КОМПОЗИЦИЯ НА ДРЕВЕСНОЙ ОСНОВЕ Российский патент 2004 года по МПК C08L97/02 

Изобретение относится к производству экологически безопасных строительных элементов, материалов или покрытий, используемых в строительстве, в мебельной промышленности, для производства тары, гранулированного или брикетированного топлива и т.д. Изобретение может быть использовано для изготовления различных строительных элементов: прессованного конструкционного бруса, плит, блоков, панелей, черепицы, профильных и корпусных изделий, покрытия спортивных площадок, паркетной доски, засыпных материалов, теплоизоляции, звукоизоляции, влагоизоляции, для нанесения покрытия с помощью кисти или шпателя или другим известным способом на поверхности, для изготовления стелек для обуви, пробок для бутылок, европоддонов, приспособлений для гольфа и т.д.

Известна композиция на древесной основе, включающая отходы деревообрабатывающей промышленности (опилки, стружки) и связующий компонент - карбамидоформальдегидную смолу (SU, а.с.№421529, кл. B 27 N 3/02, 1971 г.).

Недостатками известной композиции является низкая водостойкость, высокая токсичность изделий, полученных из нее, обусловленная высоким содержанием формальдегида в изделиях, что, в свою очередь, сдерживает использование известной композиции как в производстве мебели, так и в промышленном и гражданском строительстве.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является композиция на древесной основе, включающая экологически безопасный связующий компонент (авторское свидетельство СССР №939496, кл. C 08 L 97/02, 1982 г.).

Недостатками известной композиции является то, что полученные из нее изделия обладают недостаточно высокими физико-механическими показателями, низкой водостойкостью, низкими тепло- и звукоизоляционными характеристиками.

Вышеперечисленные недостатки ограничивают возможность применения композиции для изготовления изделий как в строительстве, так в мебельном и других производствах.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении плотности, прочности, водостойкости и стойкости против микробов и грибков изделий, полученных из предложенной композиции.

Указанный технический результат достигается тем, что в композиции на древесной основе, включающей экологически безопасный связующий компонент, согласно изобретению в качестве древесной основы используют березовую кору, разделенную на бересту и луб, измельченные до 0,1-50 мм, при следующем соотношении составляющих, мас.%:

Древесная основа 5-99

Связующий компонент 1-95

Кроме того, древесная основа может быть выполнена только из бересты, или только из луба, или из смеси бересты и луба при заданном соотношении компонентов.

В качестве связующего компонента может быть использовано талловое масло или талловый пек.

Кроме того, композиция может включать функциональную добавку, например, антипирен.

До составления композиции из березовой коры или ее компонентов - бересты, луба могут быть выделены химические субстанции или биологически активные вещества.

Композицию на древесной основе составляют следующим образом.

Березовую кору разделяют на бересту и луб и измельчают любым известным способом до 0,1-50 мм. При необходимости компоненты (бересту, луб) доводят до влажности 2-30% любым известным способом сушки.

Береста и луб перед смешиванием со связующим компонентом могут подвергаться дополнительной обработке, выделению из них химических субстанций или биологически активных веществ, например, из компонентов березовой коры (бересты и луба) могут экстрагировать бетулин, лупеол, полипренолы, бетулиновую и пальмитиновую кислоты и т.д., что позволяет использовать отходы бетулинового производства для составления композиции, в свою очередь, делая указанное производство безотходным.

Подготавливают связующий компонент - экологически безопасное вещество, например, талловое масло, талловый пек, казеин, и т.д..

Далее смешивают древесную основу и связующий компонент в заданной пропорции. Древесная основа, в зависимости от предъявляемых к композиции требованиям, может быть выполнена только из бересты, или только из луба, или из смеси бересты и луба с заданным соотношением составляющих.

Функциональная добавка может вводиться как в древесную основу, так и в связующий компонент.

Изделия из полученной композиции получают любым известным способом прессования, литья, и т. д. Композиция также может быть использована для нанесения защитного покрытия на поверхности кистью, шпателем и т.п.

