ДРЕВЕСНО-ВОЛОКНИСТЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1997 года по МПК B27N3/04 D21J3/00 

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, а более конкретно к технологии получения древесноволокнистых материалов, используемых преимущественно для производства плит.

Известны древесноволокнистые плитные материалы на основе древесного волокна и карбамидной или фенолформальдегидной смолы при содержании смолы до 10% Недостатками получаемых по традиционной технологии плит являются их недостаточно высокие физико-механические показатели, низкая водостойкость и выделение при изготовлении и эксплуатации токсичных веществ, например формальдегида, что резко ограничивает области их применения.

Известны древесно-волокнистые плиты путем добавки связующего на основе окисленного таллового масла или окисленных жирных кислот, полученных разгонкой таллового масла. Способ позволяет повысить, по сравнению с традиционными способами, физико-механические показатели плит, однако он требует использования дефицитного таллового масла.

Сырое талловое масло представляет собой смесь сложных и жирных кислот, полученную разложением сульфатного мыла серной кислотой или сульфатом натрия. Представляет собой маслообразную жидкость от темно-коричневого до темно-бурого цвета, неприятного запаха, горького вкуса. Употребляется для приготовления хозяйственного мыла, перерабатывается на талловое масло и талловую канифоль.

Собственно талловое масло это облагороженный продукт, получаемый фракционированной разгонкой сырого таллового масла в вакууме с перегретым водяным паром. Талловое масло представляет собой смесь жирных (50-70%) и смоляных (30-40% ) кислот, кислотное число 180-185, число омыления 187-190. При двукратной разгонке получают дистиллированное талловое масло, содержащее в основном жирные кислоты (талловые жирные кислоты). Применяется в мыловаренном производстве, при производстве пленкообразователей, олиф, смазочных масел, в качестве эмульгаторов, флотоагентов.

Известны твердые древесно-волокнистые плиты, включающие пропитку плит талловым маслом с добавками мочевины и последующую термообработку.

Известно повышение водопоглощения и повышения ударной прочности древесно-волокнистых плит путем их пропитки составом, содержащем 85-93 мас. таллового масла и 7-15 мас. модифицированного фуза, являющегося отходом маслоперерабатывающего производства и представляющего собой трудноразделимую смесь липидов, продуктов их окисления и белково-липидных комплексов. При этом модификацию фуза малеиновым ангидридом.

Известно изготовление мокрым способом древесно-волокнистых плит повышенной прочности путем обработки древесно-волокнистого ковра перед горячим прессованием 30-50%-ным раствором водоэкстрактивных веществ древесины лиственницы. При этом дополнительного связующего в массу не вводят, а последующие после обработки операции проводят по известным способам. Недостатком данного способа является сложность получения концентрированного раствора водоэкстрактивных веществ и невозможность реализации технологии в широком промышленном масштабе.

Известно использование марганцевых солей смоляных и жирных кислот в композиции пропиточного состава для получения сверхтвердых древесно-волокнистых плит, включающем 70-94,5 мас. таллового масла, 0,5-10% марганцевых солей смоляных и жирных кислот и 5,0-20% многоатомного спирта. При этом марганцевые соли смоляных и жирных кислот получают путем взаимодействия нейтрализованного таллового масла и солей марганца. Поэтому по данному способу необходимо предварительное получение таллового масла, причем известно, что в процессе получения таллового масла путем обработки сульфатного мыла концентрированной серной кислотой и нейтрализации полученных талловых кислот щелочью происходят необратимые реакции этерификации и омыления, поэтому свойства радикалов (вследствие изменения функциональных групп смоляных и жирных кислот) талловых кислот изменяются.

Известен состав для обработки древесно-волокнистых плит, включающий 3-20 мас. льняного масла и 80-97% отхода экстракционной очистки сырого сульфатного мыла. Однако его использование требует применения дефицитного льняного масла.

Сульфатным мылом называют побочный продукт производства сульфатной целлюлозы, представляющий собой смесь натриевых солей смоляных и высших жирных кислот, а также неомыляемых и экстрактивных веществ. Соотношение основных групп компонентов сульфатного мыла предопределено их соотношением в экстрактивных смолистых веществах древесины.

Сульфатное мыло представляет собой полужидкую клейкую массу темно-коричневого цвета. Сульфатное мыло состоит в основном из натриевых солей жирных (линолевая, линоленовая, олеиновая, стеариновая и пальмитиновая) и смоляных (левопимаровая и пальмитиновая) кислот и продуктов их окисления, а также нейтральных веществ.

