СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Российский патент 2020 года по МПК B27N1/00 

Настоящее изобретение относится к способу изготовления древесных материалов из содержащих лигноцеллюлозу продуктов измельчения, прежде всего изготовления древесных изоляционных плит или ОСБ-плит (древесностружечных плит с упорядоченным расположением стружки или ориентированно-стружечных плит), при этом такие древесные материалы для снижения или уменьшения выделения из них летучих органических соединений (ЛОС) и при определенных условиях высоколетучих органических соединений (ВЛОС), включая терпены, кислоты и альдегиды, при их изготовлении обрабатывают комбинацией добавок. Согласно изобретению для такой обработки при этом используют первый компонент, который представляет собой пористый углерод, и второй компонент, который представляет собой гидросульфит. Изобретение относится далее к изготавливаемым предлагаемым в нем способом древесным материалам со сниженным выделением из них летучих органических соединений, включая терпены, кислоты и альдегиды. Помимо этого настоящее изобретение относится к применению комбинации добавок из первого компонента в виде пористого углерода и из второго компонента в виде гидросульфита для снижения или уменьшения выделения ЛОС из древесных материалов в процессе и после их изготовления из содержащих лигноцеллюлозу продуктов измельчения.

Уровень техники

Лигноцеллюлоза или содержащие ее материалы, такие как древесина и продукты ее измельчения, и изготовленные из них древесные материалы, такие как древесные плиты, содержат помимо прочего летучие органические соединения (ЛОС) и высоколетучие органические соединения (ВЛОС). Выделение таких ЛОС и ВЛОС, совместно называемых также общими летучими органическими соединениями (ОЛОС), из древесных материалов является с учетом возрастающего использования древесных продуктов во внутренних помещениях серьезной проблемой. К летучим органическим соединениям наряду с насыщенными и ненасыщенными альдегидами относятся также все летучие органические вещества, время удерживания которых в газовом хроматографе лежит в пределах между временем удерживания углеводорода С₆ (гексан) и временем удерживания углеводорода C₁₆ (гексадекан). Соответствующее определение в этом отношении содержится также в описании стандарта "AgBB - Bewertungsschema VOC aus Bauprodukten", год издания 2015 [стандарт, разработанный Комиссией ФРГ по оценке влияния строительных материалов и изделий на здоровье человека (сокращенно "AgBB" от нем. "Ausschuss zur gesundheitliche Bewertung von Bauprodukten")]. ЛОС образуют не однородный класс веществ, а группу самых разнообразных по своей природе и структуре соединений. К ним помимо прочего относятся органические кислоты, насыщенные и ненасыщенные альдегиды, спирты, терпены, алифатические и ароматические углеводороды и многие другие. Среди таких соединений особо выделяют группу высоколетучих органических соединений (ВЛОС), к которым относятся, например, формальдегид или муравьиная кислота. Отдельную от ЛОС группу составляют труднолетучие органические соединения (ТЛОС), у которых время удерживания лежит в интервале от свыше времени удерживания углеводорода C₁₆ до времени удерживания углеводорода C₂₂.

Такие ОЛОС встречаются при изготовлении, равно как и при применении древесных материалов. ОЛОС, образуемые совместно ЛОС и ВЛОС, могут выделяться, с одной стороны, при отверждении клеев (связующих), а с другой стороны, в результате превращения присутствующих в древесном материале соединений. Выделение главным образом ЛОС основано по существу на высвобождении соединений, источником которых является древесина. Соответственно, выделение ЛОС после изготовления древесного материала обычно сначала возрастает до своего максимума. Этот максимум выделения ЛОС, прежде всего альдегидов, чаще всего достигается по истечении нескольких недель после изготовления соответствующих древесных материалов.

Выделение таких летучих и высоколетучих присутствующих в древесине веществ или компонентов клеев из древесных продуктов одного из подобных древесных материалов является постоянно усугубляющейся проблемой из-за ужесточения норм на предельно допустимые концентрации летучих органических соединений, соответственно из-за повышенной чувствительности к ним конечных потребителей.

Выделение, соответственно высвобождение ЛОС и ВЛОС зависит помимо прочего от типа и состояния лигноцеллюлоз, как то тип древесины, а также от продолжительности и условий хранения древесины, соответственно продуктов ее измельчения, и поэтому химический состав выделяющихся ЛОС и ВЛОС и их количества могут варьироваться в самых широких пределах. Источником ЛОС являются при этом в основном продукты разложения лигноцеллюлоз. Их широко известными представителями являются терпены: α-пинен, β-пинен, δ-3-карен. Подобные вещества встречаются в первую очередь в хвойных деревьях, которые используются в качестве сырья для изготовления ОСБ-плит или (древесно-)волокнистых плит. К продуктам превращения, которые появляются, например, при хранении и обработке древесины и продуктов ее измельчения, относятся альдегиды, такие как пентаналь и гексаналь.

Главным образом древесина хвойных пород, из которой изготавливают преимущественно (древесно-)стружечные плиты, волокнистые плиты, такие как волокнистые плиты средней плотности (МДФ-плиты), или ОСБ-плиты, содержит в значительных количествах смолы и жиры, которые способствуют образованию летучих органических терпеновых соединений и альдегидов. Однако ЛОС и ВЛОС могут образовываться и при применении различных клеев для изготовления древесных материалов. При этом обычно из-за наличия кислорода происходит процесс окисления содержащихся в древесине веществ, таких как жирные кислоты, что в последующем приводит ко вторичному, соответственно третичному выделению альдегидов, таких как пентаналь, или высших карбоновых кислот и тем самым способствует выделению ЛОС.

