способ получения декоративных изделий из отходов деревьев хвойных пород

Формула изобретения

Способ получения декоративных изделий из отходов деревьев хвойных пород путем прессования при нагреве сырья по давлением с выдержкой изделия при комнатной температуре, отличающийся тем, что нагрев сырья с исходной влажностью 5-8% осуществляют в СВЧ-поле при мощности СВЧ-поля 650-750 Вт, температуре внутри сырья 80-90°С в течение 2-4 мин, при этом прессование проводят в холодной пресс-форме после нагрева сырья в СВЧ-поле.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области производства прессованных изделий из отходов переработки деревьев хвойных пород, а именно к способам получения декоративных изделий с оздоровительным эффектом из шишек, шелухи шишек, скорлупы, которые могут использоваться в качестве сувениров, а также для отделки внутренних поверхностей помещений.

Известен способ получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев (шишечной шелухи и остовов шишек) (RU 2235023 С2, МПК В44С 1/24, опубл. 27.08.2004) путем прессования при нагреве под давлением и фиксации изделия по плоскостям без давления в течение 20-24 ч при комнатной температуре. Отходы шишек хвойных деревьев стабилизируют по влажности на уровне 5-6%, затем вводят поливинилацетатную дисперсию. Полученную шихту перед прессованием подвергают сушке при температуре 80-90°C в течение 30 мин, а прессование проводят при нагреве от 140 до 150°C под давлением 60-100 кг/см².

Несмотря на то что известный способ позволяет получать изделие с высокими эксплуатационными свойствами (прочность, влагостойкость, долговечность), он имеет ряд недостатков: при осуществлении способа в качестве связующего используют поливинилацетатную дисперсию, являющуюся полимером, что свидетельствует о том, что изделие не является на 100% экологичным и натуральным. Кроме того, прессование проводят при достаточно высоких температурах (от 140 до 150°C), при которых улетучиваются ценные эфирные масла и снижается качество изделия.

Известен способ получения декоративных изделий из отходов кедровых шишек (RU 2343078 С2, МПК В44С 5/04, В44С 1/24, опубл. 10.01.2009) путем прессования при нагреве до 120-130°C под давлением 100-125 кг/см² с выдержкой и фиксацией поверхности изделия под грузом 10-20 кг/м² при комнатной температуре в течение 30 дней. Несомненным достоинством известного способа является то, что получение декоративных изделий пластин или плиток осуществляется только из кедровых составляющих: шелухи кедровой шишки, скорлупы кедрового ореха, остовов шишек, благотворно влияющих на здоровье человека.

К недостаткам данного способа следует отнести применение в процессе изготовления изделий достаточно высоких температур (120-130°C), при которых ухудшаются защитные и оздоровительные свойства кедра за счет потерь ценных эфирных масел, а также длительную фиксацию поверхности изделия - около месяца.

Известен способ получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев (RU 2229389, МПК В44С 1/24, опубл. 27.05.2004), заключающийся в том, что отходы шишек хвойных деревьев (шелуха шишек, остовы шишек, ореховая скорлупа) обрабатывают отвердителем, в качестве которого используют водный раствор поливинилацетата или его производных в концентрации 10 мас.% по отношению к массе сырья, прессуют при нагреве от 150 до 170°C под давлением 20-40 кг/см² с выдержкой под давлением от 1,1 до 1,7 мин/мм на толщину изделия. Затем полученный материал выдерживают в течение 12 ч при комнатной температуре под грузом 100-150 кг/м². После прессования проводят фиксацию поверхности изделия без давления и выдерживают в течение 20-24 ч при комнатной температуре.

Недостатком данного способа является продолжительность процесса, использование в качестве отвердителя полимерных соединений поливинилацетата или его производных, обработка которыми натурального сырья и наличие их в составе изделий отрицательно влияют на оздоровительные свойства изделия из кедровых шишек - кедропласта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения декоративных изделий из отходов деревьев (RU 2121925 С1, МПК B44C 1/24, опубл. 20.11.1998), заключающийся в том, что отходы деревьев (шишечная шелуха, остовы шишек, измельченная шишечная шелуха, измельченные остовы шишек) прессуют при нагреве от 60 до 75°C под давлением 30-50 кг/см² с выдержкой под давлением от 8 до 12 мин. После прессования проводят фиксацию поверхности изделия без давления и выдерживают в течение 20-24 ч при комнатной температуре.

