КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ И СТРОИТЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Российский патент 2010 года по МПК C08B3/06 C08L97/00 C08L97/02 

Изобретение относится к области композиционных материалов, а именно к композиционным материалам на основе лигноцеллюлозного сырья, и может быть использовано при изготовлении композиционных материалов (термостойких, пожаробезопасных покрытий для стеновых панелей, мебели, отделочных декоративных покрытий, электропроводящих потолочных панелей) для деревообрабатывающей и строительной промышленности.

Композиционные материалы такого типа представляют собой составы на основе термопластичного или другого связующего, наполнителя и различных добавок.

Рассмотрим известный композиционный материал для древесно-стружечных плит, где в качестве связующего используется карбамидоформальдегидная смола, в качестве наполнителя - древесные опилки или стружка, а для улучшения механических характеристик в материал вводят добавку стеарокса и других веществ [А.С. №1416499, Кл. C08L 97/02, 1986]. Несмотря на комплекс положительных характеристик, этот материал имеет низкую экологичность. Указанный недостаток аналога может быть устранен использованием связующих других типов.

Известно, что изготовление древесно-минеральных композиционных материалов на основе целлюлозосодержащего заполнителя, включающее обработку его химическими добавками (жидким стеклом, хлористым кальцием и др.) и совмещении с минеральным вяжущим, например портландцементом, и последующим формованием и окончательной обработкой изделий [Щербаков А.С., Мельникова Л.В., Гамова И.А. Технология древесных композиционных материалов. - М.: Экология, 1992, С.10-74]. Использование портландцемента в качестве связующего позволяет получить более экологичные материалы. Однако и этот аналог имеет недостатки: сложная технология изготовления изделий, низкие физико-механические показатели материала и низкая водостойкость.

Из известных композиционных материалов на основе целлюлозосодержащего сырья наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является полимерная композиция, включающая 10-30 мас.% термопластичного связующего и измельченную древесину, причем в качестве связующего в составе применяется смешанный сложный эфир целлюлозы, уксусной и алифатической кислот [Патент РФ №2092507, Кл. C08L 97/02, 1997]. Несмотря на то, что прототип устраняет основные недостатки описанного выше аналога - повышает прочность материалов при изгибе, водостойкость и упрощается процесс приготовления композиции, ему также присущи недостатки: низкая температура эксплуатации и слабая теплопроводность, что ограничивает область применения композиционного материала в строительстве при изготовлении изделий из композиционных материалов.

Основная задача заявляемого изобретения - создать композиции для получения композиционных материалов, обладающие водостойкостью, высокой прочностью и электропроводностью, огнестойкие и пожаробезопасные для применения в деревообрабатывающей и строительной промышленности.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в композицию для получения композиционных материалов, содержащую в качестве связующего лигноцеллюлозное связующее - ацетилированную древесину осины, и дополнительно вводят добавку порошкообразного неорганического вещества из группы: Al, AlCl₃*Н₂О, Al(ОН)₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%: лигноцеллюлозное связующее - от 30 до 70, добавка - остальное.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Для активации лигноцеллюлозного материала (древесных опилок и стружки) перед получением лигноцеллюлозного связующего проводят его предварительную обработку на роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора не менее 3000 об/мин. Навеску воздушно-сухих опилок или стружек древесины осины (фракция 1÷3 мм) массой 500 г помещают в стальной сосуд емкостью 50 л и заливают 8÷10 л воды, перемешивают при температуре 60÷70°С в течение 30 минут. Затем обработанную древесину отфильтровывают через полотняный фильтр, промывают водой до нейтральной среды, отжимают на фильтре и высушивают на воздухе до постоянной массы.