Сказанное означает, что выделение ЛОС из древесных материалов основано по существу на их высвобождении, обусловленном самой древесиной, а не применяемым клеем. Постоянное вторичное, соответственно третичное выделение указанных соединений происходит прежде всего в результате продолжающегося в изготовленных древесных материалах превращения их компонентов, например в результате фрагментации смол и жиров.

В качестве особо проблематичных с точки зрения выделяющихся количеств и обусловленного этим неприятного запаха, соответственно токсичности в центре внимания при этом находятся вещества двух групп: терпены и насыщенные и ненасыщенные альдегиды. В то время как терпены выделяются непосредственно из продуктов измельчения древесины и древесного материала, альдегиды большей частью медленно образуются из ненасыщенных жирных кислот в результате их окисления в присутствии кислорода воздуха. Поэтому при измерении выделений максимум выделения терпенов чаще всего обнаруживается непосредственно после изготовления древесного материала, тогда как у альдегидов максимум их выделения обычно достигается лишь по истечении нескольких недель. В ФРГ Комиссией по оценке влияния строительных материалов и изделий на здоровье человека (AgBB) была разработана схема оценки для ЛОС из строительных материалов и изделий, которая, соответственно, описывает также процедуру измерения и анализа выделения ЛОС, например в публикации "AgBB - Bewertungsschema VOC aus Bauprodukten", год издания 2015, содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки.

Описанная в этой публикации схема регламентирует не только процедуру измерений, но и максимально допустимое выделение ЛОС. Упрощенно говоря, выделение ЛОС из строительного материала или изделия при 28-дневной продолжительности испытания в стандартизованных условиях должно быть ниже значения в 1 мг/м³. Для высокотоксичных соединений установлены дополнительные ограничения. Так, например, суммарная доля канцерогенных веществ в общем выделении всех ЛОС не должна превышать максимального значения, составляющего 1 мкг/м³.

У древесно-волокнистых плит выделение ЛОС тем интенсивнее, чем меньше плотность изготовленных древесно-волокнистых плит. В то время как у волокнистой плиты повышенной плотности (ХДФ-плиты) или волокнистой плиты средней плотности (МДФ-плиты) показатели выделения ЛОС в крайнем случае повышены незначительно, у легких и сверхлегких волокнистых плит с объемной плотностью ниже примерно 250 кг/м³ наблюдается существенное выделение ЛОС. В данном случае из-за низкой плотности диффузионные процессы протекают в ускоренном режиме. То же самое относится и к изоляционным плитам с объемной плотностью в пределах от 50 до 80 кг/м³.

Ранее уже предпринимались многочисленные попытки ограничить проблемы выделения ЛОС и ВЛОС. С этой целью предлагается использовать самые разнообразные добавки. В ЕР 2176354, например, описано применение комбинации добавок с буферной способностью в виде гидросульфитов и сульфитов. В WO 2007/012350 или DE 10160316 описаны способы, при осуществлении которых применяют такой компонент, как бисульфит, при этом, однако, применение такой добавки в данном случае ограничено волокнистыми плитами, поскольку бисульфит добавляют в щепу перед рафинатором. Еще один недостаток описанного в указанных публикациях способа состоит во внесении в рафинатор, поскольку по этой причине особо высоки потери из-за испарения SO₂ и из-за влияния выделяющейся при отжимании воды. Помимо этого предложенное в WO 2007/012350 решение направлено также исключительно на снижение выделения формальдегида.

В ЕР 2727691 В1 описан способ снижения выделения летучих органических соединений из древесных материалов путем использования активированного угля в качестве добавки. При этом было установлено, что добавление активированного угля позволяет снижать выделение некоторых ЛОС, однако путем добавления таких добавок не удалось достичь снижения выделения всей гетерогенной группы ЛОС в целом. Помимо этого известно, что путем добавления восстановителей, например формамидинсульфиновой кислоты или аскорбиновой кислоты, можно снизить выделение насыщенных и ненасыщенных альдегидов. Однако такого снижения не достаточно для того, чтобы уменьшить выделение ЛОС и в данном случае суммарное выделение терпенов до уровня ниже регламентированного стандартом AgBB.

Из CN 1451464 А известен способ устранения альдегидов и ЛОС. Для этого используют растительный экстракт, который был приготовлен ранее, в частности путем экстракции жидкостью, содержащей бисульфит натрия, и путем фильтрования, в частности с использованием активированного угля в качестве фильтрующего материала или фильтрующей среды. Однако в данной публикации не описана способность бисульфита натрия и активированного угля снижать выделение ЛОС.

Добавки, которые снижают общее выделение ЛОС и при определенных условиях ВЛОС, едва ли известны.

Дальнейшие проблемы возникают в связи с тем, что добавки в большинстве случаев добавляют лишь в виде их водного раствора, из-за чего повышается влажность в производственном процессе. Использование добавок не только повышает расходы, но и может вследствие химической агрессивности таких веществ приводить также к появлению коррозии на частях и деталях машин и оборудования. Помимо этого в результате выделения применяемых добавок, соответственно продуктов их реакции с веществами, содержащимися в других компонентах древесных материалов, в производственном процессе, прежде всего в процессе прессования в условиях тепловой обработки, либо при последующем применении могут проявиться вредные для здоровья эффекты.

