CC BY
26
УДК 666.1.031.055
Мырочкина О.С., Акимова Е.М.
ДЕКОРАТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ГРАНУЛ ПЕНОСТЕКЛА
Мырочкина Ольга Сергеевна, студент 4 курса факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов,
Акимова Елена Максимовна, к.т.н., доцент кафедры общей технологии силикатов, e-mail: akimova-em@bk.ru Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д.20.
Получение и исследование декоративного материала на основе гранулированного пеностекла. В настоящей работе проведено исследование спекания гранул пеностекла с использованием в качестве связующего растворных шихт легкоплавких стекол и изучены возможности декорирования полученного материала стеклянной крошкой цветного стекла. В результате работы были определены составы растворов шихт легкоплавких стекол, отработана технология приготовления растворов и пропитки гранул пеностекла, установлен температурный режим обжига образцов и совместного спекания с крошкой цветного стекла, получены изделия и определены области применения в ландшафтном дизайне.
Ключевые слова: пеностекло, растворная технология, фьюзинг, декорирование, ландшафтный дизайн DECORATIVE MATERIAL BASED ON FILM GRANULES Mirochkina O.S., Akimova E.M.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Obtaining and research of decorative material based on granulated foam glass. In the present work, the sintering of foamed glass beads was studied using both binder solution blends of low-melting glasses and the possibilities of decorating the resulting material with colored glass were studied. As a result of the work, the compositions of solutions of low-melting glass charge batches were determined. The technology is made for the preparation of solutions and impregnation offoam glass beads. The temperature mode of firing the samples and the joint sintering with the colored glass crumb is established. Products are received and areas of application in landscape design are defined. Keywords: foamed glass, solution technology, fusing, decoration, landscape design
Пеностекло производится в виде гранул различных фракций с различным насыпным весом. Представляет собой материал из легкой твердой пены, обычно черного цвета. Размер гранул колеблется 3 до 25 миллиметров, средняя плотность составляет от 100 до 200 кг/м3. Гранулы пеностекла имеют упорядоченную структуру с низким водопоглощением [1].
Гранулированное пеностекло обладает рядом уникальных физико-химических и потребительских свойств. Состав пеностекла автоматически ставит его в один ряд с самыми экологически чистыми наполнителями: на 75-80% состоит из оксида кремния БЮ2 (остаток составляют устойчивые оксиды металлов). Известно, что стекло одно из самых долговечных материалов в мире, и наполнители на его основе наследуют эту особенность. Вот почему потенциальный срок эксплуатации пеностекла — 100 лет без значительных потерь теплопроводности, прочности и размеров. Гранулированное пеностекло обладает классом горючести «НГ» (негорючий) и при продолжительном воздействии температуры не выделяет токсичных элементов. Диапазон применения от -200 до +600 С°. Несмотря на легкость, гранулы пеностекла обладают достаточным запасом прочности, даже для применения их в составе тампонажных растворов под высоким давлением. Пеностекло на 100% состоит из устойчивых оксидов, что обуславливает
высокую химическую стойкостью, устойчиво к воздействию гнили и микроорганизмов и не поддается воздействию грызунов. Легкость гранулированного пеностекла обусловлена его развитой пористой внутренней структурой, что позволяет сохранять теплопроводность гранул в пределах 0,05-0,07 Вт/(м*С) в зависимости от фракции. Все фракции гранулированного пеностекла имеют сферическую форму, что позволяет максимально эффективно работать гранулам в составе конечных материалов [2].
Однако серый цвет различной интенсивности гранул пеностекла ограничивает его использование в декоративных целях.
Целью данной работы было получение материала объединяющего в себе не только высокие физико-химические, но и эстетические показатели.
В данной работе рассмотрены такие вопросы, как получение растворов для спекания гранул, отработка температурно-временных режимов спекания и декорирование гранул пеностекла с использованием стеклянной крошки, исследование потребительских свойств и применение полученного материала в ландшафтном дизайне в качестве апробации.
При получении материалов на основе гранулированного пеностекла используют различные связующие на основе жидкого стекла. В данной работе исследовали возможность получения стекловидного связующего, полученного по
«растворной технологии» на основе легкоплавких стекол
Для получения стекловидного связующего применяют растворы солей, которые при нагревании разлагаются на летучие составляющие и оксиды, способные войти в состав образуемого стекла. Эти оксиды осаждаются на поверхности покрываемого материала в виде высокодисперсных порошков. Такие солевые растворы называют «растворной керамикой». [3,4]
Растворная технология имеет свою специфику, поэтому к составам получаемых стёкол предъявляют определённые требования. В состав стекла не должен входить БЮ2, так как БЮ2 не имеет соединений, образующих в воде истинный раствор, а только золь кремнекислоты, который через некоторое время необратимо превращается в гель, непригодный для работы. Содержание борного ангидрида в таких стёклах выбиралось минимальное, так как борная кислота, которой вводится в раствор В20з, плохо растворяется в воде при нормальной температуре и рабочий раствор получается сильно разбавленным. Так же не использовали стёкла, имеющие в своём составе компоненты, у которых нет растворимых солей. Предпочтение давалось стёклам, в состав которых входили элементы, имеющие хорошо растворимые в воде соли.
