СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕКОРАТИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ОТХОДОВ ШИШЕК ХВОЙНЫХ ДЕРЕВЬЕВ Российский патент 2004 года по МПК B44C1/24 

Изобретение относится к области производства декоративных прессованных изделий из отходов деревьев, а именно к способам получения облицовочных плиток из отходов шишек хвойных деревьев, которые могут использоваться для отделки внутренних поверхностей помещений, а также для изготовления художественных панно.

Поиск, проведенный по отечественным и зарубежным источникам информации, показал, что в технике известны способы изготовления декоративных изделий из отходов деревьев.

Известен способ получения декоративных изделий из отходов деревьев по а.с. 610685, который включает измельчение отходов древесины и смешивание их с фенолформальдегидной смолой, прессование под давлением 250 кг/см² при температуре 160°C с выдержкой под давлением в течение 12 минут с одновременным выжиганием рисунка на поверхности изделия с помощью нагревательного элемента с локальным нагревом его поверхности до 400°C в течение 20 с. Недостатками данного способа являются его сложность и трудоемкость из-за наличия мощного пресса, а также наличие нагревательного элемента для выжигания рисунка. Недостатком способа является также его вредность, связанная с применением в качестве связующего фенолформальдегидной смолы.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения декоративных изделий из отходов деревьев по патенту РФ N 2121925, который заключается в прессовании отходов шишек хвойных деревьев под давлением 30-50 кг/см ² при нагреве от 60 до 75°С с выдержкой под давлением 8-12 минут. После прессования проводят фиксацию лицевой и тыльной поверхностей изделия (фиксация по плоскостям) без давления и выдерживают в течение 20-24 часов при комнатной температуре. При этом в качестве отходов шишек хвойных деревьев используют шишечную шелуху и остовы шишек.

Как следует из формулы и описания данного изобретения, в качестве связующего выступает природная смола, содержащаяся в отходах шишек хвойных деревьев (основе). Из практики технологии строительных материалов известно, что для придания изделию необходимых эксплуатационных свойств, таких как прочность, долговечность, водостойкость, содержание связующего по отношению к сухой основе должно быть определенным, которое и будет придавать необходимое качество готовому изделию, т.е. обеспечивать его эксплутационные свойства. Содержание же природной смолы в отходах шишек хвойных деревьев не всегда соответствует необходимому, т.к. зависит от многих причин: от времени года сбора отходов, временной вылежки отходов в естественных природных условиях, от условий хранения и т.д. Все это исключает возможность оптимизации количественного соотношения связующего по отношению к сухой основе по рассматриваемому способу, что обуславливает невозможность установления регламентирующих технологических режимов по производству декоративных изделий, нестабильность качества и, как следствие, ухудшение эксплуатационных свойств изделия, предъявляемых к строительным материалам подобного типа (ГОСТ СЭВ 5879-87 Плиты древесностружечные).

Кроме того, природные смолы хвойных деревьев имеют низкие прочностные характеристики и низкую температуру плавления, что также сказывается на качестве готового изделия. Опыт изготовления декоративных плиток на природной смоле показал, что даже плитка, изготовленная из свежих отходов с максимальным содержанием смолы, все же не выдерживала испытаний на прочность, влагостойкость, долговечность, т.е. не обладала необходимым качеством и, в конечном итоге, имела низкие эксплуатационные свойства.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев, которые бы обладали высокими эксплуатационными характеристиками за счет повышения качества.

Поставленная задача решается предлагаемым способом получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев, который заключается в их прессовании при нагреве под давлением и фиксацией по плоскостям без давления в течение 20-24 часов при комнатной температуре. При этом отходы шишек хвойных деревьев стабилизируют по влажности на уровне 5-6%. Затем вводят полимерное связующее - поливинилацетатную дисперсию (ПВА) в количестве 12-25% от сухой массы основы. Полученную шихту перед прессованием подвергают сушке при температуре 80-90°С в течение 30 минут, а прессование проводят при нагреве от 140-150°С под давлением 80-100 кг/см². В качестве отходов шишек хвойных деревьев может использоваться шишечная шелуха и остовы шишек.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показало, что хотя оно и имеет с ним ряд одинаковых операций, но отличается от него наличием операций стабилизации, сушки, введением в основу в качестве связующего поливинилацетатной дисперсии, а также иными режимами прессования, что дает основание считать данное техническое решение обладающим "новизной".

В технике известно использование поливинилацетатной дисперсии:

- при изготовлении лаков,

- как клея по дереву,

- для отделки строительных материалов,

- в бытовой химии,

- в пищевой промышленности (для склеивания этикеток шоколада, для склеивания пакетов в автоматах,

- для склеивания папирос и сигарет,

- в текстильной промышленности,

- в обувной промышленности.

Использование поливинилацетатной дисперсии в качестве связующего при производстве декоративных изделий неизвестно.

Исследования, проведенные с поливинилацетатной дисперсией, показали возможность создания на ее основе материала необходимого качества. Такие декоративные изделия обладают высокой прочностью, влагостойкостью, долговечностью, а также имеют хорошую пластичность и лучшую фактуру.

Кроме того, ПВА относится к нетоксичным полимерам и разрешена к использованию в пищевой и табачной промышленности Министерством здравоохранения. Поэтому, используя ПВА в качестве связующего при производстве декоративных изделии, сохраняют экологическую чистоту изделий.

Выбор процентного соотношения связующего основан на таком необходимом его количестве, которое является достаточным для полного и равномерного смачивания отходов шишек хвойных деревьев, что позволяет получать продукцию с высокой прочностью и влагостойкостью.

