Способ изготовления корьевой плиты Российский патент 2024 года по МПК B27N3/04 

Изобретение относится к изготовлению прессованных плитных материалов из отходов окорки древесного сырья хвойных пород древесины без связующих веществ для строительства, мебельной и деревообрабатывающей отраслей в качестве отделочного и конструкционно-отделочного материала.

Корьевая плита, полученная горячим прессованием без применения связующих веществ, содержит предварительно измельчённые и гидродинамически обработанные отходы окорки хвойных пород древесины (кору и древесину хвойных пород).

Изобретение обеспечивает получение экологически чистого плитного материала из отходов окорки хвойных пород древесины, обладающего высокими физико-механическими свойствами.

Известна древесная плита и способ ее изготовления с вариантами, приводимая в качестве аналога, выполненная прессованием из ковра без синтетических связующих, состоящая из смеси, измельченной до фракции 40-5000 мкм березовой коры и наполнителя, преимущественно из волокон целлюлозы при соотношении от общей сухой массы, мас.%: березовая кора - 60-95, волокна целлюлозы - 5-40.Плотность получаемых плит варьируется в пределах от 350 до 800 кг/м³. Перед формированием ковра наполнитель увлажняют до влажности 18-20% и смешивают с измельченной корой, ковер формируют с толщиной, равной 200-300% толщины готовой плиты. Наружные слои материала усиливают 20 мас.% от общей сухой массы ковра лигно-целлюлозо-полимерной композицией, содержащей древесную стружку и смолу серии КФ-ЕС или лавсан, или поливинилхлорид, или полиэтилен в различных соотношениях. Сформированный таким образом ковер прессуют при температуре 160-180°С. Время прессования составляет 0,5-0,8 минут на 1 мм толщины. (Патент RU 2245783, Заявка 2004106123/12, опубл. 03.03.2004, Древесная плита и способ ее изготовления (варианты)).

Недостатком указанных вариантов плит является наличие в составе композиции наружных усиливающих слоев, содержащих полимеры (смолы серии КФ-ЕС или поливинилхлорид, или полиэтилен, или лавсан), что негативно отражается как экологической составляющей, так и на безопасности производства и эксплуатации плитного материала, а также усложняет технологический процесс такого производства. Кроме того, полимеры, содержащиеся в составе наружных слоев, повышают стоимость плитного материала и ограничивают области применения, ухудшая показатели тепло- и звукоизоляционных свойств. Предлагаемый также в аналоге плитный материал, не имеющий в своем составе наружных слоев с полимерами отличается низкими прочностными характеристиками.

Известна пресс-композиция для изготовления прессованных строительных изделий из растительного сырья, где в качестве растительного сырья рассматривается древесная пыль, стружка, опилки, кора, солома, лузга, костра, одубина. Плита изготавливается без связующих веществ путем прессования при температуре 160°С и давлении 15 МПа продолжительностью 1 мин на 1 мм толщины готовой плиты. Перед прессованием производят операцию гидролиза растительного сырья при температуре 170-180°С в течение 2 часов, после чего пресс-композицию сушат до остаточной влажности 8 % и предварительно спрессовывают при температуре 20 °С и давлении 15 МПа, затем прессуют при температуре 160 °С и давлении 15 МПа. После операции горячего прессования материал охлаждается в прессе без снятия давления до температуры 25 °С. (Патент RU 2173256,Заявка 2000106819/12,опубл. 20.03.2000, Пресс-композиция для изготовления прессованных строительных изделий из растительного сырья. Мамина Д.Х., Озерова Н.В., Арбузов В.В.).

Недостатком известного способа является необходимость операции гидролиза растительного сырья и операции охлаждения материала в прессе без снятия давления, что значительно повышает стоимость плит, усложняет технологический процесс и увеличивает время изготовления. Кроме этого, изготовляемые плиты имеют малый диапазон варьирования плотности изделий.

Известен способ изготовления древесных плит, приводимый в качестве прототипа, с использованием гидродинамически активированных древесных частиц длиной не менее 1,5 мм, толщиной от 0,01 до 0,05 мм и шириной от 0,03 до 0,06 мм с высоким содержанием на поверхности активных реакционных центров, что обеспечивает получение нетоксичных древесных плит плотностью от 650 до 1000 кг/м³ с высокими физико-механическими характеристиками. (Патент RU2 541 323, Заявка 2013156883/04, опубл. 20.12.2013, Способ изготовления древесных плит. Баяндин М.А., Ермолин В.Н., Елисеев С.Г., Мозговой В.Г.).

Изготовление древесных плит основано на помещении древесного сырья (опилки хвойных или лиственных пород древесины) в емкость с водой с последующей 40-60 кратной кавитационной обработкой в гидродинамическом диспергаторе с радиально направленными каналами. Смешивание с водой производится в массовом соотношении, м.ч.: от 10 до 20 и от 80 до 90 соответственно. Обработанные частицы подвергаются механическому отжиму до влажности 180 %, полученный ковер подпрессовывается, затем прессуется в горячем прессе при температуре от 190°C до 220°C, удельном давлении от 1,0 до 1,6 МПа и удельной продолжительности прессования от 0,8 до 1,5 мин/мм.

