Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, а более конкретно, к технологии получения древесно-волокнистых плитных материалов, преимущественно средней плотности, методом сухого формования.
Известен способ изготовления древесно-волокнистых плит средней плотности типа OCB-MDF, включающий нанесение на древесные частицы связующего типа смол на основе карбамида, меламина или фенолформальдегида (1). Для ускорения отверждения фенолформальдегидных смол используют дополнительно отвердитель. Древесные частицы рассыпают с образованием ковра, а затем обжимают в прессе с уменьшением его толщины, после чего прессуют и поддерживают давление в течение некоторого времени. Смола представляет собой связующее без отвердителя. Кислый или основной отвердитель в газообразной или бинарной фазе с газообразным носителем вводят внутрь ковра в прессе непосредственно на стадии обжатия.
Данный способ позволяет получать плиты средней плотности, однако он отличается сложностью технологии, наличием токсичных веществ отвердителей в газообразной или бинарной фазе (в качестве отвердителя фенольных смол обычно используют токсичный формальдегид), а также выделением токсичных веществ в процессе производства и эксплуатации плит.
Известен способ производства древесно-волокнистых плит средней плотности сухим способом формования, включающий размол щепы на волокно, введение гидрофобизирующих и связующих добавок, сушку древесной массы, формирование многослойного ковра с настилом на его наружной поверхности буферных слоев из смеси сошлифованной пыли с влажностью частиц 6-25% и связующего в количестве 0,1-2,0% подпрессовывают, подвергают горячему прессованию при температуре 180оС в течение 0,5 мин/мм, затем буферные слои, масса которых составляет 7-15% от массы абсолютно сухого ковра, сошлифовывают (2). Необходимость введения и последующего удаления буферных слоев обусловлена сложностью равномерного прессования материала средней плотности в центральной части ковра.
Способ позволяет повысить качество поверхности плит и сократить расход связующего, однако он сложен, отличается повышенной трудоемкостью изготовления плит и расходом связующего в буферных слоях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании результату аналогом-прототипом является способ изготовления древесно-волокнистых плит сухого формования, включающий обработку щепы насыщенным паром при 180оС в течение 4 мин, нанесение на щепу расплава таллового пека в количестве 2,5-12% от массы а. с. древесины, размол щепы на рафинере в одну ступень, введение в полученные волокна фенолформальдегидной смолы в количестве 3% от массы а. с. волокна. Осмоленное волокно сушат до влажности 6-8% , формуют ковер, подпрессовывают и прессуют при 190оС в течение 6 мин при удельном давлении 5 МПа (3).
Способ позволяет сократить потери осмоленного волокна при формовании ковра, снизить использование токсичных фенолформальдегидных смол, однако, он не позволяет получать плиты средней плотности с высокими физико-механическими показателями и высокой водостойкостью.
Целью изобретения является повышение физико-механических показателей и водостойкости древесно-волокнистого материала средней плотности при одновременном снижении его токсичности при изготовлении и эксплуатации.
Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления древесно-волокнистого материала, преимущественно средней плотности, включающем операции приготовления композиции из древесного волокна и связующего на основе таллового пека, формование, горячее прессование и термообработку, в качестве связующего используют аддукт нейтрализованного таллового пека и водорастворимых солей поливалентных металлов, выбранных из группы содержащей цинк, медь, магний, олово, алюминий или железо.
В качестве исходного сырья можно использовать практически любой древесный материал, например, древесное волокно, полученное из технологической щепы (ГОСТ 15815-83).
В качестве источника таллового пека можно использовать пек талловый для дорожного строительства (ТУ 81-05-84-80) или пек талловый окисленный (ОСТ 13-145-82).
В качестве водорастворимых солей поливалентных металлов можно использовать железо хлорное техническое (ТУ 11159-76), сульфат железа (ТУ 6-09-5272-89), кальций хлористый технический (ТУ 450-77), цинк хлористый (ТУ 7345-78), сульфат алюминия (ТУ 12966-85), медный купорос (ТУ 19347-84Е), магний сернокислый технический (ТУ 6-46-0204915-003-88), алюмохлорид (ТУ 38-102612-88), квасцы алюмоамонийные (ТУ 113-07-04-89), цинк ванадиевокислый (ТУ 6-09-02113-89) или другие соли поливалентных металлов.