Снижение содержания связующего менее 12% является недостаточным для смачивания основы, что приводит к низкой прочности получаемых декоративных плиток, а увеличение содержания связующего выше 25% является нецелесообразным, т.к. только увеличит их стоимость, которая растет с увеличением содержания связующего. Кроме того, чрезмерное количество связующего выдавливается при прессовании, что также сказывается на качестве готовой продукции.

В предлагаемом способе отходы шишек хвойных деревьев перед смешиванием со связующим стабилизируют просушкой по влажности на уровне 5-6%. Это необходимо для оптимального выбора процентного соотношения компонентов в составе шихты и технологического режима изготовления изделий.

Перед прессованием шихту подвергают сушке при температуре 80-90°С в течение 30 минут. Это делают для удаления избытка влаги, содержащейся в шихте, смоченной ПВД, т.к. поливинилацетатная дисперсия - это продукт полимеризации винилацетата в водной среде, и после введения в основу связующего влажность шихты увеличивается. Как показал опыт, исходная шихта перед прессованием должна иметь влажность 3-7%, иначе не получат качественной и прочной плитки.

Снижение температуры сушки менее 80°С ведет к значительному увеличению времени сушки, а при увеличении температуры выше 90°С существует опасность обугливания шихты и возникновения пожара.

В предлагаемом техническом решении прессование проводят при нагреве от 140 до 150° под давлением 80-100 кг/см². Такой режим прессования является оптимальным. При повышении температуры выше 150°С ПВА разлагается и теряет свои свойства, в результате чего прессуемая масса не будет склеиваться, а при снижение температуры ниже 140°C ПВА не полимеризуется, что делает невозможным получение декоративного изделия.

Шелуха шишек, из которой состоит прессуемая шихта, имеет достаточно большие размеры, крупные части которой образуют множество пор. Для получения достаточной прочности необходимо получить плотность прессуемой плитки 1 г/см³, что невозможно при давлении ниже 80 кг/см², т.к. воздух в порах "пружинит" и не дает получить требуемую плотность.

Увеличение же давления выше 100 кг/см² приводит к механическому дроблению шелухи шишек на мелкие части, не смоченные связующим, что ухудшает механическую прочность плитки.

При использовании в качестве исходного материала для горячего прессования шишечной шелухи и остовов шишек возможно как хаотичное расположение их, так и выкладывание аппликаций из остовов шишек на фоне шишечной шелухи.

В качестве исходного материала для получения декоративных изделий могут использоваться шишки кедра и других хвойных деревьев, например пихты, ели.

Таким образом, предлагаемый способ получения декоративных изделий с заявляемой в нем совокупностью признаков позволяет решить поставленную задачу - улучшить эксплуатационные свойства готового изделия за счет повышения качества. Такое выполнение способа непосредственно из уровня техники не вытекает и не было очевидным для специалистов, а имеющиеся отличия непосредственно влияют на решение поставленной задачи. Это дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем.

Способ не вызовет затруднений при его промышленной реализации, т.к. описанные в нем приемы и устройства для его осуществления легко воспроизвести из стандартных материалов с применением известных технологических приемов. Необходимость же в использовании способа получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, не вызывает сомнений, а значит предложение обладает промышленной применимостью.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Отходы шишек хвойных деревьев (основу) просеивают на сите с ячейкой 12-15 мм для отделения от них ореховых зерен и неорганических включений и подвергают магнитной сепарации для отделения металлических включений. Далее проводят стабилизацию основы (просушиванием) по влажности, не превышающей 5-6% и вводят полимерное связующее - поливинилацетатную дисперсию. Смешивание осуществляют до равномерного распределения связующего по поверхности шелухи. Полученную шихту подвергают сушке при температуре 80-90°С в течение 30 минут и отправляют на прессование. Шихта засыпается в пресс-форму заданного размера и равномерно распределяется по объему. Далее пресс-форму нагревают до 140-150°С и проводят горячее прессование под давлением 80-100 кг/см² в течение 1 минуты. После прессования изделие изымают из формы и проводят фиксацию его по плоскостям без давления в течение 20-24 часов при комнатной температуре. Далее изделие может быть упаковано в транспортную тару.

В таблице приведены данные декоративных плиток по влагостойкости, прочности, которые определялись в соответствие с ГОСТ 10635-88.

Как видно из таблицы, плитка, изготовленная по заявляемому способу, обладает более высокой прочностью и влагостойкостью по сравнению с прототипом.

Для сравнения в таблице приведены также данные по прочности и водостойкости древесностружечной (ДСП) и древесноволокнистой (ДВП-М) плиток.

Плитка, полученная по заявляемому способу, имеет декоративный товарный вид при сохранении запаха смол хвойных деревьев, в частности кедра. При этом соблюдаются все необходимые требования к отделочным материалам по экологической чистоте производства и экологической безопасности эксплуатации изделий.

Способ получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев для повышения качества заключается в том, что отходы шишек хвойных деревьев стабилизируют по влажности на уровне 5-6%, а затем вводят поливинилацетатную дисперсию. 1 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев путем прессования при нагреве под давлением и фиксации изделия по плоскостям без давления в течение 20-24 ч при комнатной температуре, отличающийся тем, что 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°С в течение 30 мин, а прессование проводят при нагреве от 140 до 150°С под давлением 60-100 кг/см².2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве отходов шишек хвойных деревьев используют шишечную шелуху и остовы шишек.