Композиция древесно-стружечной плиты

 

Изобретение относится к строительным материалам и позволяет повысить качество плиты при одновременном снижении ее себестоимости. Смешивают наполнитель-ча-; стицы древесины, полимерное связующее на основе карбамидной смолы с отвердителем, добавку - поливиниловый спирт и модификатор, В качестве последнего используют 1 -40%-ную водную дисперсию атактического полипропилена, а древесные частицы со следующей характеристикой: удельная наружная поверхность

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

f ЭЩ S»3 + 8IIH.K S4».» + 0.25 d«SI».» еВ».М) (21) 4662139/.12 (22) 15.03.89 (46) 07.02.92. Бюл. hh 5 (72) А.И.Вигдорович, А.В.Братчиков, Г.С.Шифрис, 3.Г.Полле и С.В.Грузин (53) 674.815/816 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1199776, кл. С 08 1. 97/02, 1984, Авторское свидетельство СССР

М 844372, кл. В 29 J 5/00, 1979. (54) КОМПОЗИЦИЯ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНОЙ ПЛИТЫ (57) Изобретение относится к строительным материалам и позволяет повысить качество плиты при одновременном снижении ее себестоимости. Смешивают наполнитель — ча-, стицы древесины, полимерное связующее на основе карбамидной смолы с отвердителем, добавку — поливиниловый спирт и модификатор. В качестве последнего используют 1 - 40%-ную водную дисперсию атактического полипропилена, а древесные частицы со следующей характеристикой: удельная наружная поверхность ($нвр=2,300 — 20,000 м /мг, удельная внутренняя капиллярная поверхность ($вн.к.=57 — 385 м /мг и доля наружной

2 поверхности с перерезанными волокнами

Кн.в.)=0,11 - 33,333%. Компоненты смешиИзобретение относится к композиции древесно-стружечной плиты {ДСП) и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности и промышленности строительных материалов.

Цель изобретения — повышение качества плиты при одновременном снижении себестоимости.

» SU «„1710628 Al (ч)5 Р 21 J 3/00, С 08 1 97/02 вают при их содержании, рассчитанном по следующим формулам: наполнитель Сн=100 — С, где Сс — содержание связующего с добавкой, отвердителем и модификатором и вычисляется по формуле

1+@с (6(Qйар Sí» à, + 6 »» S.» ° ) +0260н S..»» Ев»»iin где р, — плотность связующего, кг/м;д

3 „ средняя арифметическая толщина связующего с добавкой, модификатором и отвердителем на наружной и внутренней капиллярной поверхностях древесных .частИЦ; ИнвР., QH. — ДОЛИ НаРУжНОй И ВНУТРЕНней капиллярной поверхности древесных частиц, покрытые связующими, ; Оьн м—

»доля внутренней межфибриллярной поверхности древесных частиц, заполненная свяЗуЮщИМИ, %; $нвр, $вн.к, $вн.м — удЕЛЬНЫЕ наружные, внутренние капиллярные и межфибриллярные поверхности древесных час2

» тиц, м /кг; dM — диаметр межфибриллярных промежутков древесных ястиц, нм; модификатор Смод=(0,1 2,6).10,(Сс+Сн}; добавка СдоБ- 11 5 — 12 5 отвердитель

Смод

-2 ювй

Сотв=(0,5 — 1,0}.10 .C<»s. связующее

Ссвяз=100-Сн"Смод Сдоб Сотв. 3 табл.

Пример 1. Для изготовления стружки используют 57% древесины сосны с плотностью p)2 =500 кг/м влажностью, равной

12 %, и 43% древесины если с р>2 -445 кг/м . После изготовления стружки ее высушивают до влажности 3 абс.%, при этом плотность сосны составляет дд =-480 кг/м

3. плотность ели — рз =427 кгlм . При их смешивании в соотношении 57% сосны и 43%

1710628 (5) (7) ели плотность рн древесного наполнителя, диаметры капилляров б» и межфибриллярных промежутков бм составляют: р, -457 кг/м; бк- 27,4 мкм; дм-4,6 нм. з.

Параметры древесных частиц приведены в табл.1.

Содержание связующего рассчитывают по формуле (14), а входящие в зту формулу величины имеют следующие значения: — — )) вн 4 100

100Снпк +%н.к Сник, (2) - ВН. K

OLv.к 1 ОО;

2Хк (3) пр ООСнпк + Йн.м Снкм . (4) вн. м

GLp.м = — . 100;.

2 Хфк пр

)(= „ . " к пр ) co к

2 с

2 105 п.а Янар Рн

Хщ= — 7; — (1 — Р Р). (8) — !Пр Р где Сан.м — содержание связующего во внутренних межфибриллярных промежутках древесных частиц, мас7;. он.м — коэффициент, характеризующий долю объема межфибриллярных промежутков, заполненных связующим, %; б4н,к — коэффициент, характеризующий долю капиллярной поверхности древесных наполнителей, полностью и частично покрытых связующим, ф;

Я н.к, 64.м .— коэффициенты, характеризующие долю капиллярной и межфибриллярной поверхности древесных наполнителей, частично покрытую (заполненную связующим), 7;1

