способ изготовления плит

Формула изобретения

1. Способ изготовления плит путем горячего прессования без использования связующего измельченной массы из сырья, отличающийся тем, что сырье, представляющее собой отходы деревообработки или растительного происхождения, обрабатывают водным раствором кислоты при перемешивании, нагревают до 90-160^oС, затем добавляют нейтрализующий агент и гидрофобизатор; горячее прессование ведут при 140-220^oС и 2,5-30,0 МПа.

2. Способ изготовления по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислоты используют серную, фосфорную или соляную кислоты, в качестве нейтрализующего агента - цемент, гашеную или негашеную известь, мел, а в качестве гидрофобизатора - парафин, петролатум или битум.

3. Способ изготовления по п.1, отличающийся тем, что на 100 мас.ч. отходов деревообработки или растительного происхождения используют 0,2-5,0 мас. ч. кислоты, которая содержится в растворе с концентрацией 1-96% 0,2-5,0 мас.ч. нейтрализующего агента и 0,2-1,5 мас.ч. гидрофобизатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии изготовления плит из отходов деревообработки или растительного происхождения путем горячего прессования измельченной массы без использования связующего. Эти плиты широко используются как облицовочно-декоративный, теплоизоляционный и конструкционный материал в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве, мебельной промышленности и т.д.

Известен способ получения древесно-стружечных плит со связующим (авт. св. СССР 1579782, кл. В 27 N 3/02, 3/04, БИ 27, 23.07.90). В соответствии с ним предварительно измельченные и высушенные древесные частицы перемешивают со связующим, формируют ковер, который после холодной подпрессовки подвергают горячему прессованию при температуре 200-230^oС и давлении 3,0 МПа.

Недостатками этого способа являются большой расход дорогого связующего и невысокая экологическая чистота полученного материала.

Известен также способ получения плит из растительного сырья без использования связующего (патент РФ 2014217, кл. В 27 N 3/02, БИ 11, 15.06.94), в котором горячее прессование проводят при температуре 150-170^oС и давлении 2,5-3,5 МПа. Существенными недостатками этого способа являются необходимость специальной подготовки исходного сырья, большие затраты тепла для сушки предварительно увлажненного до 40-70% сырья, высокое водопоглощение и разбухание полученных плит.

В соответствии с изобретением (патент РФ 2038966, кл. В 27 N 3/02,БИ 19, 09.07.95), который выбран в качестве прототипа, измельченное древесное сырье сушат до влажности 12-14%, формируют ковер, который после холодной подпрессовки подвергают горячему прессованию при 170-180^oС и 9-10 МПа.

Недостатками способа, описанного в прототипе, являются использование сырья с определенным соответствующим соотношением лигноуглеводных веществ, полисахаридов и связанной воды, необходимость проведения длительного (15-30 суток) кондиционирования полученных плит, которые имеют высокое водопоглощение и разбухаемость.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа изготовления плит горячим прессованием без использования связующего путем предварительного добавления к сырью из измельченных отходов деревообработки или растительного происхождения водного раствора кислоты, нагрева полученной массы с последующим добавлением нейтрализующего агента и гидрофобизатора перед горячим прессованием, что обеспечивает получение высококачественных экологически чистых плит с низкими значениями водопоглощения и разбухаемости.

Существенные признаки изобретения, общие с прототипом:

- использование измельченных отходов деревообработки (растительного происхождения);

- отсутствие готового связующего;

- прессование при повышенной температуре.

Существенные признаки, которые отличают изобретение:

- добавление при перемешивании к измельченным отходам деревообработки (растительного происхождения) водного раствора кислоты;

- нагревание полученной сыпучей массы до 90-160^oС;

- прибавление к ней при этой температуре тонкодисперсного нейтрализующего агента и гидрофобизатора.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления плит осуществляют путем горячего прессования без использования связующего измельченной массы из сырья, в качестве которого используют отходы деревообработки или растительного происхождения, обработанной при перемешивании 0,2-5,0 м.ч. серной, фосфорной, соляной кислоты в виде 1-96% раствора, нагретой до температуры 90-160^oС, нейтрализованной 0,2-5,0 м.ч. агента, например, цемента, гашеной или негашеной извести, мела, с добавлением 0,2-1,5 м.ч. гидрофобизатора, например, парафина, петролатума, битума; горячее прессование осуществляют при температуре 140-220^oС и давлении 2,5-30,0 МПа.

Между существенными признаками, которые отличают изобретение, и техническим результатом существует причинно-следственная связь.