Процентное соотношение составляющих композиции (древесная основа, связующий компонент), выполнение древесной основы либо только из бересты, либо только из луба, либо из смеси бересты и луба, размер частиц, получаемых после измельчения, а также способ последующей обработки композиции выбирают в соответствии с требованиями, предъявляемыми к каждому конкретному изделию или поверхности.

В зависимости от процентного соотношения составляющих, выполнения древесной основы только из бересты, или только из луба, или из смеси бересты и луба, размера частиц, связующего экологически безопасного компонента и способа обработки композиции могут быть получены материалы различной плотности (80-1200 кг/м³), водостойкости, с высокими тепло- и звукоизоляционными и другими характеристиками. Содержание в композиции только экологически чистых составляющих делает композицию экологически безопасной и расширяет область применения изделий, изготовленных из нее.

Менее плотные материалы (например, с плотностью 180 кг/м³) могут использоваться для изготовления тепло- или звукоизоляции, причем в составе этих материалов преобладает луб, характеризующийся высокими тепло- и звукоизоляционными характеристиками. Более плотные материалы (500-1200 кг/м³) могут применяться для изготовления плит, черепицы, деталей для производства мебели, паркетной доски и т.д.

Для придания дополнительных качеств изделиям из предложенной композиции при ее составлении могут быть использованы функциональные добавки, например, антипирен, цемент, гидрофобизаторы, объемные наполнители (песок и т.д.), антибактериальные добавки, окрашивающий пигмент, свинцовый порошок (предотвращает проникновение радиации), пластификаторы, художественно-декоративные элементы и т.д.

Например, для снижения горючести изделий, полученных из предложенной композиции, кору или ее компоненты (бересту, луб) обрабатывают экологически безопасным антипиреном, например, борной кислотой с кальцинированной содой.

Поскольку береста обладает гидрофобными свойствами и отталкивает воду, изделия, включающие большое процентное содержание бересты, обладают высокой водостойкостью.

Включение в состав композиции преобладающего количества луба придает изделиям высокие тепло- и звукоизоляционные характеристики, обусловленные свойствами луба. Теплоизоляционные панели могут быть изготовлены из одного луба и связующего компонента.

Пример 1 (изготовление элемента двускатной крыши из бересты):

1-й этап. Предварительно измельченную березовую кору разделяют на луб и бересту, а затем измельчают бересту любым известным способом не менее чем до 20 мм. Производят подготовку связующих компонентов (например, битумной смолы) путем подогрева в емкости для смешивания. Затем туда же помещают древесную основу. В качестве древесной основы используют отделенную бересту. Компоненты тщательно смешивают при следующем соотношении составляющих, мас.%:

Береста 80

Связующий компонент 20

2-й этап. Форму подготавливают любым известным образом для уменьшения прилипания. Смесь заливают в форму, охлаждают до температуры окружающей среды, изделие извлекают. Водопоглощение за 24 часа - 0,2%.

Пример 2 (получение чашечки для фиксации мячика в гольфе):

1-й этап. Предварительно измельченную березовую кору разделяют на луб и бересту. Луб сушат до влажности 14-27%, затем измельчают любым известным способом не менее чем до 2 мм. Производят подготовку (подогрев и растворение) связующего компонента (например, казеина) в емкости для смешивания. Затем туда же помещают древесную основу. В качестве древесной основы используют отделенный луб. Компоненты тщательно смешивают при следующем соотношении составляющих, мас.%:

Луб 70

Связующий компонент 10

Вода 20

2-й этап. Форму подготавливают специальным образом для уменьшения прилипания. Смесь заливают в форму, обезвоживают, прессуют, высушивают горячим воздухом температурой 60-110°С до затвердевания от 2 до 6 часов, охлаждают до температуры окружающей среды.

Полученное изделие обладает свойствами саморазрушения при атмосферном воздействии, что является важной характеристикой чашечек для фиксации мяча при игре в гольф.