Кроме того, добавки могут снижать реакционную способность применяемых клеев. Данный фактор отрицательно влияет на механические параметры изготавливаемых древесных плит. Для компенсации таких отрицательных эффектов, обусловленных добавлением добавок, клей используют в больших количествах для достижения требуемых и/или желательных механических параметров, что повышает стоимость изготовления плит.

С учетом вышеуказанных норм, установленных, например, стандартом AgBB, а также с учетом требований потребителей постоянно снижают предельно допустимые показатели выделения ЛОС. Соответственно, постоянно возрастает потребность в древесных материалах с низким выделением ЛОС, и существует соответствующая потребность в поиске добавок, которые снижают выделение ЛОС и при определенных условиях ВЛОС, т.е. общее выделение из древесных материалов (ОЛОС), во всей их гетерогенности.

При этом особенно важна возможность требуемого снижения выделения ОЛОС, таких как ЛОС и при определенных условиях ВЛОС, из древесных материалов и при более продолжительном их использовании. Соответственно, добавки должны не только снижать непосредственное выделение ЛОС в производственном процессе, но и прежде всего уменьшать также выделение ЛОС, а также ВЛОС, таких как терпены, кислоты, а также альдегиды и иные соединения, которые выделяются из древесных материалов в виде продуктов разложения жирных кислот в качестве вторичных и/или третичных выделений.

В последние годы ОСБ-плиты (древесно-стружечные плиты с упорядоченным расположением стружки) нашли широкое распространение в Европе в качестве нового конструкционного материала, применяемого в самых разнообразных областях. При этом в Европе в отличие от Северной Америки ОСБ-плиты не применяют преимущественно в строительстве сборных домов. В отличие от большинства других древесных материалов данный продукт используется обычно без дополнительного покрытия на его поверхности. Помимо этого в производстве ОСБ-плит в отличие от других древесных материалов следует учитывать, что ОСБ-плиты изготавливают в основном из свежесрубленного лесоматериала (по большей части из древесины хвойных пород). Использование свежесрубленной древесины в сочетании с применением в состоянии без покрытия/без отделки поверхности приводит к проблемам касательно выделения ЛОС из таких древесных материалов.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать способы изготовления древесных материалов, таких как волокнистые плиты, ОСБ-плиты и древесные изоляционные плиты, обеспечивающие максимально полное снижение выделения ЛОС и ОЛОС, включая терпены, кислоты, а также альдегиды. При этом должны соблюдаться требования стандарта AgBB. Сами добавки не должны ни быть токсичными, ни приводить к ухудшению внешнего вида поверхности ОСБ-плит или ухудшению иных механических свойств древесных материалов, таких как ОСБ-плиты. Изменения, внесенные в производственный процесс, и добавление вспомогательных веществ не должны приводить к существенному удорожанию древесных материалов, таких как ОСБ-плиты. При этом применяемые добавки не должны отрицательно влиять на сам производственный процесс, прежде всего не должны снижать реакционную способность используемых клеев.

Описание изобретения

Положенная в основу настоящего изобретения задача решается с помощью способа, заявленного в п. 1 формулы изобретения, а также с помощью применения комбинации добавок, заявленного в п. 14 формулы изобретения, и с помощью древесного материала, заявленного в п. 16 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Важным аспектом настоящего изобретения является применение комбинации из пористого углерода, прежде всего активированного угля, и гидросульфита, такого как гидросульфит аммония.

Иными словами, первым объектом настоящего изобретения является способ изготовления древесных материалов из лигноцеллюлозы, прежде всего древесных материалов со сниженным выделением летучих органических соединений (ЛОС), включая терпены, кислоты и альдегиды, заключающийся в выполнении следующих стадий:

а) подготавливают содержащие лигноцеллюлозу продукты измельчения,

б) содержащие лигноцеллюлозу продукты измельчения вводят в контакт с комбинацией добавок с первым компонентом в виде пористого углерода и вторым компонентом в виде гидросульфита,

в) смешанные с комбинацией добавок содержащие лигноцеллюлозу продукты измельчения подвергают совместно с клеем прессованию при тепловой обработке с получением древесного материала.

Под древесными материалами подразумеваются прежде всего древесные плиты, включая волокнистые плиты, такие как ОСБ-плиты, легкие и сверхлегкие волокнистые плиты и древесные изоляционные плиты.

Использование такой комбинации добавок позволяет преодолеть существующие недостатки, проявляющиеся при применении только пористого углерода, например в виде активированного угля, и прежде всего длительно поддерживать выделение летучих органических соединений на уровне ниже требуемых предельных значений, установленных стандартом AgBB, для получения тем самым древесных материалов, удовлетворяющих требованиям этого стандарта. Благодаря использованию вышеуказанных добавок при изготовлении древесных материалов возможно получение продуктов, например ОСБ-плит, которые можно дополнительно применять и в других областях, прежде всего внутри зданий и помещений. При создании изобретения было установлено, что применение активированного угля позволяет снизить общее количество ЛОС и ВЛОС, выделяемых древесными материалами, а применение гидросульфитов дополнительно позволяет также существенно сократить вторичное и третичное выделение ЛОС, в данном случае прежде всего насыщенных и ненасыщенных альдегидов. Подобного снижения удавалось достичь не только на короткий период времени, а вместо этого прежде всего было установлено, что оно сохраняется и в течение более продолжительного периода времени. Использование комбинации добавок позволяет соблюсти требования, указанные в стандарте AgBB.