Ещё одним из требований при выборе состава получаемого стекла была его низкая температура варки 600 - 800°С. , Так как при повышении температуры обжига стекла, может произойти деформация стеклянной подложки. На основании исследований [5] были выбраны легкоплавкие стекла в системе В20з-РЬ0-2п0.
Для приготовления растворов использовали НзВОз, РЬ(Шз)2, 2п(]Ч0з)2Расчет количества исходных продуктов, необходимых для образования стекла проводили, исходя из реакций разложения данных соединений до соответствующих оксидов. Так для получения 100г стекла состава (масс. %)В20з - 20,8 %, РЬ0 -72,7 %, 2п0 - 6,5 % необходимо:
ш(НзВ0з)=(2-62-20,8)/70= 36,8 г т(рЬ(]0з)2)=(33172,7)/223=107,9 г т(гп(]0з)2-6Н20)=(297 6,5)/81=23,8 г В качестве растворителя использовали дистиллированную воду. Количество растворителя определялось растворимостью НзВ0з при 70 °С. Растворение проводилось при постоянном перемешивании и с подогревом раствора на плитке, в следующем порядке: в минимальном количестве дистиллированной воды растворялись по отдельности все соли компонентов стекла; растворы сливались в один стакан, где так же перемешивались; затем в стакан засыпалась борная кислота. Образующийся раствор нагревали до 70°С и добавлялась вода до полного растворения Нз В0з;
Нанесение состава раствора на гранулы пеностекла проводилось следующим образом: гранулы пеностекла помещались в емкость; затем заливались горячим раствором, гранулы оставались
в растворе на 10-15 минут для пропитки; после чего вынимались из раствора и помещались в формы.
В качестве декорирования была выбрана стеклянная крошка тарного зеленого, синего оптического и американских желтого и зеленого стекла.
На пропитанные раствором гранулы наносилась стеклянная крошка. Гранулы полностью покрывались крошкой при помощи вибрации (на вибростол помещалась чаша с пропитанными раствором гранулами и стеклянной крошкой).
Термообработка образцов проводили по технологии фьюзинга - технология спекания стекла под воздействием высоких температур в специальных печах.
Процессы фьюзинга и технологии спекания состоят из пяти стадий [6]: стадия нагревания -стекло нагревают до температуры, при которой протекают процессы фьюзинга и спекания; стадия выдержки; стадия быстрого охлаждения -температуру резко снижают до уровня, чуть превышающего температуру отжига; этап отжига -снятие напряжения в стекле и фазы охлаждения до комнатной температуры - стекло постепенно остывает.
Для выбора оптимального режима спекания была проведена термообработка образцов по следующему режиму: нагрев до 350 0С в течение 1 часа, выдержка при температуре спекания в течение 15 минут, охлаждение до 610 0С в течение 1 часа, охлаждение до 490 0С в за 2 часа и постепенное охлаждение до комнатной температуры. Спекание проводили при температурах (0С) 700, 715 и 720. Оценивали целостность спеченных образцов и растекаемость декоративного слоя. Для получения эффекта «капель» нужно чтобы стекло расплавилось на поверхности не полностью. Исследования показали, что оптимальной является температура 715°С, при которой гранулы пеностекла хорошо спекаются между собой за счет образования из раствора стекловидного связующего, а гранулят цветного стекла стекло оплавляется, но не успевает полностью расплавится, что обеспечивает хороший декоративный эффект.
Для образцов и изделий использовались гипсовые и глиняные формы. Глиняные формы, были выполнены из красножгущейся глины с последующим обжигом на 1050 °С, и покрыты гипсом.
Были получены следующие результаты. При спекании гранул пеностекла, пропитанных раствором, с крошкой оптического синего стекла осыпавшаяся крошка, заполнила пространство между гранулами, тем самым создала декоративный узор в виде паутинки на поверхности образца. Образец достаточно прочный и легкий, в воде не тонет. При спекании гранул пеностекла, пропитанных раствором, с крошкой молотого тарного зеленого стекла крошка стекла заполнила пространство между гранулами на внешней поверхности образца. Образец достаточно прочный и не тонет в воде. При спекании гранул пеностекла с
крошкой красного стекла декоративный слой потемнел и помутнел и слился с подложкой. При обжиге со стеклянной крошкой оранжевого и желтого цвета также произошло изменение окраски до темно-красного, почти черного цвета. Наилучшие результаты были получены при спекании гранул пеностекла, пропитанных раствором, с крошкой зеленого глушенного стекла. Образец достаточно легкий и не тонет в воде. Крошка стекла «застыла» на поверхности образца в виде капель. Светло-зеленый почти прозрачный цвет стеклянной крошки отлично сочетается с темно-серыми гранулами пеностекла.
