Способ изготовления древесного композиционного материала
Владельцы патента RU 2310669:
Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН) (RU)
Изобретение относится к производству композиционных материалов из измельченного древесного сырья, например из опилок, и может быть использовано для получения экологически безопасных плитных материалов, используемых в строительстве, мебельной промышленности и для производства древесных топливных брикетов. Описан способ изготовления древесного композиционного материала, заключающийся в приготовлении композиции из древесного наполнителя и связующего, формировании ковра и последующего его горячего прессования, где древесный наполнитель смешивают со связующим при температуре размягчения связующего 130-140°С, в качестве которого используют смесь частично гидролизованного суберина и субериновых кислот, полученную гидролизом измельченной бересты березы в присутствии гидроксида натрия при температуре 85-87°С, горячее прессование сформированного ковра проводят при температуре 130-140°С и давлении 10-13 МПа, при этом связующее используют в количестве 20-40 мас.%. Технический результат - плитный материал на основе предлагаемого древесного композиционного материала обладает улучшенными показателями прочности и водостойкости. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к производству композиционных материалов из измельченного древесного сырья, например из опилок, являющихся отходами механической обработки древесины, и может быть использовано для получения экологически безопасных плитных материалов, используемых в строительстве, мебельной промышленности и для производства древесных топливных брикетов.
Широко известны способы изготовления древесных композиционных материалов прессованием на основе дисперсных древесных наполнителей (стружек, опилок, древесного волокна) и термореактивных связующих - карбамидоформальдегидных, фенолформальдегидных смол и их модификаций, а также на основе изоцианатных связующих (Л.В.Мельникова, Технология композиционных материалов из древесины, М.: МГУЛ, 2002, с.41-46).
Однако данные древесные композиционные материалы токсичны для человека, так как в процессе эксплуатации готовых изделий выделяются пары фенола и формальдегида, оказывающие раздражающее действие на кожу и нервную систему. Кроме того, высока их себестоимость, так как синтетические связующие дороги. Что касается изоцианатных связующих, то, хотя изделия на их основе менее токсичны, изоцианатные смолы являются еще более дорогими, чем фенольные.
Известны способы изготовления древесных композиционных материалов, в которых с целью снижения токсичности в качестве связующего используют талловый пек (RU 2012486, опубл., 1994; RU 2240334, опубл. 2004). Таловый пек является отходом ректификации таллового масла и представляет собой смесь высших и смоляных кислот, а также неомыляемых и окисленных веществ.
Использование для изготовления древесных композиционных материалов экологически безопасного связующего - таллового пека - позволило создать штатный материал, исследования которого на токсичность показали полное отсутствие выделения токсичных химических соединений, характерных для традиционных штатных материалов (например, фенола и/или формальдегида). Однако недостатком данных способов является трудоемкость технологического процесса получения связующего.
Наиболее близким по назначению и физической сущности к заявляемому объекту является способ изготовления плитного материала, описанный в патенте Ru №2268819, опубл., 2006. Плитный материал изготавливают следующим способом: дисперсное древесное сырье (станочная стружка и опилки) смешивают со связующим - щелочным стоком производства капролактама, предварительно переведенным в кислую форму (до рН=7), взятым в массовом соотношении к древесному сырью 50-70: 30-50 соответственно. Затем смесь высушивают до остаточного содержания влаги 2-3%, формируют волокнистый ковер, прессуют при температуре 160-190°С, давлении 6,5-9,5 МПа в течение 1 мин на 1 мм толщины плиты.
Основной недостаток данного способа изготовления древесного композиционного материала заключается в том, что в связующем - 25-30%-ном водном растворе кислых побочных продуктов окисления циклогексана, содержатся наряду с многоосновными и одноосновными органическими кислотами непрореагировавшие токсичные, пожаро- и взрывоопасные вещества, такие как циклогексан и аммиак. Кроме того, плитные материалы, полученные на основе данной композиции, имеют малую прочность и высокую степень набухания по толщине.