Известно (см. , например, И. Шайбер. Химия и технология искусственных смол. М. - Л. , Госхимиздат, 1949. - 594 с.), что в присутствии водных растворов кислот компоненты древесины подвергаются гидролизу, в результате чего образуются моносахариды, которые, в свою очередь, концентрированными кислотами при нагревании превращаются в фураноподобные вещества. Последние отличаются очень высокой химической активностью и вступают в реакции смолообразования с компонентами древесины, например, с лигнином. Таким образом, под влиянием кислоты в процессе нагревания древесины из ее компонентов образуются смолы, которые играют роль связующего. Эти смолы имеют термореактивный характер и при повышенных температурах образуют жесткую трехмерную структуру, связывая всю массу в прочный монолит. Повышенное давление сближает частицы древесины, способствуя, таким образом, увеличению прочности и плотности получаемого материала. При этом, поскольку затвердевшая смола является гидрофобной, резко улучшаются его водоустойчивость. Добавки гидрофобизатора (парафина, петролатума, битума) не только улучшают водостойкость, но и устраняют прилипание массы к горячим плитам пресса, что обеспечивает блестящую поверхность получаемых плит. Водопоглощение в течение 24 часов плит, изготовленных по способу прототипа, превышает 12%, в то время как аналогичный показатель для плит в соответствии с данным изобретением достигает величины менее 1%. В сравнении с прототипом упрощается процесс производства плит, поскольку ликвидируются стадии формирования ковра, холодной подпрессовки и кондиционирования. Последняя, как уже отмечалось, занимает очень много времени (2-4 недели). Нововведенные стадии (приливание при перемешивании раствора кислоты, нагрев сыпучей массы, добавление нейтрализующего агента и гидрофобизатора) не требуют сложного оборудования и занимают мало времени (десятки минут).

Суть изобретения поясняется примерами.

Пример 1. К 100 м.ч. воздушно-сухих опилок приливают 0,9 м.ч. серной кислоты в виде 3,5% водного раствора, смоченные опилки перемешивают и нагревают в течение 30 мин до температуры 160^oС. При этом происходит процесс гидролиза составных частей древесины. Смесь темнеет, что свидетельствует о смолообразовании. В нее добавляют при перемешивании 0,2 м.ч. парафина и 1,5 м. ч. цемента и прессуют при температуре плит пресса 185^oС и давлении 20,0 МПа. Через 8 мин охлаждают плиты пресса до 110^oС и снимают давление. Готовая плита имеет черный цвет. Она охлаждается на воздухе до комнатной температуры. Материал плиты имеет плотность 1360 кг/м³, прочность на изгиб 22,4 МПа, водопоглощение в течение 24 часов 1,02%.

Аналогичным образом проведены остальные эксперименты. Время прессования колебалось в пределах 5-15 мин (0,5-2,0 мин на каждый 1 мм толщины плиты). Охлаждение плит под давлением производилось до температуры 100-120^oС.

Результаты проведенных опытов собраны в табл. 1 и 2. В табл. 1 приведены параметры процесса изготовления плит по данному изобретению, а в табл. 2 - важнейшие свойства полученных плит.

В зависимости от вида исходного сырья (стружки, опилки и т.д.), размера его частиц, количества добавленной кислоты, ее концентрации, температуры нагрева, температуры и давления горячего прессования можно получить плиты, физико-механические свойства которых лежат в широком диапазоне значений.

Как следует из данных табл. 2, полученные в соответствии с данным изобретением плиты имеют довольно высокую прочность и очень низкие значения водопоглощения.

Количественные соотношения между массами древесных отходов, кислоты, нейтрализующего агента и гидрофобизатора, температура нагревания, температура и давление горячего прессования определены экспериментально при условии получения прочных и гидрофобных плит.

Если брать меньше 0,2 м.ч. кислоты, 0,2 м.ч. нейтрализующего агента и 0,2 м. ч. гидрофобизатора на 100 м.ч. измельченного сырья, то прочность и, главное, гидрофобность плит существенно снижаются. Расходовать более 5,0 м. ч. кислоты, 5,0 м.ч. нейтрализующего агента и 1,5 м.ч. гидрофобизатора не имеет смысла потому, что при этом резко возрастает стоимость плит, а их свойства практически не улучшаются, а иногда даже ухудшаются. Нагревать измельченную массу с раствором кислоты выше 160^oС не следует из-за того, что при этом может начаться процесс отверждения смолы, а ниже 90^oС потому, что будет сохраняться высокая влажность смеси. Горячее прессование при температурах ниже 140^oС и давлении менее 2,5 МПа приводит к формированию недостаточно прочных и водостойких плит. Такой же результат возникает, если температура прессования превышает 220^oС, так как при этом начинается процесс глубокого распада древесины. Увеличение давления горячего прессования выше 30,0 МПа мало влияет на полезные свойства плит.

Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволяет утилизировать отходы деревообработки и растительного происхождения с получением экологически чистых дешевых прочных водостойких плит.