Выражение "снижение выделения" или "уменьшение выделения" или выражение "предотвращение выделения", которые используются как синонимы, в данном контексте означает, что в сравнении с древесным материалом без предлагаемого в изобретении добавления комбинации добавок выделяемое количество ЛОС и общее количество летучих органических соединений (ОЛОС, общие летучие органические соединения) ниже, т.е. сокращены.

Выражение "предотвращение выделения" означает выраженное в процентах по отношению к контролю снижение или уменьшение выделения ЛОС, при определенных условиях вплоть до величины ниже предела измерений. Под термином "сокращение" в данном контексте подразумевается уменьшение или снижение выделения ЛОС вплоть до предотвращения их выделения.

Выражения "содержащие лигноцеллюлозу продукты измельчения" и "лигноцеллюлозные частицы" используются в настоящих материалах как синонимы.

Преимущества предлагаемого в изобретении способа состоят в явном снижении выделения ЛОС, включая терпены, кислоты и альдегиды. Подобного сокращения выделения ЛОС удается добиться на протяжении более продолжительного периода времени, например на протяжении требуемого периода в 28 дней. В предпочтительных вариантах у плит при этом не проявляется никакого ухудшения их внешнего вида, тогда как издержки, связанные с применением добавок, остаются на умеренном уровне. Физические и механические показатели полученных древесных материалов, например в виде ОСБ-плит, легких и сверхлегких волокнистых плит и древесных изоляционных плит, не ухудшаются от применения предлагаемой в изобретении комбинации добавок.

Преимущество изобретения состоит помимо прочего в том, что в результате снижения, соответственно уменьшения выделения ОЛОС находится на низком уровне выделение и тех веществ, которые являются также причиной неприятного запаха, источаемого древесными материалами, включая уксусную кислоту, а также уменьшается типичный для таких плит альдегидный запах, включая резкий раздражающий запах формальдегида.

Предлагаемые в изобретении добавки сокращают выделение альдегидов, что является желательным эффектом. Альдегиды могут образовываться из элементарных звеньев целлюлозы или гемицеллюлозы, например фурфураль образуется из моно- и дисахаридов целлюлозы или гемицеллюлозы. Ароматические альдегиды образуются помимо прочего в ходе частично происходящей гидролитической деструкции лигнина. Соответственно, предлагаемая в изобретении комбинация добавок может использоваться для сокращения выделения альдегидов C₁-C₁₀, таких как ацетальдегид, пентаналь, гексаналь, октеналь или фурфураль.

Комбинация добавок позволяет далее сокращать выделение органических кислот, включая алкановые кислоты, такие как пропионовая кислота, или же ароматические кислоты.

Помимо этого сокращается выделение терпенов. К ним относятся монотерпены и сесквитерпены, включая ациклические и циклические монотерпены.

Типичными представителями ациклических терпенов являются терпеновые углеводороды, такие как мирцен, терпеновые спирты, такие как гераниол, линалоол, ипсенол, и терпеновые альдегиды, такие как цитраль. Представителями моноциклических терпенов являются n-ментан, терпинен, лимонен или карвон, а представителями бициклических терпенов являются каран, пинан, борнан, а также 3-карен и альфа-пинен.

Выражение "включающий", соответственно "содержащий" охватывает также вариант "состоящий из".

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первым компонентом комбинации добавок является активированный уголь в качестве пористого углерода. Под активированным углем подразумеваются углеродные структуры из мельчайших графитовых кристаллов и аморфного углерода с пористой структурой и внутренней удельной поверхностью (удельной поверхностью, определяемой методом Брунауэра-Эммета-Теллера по адсорбции азота (БЭТ-поверхностью)), которая обычно лежит в пределах от 300 до 2000 м²/г. Активированный уголь может использоваться в порошкообразном виде, однако предпочтительно его использование в виде гранулята. В предпочтительном варианте активированный уголь, соответственно пористый углерод представляет собой таковой с плотностью от 0,2 до 0,6 г/см³, при этом предпочтительный размер пор пористого углерода, прежде всего активированного угля, составляет от 1 нм или менее до 50 нм.

Пористый углерод, например в виде активированного угля, можно вводить в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения в твердой форме в виде порошка, предпочтительно с диаметром частиц менее 1 мм, и/или в виде гранулята, прежде всего гранулята с размером гранул от 2 до 8 мм.

Активированный уголь можно получать из растительного, животного или минерального сырья. Соответственно, исходным материалом для получения активированного угля могут служить каменный, древесный, бурый уголь, а также растительные компоненты, такие как скорлупа кокосового ореха, косточки плодов фруктовых деревьев и иное аналогичное растительное сырье, равно как и уголь животного происхождения.

Активированный уголь давно известен как эффективный абсорбент, например используется для удаления нежелательных или вредных красящих и пахучих веществ из газов, паров, жидкостей и иных сред. Помимо этого активированный уголь известен по его применению в химических процессах очистки, а также для абсорбции, например, ядовитых веществ (токсинов) в фармацевтической области. Активированный уголь известен при этом в качестве средства для абсорбции жидкостей или газов, проявляющего свое действие в течение короткого периода времени, но не в качестве средства для постоянного применения, например для постоянного применения при сокращении выделения летучих органических соединений и высоколетучих органических соединений.

