СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ Российский патент 2013 года по МПК B27N3/00 

Изобретение относится к безотходным и малоотходным ресурсосберегающим технологиям в производстве древесноволокнистых плит (ДВП) из древесины лиственных пород, а также экологии и предусматривает утилизацию коры в деревообрабатывающей промышленности.

Кора относится к отходам производства, не нашедшим широкого промышленного использования. Причиной такого положения является особое анатомическое строение коры и ее высокая влажность, повышенная зольность. При этом огромное количество коры образуется в процессе переработки древесины и не находит дальнейшего использования в технологическом процессе. Ежегодно на деревообрабатывающих предприятиях коры скапливается от 6 до 20% от общего объема круглых лесоматериалов. Кора практически не используется, небольшая часть коры используется для производства топливных брикетов или идет на сжигание, а оставшаяся вывозится на полигоны для захоронения.

Несмотря на то что проводятся многочисленные исследования и существуют разработки отечественных и зарубежных авторов по вопросам использования коры, в том числе и в производстве плитных материалов, практического использования эти разработки не нашли. Это объясняется тем, что на деревообрабатывающих предприятиях имеются большие объемы более качественных древесных отходов (кусковые отходы лесопиления, отходы мебельного и столярного производства, технологическое сырье), позволяющих получать как древесноволокнистые, так и древесностружечные плиты без дополнительных затрат на освоение новой технологии.

СвердНИИПдревом разработан способ получения корьевых плит, без добавления древесного волокна и связующих веществ, при котором можно получать плиты с пределом прочности при статическом изгибе до 20 МПа, и набухание за 24 часа составляет 15%. Технологический процесс получения таких плит требует температуры прессования 157-167°С и давления 5-6 МПа [1].

Ввиду низкой прочности такие плиты не нашли широкого применения.

Известен способ производства композиции на основе березовой коры и талового масла или талового пека в качестве связующего компонента. Березовую кору, разделенную на бересту и луб, измельченные до размера 0,1-50 мм, используют в количестве до 99%. 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 в количестве до 25% [2].

Известен способ использования измельченной березовой коры без синтетических связующих для производства плит плотностью от 350 до 800 кг/м³ [3]. При этом используют березовую кору, измельченную до фракции 40-5000 мкм, и наполнитель преимущественно из волокон целлюлозы при следующих соотношениях от общей сухой массы, мас.%: березовая кора - 60-95, волокна целлюлозы - 5-40%. Перед формированием ковра наполнитель увлажняют до влажности 18-20% и смешивают с измельченной корой, ковер формируют с толщиной, равной 200-300% толщины готовой плиты. Сформированный таким образом ковер прессуют при температуре 160-180°С. Время прессования составляет 0,5-0,8 минут на 1 мм толщины.

Недостатком указанных способов является отсутствие оборудования и схемы организации технологического процесса для производства изделий из предложенных композиций.

Известен способ изготовления плит из коры лиственных или хвойных пород деревьев [4]. Кору измельчают, просеивают, удаляя частицы коры выше и ниже требуемого размера. Подготовленную кору пропитывают 5-20% раствором полистирола либо метилметакрилата в этилацетате до содержания полимера в плите 10-25%. После окончания пропитки растворитель (этилацетат) удаляют на рекуперацию. Плиты формируют методом компрессионного прессования при температуре плавления полимера (для полистирола +180±5°С, для полиметилметакрилата +170±5°С) и удельном давлении 10±0,5 МПа. Время выдержки под давлением составляет 0,3-0,5 мин на 1 мм толщины готовой плиты. Готовые плиты охлаждают под давлением до температуры примерно 110°С, после чего плиты извлекают из пресс-формы.

Недостатком способа является то, что для создания требуемой прочности получаемых изделий используют синтетические полимеры в летучем растворителе, для удаления которого требуется отдельная стадия отгонки токсичного растворителя, требующая оборудования во взрывобезопасном исполнении. Кроме того, предлагаемые полимеры дефицитны и дороги и ухудшают экологическую обстановку в цехах и в целом на предприятии.