Пример 3 (получение декоративного покрытия при заданном соотношении составляющих):

1-й этап. Предварительно измельченную березовую кору разделяют на луб и бересту и измельчают их любым известным способом не менее чем до 6 мм. Производят подготовку связующего компонента (например, масляной краски МА-15, ТУ 2317-005-589-06857-2003) растворителем (Уайт-спирит НЕФРАС С4-(155/200), ТУ 2388-004-23172471-98) в емкости для смешивания. Затем туда же помещают древесную основу. В качестве древесной основы используют бересту и луб. Компоненты тщательно смешивают при следующих соотношениях составляющих, мас.%:

Береста 20

Луб 50

Связующий компонент 25

Растворитель 5

Данное соотношение составляющих является оптимальным для получения приятного тактильного ощущения твердости и упругости (нагрузки на стопу), адгезии, влагоустойчивости, дешевизны. Соотношение растворителя и масляной краски может меняться в зависимости от консистенции краски.

2-й этап. Подготовленный состав выливают на сухую твердую грунтованную поверхность (например, бетон, асфальт) разравнивают скребками до равномерной толщины 3-7 мм и дают высохнуть на воздухе до прекращения прилипания. Покрытие наносят от 3 до 6 слоев в зависимости от требуемой жесткости покрытия.

Сравнительные свойства композиции прототипа и композиции, описанной в данном примере, приведены в таблице 1.

Пример 4 (получение древесноволокнистых плит со связующим из таллового масла):

1-й этап. Предварительно измельченную березовую кору разделяют на луб и бересту, затем бересту отделяют и измельчают любым известным способом до степени помола 20-21 дефибратор-секунд. Древесная основа (береста), смешанная с водой, поступает на отлив. Полученный в водной среде ковер прессуют при удельном давлении 5,5 МПа и температуре 190°С в течение 8 минут.

2-й этап. На поверхность полученных плит при температуре 60-90°С намазкой наносят связующее - талловое масло. Его расход составляет 12 мас.% к абсолютно сухому волокну.

3-й этап. Плита с равномерно нанесенным по всей поверхности связующим поступает далее по ходу технологического процесса на термообработку, которую осуществляют в обычных закалочных камерах при температуре воздуха 160°С в течение 5-6 часов. Затем плиты идут на кондиционирование по обычной технологии.

В таблице 2 приведены сравнительные физико-механические показатели плит, изготовленных из предложенной композиции и композиции прототипа.

Пример 5 (покрытие для отделочных работ из бересты и луба с функциональной добавкой):

1-й этап. Разделяют березовую кору на луб и бересту и измельчают любым известным способом не менее чем до 10 мм. Производят подготовку (разведение водой) связующих компонентов (например, алебастра) в емкости для смешивания. Затем в емкость помещают древесную основу и функциональную добавку (например, охру). Компоненты тщательно смешивают при следующих соотношениях составляющих, мас.%:

Луб и береста 60

Связующий компонент 16

Охра 4

Вода 20

2-й этап. Кашицеобразную массу наносят на обрабатываемую поверхность, выравнивают шпателем и дают высохнуть на воздухе при t от +1°С до 24 часов.

Пример 6 (получение теплоизоляционного засыпного материала из луба с функциональной добавкой - антипиреном):

1-й этап. Теплоизоляционный материал изготавливается следующим образом.

Исходный материал в виде измельченного луба просеивают на сите с диаметром отверстий 3 мм. Затем частицы обрабатывают в тарельчатом грануляторе, подавая на вращающийся слой частиц водный раствор связующего (например, разведенную водой и перекипяченную смесь поливинилового спирта (ПВС) и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ)) с антипиреном БС, состоящим из борной кислоты и кальцинированной соды с определенной вязкостью.