Первый компонент комбинации добавок, т.е. пористый углерод, например, в виде активированного угля, можно использовать, например, в количестве от 0,1 до 20 мас. % в пересчете на абсолютно сухую лигноцеллюлозу, а в одном из вариантов его используемое количество, в котором его вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, составляет от 0,1 до 5 мас. % в пересчете на абсолютно сухую лигноцеллюлозу.

Применение пористого углерода, например в виде активированного угля, обладает самыми разнообразными преимуществами. Наряду с экономическими преимуществами, а именно: широкой доступностью и невысокой стоимостью активированного угля, он позволяет далее сокращать прежде всего выделение терпенов и кислот. Кроме того, в процессе изготовления древесных материалов активированный уголь можно дозировать в сухой форме в виде твердого вещества, благодаря чему не повышается влажность исходных материалов и/или древесных плит. Поэтому отсутствует дополнительные затраты на проведение дополнительной сушки, и помимо этого подобный пористый углерод не проявляет никакой химической активности в отношении применяемых клеев и не изменяет, соответственно не ухудшает механические и физические свойства изготавливаемых древесных материалов. Расходы при этом остаются на низком уровне, поскольку благодаря нейтральности пористого углерода по отношению к клею его не требуется использовать ни в каких дополнительных количествах.

В следующем варианте вторым компонентом комбинации добавок является гидросульфит, выбранный из гидросульфитов щелочных металлов, щелочноземельных металлов и аммония, включая гидросульфит натрия, гидросульфит аммония, гидросульфит лития, гидросульфит калия, гидросульфит кальция и гидросульфит магния, и их комбинаций. При создании изобретения было установлено, что благодаря применению гидросульфита возможно дальнейшее сокращение выделения ненасыщенных и насыщенных альдегидов в ОЛОС. При этом можно использовать один гидросульфит либо смесь разных гидросульфитов.

В одном из вариантов второй компонент комбинации добавок, т.е. гидросульфит, вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения в количестве, которое составляет от 0,1 до 5 мас. % твердого вещества в пересчете на абсолютно сухую лигноцеллюлозу, например в количестве от 0,3 до 3 мас. % твердого вещества в пересчете на абсолютно сухую лигноцеллюлозу.

Добавки можно при этом вводить в различные моменты в ходе производственного процесса. Отдельные компоненты комбинации добавок при этом можно также вводить раздельно и/или последовательно в различные моменты в ходе производственного процесса. Добавку можно применять в твердом виде, например пористый углерод, такой как активированный уголь, или же в виде суспензии или дисперсии, например гидросульфиты можно использовать в виде их водного раствора.

В предпочтительном варианте пористый углерод, например в виде активированного угля, добавляют в твердой форме в виде порошкового гранулята. Второй же компонент, т.е. гидросульфит, в одном из вариантов дозируют в виде его раствора, прежде всего водного раствора.

Компоненты комбинации добавок можно при этом вводить в любые места изготавливаемых древесных материалов. В древесных плитах, таких как ОСБ-плиты, легкие и сверхлегкие волокнистые плиты и древесные изоляционные плиты, добавка может присутствовать, например, только в отдельных их местах. Добавку при изготовлении, например, ОСБ-плит можно при этом вводить в наружный слой и/или средний слой, при этом разные компоненты могут присутствовать во всех слоях, компоненты могут присутствовать раздельно в разных слоях или же компоненты могут присутствовать совместно в отдельных слоях и индивидуально в других слоях.

Предлагаемый в изобретении способ в одном из вариантов его осуществления может заключаться в том, что первый компонент комбинации добавок, т.е. пористый углерод, прежде всего в виде активированного угля, вводят в качестве добавки в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими средний слой. Сказанное означает, что пористый углерод, например в виде активированного угля, используют только в среднем слое. Благодаря этому исключается ухудшение внешнего вида видимой поверхности древесных материалов, например присутствие черных пятен на ней. Тем самым в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения пористый углерод не вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими наружный слой.

Второй компонент комбинации добавок, т.е. гидросульфит, может в одном из вариантов присутствовать во всех слоях древесных материалов, например в древесных плитах, таких как ОСБ-плиты, этот второй компонент может присутствовать в их среднем слое и в их наружном слое. В одном из вариантов при этом такой второй компонент вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими наружный слой, а в другом варианте этот второй компонент вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими средний слой, и с таковыми, образующими наружный слой.

Соответственно, в следующих вариантах осуществления предлагаемого в изобретении способа второй компонент по меньшей мере в качестве добавки вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими наружный слой. Помимо этого в еще одних вариантах осуществления настоящего изобретения первый компонент комбинации добавок, представляющий собой пористый углерод, прежде всего активированный уголь, в качестве добавки вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими средний слой, а второй компонент комбинации добавок по меньшей мере в качестве добавки вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими наружный слой, а в предпочтительном варианте дополнительно вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими средний слой.

Отдельные компоненты комбинации добавок могут при этом согласно изобретению присутствовать в различных массовых количествах в наружном или среднем слое. В варианте, в котором, например, пористый углерод, например в виде активированного угля, и гидросульфит совместно присутствуют в виде их комбинации в наружном слое, содержание гидросульфита в среднем слое может быть ниже. В отличие от этого содержание гидросульфита в наружном слое может быть выше его содержания в среднем слое. Очевидно, что содержание такой добавки в обоих слоях может быть также одинаковым.