В настоящее время сульфатное мыло почти полностью перерабатывается в талловое масло, представляющего собой смесь высших жирных и смоляных кислот и нейтральных веществ. Суть получения таллового масла сводится к вытеснению слабых органических кислот из натриевых солей сильной минеральной кислотой. Состав таллового масла, соотношение в нем жирных и смоляных кислот и нейтральных веществ зависит от породы древесины, из которой было получено сульфатное мыло, то есть от состава экстрактивных смолистых веществ в переработанной в целлюлозу древесины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании результату является плитный материал и способ изготовления древесно-волокнистых плит, включающий формирование ковра из древесины массы, прессование, термообработку и введение связующего на основе таллового масла, по которому для повышения прочности плит при одновременном повышении их биостойкости, в качестве связующего используют продукт взаимодействия нейтрализованного таллового масла и сульфата меди в количестве 0,7-1,5% от массы абсолютно сухой плиты в пересчете на катион меди. При этом продукт взаимодействия нейтрализованного таллового масла с сульфатом меди вводят в древесную массу перед формированием ковра или путем пропитки отпрессованного плитного материала.

Данный плитный материал обладает повышенной прочностью и биостойкостью, но его производство требует расхода дорогостоящего, дефицитного и сложного в производстве таллового масла.

Общими недостатками описанных выше древесно-волокнистых плитных материалов и способов их изготовления с использованием связующих на основе талловых продуктов являются необходимость использования остродефицитного и дорогостоящего таллового масла, а также сложность технологии и оборудования получения таллового масла.

Таким образом, возникает изобретательская задача, то есть задача, связанная с необходимостью разрешения технического противоречия, обусловленного тем, что широко используемые при производстве древесно-волокнистых плит фенолформальдегидные и карбомидные смолы являются токсичными, а нетоксичные связующие на основе талловых продуктов требуют использования дорогостоящего и дефицитного, трудоемкого в производстве таллового масла, для производства которого необходимо специальное технологическое оборудование.

Целью изобретения (требуемым техническим результатом) является повышение технологичности производства древесно-волокнистого плитного материала путем упрощения и удешевления получения связующего на основе талловых продуктов при одновременном повышении физико-механических показателей и водостойкости древесно-волокнистого материала.

Поставленная цель достигается тем, что древесно-волокнистый материал, преимущественно для плит, содержащий древесное волокно и связующее, в качестве связующего содержит аддукт сульфатного мыла и водорастворимых солей поливалентных металлов, преимущественно выбранных из группы, содержащей водорастворимые соли цинка, меди, магния, олова, алюминия и железа, при следующем соотношении компонентов, мас.

Древесное волокно 86-99
Аддукт сульфатного мыла и водорастворимых солей поливалентных металлов - 1-14
Древесно-волокнистый материал по изобретению, например при производстве плит, изготавливают следующим образом.

Древесную щепу или другое сырье размалывают на древесное волокно известными способами. Затем древесное волокно из пневматических или механических форсунок обрабатывают расплавленным аддуктом взаимодействия сульфатного мыла и водорастворимых солей многовалентных металлов при его расходе от 1 до 14% от массы абсолютно сухого древесного волокна, подсушивают композицию до влажности 10% формируют сухим способом ковер, подвергают его холодной подпрессовке и подают ковер на горячий пресс, где проводят горячее прессование. После горячего прессования плитный материал подвергают термообработке при температуре 155-170 градусов, 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, а также путем пропитки отформованного плитного материала.

Аддукт сульфатного мыла и водорастворимых солей многовалентных металлов получают следующим образом.

Сульфатное мыло отделяют от черного сульфатного щелока методом отстаивания, аэрации, флотации или высаливания серной кислотой или сульфатом натрия, затем в специальной емкости обрабатывают при температуре от 20 до 90 ^oC водным раствором многовалентных металлов, например растворами сульфатов меди, цинка, магния, железа или алюминия. Расход водорастворимых солей металлов составляет 0,1-35% преимущественно 10% от массы мыла. Обменная реакция взаимодействия растворов жирных и смоляных кислот сульфатного мыла и водорастворимых солей поливалентных металлов при температуре 70 ^oC происходит мгновенно с выпадением водонерастворимого аддукта. Образующийся при этом аддукт сульфатного мыла и многовалентных ионов металлов либо осаждается на дно (например, в случае использования солей железа), либо поднимается на поверхность (например, в случае использования солей меди). После выделения аддукт промывают водой, подсушивают под вакуумом и в расплавленном виде (например, при температуре 90-100 ^oC) перемещают в специальные сборники, откуда подают на смешение с древесной массой или на пропитку отпрессованного материала.