Способ изготовления древесно-волокнистого материала реализуют следующим образом.
Древесную щепу или другое древесное сырье размалывают на древесное волокно известными способами. Затем древесное волокно из пневматических или механических форсунок обрабатывают расплавленным аддуктом взаимодействия нейтрализованного таллового пека и водорастворимых солей поливалентных металлов при его расходе от 4 до 14% от массы абсолютно сухого древесного волокна, подсушивают композицию до влажности 10% , формируют сухим способом ковер, подвергают его холодной подпрессовке и подают ковер а горячий пресс, где проводят горячее прессование при 190-220оС в течение 2 мин на 1 мм толщины готового плитного материала. После горячего прессования плитный материал подвергают термообработке при температуре 155-170 градусов С, охлаждают и поправляют на последующую переработку, например на ламинирование декоративными материалами и форматную резку. При этом аддукт можно вводить как описано выше в размолотую древесную массу методом пневматического или механического распыления расплава, так и в щепу до размола или в мельницу при размоле щепы.
Продукт взаимодействия нейтрализованного пека и водорастворимых солей поливалентных металлов получают следующим образом.
Талловый пек, являющийся отходом ректификации таллового масла и представляющего собой смесь высших жирных и смоляных кислот и неомыляемых и окисленных веществ, подвергают нейтрализации раствором щелочи (NaOH, КОН, NH4OH) при 30-90оС. Расход щелочи определяют в зависимости от кислотного числа конкретной пробы таллового пека (обычно около 60 мг КОН на 1 г таллового пека). При этом при нейтрализации происходит образование солей карбоксильных групп высших жирных и смоляных кислот и образование большого количества дополнительных, способных к гидролизу в щелочных и нейтральных средах сложных эфиров, являющихся функциональными группами для сшивающих поливалентных ионов.
После нейтрализации в талловый пек вводят посредством смешения с растворами солей поливалентные ионы металлов в молекулы высших жирных и смоляных кислот (обычно высшие смоляные кислоты при использовании по известным способам таллового пека в качестве связующего во взаимодействии не участвуют). Обменная реакция взаимодействия растворов таллового пека и водорастворимых солей поливалентных металлов при 70оС происходит мгновенно с выпадением в осадок водонерастворимого аддукта нейтрализованного таллового пека и ионов поливалентных металлов.
После выделения аддукта в осадок воду сливают, а аддукт подсушивают, например под вакуумом. Затем аддукт расплавляют и при температуре 100-110оС в виде расплава при помощи распыливавющих форсунок или иных средств вводят в древесную массу, предпочтительно в сухое волокно непосредственно перед формованием древесно-волокнистого ковра. Далее осуществляют изготовление плит по описанному способу.
Для подтверждения возможности реализации изобретений промышленным способом и для экспериментального доказательства их эффективности проводили сравнительные испытания плитного материала и различных режимов его изготовления.
П р и м е р 1 (прототип). Из технологической щепы (ГОСТ 15815-83) приготовляют древесное волокно, сушат его и смешивают с фенолформальдегидной смолой СРЖ-3014 при расходе смолы 8% к массе абсолютно сухого волокна. Осмоленное волокно сушат до влажности 8% , формируют сухим способом ковер (высотой, достаточной для получения плиты после горячего прессования 10 мм) и подвергают его горячему прессованию при 190оС в течение 20 мин. Затем полученные после горячего прессования плиты подвергают термообработке при температуре 155-170 градусов С, охлаждают и направляют на дальнейшую обработку.
Качественные показатели полученных при этом плит приведены в табл. 1.
П р и м е р 2. Условия опыта аналогичны примеру 1, но в качестве связующего используют аддукт нейтрализованного таллового пека и водорастворимых солей меди при расходе аддукта 8% к массе абсолютно сухого волокна.