В еще одном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа по меньшей мере один компонент комбинации добавок можно добавлять перед сушилкой и/или после нее и/или при нанесении клея и/или до или после его нанесения.

Добавление пористого углерода, например в виде активированного угля, может при этом при изготовлении ОСБ-плит осуществляться на насыпные слои стружки (тонких щепок или щепы в виде так называемых стрендов). Однако его можно также добавлять в сушилке, в вертикальной шахте перед насыпанием стружки или в отдельных насыпающих агрегатах. Так, в частности, при изготовлении древесных плит, таких как ОСБ-плиты, активированный уголь можно подавать на нижний наружный слой после насыпания стружки для его формирования или после его укладки перед насыпанием стружки для формирования среднего слоя или до его укладки. Пористый углерод можно также подавать на нижний наружный слой совместно с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими средний слой, например в виде тонких щепок. В еще одном варианте возможно дополнительное или индивидуальное нанесение активированного угля между средним слоем и верхним наружным слоем. При отдельном нанесении активированного угля удается избежать образования на нем оболочки из клея, которая могла бы привести к частичной инактивации соответствующего пористого углерода. Поэтому в одном из вариантов введение первого компонента в виде пористого углерода в контакт с продуктами измельчения осуществляется после нанесения на них клея.

Второй компонент, т.е. гидросульфит, можно вводить в контакт с продуктами измельчения не только при нанесении клея, но и в вертикальной шахте перед насыпающими (разбрасывающими) головками или же путем распыления форсунками после этих насыпающих головок при перемещении стружки, соответственно сформованного из нее ковра ленточным конвейером к прессу. Особенно в тех вариантах, в которых этот второй компонент либо присутствует только в наружном слое, либо присутствует во всех слоях, введение второго компонента в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения может осуществляться до или после нанесения клея, например путем распыления форсунками или иными способами.

Компоненты комбинации добавок можно вводить в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения одновременно, раздельно или последовательно. Как указано выше, сказанное может означать, что один компонент, обычно пористый углерод, например в виде активированного угля, подают уже в сушилке, в вертикальной шахте перед насыпанием или в отдельных насыпающих агрегатах, тогда как второй компонент, т.е. гидросульфит, вводят в виде водного компонента в контакт с продуктами измельчения до или после нанесения клея либо в процессе нанесения клея, например путем распыления форсунками или иными способами. Соответствующие способы введения каждого из соответствующих компонентов в контакт с продуктами измельчения известны специалисту.

Комбинации добавок можно при этом использовать в сочетании с обычными клеями. В качестве клеев (связующих) можно использовать обычно применяемые в этих целях клеи. К таким клеям относятся феноло-формальдегидные клеи, клеи на основе изоцианатов, такие как полиметилендифенилдиизоцианатные (ПМДИ) клеи и полиуретановые клеи (ПУ-клеи), карбамидо-формальдегидные клеи, меламино-карбамидо-формальдегидные клеи, меламино-карбамидо-феноло-формальдегидные клеи, танин-формальдегидные клеи или их смеси. Такие комбинации добавок прежде всего пригодны также для применения в сочетании с не содержащими формальдегид клеями, такими, например, как клеи на основе изоцианатов.

В одном из вариантов клей представляет собой не содержащий формальдегид клей, такой как клей на основе изоцианатов, в частности ПМДИ или ПУ-клей.

Под лигноцеллюлозами в настоящем описании подразумеваются содержащие целлюлозу материалы, такие как древесина. К получаемым из них продуктам измельчения лигноцеллюлоз относятся прежде всего щепа, древесная стружка, древесные опилки, древесные волокна, а также шпон.

Под лигноцеллюлозами, такими как древесные материалы и продукты их измельчения, могут подразумеваться древесина хвойных пород, равно как и древесина лиственных пород. Возможно также использование смесей обеих этих древесных пород. В предпочтительном варианте содержащие лигноцеллюлозу продукты измельчения, например в виде древесной стружки, щепы или древесных волокон, получены из древесины хвойных пород. Предлагаемый в изобретении способ изготовления древесных материалов, прежде всего древесных плит, может представлять собой обычный способ их изготовления. При необходимости предлагаемый в изобретении способ дополнительно можно также дополнить другими известными специалисту способами уменьшения выделения летучих органических соединений, высоколетучих органических соединений и иных соединений.

Еще одним объектом настоящего изобретения является применение пористого углерода, прежде всего активированного угля, в сочетании с гидросульфитом, прежде всего гидросульфитом аммония, в качестве комбинации добавок при изготовлении древесных материалов из лигноцеллюлозы для снижения выделения ЛОС, отличающееся тем, что компоненты комбинации добавок совместно, раздельно или последовательно вводят или наносят в процессе изготовления древесных материалов. В одном из вариантов такое применение заключается в том, что первый компонент в виде пористого углерода, прежде всего активированного угля, применяют в качестве добавки в среднем слое ОСБ-плит и/или второй компонент комбинации добавок применяют по меньшей мере в наружном слое ОСБ-плит. В еще одном варианте второй компонент можно также применять совместно с первым компонентом в среднем слое этих ОСБ-плит.