Известны древесная плита и способ изготовления этих плит, с использованием древесной коры без использования синтетических связующих [5]. Для приготовления пресс-композиции ковра берут растительное сырье - кору - и подвергают его гидролизу при температуре 170-180°С в течение 2 ч, после чего массу сушат до влажности 8% и спрессовывают сначала при температуре 20°С и давлении 15 МПа, а затем прессуют при температуре 160°С и давлении 15 МПа. Продолжительность прессования 1 мин на 1 мм толщины готовой плиты. После горячего прессования пластик подвергают охлаждению в прессе без снятия давления.

Недостатком известного решения является то, что для его осуществления требуется стадия гидролиза и стадия охлаждения готового пластика в прессе без снятия давления, что усложняет технологию в целом и удорожает производство. Кроме того, ассортимент выпускаемых плит ограничен высокой плотностью изделий.

Известен способ производства ДВП мокрым способом. Способ предусматривает сепарирование и мойку технологической щепы; размол щепы в две ступени; введение в древесноволокнистую массу добавок: фенолоформальдегидной смолы, парафиновой эмульсии, и серной кислоты; отлив ковра; горячее прессование; закалку; кондиционирование и форматную обрезку полученных плит [6].

Недостатком известного способа является то, что при производстве ДВП из древесины лиственных пород содержание смолы по отношению к массе абсолютно сухого волокна должно быть не менее 1,3%. Технологический процесс производства ДВП позволяет использовать исходное сырье с содержанием коры в количестве не более 15% (в щепе из сучьев до 20%) от массы щепы. Ограничение по количеству коры в технологической щепе уменьшает возможность использования коры на деревообрабатывающих предприятиях. С увеличением доли коры в общей массе волокна ухудшается как внешний вид готовой продукции, так и ее качественные характеристики, это приводит к необходимости использования большего количества связующего, что повышает себестоимость и токсичность плит.

Таким образом, существующие способы использования коры в производстве плит и древесных композиций либо ухудшают физико-механические характеристики при соблюдении существующей технологии, либо увеличивают токсичность плит, либо требуют использования нового оборудования, новых затратных технологий для производства готовых изделий с использованием коры. А технологий, позволяющих использовать кору в ДВП, в количестве, превышающем 15%, не ухудшая физико-механические характеристики, не существует.

Изобретение решает задачи утилизации коры, улучшая экологическое состояние промышленных площадок деревообрабатывающих предприятий; эффективного использования древесины, уменьшая расход абсолютно сухого волокна для производства ДВП; снижения токсичности и себестоимости готовой продукции за счет уменьшения расхода связующего при производстве ДВП из древесины лиственных пород.

Техническим результатом изобретения является разработка простого и дешевого способа утилизации и переработки коры в производстве ДВП из древесины лиственных пород, улучшение физико-механических характеристик ДВП, уменьшение эмиссии формальдегида из плит и снижение себестоимости продукции.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе производства древесноволокнистых плит из древесины лиственных пород, включающем размол технологической щепы в две стадии, введение добавок - фенолформальдегидной смолы, парафиновой эмульсии и осадителя, формирование ковра и прессование, при введении добавок дополнительно вводится кора в количестве 6-16% от массы абсолютно сухого волокна. Кору предварительно измельчают до размеров фракции 0,05-0,8 мм и вымачивают в течение 2-4 часов в горячей воде при температуре 60-100°С с массовым соотношением коры к воде 1:10-1:14.

В качестве коры можно использовать кору сосновую, или кору березовую, или кору елово-пихтовую.

Указанный технический результат достигается за счет измельчения до определенного фракционного состава коры, замачивания ее горячей водой и использования этого состава в качестве упрочняющей добавки в производстве ДВП. Оптимальное количество коры, вводимое в древесноволокнистую массу, должно находиться в интервале от 6 до 16% от массы исходного неокоренного сырья в абсолютно сухом состоянии. Последовательность технологических операций и режимы работы оборудования аналогичны, как при производстве ДВП мокрым способом производства.

Использование коры в количестве менее 6% и более 16% ухудшает физико-механические характеристики ДВП.

Измельчение коры до размеров фракции менее 0,05 не целесообразно экономически, а более 0,8 мм приводит к снижению физико-механических характеристик и ухудшению внешнего вида плит.

Проведение вымачивания измельченной коры в горячей воде при температуре 60-100°С и массовом соотношении 1:10-1:14 в течение 2-4 часов определено экспериментальным путем и приводит к наилучшим физико-механическим характеристикам плит.