Получение лигноцеллюлозного связующего - ацетилированной древесины осины (АДО) на основе активированного лигноцеллюлозного материала проводят следующим образом. Навеску воздушно-сухих активированных опилок древесины осины массой 3,0 г помещают в круглодонную колбу емкостью 250 мл, снабженную обратным холодильником и помещенную на масляную баню (термостат). В колбу добавляют суспензию сульфата аммония (20% от массы взятой древесины) в 3 моль уксусного ангидрида. Реакционную смесь выдерживают при температуре 125÷130°С в течении 4 ч. Затем колбу охлаждают до комнатной температуры и добавляют в нее 100 мл дистиллированной воды. Смесь отфильтровывают на пористом стеклянном фильтре (класс пор 160) и промывают дистиллированной водой от уксусной кислоты и катализатора до нейтральной среды и отсутствия сульфат ионов (контроль по BaCl₂).

Содержание связанных ацетильных групп определяют путем омыления образцов ацетилированной древесины 0,5 М спиртовым раствором гидроксида натрия с последующим обратным кондуктометрическим титрованием избытка щелочи 0,5 М соляной кислотой. Содержание связанных ацетильных групп в полученном связующем составляет 46 мас.%. Высокая термопластичность ацетилированной древесины, гидрофобные свойства, хорошая адгезия к минеральным, особенно, органическим веществам определяют возможности ее использования в качестве лигноцеллюлозного связующего для изготовления композиционных материалов для деревообрабатывающий и строительной промышленности.

Пример 2.

При изготовлении композиции для получения композиционного материала с добавкой (наполнителем) алюминия в шаровой мельнице без мелющих тел или в лопастном смесителе смешивают лигноцеллюлозное связующее, подготовленное по примеру 1, и порошок алюминия Al марки ПАП, АП-1,2 в течение 15÷20 мин. в следующих соотношениях, мас.%:

Лигноцеллюлозное связующее 30÷70,

наполнитель (порошок алюминия) - остальное.

Полученную смесь помещают в пробирку и нагревают не более 2 ч при 120°С, прессуют в виде таблеток (для удобства изучения свойств материала) диаметром 1 см, что соответствует диаметру отверстия в цилиндрической пресс-форме, под действием силы 15 кН. Свойства полученных материалов (образцы 2-6) приведены в табл.1.

Полученные композиционные материалы имеют прочность до 21,0 МПа, металлический блеск и используются для получения отделочных декоративных покрытий в деревообрабатывающей и строительной промышленности.

Пример 3.

При изготовлении композиции для получения композиционного материала с добавкой гидрата хлорида алюминия поступают аналогично примеру 2 с той разницей, что в качестве добавки к лигноцеллюлозному связующему берут порошок гидрата хлорида алюминия AlCl₃*6Н₂О, квалификации х.ч, предварительно доведенный до постоянный массы при 110÷120°С в течение 1,5÷2 ч и измельченный до размера частиц 100÷200 мкм. Свойства полученных лигноцеллюлозных композиционных материалов (образцы 7-11) приведены в табл.1.

Полученные композиции имеют прочность до 19,6 МПа, электропроводящие свойства (удельное электросопротивление до 10⁴ Ом*см^-1) и используются для получения электропроводящих потолочных панелей в деревообрабатывающей и строительной промышленности.

Пример 4.

При изготовлении композиции для получения композиционного материала с добавкой гидрата хлорида алюминия поступают аналогично примеру 2, с той разницей, что в качестве добавки (наполнителя) к лигноцеллюлозному связующему используют порошок гидроксида алюминия Al(ОН)₃, полученный осаждением из водного раствора соли алюминия (например AlCl₃*6Н₂О) 0,5 М раствором гидроксида аммония, высушенным массы при 110÷120°С в течение 1,5÷2 ч. Свойства полученных материалов (образцы 12-16) приведены в табл.1.

Полученные композиции имеют наибольшую термостабильность (до 210°С) и используются для получения композиционного материала в деревообрабатывающей и строительной промышленности в качестве термостойких, пожаробезопасных покрытий для стеновых панелей, мебели.