Задачей изобретения является разработка простого и экологически безопасного способа изготовления древесного композиционного материала, позволяющего получать штатные материалы с высокими физико-механическими показателями.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления древесного композиционного материала, заключающегося в приготовлении композиции из древесного наполнителя и связующего, формировании ковра и последующего его горячего прессования, согласно изобретению древесный наполнитель смешивают со связующим при температуре размягчения связующего 130-140°С, в качестве которого используют смесь частично гидролизованного суберина (природного высокомолекулярного полиэфира) и субериновых кислот, полученную гидролизом измельченной бересты березы в присутствии гидроксида натрия при температуре 85-87°С, горячее прессование сформированного ковра проводят при температуре 130-140°С, давлении 10-13 МПа. Кроме того, древесный наполнитель и связующее смешивают в соотношении компонентов, мас.%: связующее - 20-40, древесный наполнитель - остальное.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Измельченную бересту березы (фракция 0,315-2,5 мм) смешивают с 3%-ым раствором NaOH в воде (гидромодуль=20). Гидролиз проводят при непрерывном перемешивании в течение 1 часа при температуре 85-87°С. Реакционную смесь разделяют фильтрованием с последующей нейтрализацией фильтрата 1М раствором HCl до рН 4-6. Выделившийся осадок отфильтровывают, промывают водой до нейтральной реакции и сушат под вакуумом при комнатной температуре до постоянной массы.
Полученный продукт, использующийся в качестве связующего, представляет собой частично гидролизованный суберин (природный высокомолекулярный полиэфир) и многоосновные насыщенные, ненасыщенные жирные кислоты, а также оксикислоты (субериновые кислоты) (Кислицын А.Н Экстрактивные вещества бересты: выделение, состав, свойства, применение. Химия древесины. - 1994. - №3. - 4-7). Температура размягчения полученного связующего - 130-140°С, йодное число - 24, кислотное число - 89,2.
Полученное связующее и древесный наполнитель (опилки хвойных пород древесины фракционного состава <2,5 мм), взятые в массовом соотношении 20-40: 60-80, тщательно смешивают при температуре размягчения связующего. Из полученной композиции формируют ковер и прессуют при удельном давлении 10-13 МПа и температуре 130-140°С. Испытания полученных материалов проводят по ГОСТ 10633-76, 10694-78 «Плиты деревостружечные. Методы испытаний».
Данные испытаний полученных плитных материалов на основе предлагаемого древесного композиционного материала приведены в таблице.
| Таблица Физико-механические характеристики плитных материалов | ||||||||
| Пример | Количество связующего, % | Количество наполнителя, % | Температура прессования, °С | Давление прессования, МПа | Плотность, кг/м3 | Предел прочности при изгибе, МПа | Водопоглощение за 2 часа, % | Набухание по толщине за 2 часа, % |
| 1 (ДСП по ГОСТ 10632-89, для толщ. 8-12 мм | - | 720-800 | 16-18 | не нормируется | 12-15 | |||
| 2 | 30 | - | 160-190 | 6,5-9,5 | 1100 | 21-25 | 20-14 | 15 |
| прототип | ||||||||
| 3 | 20 | 80 | 130 | 13 | 608 | 13 | 30 | 5 |
| 4 | 30 | 70 | 130 | 13 | 714 | 34 | 22 | 3 |
| 5 | 40 | 60 | 130 | 13 | 775 | 38 | 10 | 1 |
| 6 | 20 | 80 | 140 | 10 | 701 | 14 | 31 | 8 |
| 7 | 30 | 70 | 140 | 10 | 718 | 35 | 24 | 4 |
| 8 | 40 | 60 | 140 | 10 | 779 | 34 | 10 | 1 |
Таким образом, предлагаемый способ изготовления древесного композиционного материала позволяет получать плитные материалы с улучшенными показателями "прочности при статическом изгибе" и "набуханием по толщине" по сравнению с требованиями ГОСТа и прототипа.
1. Способ изготовления древесного композиционного материала, заключающийся в приготовлении композиции из древесного наполнителя и связующего, формировании ковра и последующего его горячего прессования, отличающийся тем, что древесный наполнитель смешивают со связующим при температуре размягчения связующего 130-140°С, в качестве которого используют смесь частично гидролизованного суберина и субериновых кислот полученную гидролизом измельченной бересты березы в присутствии гидроксида натрия при температуре 85-87°С, горячее прессование сформированного ковра проводят при температуре 130-140°С и давлении 10-13 МПа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что древесный наполнитель и связующее смешивают при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| связующее | 20-40 |
| древесный наполнитель | остальное |