Для примеров были изготовлены древесноволокнистые плиты по ГОСТ 4598-86 «Плиты древесноволокнистые мокрого способа производства» с содержанием измельченной коры сосновой, березовой и елово-пихтовой от 6 до 16% в лаборатории лесоперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и химической технологии древесины Лесосибирского филиала Сибирского государственного университета.

Пример 1.

Технологическую щепу из древесины лиственных пород с содержанием коры 15% подвергали размолу в две ступени (дифибратор, рафинатор). Степень помола массы на первой ступени 11 ДС, на второй 22 ДС, показатель фракционного состава был равен 33 г. Для изготовления 1 образца (плиты) брали древесноволокнистую массу с содержанием абсолютно-сухого волокна 207 г.

Кору сосновую измельчали до размеров фракции 0,05 мм. Для измельчения коры использовали мельницу, работающую по сухому способу размола. Измельченную кору замачивали в горячей воде с массовым соотношением 1:10 - при температуре 100°С и выдерживают в течение 2 часов.

В полученную древесноволокнистую массу добавляли фенолоформальдегидную смолу в количестве 1% от массы абсолютно сухого волокна (2,07 г стандартной концентрации), парафиновую эмульсию в количестве 1% парафина к массе абсолютно сухого волокна (2,07 г), в качестве осадителя использовали серную кислоту (0,7% концентрированной серной кислоты; 1,45 г) и 6% коры сосновой (12,42 г при влажности 8%).

Отлив ковра и прессование плит производилось на лабораторном оборудовании согласно выбранному режиму для производства твердых древесноволокнистых плит мокрого способа производства. Температура плит пресса была равна 183°С, давление прессования на фазе «отжим» - 6 МПа, на фазе «сушка» - 1 МПа, на фазе «закалка» - 5 МПа, продолжительность прессования 1,79 мин на 1 мм толщины готовой плиты.

После прессования производилась закалка плит в течение 4 часов при температуре 150°С. Физико-механические характеристики плит определялись по ГОСТ 19592-80 «Плиты древесноволокнистые. Методы испытаний».

Примеры 2-6 - способ получения ДВП аналогично примеру 1.

Примеры 7-12 - способ получения ДВП аналогично примеру 1. В качестве коры использовалась кора березы.

Примеры 12-18 - способ получения ДВП аналогично примеру 1. В качестве коры использовалась кора елово-пихтовая.

Условия проведения процесса получения ДВП по примерам 1-18 приведены в таблице 1.

Таблица 1 Условия проведения процесса получения ДВП N примера Масса абсолютно-сухого волокна, г Количество измельченной коры, % Размер фракции коры, мм Время вымачивания, час Температура вымачивания, °С Массовое соотношение, кора: вода 1 2 3 4 5 6 7 Кора сосновая 1 207 6 0,05 2 100 1:10 2 202 8 0,08 2 70 1:12 3 198 10 0,1 4 60 1:14 4 194 12 0,06 2 60 1:10 5 189 14 0,5 3 70 1:10 6 185 16 0,8 2 70 1:14

Продолжение таблицы 1 1 2 3 4 5 6 7 Кора березовая 7 207 6 0,8 2 70 1:10 8 202 8 0,09 3 80 1:12 9 198 10 0,1 3 100 1:11 10 194 12 0,2 3 100 1:14 11 189 14 0,05 2 60 1:14 12 185 16 0,8 4 70 1:13 Кора елово-пихтовая 13 207 6 0,8 2 60 1:12 14 202 8 0,5 2 70 1:14 15 198 10 0,07 3 100 1:10 16 194 12 0,4 4 80 1:12 17 189 14 0,05 3 70 1:13 18 185 16 0,1 3 70 1:12

В таблице 2 приведены значения физико-механических характеристик ДВП, полученных по примерам 1-18 в зависимости от содержания и вида измельченной коры в исходном древесноволокнистом полуфабрикате.