Для подтверждения возможности реализации изобретения промышленным способом и для экспериментального доказательства его эффективности проводили сравнительные испытания различных режимов изготовления древесно-волокнистых плитных материалов.

Пример 1 (прототип). Из технологической щепы (ГОСТ 15815-83) приготовляют древесное волокно, сушат его и смешивают с продуктом взаимодействия нейтрализованного таллового масла с сульфата меди в количестве 0,7-1,5% от массы абсолютно сухой плиты в пересчете на катион меди. При этом продукт взаимодействия нейтрализованного таллового масла с сульфатом меди вводят в древесную массу перед формированием ковра или путем пропитки отпрессованного плитного материала. 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 температуре 190 ^oC в течение 20 мин. Затем полученные после горячего прессования плиты подвергают термообработке при температуре 155-170 ^oC, охлаждают и направляют на дальнейшую обработку.

Качественные показатели полученных при этом плит приведены в табл. 1.

Пример 2(прототип). Условия опыта аналогичны примеру 1, но в качестве связующего используют аддукт нейтрализованных жирных кислот таллового пека и сульфата меди при расходе аддукта 8% к массе абсолютно сухого волокна.

Качественные показатели полученных при этом плит приведены в табл. 1.

Пример 3. Условия опыта аналогичны примеру 2, но в качестве связующего и используют аддукт сульфатного мыла и сульфата железа при расходе аддукта 8% а.с. волокна.

Качественные показатели полученных при этом плит приведены в табл. 1.

Примеры 4-6. Условия опытов аналогичны примеру 3, но в качестве связующего используют аддукт сульфатного мыла и водорастворимых солей соответственно меди, алюминия, цинка и магния.

Пример 7. Условия аналогичны примеру 3, но связующего использовали в количестве 1 мас. Результаты испытаний полученного материала приведены в табл. 2.

Пример 8. Условия опыта аналогичны примеру 3, но связующего использовали в количестве 14 мас. Результаты испытаний полученного материала приведены в табл. 2.

Примеры 9 12. Условия опыта аналогичны примеру 3, но в качестве водорастворимой соли поливалентных металлов при приготовлении связующего использовали хлориды меди, железа, магния и алюминия.

Использование изобретения позволяет повысить технологичность изготовления древесно-волокнистых плит при одновременном улучшении физико-механических показателей древесно-волокнистого материала и его водостойкости.

Дополнительные исследования плитного материала на токсичность показали полное отсутствие выделения токсичных химических соединений, характерных для традиционных плитных материалов (например, фенола и/или формальдегида и др. ). Поэтому предлагаемый древесно-волокнистый материал можно использовать в качестве строительного и мебельного материала для жилых помещений, например для изготовления декоративных панелей и встроенной мебели, в то время как использование для этих целей традиционных древесно-волокнистых плит, изготовленных с использованием традиционных связующих на основе фенолформальдегидных и карбамидных смол, ограничено по причине их низкой водостойкости и токсичности.

Экономический эффект от промышленного использования изобретений может быть получен как за счет затрат при производстве нетоксичного плитного материала повышенного качества, так и за счет утилизации сульфатной целлюлозы (сульфатного мыла) без специального технологического оборудования.

Использование: преимущественно для производства плит. Сущность изобретения: с целью повышения технологичности производства путем упрощения и удешевления получения связующего на основе талловых продуктов при одновременном повышении физико-механических показателей и водостойкости древесно-волокнистых материалов в качестве связующего используют аддукт сульфатного мыла и водорастворимых солей поливалентных металлов, например сульфатов меди, цинка, магния, железа или алюминия, которое используют в количестве 1-14% от абсолютно сухой древесной массы. 2 табл.

Древесно-волокнистый материал преимущественно для плит, содержащий древесное волокно и связующее, отличающийся тем, что в качестве связующего материал содержит аддукт сульфатного мыла и водорастворимых солей поливалентных металлов, преимущественно выбранных из группы, содержащей водорастворимые соли цинка, меди, магния, олова, алюминия и железа, при следующем соотношении компонентов, мас.

Древесное волокно 86 99
Аддукт сульфатного мыла и водорастворимых солей поливалентных металлов - 1 14д