Особенно в тех вариантах, в которых первый компонент присутствует в среднем слое, тогда как второй компонент присутствует либо только в наружном слое, либо в наружном и среднем слоях изготавливаемых древесных плит, возможно получение древесных плит, у которых не ухудшен внешний вид их поверхности и у которых сокращено выделение из них ЛОС, включая терпены, кислоты и альдегиды (насыщенные и ненасыщенные альдегиды). Расходы при изготовлении таких древесных плит находятся на умеренном уровне, а кроме того, у таких изготовленных плит не ухудшены их механические и физические показатели.

Объектом настоящего изобретения являются далее древесные материалы, изготавливаемые предлагаемым в изобретении способом или с предлагаемым в изобретении применением комбинации добавок в виде пористого углерода и гидросульфита. Под такими древесными материалами подразумеваются прежде всего ОСБ-плиты, легкие и сверхлегкие волокнистые плиты и древесные изоляционные плиты.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примерах, которые, однако, не ограничивают его объем.

Пример 1

Из 100% древесины хвойных пород приготавливают стружку (стренды) для формирования наружного и среднего слоев ОСБ-плиты. Стружку сушат и подают на позицию нанесения клея. К стружке для образования наружного слоя на отдельной позиции нанесения на нее клея добавляют бисульфит аммония (БСА, 1,5 мас. % в пересчете на массу стружки). Раствор бисульфита аммония имеет при этом концентрацию примерно 70 мас. %. Активированный уголь добавляют только к стружке, из которой формируют средний слой. В данном случае эта операция выполняется при нанесении клея на эту стружку. Активированный уголь добавляют в количестве 2,5 мас. % в пересчете на массу стружки. Средний размер частиц активированного угля составляет при этом примерно 4 мм. Затем стружку прессуют на прессе типа ContiPress с получением ОСБ-плит. Никакое согласование технологического процесса касательно производственных параметров при этом не требуется. Полученные плиты охлаждают в веерном кантователе. Из одной плиты вырезают образец (в данном случае размером 100×500 мм) и совместно со сравнительным образцом (без добавки) и ОСБ-плитой, содержащей только активированный уголь в количестве 2,5 мас. % в среднем слое, проверяют в испытательной камере на выделение ЛОС из каждого из этих образцов. Такую проверку проводят в соответствии со стандартом AgBB. Наиболее важные отдельные параметры из отчетов об испытаниях представлены в приведенной ниже таблице. Речь при этом идет об испытании продолжительностью в 28 дней. В то время как сравнительный образец и плита, содержащая активированный уголь в количестве 2,5 мас. % в ее среднем слое, не удовлетворяют требованиям стандарта AgBB, им удовлетворяет экспериментальная плита с активированным углем в ее среднем слое и с БСА в ее наружном слое. Все плиты в отношении их цвета можно классифицировать как одинаковые. По технологическим показателям, включая прочность при поперечном растяжении, прочность при изгибе и набухание, также не наблюдается никаких значительных различий.

Пример 2

Из 100% древесины хвойных пород приготавливают стружку (стренды) для формирования наружного и среднего слоев ОСБ-плиты. Стружку сушат и подают на позицию нанесения клея. К стружке для образования наружного слоя на отдельной позиции нанесения на нее клея добавляют раствор бисульфита аммония (1,0 мас. % в пересчете на массу стружки). К стружке для образования среднего слоя на отдельной позиции нанесения на нее клея также добавляют раствор бисульфита аммония в количестве 0,7 мас. % в пересчете на массу стружки. Раствор бисульфита аммония в обоих случаях имеет концентрацию примерно 70 мас. %. Активированный уголь добавляют только к стружке, из которой формируют средний слой. В данном случае эта операция выполняется при нанесении клея на эту стружку. Активированный уголь добавляют в количестве 2,5 мас. % в пересчете на массу стружки. Средний размер частиц активированного угля составляет при этом примерно 4 мм. Затем стружку прессуют на прессе типа ContiPress с получением ОСБ-плит. Никакое согласование технологического процесса касательно производственных параметров при этом не требуется. Полученные плиты охлаждают в веерном кантователе. Из одной плиты вырезают образец (размером 100×500 мм) и совместно со сравнительным образцом проверяют в испытательной камере на выделение ЛОС из каждого из этих образцов в соответствии со стандартом AgBB. В то время как сравнительный образец не удовлетворяет требованиям стандарта AgBB, им удовлетворяет экспериментальная плита.

Пример 3

Аналогично примеру 2 из 100% древесины хвойных пород приготавливают стружку (стренды) для формирования наружного и среднего слоев ОСБ-плиты. Стружку сушат и подают на позицию нанесения клея. К стружке для образования наружного слоя на отдельной позиции нанесения на нее клея добавляют раствор бисульфита аммония (1,0 мас. % в пересчете на массу стружки). К стружке для образования среднего слоя на отдельной позиции нанесения на нее клея также добавляют раствор бисульфита аммония (1,0 мас. % в пересчете на массу стружки), при этом раствор бисульфита аммония имеет концентрацию примерно 70 мас. % и добавляется совместно с активированным углем, количество которого составляет 2,0 мас. % в пересчете на массу стружки. Средний размер частиц активированного угля составляет при этом примерно 4 мм. Затем стружку прессуют на прессе типа ContiPress с получением ОСБ-плит. Аналогично примеру 2 приготавливают образцы и проверяют их в испытательной камере на выделение ЛОС в соответствии со стандартом AgBB. Показатели выделения ЛОС по истечении 3-х и 7-ми дней представлены ниже в таблице 2.

