собой покрытие на гранулированных материалах, таких как минеральные удобрения, стиральный порошок, дорожная соль или других материалов с требуемым долговременным действием.
8. 8. Материал по п. 1, отличающийся тем, что представляет собой материал плавкого предохранителя для срабатывания от огня или перегрева.
9. 9. Материал по п. 1, отличающийся тем, что представляет собой покрытие на частицах, предназначенных для связывания друг с другом путем нагревания до расплавления парафина.
10. 10. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в соединении с наполнителем образует воздухопроницаемый пористый барьер против проникновения воды, обладающий поверхностным натяжением.
11. 11. Материал по п.1, отличающийся тем, что он находится в смеси с графитом или оксидом железа и, возможно, с минеральными красителями или жирорастворимыми красителями.
12. 12. Материал по п.1, отличающийся тем, что представляет собой порошок или водную эмульсию.
13. 13. Применение материала по п.1, отличающееся тем, что его используют способами или с целью, указанными в любом из пп.2-11.
14. 14. Применение по п.13, отличающееся тем, что материал по п.6 используют для полного или частичного капсулирования гранулированных удобрений, гербицидов, дорожной соли, стирального порошка или лекарств.
15. 15. Применение материала по п.1, отличающееся тем, что этот материал в смеси с формовочным песком либо с другими или дополнительными наполнителями используют для приготовления элементов формы или сердечника, используемых при литье металла, причем эти элементы после использования изготавливают повторно за счет переплавления парафина.
16. 16. Применение по п.13, отличающееся тем, что материал по п.11 желаемого цвета используют для покрытия песка или других гранулированных материалов, предназначенных для укладки на теннисных кортах или других подходящих площадках, возможно, на цветочных клумбах.