Качественные показатели полученных при этом плит приведены в табл. 1.
П р и м е р 3 (контрольный). Условия опыта аналогичны примеру 2, но плиты после горячего прессования не подвергают термообработке.
Качественные показатели полученных при этом плит приведены в табл. 1.
П р и м е р ы 4, 6. Условия опытов аналогичны примеру 1, но в качестве связующего используют аддукт нейтрализованного таллового пека и водорастворимых солей соответственно цинка и алюминия при расходе аддукта 8% к массе абсолютно сухого волокна.
Качественные показатели полученных при этом плит приведены в табл. 1.
П р и м е р ы 5, 7 (контрольные). Условия опытов аналогичны примерам 4, 6, но плиты после горячего прессования не подвергают термообработке.
Качественные показатели полученных при этом плит приведены в табл. 1.
П р и м е р ы 8, 9 (контрольные). Условия опытов аналогичны примеру 2, но расход аддукта на основе ионов меди 0,5 и 2% к массе а. с. волокна.
Качественные показатели полученных при этом плит приведены в табл. 2.
П р и м е р ы 11-13. Условия опытов аналогичны примеру 2, но расход аддукта на основе ионов меди 4,0, 8,0. 12,0 и 14,0% к массе а. с. волокна.
Качественные показатели полученных при этом плит приведены в табл. 2.
П р и м е р 14 (контрольный). Условия опыта аналогичны примеру 2, но расход аддукта на основе меди более 14,0% .
При этом наблюдается вытекание связующего в плиты пресса при горячем прессовании, что недопустимо при нормальной эксплуатации горячего пресса.
П р и м е р 15. Условия опыта аналогичны примеру 2, но в качестве связующего используют аддукт нейтрализованного таллового пека и раствор сульфата железа. При этом плотность полученного материала составила 795 кг/м3, предел прочности при изгибе 28,3 МПа, водопоглощение за 24 ч - 24,6% , а набухание за 24 ч - 10,1% .
Использование предлагаемой композиции плитного материала средней плотности и технологии его изготовления позволяет исключить традиционную при производстве плитного материала средней плотности операцию шлифовки поверхностных слоев плит (обычно эту операцию проводят для удаления поверхностных слоев пониженной прочности), снизить пылимость древесного волокна при формовании древесно-волокнистого ковра, и повысить физико-механические показатели плитного материала и его водостойкость.
Дополнительные исследования плитного материала на токсичность показали полное отсутствие выделения токсичных химических соединений, характерных для традиционных плитных материалов средней плотности (например, фенола и/или формальдегида и др. ). Поэтому предлагаемый плитный материал можно использовать в качестве строительного и мебельного материала для жилых помещений, например, для изготовления декоративных панелей или встроенной мебели, в то время как использование для этих целей традиционных древесно-волокнистых плит средней плотности, изготовленных с использованием традиционных связующих на основе фенолформальдегидных и карбамидных смол, ограничено по причине их низкой водостойкости и токсичности.
Экономический эффект от промышленного использования изобретения может быть получен как за счет снижения затрат при производстве нетоксичного плитного материала повышенного качества, так и за счет утилизации отхода производства и переработки талловых продуктов, так как в настоящее время основная часть таллового пека выбрасывается на свалки, загрязняя окружающую среду.
Сущность изобретения: с целью повышения физико-механических показателей и водостойкости плитного материала (ПМ) средней плотности, содержащего 86 - 96 мас. % древесного волокна. ТМ в качестве связующего содержит 4 - 14 мас. % аддукта нейтрализованного таллового пека (АТП) и водорастворимых солей поливалентных металлов, например цинка, меди, магния, олова, алюминия или железа. Композицию формуют, подвергают горячему прессованию и последующей термообработке при 155 - 170С. Изобретение позволяет организовать производство нетоксичного ПМ средней плотности при одновременном повышении физико-механических показателей ПМ. 2 з. п. -лы, 2 табл.