Недостатками данного способа являются длительность технологического цикла, получение готовых изделий с невысокими эксплуатационными свойствами, так как структура изделий получается рыхлой, с воздушными включениями, а готовые изделия подвержены деформации и быстрому разрушению.

Техническим результатом изобретения является получение декоративного изделия с повышенным оздоровительным эффектом, улучшение качества готовых изделий, сокращение длительности и упрощение процесса производства.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения декоративных изделий из отходов деревьев хвойных пород путем прессования при нагреве сырья под давлением с выдержкой изделия при комнатной температуре, согласно изобретению нагрев сырья с исходной влажностью 5-8% осуществляют в СВЧ-поле, мощность которого составляет 650-750 Вт при температуре 80-90°C в течение 2-4 мин, при этом прессование проводят в холодной пресс-форме после нагрева сырья в СВЧ-поле.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются новые условия осуществления процесса нагрева, а именно в СВЧ-поле и его режимы: мощность 650-750 Вт, температура 80-90°C, продолжительность 2-4 мин. Отличием также является последовательность выполнения операций, а именно осуществление прессования после нагрева в СВЧ-поле в холодной пресс-форме.

Использование СВЧ-поля для нагрева сырья позволяет сократить длительность технологического цикла и улучшить качество готовых изделий за счет применения щадящих режимов СВЧ-обработки.

Оптимальные параметры СВЧ-обработки: мощность СВЧ-поля, температуру, время нахождения сырья в СВЧ-поле устанавливали опытным путем (табл.1). Экспериментально была установлена температура внутри сырья, которая составила 80-90°C. При температуре более 90°C резко ухудшаются качественные характеристики изделия - снижается оздоровительный эффект за счет уноса ценных эфирных масел, происходят необратимые изменения химического состава, органолептических и физико-химических свойств сырья - изделие становится темным (практически черным), имеет резкий запах гари, структура становится рыхлой, снижаются эксплуатационные свойства сырья за счет выгорания смолы. При обработке сырья в СВЧ-поле при температуре менее 80°C снижаются эксплуатационные характеристики готового изделия, т.е. температура ниже 80°C не позволяет сформовать изделие требуемого качества, так как не обеспечивает необходимого для сцепления частиц изделия перемещения смол, содержащихся в шелухе шишки и шишке, из внутренних слоев к внешним.

Таблица 1
Оптимальные параметры СВЧ-обработки кедрового сырья
СВЧ-мощность, Вт	Время нагрева, мин	Температура внутри сырья, °C
500	2	63
600	2	72
650	4	87
750	2	80
750	2,5	85
750	3	90
800	1	94
800	1,5	101
800	2	112
900	3	190, дымление
1000	2	224, активное дымление

При мощности СВЧ-поля 900-1000 Вт и времени нахождения сырья в СВЧ-поле в течение 2-3 мин происходит моментальный прогрев сырья до 190-224°C, начинается дымление образца, переходящее в активное дымление, ведущее к возгоранию, что отрицательно сказывается на качестве сырья, так как ухудшаются его органолептические и физико-химические показатели. При мощности СВЧ-поля 800 Вт и времени обработки сырья 1-2 мин температура внутри сырья составляет 94-112°C, что также отрицательно сказывается на качественных характеристиках изделия - снижаются оздоровительный эффект и эксплуатационные характеристики за счет интенсивного испарения и выгорания эфирных масел. При СВЧ-обработке мощностью 500-600 Вт время нагрева образца составляет 2 мин. Однако температура внутри сырья при данных параметрах составляет 63-72°C и является недостаточной для максимального сцепления шишек и шелухи шишек при прессовании, что отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках изделия. Для достижения более высокой температуры внутри сырья при мощности 500-600 Вт необходимы дополнительные затраты электроэнергии, удлинение технологического цикла, что экономически не выгодно. Нами был выбран диапазон мощности СВЧ-поля в пределах 650-750 Вт, время обработки при котором составляет 2-4 мин, так как при данных режимах обработки температура расплавленной основы составляет 80-90°C, что соответствует оптимальной температуре, необходимой для обеспечения максимального сцепления частиц образца (см. выше).

Во всех известных способах при прессовании изделия помещают в нагретую пресс-форму. А в заявляемом способе не требуется прогрева пресс-формы: сырье после нагрева в СВЧ-поле помещают в холодную пресс-форму, что упрощает производство.