Недостатками предложенного способа являются необходимость отделения коры и крупных частиц от древесного сырья, высокая кратность 40-60 циклов кавитационной обработки древесного сырья, что приводит к высокой энергоемкости процесса кавитационной обработки и значительно увеличивает стоимость плит.

Изобретение решает задачу использования отходов окорки древесного сырья без предварительного отделения от отходов древесины, без связующих веществ и создания экологически чистых водостойких плитных материалов плотностью от 600 до 1200 кг/м³ с высокими физико-механическими свойствами, снижения энергоемкости процесса гидродинамической обработки.

Технический результат достигается за счет предварительного измельчения отходов окорки (коры и древесины хвойных пород) до размеров 2-5 мм и помещения полученной измельченной массы в водную среду на время от 120 до 180 минут, что позволяет снизить кратность гидродинамической обработки до 25-35 циклов для получения плитных материалов с высокими физико-механическими свойствами плотностью от 600 до 1200 кг/м³.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления корьевой плиты, включающем кавитационную обработку древесного сырья в гидродинамическом диспергаторе, горячее прессование, согласно изобретению, в качестве древесного сырья используют отходы окорки древесины хвойных пород, которые перед кавитационной обработкой измельчают до фракции 2-5 мм и подвергают предварительному замачиванию в воде с температурой 20±2 °C в течение 120-180 мин. При этом кратность кавитационной обработки составляет 25-35 циклов.

Предварительное измельчение отходов окорки до размеров 2-5 мм с последующей выдержкой в водной среде в течение от 120 до 180 минут позволяет снизить кратность обработки до 25-35 циклов, обеспечивая получение тонкоизмельченных частиц отходов окорки (коры и древесины хвойных пород) с высокой удельной площадью поверхности и с высоким содержанием на поверхности активных реакционно-способных групп.

Кратность обработки менее 25 циклов является недостаточной для придания частицам необходимых размерных характеристик для образования моноструктурных плит с высокими физико-механическими показателями и для активации реакционно-способных групп на поверхности частиц коры.

Кратность обработки свыше 35 циклов приводит к чрезмерному измельчению частиц коры, не способных к дальнейшему образованию структурных связей в плитном материале.

Отсутствие предварительного замачивания не менее 120 минут увеличивает кратность гидродинамической обработки отходов окорки с 25-35 циклов до 40-50 циклов, обеспечивающих получение требуемых размерных характеристик частиц для получения плитных материалов.

Замачивание свыше 180 минут не приводит к дальнейшему снижению кратности гидродинамической обработки отходов окорки менее 25-35 циклов и улучшению свойств изготовляемых плит, но увеличивает продолжительность процесса изготовления плитного материала на основе отходов окорки.

Изготовление плитного материала на основе отходов окорки осуществляется следующим образом. Отходы окорки хвойных пород без предварительного отделения от отходов древесины с размером фракции от 10 до 500 мм и влажностью 40-65 % подаются в молотковую мельницу, где измельчаются до фракции 2-5 мм. Затем измельченные отходы окорки замачивается в воде с температурой 20±2 °C в течение 120-180 мин. После выдержки водно-корьевая суспензия с помощью импеллерного насоса подается в бак гидродинамического диспергатора откуда центробежным насосом перекачивается в рабочую зону установки, где проходит кавитационная обработка. Продолжительность обработки ограничивается кратностью прохождения водно-корьевой суспензии через рабочую зону установки. Экспериментально установлено, что для обеспечения заявляемых параметров физико-механических свойств плитных материалов на основе отходов окорки кратность обработки частиц коры должна находиться в пределах от 25 до 35 циклов. Обработанная корьевая масса обезвоживается до влажности 150 % в вакуумной пресс-форме. Сформированный в вакуумной пресс-форме пакет прессуется на стальных полированных поддонах с применением дистанционных прокладок для формирования заданной толщины плиты в прессе горячего прессования при температуре 180°С, удельном давлении 2,8 МПа и удельной продолжительности выдержки 1,4-2,0 мин/мм в зависимости от требуемой плотности плиты.

Пример 1

Отходы окорки хвойных пород без предварительного отделения от отходов древесины с размером фракции от 10 до 500 мм и влажностью 40-65 % подаются в молотковую мельницу, где измельчаются до фракции 2-5 мм. Затем измельченные отходы окорки замачиваются в воде с температурой 20±2 °C в течение 120 мин. После выдержки водно-корьевая суспензия с помощью импеллерного насоса подается в бак гидродинамического диспергатора откуда центробежным насосом перекачивается в рабочую зону установки, где проходит кавитационная обработка. Кратность обработки составляет 25 циклов. Обработанная корьевая масса обезвоживается до влажности 150 % в вакуумной пресс-форме. Сформированный пакет прессуется на стальных полированных поддонах с применением дистанционных прокладок для формирования заданной толщины плиты в прессе горячего прессования при температуре 180°С, удельном давлении 2,8 МПа и удельной продолжительности выдержки 1,7 мин/мм.