Полученные сферические гранулы подвергают сушке при температуре 60-110°С, после чего они затвердевают и приобретают все необходимые свойства теплоизоляционного материала при следующем соотношении составляющих, мас.%:

Луб 55

Связующий компонент 15 (с равными

соотношениями составляющих

его элементов) 15

Антипирен (бура) 20

Вода Остальное

2-й этап. Смесь заливают в формы, обезвоживают, нагревают горячим воздухом температурой 60-110°С до затвердевания от 2 до 6 часов. В таблице 3 приведены сравнительные характеристики предлагаемой композиции и композиции, принятой за прототип.

Пример 7 (получение черепицы из проэкстрагированной бересты):

1-й этап. Производят подготовку компонентов состава. Древесную основу (например, проэкстрагированную бересту) подсушивают до заданного значения влажности. Загружают в вибровращательную мельницу вместе с мелющими телами (шарами), далее в отдельной емкости компоненты смешивают при следующем соотношении составляющих, мас.%:

Проэкстрагированная береста 80

Связующий компонент 5

Вода 15

2-й этап. После смешения компонентов полученную композиционную смесь прессуют с получением готовых изделий.

Пример 8.

Береста и луб перед смешиванием со связующим компонентом могут подвергаться дополнительной обработке, выделению из них химических субстанций или биологически активных веществ, например, из компонентов березовой коры могут экстрагировать бетулин, а отходы бетулинового производства могут быть использованы для составления композиции на древесной основе.

560 г тонко размолотой бересты в 5-литровой колбе заливают 3 л 1-бутанола и кипятят при температуре 120°С в течение 2 часов. Массу фильтруют, шрот отжимают, а из фильтрата отгоняют около 2,8 л растворителя. Остаток оставляют для кристаллизации на 16 часов при температуре 5-15°С. Полутвердую массу переносят на фильтр, тщательно отжимают от 1-бутанола и осадок промывают водой для удаления остаточного растворителя. Кристаллы бетулина высушивают до постоянного веса.

Получаемый сухой порошок представляет собой бетулин.

В таблице 4 приведены соотношения компонентов композиции и сравнительные характеристики предлагаемой композиции и композиции, принятой за прототип.

Предложенное техническое решение позволяет придать изделиям, полученным из композиции на древесной основе заданную (в том числе и высокую до 1200 кг/м³) плотность, высокую водостойкость при получении экологически безопасных изделий, что значительно расширяет область их применения.

Изобретение относится к производству экологически безопасных строительных элементов, материалов или покрытий, используемых в строительстве, в мебельной промышленности, для производства тары, гранулированного или брикетированного топлива и т.д. Изобретение может быть использовано для изготовления различных строительных элементов: прессованного конструкционного бруса, плит, блоков, панелей, черепицы, профильных и корпусных изделий, покрытия спортивных площадок, паркетной доски, засыпных материалов, теплоизоляции, звукоизоляции, влагоизоляции, для нанесения покрытия с помощью кисти или шпателя или другим известным способом на поверхности, для изготовления европоддонов, приспособлений для гольфа и т.д. Композиция на древесной основе включает экологически безопасный связующий компонент. В качестве древесной основы используют березовую кору, разделенную на бересту и луб, измельченные до 0,1-50 мм. Кроме того, древесная основа может быть выполнена только из бересты, или только из луба, или из смеси бересты и луба, при заданном соотношении компонентов. В качестве связующего компонента может быть использовано талловое масло или талловый пек. Кроме того, композиция может включать функциональную добавку, например антипирен. До составления композиции из березовой коры или ее компонентов - бересты, луба могут быть выделены химические субстанции или биологически активные вещества. Определенное соотношение компонентов обеспечивает повышение плотности, прочности, водостойкости и стойкости против микроорганизмов и грибков изделий, полученных из предложенной композиции при одновременном снижении их токсичности при изготовлении и эксплуатации. 7 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Композиция на древесной основе, включающая экологически безопасный связующий компонент, отличающаяся тем, что в качестве древесной основы используют березовую кору, разделенную на бересту и луб, измельченную до 0,1-50 мм, при следующем соотношении составляющих, мас.%:

Древесная основа 5-99

Связующий компонент 1-95