СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ Российский патент 1997 года по МПК B27N3/04 C08L97/02 C08L97/02 C08L13/02 C08L61/24 

Изобретение относится к производству строительных материалов, позволяет квалифицированно рекупировать отходы переработки древесины и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленностях.

Известен способ получения древесностружечных плит (ДСтП) путем смешивания древесной стружки с композиционным связующим, состоящим из карбамидоформальдегидной смолы и фенолоспиртов, формирования ковра, холодную подпрессовку с последующим его горячим прессованием (Гамова И.А. Тиме Н.С. Семенова Л.С. Снижение токсичности ДСтП при использовании композиционного связующего. УЛТИ. Технология древесных плит и пластиков. Межвузовский сборник научных трудов. Свердловск, 1990 с. 25-29).

Известен способ изготовления ДСтП, включающий смешивание измельченной древесины с карбамидоформальдегидной смолой и отвердителем техническим гомосерином с дальнейшим формированием ковра и горячим прессованием (авт.св. N 1232479, кл. В 27 N 3/02).

Недостатками данных способов изготовления ДСтП являются использование в качестве компонентов связующих соединений (фенолоспиртов, гомосерин-метионина, сульфата аммония, диметилсульфида, метанола), которые несмотря на способность снижать содержание остаточного формальдегида сами являются токсичными веществами, а метанол относится к яду, запрещенному к использованию. Незначительное повышение прочностных показателей наряду с существенным снижением свободного формальдегида в сравнении с плитами на основе карбамидоформальдегидной смолы тем не менее не позволяют отнести плиты, изготовленные по приведенным способам, к экологически чистым. Содержание свободного формальдегида в наилучшем варианте не соответствует современным требованиям (12 мг/м³ при ПДК 0,01 мг/м³ "Руководство по контролю загрязнения атмосферы" Приложение N 1 к списку ПДК N 3086-84).

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления ДСтП на основе модифицированных латексными составами карбамидоформальдегидных смол, включающий обработку частиц композиционным связующим с последующим горячим прессованием (Иосифов Н. и др. Свойства древесностружечных плит на основе модифицированных латексными составами карбамидоформальдегидных смол. Высший лесотех. ин-т, София. IX Симпозиум, с. 185-189, 14-15, 9, 1989).

Недостатками данного способа являются использование бутадиенстирольных латексов, не содержащих в своем составе карбоксильных групп, загущающих добавок в виде латекса с высоким содержанием метакриловых групп, а также отсутствие эффективного наполнителя, что служит причиной изготовления плит с высоким содержанием свободного формальдегида. Эмиссия из готовых плит данного соединения, обладающего канцерогенными и мутогенными свойствами, крайне затрудняет использование плит в строительстве и практически исключает их применение в мебельной промышленности.

Задачей изобретения является повышение прочностных показателей и снижение выделения формальдегида из готовых плит путем введения в карбамидоформальдегидную смолу клеевой латексной композиции на основе бутадиенстирольного латекса и активного наполнителя аэросила (ТУ 14-922-77).

Технический эффект достигается тем, что в известном способе изготовления ДСтП, включающим смешение древесных частиц с карбамидоформальдегидной смолой, модифицированой бутадиенстирольным латексом, формирование ковра и горячее прессование, перед смешением древесных частиц со связующим готовят полимерную композицию путем совмещения карбамидоформальдегидной смолы с клеевой латексной композицией (КЛК) на основе бутадиенстирольного карбоксилатного латекса, содержащего активный наполнитель аэросил в соотношении, мас. смола
61,8-75,0; КЛК 21,4-27,4; аэросила 2,0-10,0; отвердитель 0,8-1,6.

В состав клеевой латексной композиции входят, мас.ч.

Латекс БС-70/2 (по сухому остатку) 100
Загуститель-латекс БСМК* (по сухому остатку) 1
Эмульгатор ОП-10 (10%-ный раствор) 3
Тринатрийфосфат (ТНФ) (20%-ный раствор) 1
ТУ КЛК 205 РСФСР 1-2325-89
*БСМК бутадиенстирольный метакриловый латекс с высоким содержанием метакриловой кислоты.

Сведений об использовании подобных латексных композиций на основе бутадиенстирольного карбоксилатного латекса типа БС-70/2, содержащего активный наполнитель аэросил для изготовления ДСтП, не обнаружено.

Технический эффект предлагаемого технического решения, а именно повышение прочности и снижение токсичности готовых плит достигается за счет введения в состав связующего клеевой латексной композиции на основе бутадиенстирольного карбоксилатного латекса, содержащего активный наполнитель-аэросил.