Пример 2

Аналогично примеру 1, только кратность обработки составляет 35 циклов.

Пример 3

Аналогично примеру 1, только измельченные отходы окорки замачиваются в воде с температурой 20±2 °C в течение180 мин. Кратность обработки составляет 25 циклов.

Пример 4

Аналогично примеру 1, только измельченные отходы окорки замачиваются в воде с температурой 20±2 °C в течение 180 мин. Кратность обработки составляет 35 циклов.

Физико-механические показатели полученных плитных материалов представлены в таблице 1.

Пример5

Аналогично примеру 1, только сформированный пакет прессуется на стальных полированных поддонах с применением дистанционных прокладок для формирования заданной толщины плиты в прессе горячего прессования при температуре 180°С, удельном давлении 2,8 МПа и удельной продолжительности выдержки 1,4 мин/мм.

Таблица 1

Физико-механические показатели полученных плитных материалов

Номер примера Время замачивания, мин Кратность обработки, циклов Плотность Прочность при статическом изгибе, МПа Водопоглощение, % Объемное разбухание, % 1 120 25 900 14,6 10,1 6,8 2 120 35 900 16,3 7,3 4,7 3 180 25 900 18, 7 6,4 4,1 4 180 35 900 15,7 8,8 5,1

Пример 6

Аналогично примеру 1, только сформированный пакет прессуется на стальных полированных поддонах с применением дистанционных прокладок для формирования заданной толщины плиты в прессе горячего прессования при температуре 180°С, удельном давлении 2,8 МПа и удельной продолжительности выдержки 1,6 мин/мм.

Пример 7

Аналогично примеру 1, только сформированный пакет прессуется на стальных полированных поддонах с применением дистанционных прокладок для формирования заданной толщины плиты в прессе горячего прессования при температуре 180°С, удельном давлении 2,8 МПа и удельной продолжительности выдержки 1,8 мин/мм.

Пример 8

Аналогично примеру 1, только сформированный пакет прессуется на стальных полированных поддонах с применением дистанционных прокладок для формирования заданной толщины плиты в прессе горячего прессования при температуре 180°С, удельном давлении 2,8 МПа и удельной продолжительности выдержки 2,0 мин/мм.

В таблице 2 представлены физико-механические показатели полученных плитных материалов различной плотности.

Пример 9

Аналогично примеру 4, только сформированный пакет прессуется на стальных полированных поддонах с применением дистанционных прокладок для формирования заданной толщины плиты в прессе горячего прессования при температуре 180°С, удельном давлении 2,8 МПа и удельной продолжительности выдержки 1,4 мин/мм.

Пример 10

Аналогично примеру 4, только сформированный пакет прессуется на стальных полированных поддонах с применением дистанционных прокладок для формирования заданной толщины плиты в прессе горячего прессования при температуре 180°С, удельном давлении 2,8 МПа и удельной продолжительности выдержки 2,0 мин/мм.

Таблица 2

Физико-механические показатели полученных плитных

материалов различной плотности

Наименование показателя Пример 5 Пример 6 Пример 7 Пример 8 Пример 9 Пример 10 Значение величины, при плотности 600 800 1000 1200 600 1200 Предел прочности при изгибе, МПа 12,7 15,1 20,2 24,1 12,1 22,3 Объемное разбухание, % 9,4 7,7 3,9 3,1 9,6 3,8 Водопоглощение за 24 часа, % 13,7 11,2 5,9 4,9 14,0 5,5

Использование отходов окорки (коры и древесины хвойных пород) для изготовления экологически чистых плитных материалов без связующих веществ решает проблему переработки отходов окорки на предприятиях лесного комплекса, позволяет получить плиты с высокими физико-механическими характеристиками и снизить энергетические затраты на получение плитного материала.

Изобретение относится к изготовлению прессованных плитных материалов из отходов окорки древесного сырья хвойных пород древесины без связующих веществ для строительства, мебельной и деревообрабатывающей отраслей в качестве отделочного и конструкционно-отделочного материала. Способ изготовления корьевой плиты включает кавитационную обработку с 25-35 циклами древесного сырья в гидродинамическом диспергаторе, горячее прессование. Причем в качестве древесного сырья используют отходы окорки древесины хвойных пород, которые перед кавитационной обработкой измельчают до фракции 2-5 мм и подвергают предварительному замачиванию в воде с температурой 20±2°C в течение 120-180 мин. Повышаются физико-механические свойства экологически чистых водостойких плитных материалов, снижается энергоемкость процесса гидродинамической обработки. 2 табл.

Способ изготовления корьевой плиты, включающий кавитационную обработку древесного сырья в гидродинамическом диспергаторе, горячее прессование, отличающийся тем, что в качестве древесного сырья используют отходы окорки древесины хвойных пород, которые перед кавитационной обработкой измельчают до фракции 2-5 мм и подвергают предварительному замачиванию в воде с температурой 20±2°C в течение 120-180 мин, при этом кратность кавитационной обработки составляет 25-35 циклов.