Кроме того, во время проведения экспериментальных исследований было установлено, что одним из основных параметров, влияющих на качество изделий, является исходная влажность сырья. Оптимальная влажность сырья должна составлять 5-8%. Если сырье имеет влажность больше указанных пределов (например, шелуха свежей шишки имеет влажность 12-14%), то его необходимо предварительно подсушить до влажности 5-8% или увеличить время пребывания в СВЧ-камере.

Таким образом, экспериментальные исследования по выявлению оптимальных параметров СВЧ-обработки сырья показали, что изделия с высокими качеством и эксплуатационными свойствами, максимальным оздоровительным эффектом получены при следующих технологических параметрах: СВЧ-мощности 650-750 Вт, температуре внутри сырья 80-90°C, продолжительности СВЧ-обработки 2-4 мин, исходной влажности сырья 5-8%. При этом сокращается длительность процесса производства.

Ниже описана суть изобретения.

Для осуществления заявляемого способа в емкость насыпают сырье (шишки, шелуху шишек, скорлупу) с исходной влажностью 5-8%. Емкость помещают в СВЧ-поле мощностью 650-750 Вт на 2-4 мин до полного прогрева сырья до температуры 80-90°C. Прогретое сырье помещают в холодную пресс-форму и проводят прессование в течение 8-10 мин. Готовое изделие вынимают из пресс-формы и дают остыть при комнатной температуре в течение 50-60 мин.

Заявляемое изобретение подробнее объясняется на примерах.

Пример 1. Сырье (шелуху шишек кедра, шишки), начальная влажность которого 7%, в количестве 0,5 кг засыпали в емкость. Емкость с сырьем поместили в микроволновую печь «Samsung» на 4 мин при мощности СВЧ-поля 650 Вт. После полного прогрева вороха до 87°С сырье помещали в холодную пресс-форму и проводили прессование с помощью гидравлического пресса (давление 40 кг/см²) в течение 10 мин. Затем полученный образец вынимали из пресс-формы и давали остыть при комнатной температуре 50 мин. Биологическая ценность, характеризующая оздоровительный эффект полученного образца, а также его эксплуатационные характеристики представлены в таблице 2.

Пример 2. Сырье (шелуху шишек кедра, скорлупу), начальная влажность которого 8%, в количестве 0,5 кг засыпали в емкость. Емкость с сырьем поместили в микроволновую печь «Samsung» на 3 мин при мощности СВЧ-поля 750 Вт. После полного прогрева вороха до 90°C сырье помещали в холодную пресс-форму и проводили прессование с помощью гидравлического пресса (давление 40 кг/см ²) в течение 8 мин. Затем полученный образец вынимали из пресс-формы и давали остыть при комнатной температуре 55 мин. Биологическая ценность, характеризующая оздоровительный эффект полученного образца, а также его эксплуатационные характеристики представлены в таблице 2.

Пример 3. Сырье (шелуху шишек кедра), начальная влажность которого 6%, в количестве 0,5 кг засыпали в емкость. Емкость с сырьем поместили в микроволновую печь «Samsung» на 2 мин при мощности СВЧ-поля 750 Вт. После полного прогрева вороха до 80°C сырье помещали в холодную пресс-форму и проводили прессование с помощью гидравлического пресса (давление 40 кг/см²) в течение 9 мин. Затем полученный образец вынимали из пресс-формы и давали остыть при комнатной температуре 60 мин. Биологическая ценность, характеризующая оздоровительный эффект полученного образца, а также его эксплуатационные характеристики представлены в таблице 2.

Пример 4. Сырье (шелуху шишек кедрового стланника, шишки кедрового стланника), начальная влажность которого 6%, в количестве 0,5 кг засыпали в емкость. Емкость с сырьем поместили в микроволновую печь «Samsung» на 2 мин при мощности СВЧ-поля 750 Вт. После полного прогрева вороха до 80°C сырье помещали в холодную пресс-форму и проводили прессование с помощью гидравлического пресса (давление 40 кг/см ²) в течение 9 мин. Затем полученный образец вынимали из пресс-формы и давали остыть при комнатной температуре 57 мин. Полученный образец отличается от образцов 1-3 более мелким растительным рисунком (так как шишки и шелуха кедрового стланника меньшего размера, чем шишки и шелуха кедра сибирского) и более светлым цветом, характерным для кедрового стланника.

Как видно из таблицы 2, данное изобретение позволяет получить изделие с максимальным оздоровительным эффектом (хорошее сохранение эфирных масел) и высокими эксплуатационными характеристиками (прочность на изгиб, влагостойкость). Полученное изделие отличается оригинальным внешним видом, имеет натуральные органолептические характеристики.