Таблица 2 Физико-механические характеристики ДВП № примера Количество измельченной коры, % Плотность, кг/м³ Предел прочности на статический изгиб, МПа Набухание за 24 ч, % 1 2 3 4 5 Кора сосновая 1 6 1004 40 20 2 8 975 40 19 3 10 945 43 18 4 12 915 40 17 5 14 894 39,5 17 6 16 886 33 17 Кора березовая 7 6 972 33 14 8 8 983 34 13 9 10 990 34 13 10 12 945 36 11 11 14 950 33 10 12 16 980 33 10

Продолжение таблицы 2 1 2 3 4 5 Кора елово-пихтовая 13 6 965 36 19 14 8 974 37 17 15 10 943 38 16 16 12 952 34 15 17 14 924 33 15 18 16 904 33 14 Физико-механические характеристики по ГОСТ 4598-86 для твердых ДВП 800-1100 33-38 20-23

Как видно из данных таблицы 2, использование сосновой коры существенно улучшает предел прочности ДВП на статический изгиб. Использование коры березовой снижает набухание плит по сравнению с другими видами коры. Использование елово-пихтовой коры улучшает прочностные характеристики и снижает набухание плиты. Независимо от вида используемой коры плиты соответствуют ГОСТу 4598-86.

Использование коры в производстве ДВП позволяет уменьшить расход древесного волокна, упрочняющей добавки - смолы, снизить токсичность и себестоимость плит, улучшить экологическую обстановку деревообрабатывающих предприятий.

Способ использования измельченной коры в производстве ДВП не требует значительных капитальных затрат. Операции по сбору, очистке, измельчению, замачиванию водой могут быть механизированы и внедрены в технологический процесс производства ДВП.

Предложенный способ использования измельченной коры в производстве ДВП является эффективной мерой утилизации коры, способствует снижению себестоимости и уменьшению токсичности плит и решает технологические, экономические и экологические задачи:

1) экономия исходного древесного сырья в производстве ДВП;

2) возможность эффективно использовать кору, способствуя решению проблемы ее утилизации, улучшая экологическое состояние промышленных площадок деревообрабатывающих предприятий;

3) снижения расхода формальдегидных связующих и, как следствие, снижение себестоимости продукции и уменьшение эмиссии формальдегида;

4) снижение расходов предприятий на очистку промышленных площадок и вывозку коры на полигоны.

Таким образом, использование измельченной коры в производстве ДВП по существующей технологии позволит при уменьшении себестоимости, за счет снижения расхода исходного сырья и упрочняющих добавок, улучшить эксплуатационные свойства готовых плит. Данный способ позволяет уменьшить общепроизводственные расходы, связанные с очисткой промышленных площадок от коры и ее вывозкой на полигоны.

Источники информации

1. Житков А.В. Утилизация древесной коры. - М.: Лесн. пром-сть, 1985 г.

2. RU №2003118707/04, 2003, МПК C08L 97/02.

3. RU 2245783, 2005, МПК B27N 3/00, B27N 3/02, B27N 3/04.

4. RU 1757886, B27N 3/02, 1991.

5. RU 2173256, B27N 3/08, 2001.

6. Волынский В.Н. Технология древесных плит и композитных материалов. - СПб.: «Лань», 2010 г.

Изобретение относится к безотходным и малоотходным ресурсосберегающим технологиям в производстве древесноволокнистых плит, а также экологии. Способ использования измельченной коры в производстве ДВП из древесины лиственных пород, включает размол технологической щепы в две ступени и введение в полученную древесноволокнистую массу используемых добавок и измельченной коры в количестве от 6% до 16% от массы абсолютно сухого волокна. Предварительно кору измельчают до размеров фракции 0,05-0,8 мм, замачивают водой при температуре 60-100°С в течение не менее 2-4 часов с массовым соотношением 1:10-1:14. Дальнейший технологический процесс предусматривает формирование древесноволокнистого ковра, прессование плит, закалку, кондиционирование готовой продукции. Изобретение позволяет получить способ утилизации и переработки коры в производстве ДВП с целью снижения себестоимости продукции и уменьшения эмиссии формальдегида из плит. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ производства древесноволокнистых плит, включающий размол технологической щепы в две стадии, введение добавок - фенолформальдегидной смолы, парафиновой эмульсии и осадителя, формирование ковра и прессование, отличающийся тем, что в при введении добавок дополнительно вводится кора в количестве 6-16% от массы абсолютно сухого волокна, предварительно измельченная до размеров фракции 0,05-0,8 мм и вымоченная в течение 2-4 ч в горячей воде при температуре 60-100°С и массовом соотношении 1:10-1:14.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве коры используют кору сосновую, или кору березовую, или кору елово-пихтовую.