Из полученных в данном примере данных следует, что ОСБ-плита с бисульфитом аммония в ее наружном и среднем слоях, а также с активированным углем в ее среднем слое удовлетворяет требованиям стандарта AgBB.

Приведенные выше примеры свидетельствуют о том, что обе добавки при их применении в самых разнообразных комбинациях (применение в наружном слое/среднем слое) обеспечивают значительное снижение выделения ОЛОС.

Группа изобретений относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к изготовлению древесных материалов со сниженным выделением летучих органических соединений, включая терпены, кислоты и альдегиды. Подготавливают содержащие лигноцеллюлозу продукты измельчения. Содержащие лигноцеллюлозу продукты измельчения вводят в контакт с комбинацией добавок с первым компонентом в виде пористого углерода и вторым компонентом в виде гидросульфита. Смешанные с комбинацией добавок содержащие лигноцеллюлозу продукты измельчения подвергают совместно с клеем прессованию при тепловой обработке с получением древесного материала. Также изобретение относится к применению пористого углерода, прежде всего активированного угля, в сочетании с гидросульфитом, прежде всего гидросульфитом аммония, в качестве комбинации добавок при изготовлении древесных материалов. Компоненты комбинации добавок совместно, раздельно или последовательно вводят или наносят в процессе изготовления древесного материала. Получаемый древесный материал представляет собой предпочтительно ОСБ-плиты, легкие и сверхлегкие волокнистые плиты и древесные изоляционные плиты. Снижается выделение летучих органических соединений. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ изготовления древесных материалов из лигноцеллюлозы, прежде всего древесных материалов со сниженным выделением летучих органических соединений (ЛОС), включая терпены, кислоты и альдегиды, заключающийся в выполнении следующих стадий: а) подготавливают содержащие лигноцеллюлозу продукты измельчения, б) содержащие лигноцеллюлозу продукты измельчения вводят в контакт с комбинацией добавок с первым компонентом в виде пористого углерода и вторым компонентом в виде гидросульфита, в) смешанные с комбинацией добавок содержащие лигноцеллюлозу продукты измельчения подвергают совместно с клеем прессованию при тепловой обработке с получением древесного материала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве первого компонента комбинации добавок используют активированный уголь.

3. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что пористый углерод вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения в твердой форме в виде порошка и/или в виде гранулята, прежде всего в виде гранулята с размером гранул от 2 до 8 мм.

4. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что пористый углерод, прежде всего активированный уголь, имеет внутреннюю удельную поверхность в пределах от 300 до 2000 м²/г и/или плотность в пределах от 0,2 до 0,6 г/см³ и размер пор в среднем от 1 нм или менее до 50 нм.

5. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый компонент комбинации добавок используют в количестве от 0,1 до 20 мас. %, в частности от 0,1 до 5 мас. %, в пересчете на абсолютно сухую лигноцеллюлозу.

6. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в качестве второго компонента комбинации добавок используют гидросульфит, выбранный из гидросульфита натрия, гидросульфита аммония и их комбинаций.

7. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что второй компонент комбинации добавок используют в количестве от 0,1 до 5 мас. % твердого вещества в пересчете на абсолютно сухую лигноцеллюлозу, в частности в количестве от 0,3 до 3 мас. % твердого вещества в пересчете на абсолютно сухую лигноцеллюлозу.

8. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый компонент в виде пористого углерода, прежде всего в виде активированного угля, в качестве добавки вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими средний слой.

9. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что второй компонент в качестве добавки вводят в контакт по меньшей мере с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими наружный слой.

10. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый компонент комбинации добавок в виде пористого углерода, прежде всего в виде активированного угля, в качестве добавки вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими средний слой, а второй компонент комбинации добавок по меньшей мере в качестве добавки вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими наружный слой, а предпочтительно дополнительно вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения, образующими средний слой.

11. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый компонент комбинации добавок в виде пористого углерода, прежде всего в виде активированного угля, наносят между средним и наружным слоями.

12. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один компонент комбинации добавок вводят перед сушилкой, и/или после нее, и/или при нанесении клея, и/или до или после его нанесения.

13. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый компонент и второй компонент комбинации добавок вводят в контакт с содержащими лигноцеллюлозу продуктами измельчения одновременно, раздельно или последовательно.

14. Применение пористого углерода, прежде всего активированного угля, в сочетании с гидросульфитом, прежде всего гидросульфитом аммония, в качестве комбинации добавок при изготовлении древесных материалов из лигноцеллюлозы для снижения выделения ЛОС, отличающееся тем, что компоненты комбинации добавок совместно, раздельно или последовательно вводят или наносят в процессе изготовления древесного материала.

15. Применение по п. 14, отличающееся тем, что первый компонент в виде пористого углерода, прежде всего в виде активированного угля, в качестве добавки используют в среднем слое ОСБ-плит и/или второй компонент комбинации добавок используют по меньшей мере в наружном слое ОСБ-плит, а предпочтительно используют также в их среднем слое.

16. Древесный материал, изготавливаемый способом по одному из пп. 1-13, предпочтительно ОСБ-плиты, легкие и сверхлегкие волокнистые плиты и древесные изоляционные плиты.