Проведенные исследования позволили определить оптимальные составы цветных стекол для спекания и декорирования гранул пеностекла
Декоративные искусственные формы наполнения ландшафтного пространства являются главной изюминкой восприятия сада. Общеизвестные приемы такого наполнения широко используются [7], [8], но современный дизайн диктует актуальность в новых технологиях и материалах с учетом климатических и региональных факторов.
Разработанная технология позволяет создавать формы для открытого пространства, которые не разрушаются при неблагоприятных климатических воздействиях, не требуют особых условий эксплуатации и хранения [9]. Оформление прудов и водоёмов и применение на практике этого нового материала, поможет создать красоту и подчеркнуть индивидуальность водного объекта [8].
При разработке технологии в качестве образца были выбраны изделия для декорирования водоема, как наиболее проблемного элемента ландшафтного дизайна: плавающие клумбы, острова, плавающие фигуры (черепаха, лягушка, крокодил, цветок лотоса, лист кувшинки), подсвечники для плавающих свеч.
Само по себе пеностекло наряду с прекрасными конструкционными показателями, плавучестью, не обладает особыми декоративными свойствами из-за проблем, связанными с пигментированием материала [9]. Однако, разработанная технология связующего вещества, позволяет вводить цвет в материал, что существенно повышает его эстетические свойства и делает желанным материалом для дизайна.
Проведенные исследования показали возможность размещения на островах из данного материала возможность размещения небольших декоративных садов с низкорослыми влаголюбивыми растениями, устройство
светодиодного освещения как на солнечных батареях, так и с электропитанием от электросети при стационарном размещении плавучих островов [10]. В закрытых ландшафтных пространствах типа зимних садов и больших оранжереях, такие эко островки могут стать излюбленным местом отдыха для черепах, а также подкормки земноводных и рыб. Возможно высадка эксклюзивных растений, которые доминируют в
общем решении дендрологической картины [7]. Островок, покрытый растительностью, выполняет не только декоративную функцию - он может стать своеобразным фильтром для небольшого водоема. Плавающие клумбы просты в изготовлении, их можно убрать или заменить наполнение.
Показатели плавучести и устойчивости потенциально позволяют устроить большие острова и плавающие плоты для размещения небольших построек и отдыха людей, однако точно не выявлено в рамках этой работы.
Список литературы:
1. Гранулированное пеностекло. Технология производства. Стр.3 [Электронный ресурс]: офиц. сайт. Москва, Режим доступа: http://vunivere.ru/work38633 . Дата обращения: 26.04.2017;
2. Сравнительный анализ пеностекольного гранулята с аналогами [Электронный ресурс]: офиц. сайт. Москва, Режим доступа: http://www.penosytal.com/compare_gravel.html . Дата обращения: 26.04.2017;
3. Акимова Е.М., Баринова О.П. Волос О.А. Получение декоративных стекловидных покрытий методом растворной технологии Тез. докл конференции «Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности» М. 2006. С.68-69;
4. Борисенко А.И., Николаева Л.В. Тонкослойные стеклоэмалевые и стеклокерамические покрытия. Л., Наука, 1970;
5. Павлушкин Н.М., Журавлев А.К. Легкоплавкие стекла. «Энергия», М. 1970;
6. Куценко Л.Е. Сравнительная характеристика декоративного эффекта в изделиях из стекла, выполненных в технологии фьюзинг, влияющие на дизайнопригодность изделий / В сборнике: Молодёжь и современные информационные технологии сборник трудов XV Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 2018. С. 347-348;
7. Дормидонтова В.В. Минимализм в садово-парковом искусстве / Архитектон: Известия вузов. 2012. № 38. С.;
8. Дормидонтова В.В. Постмодернизм - эклектика нашего времени / Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. 2015. Т. 19. № 5. С. 51-57 ;
9. Захаров А.И., Коняшкина А.Ю., Безменов А.И. Формобразование изделия в эволюции взаимосвязи технологии и формы в промышленном дизайне. Gaudeamus Igitur. 2016. № 1. С. 5-9.;
10. Коняшкина А.Ю. Применение светодиодов в ландшафтном дизайне // Декоративное искусство и предметно-пространственная среда. Вестник МГХПА. 2012. № 2. С. 109;