Получаемый эффект от использования карбоксилатных латексов для изготовления ДСтП можно пояснить следующим. Известно, что карбоксилатные латексы способны "сшиваться" формальдегидными смолами при повышенных температурах в трехмерную целостную структуру благодаря взаимодействию метиламиновых или оксиметельных групп смолы с карбоксильными группами латекса с образованием соли амида или эфира без дополнительных вспомогательных агентов. Образование "сшитой" структуры адгезива увеличивает сопротивление расслаиванию склеиваемых материалов.

В данном случае наряду с когезионной прочностью обеспечивается высокая адгезия связующего к поверхности древесных частиц за счет активного наполнителя аэросила, представляющего собой мелкодисперсный оксид кремния. Заполняя микропоры древесных частиц вулкасил тем самым увеличивает полезную поверхность склеивания древесных частиц между собой. При этом представляя собой полярное кислородсодержащее вещество вулкасил обеспечивает высокую степень насыщенности водородными связями между целлюлозной составляющей древесины и полярными группами композиционного связующего. Существенную роль физико-химические свойства аэросила оказывают и на связывание остаточного формальдегида. По всей вероятности, аэросил препятствует образованию паро-газовых пузырьков, наряду с латексной композицией, во время отверждения связующего где концентрируется остаточный формальдегид, а также обеспечивает хемосорбцию свободного формальдегида за счет наличия контактных микропор и неравномерной насыщенности химических связей частиц аэросила, и как следствие, высокой способности образовывать водородные связи. Существенным обстоятельством в данном случае является то, что хемосорбция формальдегида аэросилом проявляется при температуре ниже температуры прессования ДСтП. Это обеспечивает высокую скорость поликонденсации и частоту трехмерной полимерной сетки, которая в свою очередь ответственна за прочностные показатели плит.

Снижение эмиссии остаточного формальдегида, как важное достоинство предлагаемого решения, достигается также способностью формальдегида присоединяться в кислой среде по двойной связи карбоксилатного полимера.

В условиях дефицита экологически чистых строительных материалов и низкоквалифицированного использования отходов деревообрабатывающей промышленности (стружки, опилки) предлагаемого техническое решение по изготовлению низкотоксичных ДСтП на основе отходов деревообработки с повышенными прочностными показателями представляет несомненный интерес.

Для лучшего понимания процесса изготовления плит по предлагаемому способу приводим ряд примеров.

Пример 1 (контрольный прототип). Сушат стружечно-опилочную массу в лабораторной сушилке до влажности 2-4% Готовят связующее путем совмещения карбамидоформальдегидной смолы с бутадиенстирольным латексом типа "Булекс-65", добавляют отвердитель хлористый аммоний в количестве 1,0% Концентрация связующего при этом составляет 60% вязкость по ВЗ-4 160 с. Расход связующего 12% по сухому остатку к весу абсолютной сухой стружечно-опилочной массе. Соотношение стружки к опилкам по массе 65-35.

Древесные частицы смешивают с композиционным связующим с помощью пневмораспылителя в лабораторном смесителе. Формируют ковер из проклеенной древесной массы с помощью деревянной рамки, подпрессовывают в холодном прессе и прессуют в горячем прессе при температуре плит 165^oC, давлении 2,5-3,0 МПа, продолжительности 0,5 мин/мм. Изготавливали однослойные плиты толщиной 12 мм.

Пример 2. Перед осмолением древесных частиц композиционным связующим в карбамидоформальдегидную смолу вводят, мас. клеевую латексную композицию - 21,4, аэросил -2,0, хлористый аммоний 1,6. Подсушенную до влажности 2-4% стружечно-опилочную массу смешивают с приготовленным связующим в лабораторном барабанном смесителе с помощью пневмораспылителя. Расход связующего 12% по сухому остатку от веса абсолютно сухих древесных частиц. Концентрация связующего в данном случае составляет 58% вязкость по В3-4 -140 с.

Формируют ковер из проклеенной массы древесных частиц с помощью деревянной рамки. После подпрессовки в холодном прессе загружают стружечно-опилочный пакет в горячий пресс. Прессование ведут при следующем режиме: температура плит пресса 150^oC,давлении 2,5-3,0 МПа и продолжительности 0,5 мин/мм толщины плиты. Изготавливали однослойные плиты толщиной 12 мм.

Пример 3. Вводят в карбамидоформальдегидную смолу, мас. латексную композицию 24,4, аэросил 6,0, хлористый аммоний 1,2 по сухому остатку. Подсушенные древесные частицы смешивают в лабораторном смесителе с приготовленным связующим. Концентрация связующего 57% вязкость по ВЗ-4 170 с. Расход связующего 12% по сухому остатку к весу абсолютно сухих древесных частиц.

Формируют ковер из проклеенных древесных частиц, подпрессовывают и прессуют в горячем прессе при температуре 150^oC, давлении 2,5-3,0 МПа и продолжительности 0,5 мин/мм. Изготавливали однослойные плиты толщиной 12 мм.