Как видно из данных таблицы 1, полученные композиции при содержании всех видов добавок (неорганических наполнителей) 30-70% имеют наилучшие показатели свойств. Прочность полученных композитов составляет до 21,0 МПа (214 кг/см²), что сравнимо с прототипом. К тому же данные материалы имеют низкие значения водопоглощения до 6,5% (табл.1). А также методом дифференциального термического анализа наблюдают термическую стабильность исходного и полученных материалов (табл.2): образец 3 (фиг.1) термоустойчив до 140°С, а образцы 8, 13 (фиг.2-3 соответственно) - до 210°С, что лучше прототипа. На основании данных показателей полученные композиции могут быть использованы для изготовления композиционных материалов (термостойких, пожаробезопасных покрытий для стеновых панелей, мебели, отделочных декоративных покрытий, электропроводящих потолочных панелей) в деревообрабатывающей и строительной промышленности.

Таблица 1.
Удельное электросопротивление, предел прочности разрушения и водопоглощение композиций Образец Состав образца Содержание наполнителя, % Удельное электросопротивление, Ом*см^-1 Предел прочности разрушения, МПа Водопоглощение, % 1 АДО - Более 10⁶ 12.0 0.4 2 АДО+Al 10 Более 10⁶ 12.7 0.6 3 30 Более 10⁶ 21.0 0.6 4 50 Более 10⁶ 17.2 0.8 5 70 Более 10⁶ 20.5 0.9 6 90 Более 10⁶ 19.5 0.9 7 АДО+AlCl₃*6H₂O 10 Более 10⁶ 16.9 1.6 8 30 Более 10⁶ 19.6 2.3 9 50 Более 10⁶ 17.3 3.8 10 70 10⁵ 18.3 4.7 11 90 10⁴ 19.3 5.2 12 АДО+δ-Al(ОН)₃ 10 Более 10⁶ 9.3 1.8 13 30 Более 10⁶ 10.9 2.7 14 50 Более 10⁶ 10.4 4.1 15 70 Более 10⁶ 10.7 5.0 16 90 Более 10⁶ 10.8 6.5

Таблица 2.
Термический анализ композиций Образец Состав образца Масса навески, мг № пика Вид эффекта Т_нач., °С Т_макс., °С Т_кон., °С Потеря массы, мг   Исходная древесина 49,00         115 3,5 1 Экзо- 180 265 340 34,5 2 Экзо- 340 390 450 8,5 1 АДО           125 0,42 1 Экзо- 205 280 350 14,80 2 Экзо- 380 405 475 4,48 3 АДО, Al 22,50 1 Эндо- 60 95 125 0,24 2 Экзо- 140 190 225 7,94 3 Экзо- 225 285 470 13,12 8 АДО, AlCl₃·6H₂O 43,75 1 Эндо- 60 70 80 - 2 Эндо- 130 135 145 - 3 Эндо- 165 175 185 - 4 Экзо- 200 245 280 41,31 13 АДО, δ-Al(ОН)₃ 30,00   -     180 1,52 1 Экзо- 210 315 480 19,44

Изобретение относится к области композиционных материалов на основе лигноцеллюлозного сырья, в частности к пресс-композициям, и может быть использовано в деревопереработке и строительстве. Композиционный материал получают из связующего - ацетилированной древесины осины с дополнительным введением добавки - порошкообразного неорганического вещества из группы: Al, AlCl₃*6H₂O, Al(ОН)₃ при следующем массовом соотношении компонентов, мас.%: Лигноцеллюлозное связующее - от 30 до 70, добавка - остальное. Изобретение способствует расширению составов композиционных материалов, увеличению прочности, термостойкости и водостойкости композитов. 3 ил., 2 табл.

Композиция для получения композиционных материалов для деревообрабатывающей и строительной промышленности, включающая термопластичное связующее и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве связующего используют лигноцеллюлозное связующее - ацетилированную древесину осины и дополнительно вводят добавку - порошкообразное неорганическое вещество из группы: Al, Al Cl₃·6Н₂О, Al(ОН)₃ при следующем массовом соотношении компонентов, мас.%:
лигноцеллюлозное связующее 30-70 добавка остальное