Пример 4. Вводят в карбамидоформальдегидную смолу, мас. латексную композицию 27,4, аэросил -10,0, хлористый аммоний 0,8 по сухому веществу на сухой остаток смолы. Подсушенные древесные частицы до 2-4% влажности смешивают в лабораторном смесителе с приготовленным связующим. Концентрация связующего 58 мас. вязкость по ВЗ-4 175 с. Расход связующего 12% по сухому остатку к весу абсолютно сухих древесных частиц.

Формируют ковер из осмоленных древесных частиц, подпрессовывают и прессуют при температуре 150^oC, давлении 2,5-3,0 МПа и продолжительности 0,5 мин/мм. Толщина плит составляла 12 мм.

Результаты испытаний плит изготовленных по приведенным выше примерам сведены в таблицу.

Как следует из представленных в таблице данных, свойства плит, изготовленных по предлагаемому способу, существенно превосходят по прочности контрольные образцы и практически не уступают по водостойкости. При этом наблюдается также существенное преимущество перед прототипом по эмиссии свободного формальдегида из плит. В соответствии с международной токсилогической классификацией контрольные плиты относятся к классу E³, запрещены в настоящее время (Постановление Минздрава СССР от 5.10.89 N 143-12/1372) к использованию в мебельной промышленности и при строительстве жилых помещений. Опытные плиты по эмиссии формальдегида не выходят за рамки класса Е¹, область использования которого не имеет ограничений. Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет расширить область применения древесностружечных плит и квалифицированно использовать отходы деревообрабатывающих предприятий. Тем самым определяется экономическая целесообразность предложенного способа, который не требует изменения существующих технологических схем и аппаратурного оформления производства ДСтП. Введение небольших количеств латексной композиции и аэросила не оказывает существенную роль на себестоимость плит, но ограничивает воздействие вредных веществ на окружающую среду и человека.

В условиях зарождающихся рыночных отношений и роста хозяйственной самостоятельности предприятий существует повышенный интерес деревообрабатывающих комплексов к самостоятельному квалифицированному использованию собственных отходов. Предложенное техническое решение будет использовано на базе НПО "Комплекс" г. Воронежа с применением в качестве сырья отходов местных деревообрабатывающих заводов. Количество невостребованного древесного сырья составляет 19 тыс. м³/год. Данный способ может быть использован не только крупными цехами по производству ДСтП на основе кондиционной стружки, но и отдельными деревообрабатывающими заводами на упрощенных технологических схемах изготовления ДСтП с использованием отходов деревообрабатывающих станков.

Использование: в деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленностях. Сущность: способ включает смещение древесных частиц с комбинированным связующим на основе карбамидоформальдегидной смолы и бутадиентирольного латекса типа "Булекс-65", отверждаемым хлористым аммонием, формирование ковра и горячее прессование. Перед смешением древесных частиц со связующим в карбамидоформальдегидную смолу вводят клеевую латексную композицию на основе бутадиентирольного карбоксилатного латекса типа БС-70.2, а также активный наполнитель-аэросил и отвердитель в соотношении, мас.%.: смола 61,8-75,0, клеевая латексная композиция - 21,4-27,4, аэросил - 2,0-10,0, отвердитель 0,8-1,6. Плиты по выделению формальдегида соответствуют классу 1, а по физико-химическим показателям соответствуют ГОСТ 10632-89. 1 табл.

Способ изготовления древесностружечных плит из отходов деревообрабатывающей промышленности, включающий смешение древесных частиц со связующим, содержащим карбамидоформальдегидную смолу, хлористый аммоний и бутадиенстирольный латекс, формование ковра, холодную подпрессовку и горячее прессование, отличающийся тем, что в качестве бутадиенстирольного латекса используют смесь бутадиенстирольного карбоксилатного латекса с содержанием 70 мас. звеньев стирола и 2 мас. карбоксильных групп и бутадиенстирольного метакрилатного латекса с содержанием в сополимере звеньев, мас. бутадиена - 25, стирола 20, метилметакрилата 20, метакриловой кислоты 35, и дополнительно в связующее вводят 10%-ный водный раствор эмульгатора марки ОП-10 на основе этиленгликолевого эфира алкилфенола, 20%-ный водный раствор тринатрийфосфата и аэросил при следующем соотношении компонентов связующего, мас.

Карбамидоформальдегидная смола 61,8 75,0
Хлористый аммоний 0,8 1,6
Бутадиенстирольный карбоксилатный латекс 20,4 26,0
Бутадиенстирольный метакрилатный латекс 0,2 0,3
Эмульгатор марки ОП-10 0,6 0,8
Тринатрийфосфат 0,2 0,3
Аэросил 2 10
причем связующее берут в количестве 12% от массы древесных частиц.