Снпк, Снпм содержание в полидисперсном древесном наполнителе частиц, внутренняя поверхность капилляров и межфибриллярных промежутков которых полностью покрыты (заполнены) связующим;, Снкк, Снуем — содержание в полидисперсном древесном наполнителе частиц, у которых связующим покрыты (заполнены) лишь концы, ;

Хф», Хфм — глубина проникновения связующего в капилляры и глубина заполнения межфибриллярных промежутков связующим, мм;

Х® — расчетная глубина проникновения жидкости в капилляры, определенная с учетом коэффициента Жамена, мм;

)i - коэффициент капиллярной пропитки, Хф — фактическая глубина пропитки древесного наполнителя связующим, измерен5 ная с помощью рентгеноструктурного микроаналиэатора (PMA); тпр — п родолжител ь ность и рспитки древесного наполнителя связующим, с; ас — поверхностное натяжение связую10 щего, н/м;. /, — вязкость связующего, Па с;

9 — краевой угол, образующийся при смачиваниидревесных наполнителей связующим, град;

Ьпр — приведенная длина древесных частиц, мм, Рк, P — капиллярное и атмосферное давление соответственно, Па.

Известно, что Р=101323 Па.

20 4 а,.cps 64 (9) бк

Для изготовления ДСП используют карбамидоформальдегилную смолу марки

KC — MT (ГОСТ 14231-78), в которую введены хлористый аммоний и аммиак, Это связующее имеет следующие характеристики: плотность рс -1270 кг/м, вязкость с =0,205 Па с, поверхностное натяжение

30 а, =43 10 н/м, краевой угол 64 =-68О.

Расчеты по уравнениям (7 — 9) дают следующие результаты:

Рк =2351 Па;

4р =6,48 мм — для наружного слоя ДСП при значениях Кп.а. и Знар иэ табл.1;

Хк=0,073 мм.

В современных скоростных смесителях длительность соприкосновения древесных частиц и связующего порядка 10 — 65 с.

Примем tnp =52 с, K:=0,76. Подставив значения в формулу(6), при Хф=Хфк=Хфм получаем

Хф= 0,2 мм

По формулам (3 и 5) определяем

Иь, = е н. =6.17 .

По координатам кривых распределения частиц по длине и по минимальным значениям длины частиц видно, что в стружках наружного слоя не содержится частиц, име50 ющих длину менее 2Хф, т.е. менее 0,4 мм.

Следовательно, s ДСП не содержится частиц древесины, полностью пропитанных связующим, и Снп=О. Примем

Снп-Снпм Скпм=О, тогда по формулам (2 и 4)

HBApeM .

64н. =98.ì =6,17>

Так как в формуле (1) имеется неизвестное t.". — содержание наполнителя, заменим его выражением

Сн-100 — С .

17 10628

Подставим значения иэ уравнения (10) в формулы (1) и (11) д C Свн.„10 (1 1) СнРс ар 5нар + Ан.к 5вн.к) После подстановки получаем % Я » Явн.» Ъ Ив».м, Свн.м

4 100 (1 2) д

5вн.к) (13)

Решив совместно уравнения (12) и (13) относительно Сс, будем иметь (ВЯ» Ър+»,, 5„Д+025» S . 1».,1 с.— =1

1 +р,ф((»р.я»,р + 6ф». S»»») + 025(4 Se»» Ю»»рв ; (14)

Приняв, что Явн M=148 10 м /кг и

А=3,46 мкм, по формуле (14) для наружного слоя ДСП получаем

Сс - 10,81%, где Сс — содержание связующего с добавкой, Отвердителем и модификатором.

Количество древесного наполнителя (стружки) в соответствии с формулой (10) равно

Сн=89,19%, Количество и содержание компонентов, входящих в состав композиции, можно рассчитать с помощью уравнений;

СсвязСкар Сс Схл СаМ Сапп Спвс (15)

Сота Схл Сам=(0,5)-1,0) 10 Скар1 (16)

Сдпп=(0,1 — 2,6) 10 (С,+С.); (17)

Сдпп

Спвс»» „15. „25 (18) где СКар, Схл, Сам, Сдпп, Спвс — содержание карбамидоформальдегидной смолы, отвердителя — хлористого аммония и аммиака, модификатора — водной дисперсии АПП. и добавки — ПВС в процентах от абсолютно сухой массы всех компонентов соответственно, %.

Подставив значения в формулы (15 — 18), для рассматриваемого примера 1 при

Сдпп=Спвс-0 и содержании отвердителей (Схл и CaM) 0,515% от сухой массы карбамидной смолы получим

Скар=10 81 0 515 10 Скар-0,515> х1 0 Скар1

Скар 10,7%.

Схл-Сам=0,515 10 10,7 - 0,055 %.

Таким образом, состав ДСП в примере

1 включает следующие компоненты (по сухой массе)

Древесная стружка Сн 89,19 (100)

Связующее С 10,81 (12,12)

Карбамидоформальдегидная смола Скар 10,70 (12,00)

Хлористый аммоний Схл 0,055 (0,06)

Аммиак Сам 0,055 (0,06) 10

В скобках указаны содержания компонентов в массовых частях, когда массу древесной стружки принимают равной 100 м.ч.

Древегно-стружечную плиту малой плотности изготавливают по следующей технологии. Древесную стружку влажностью 3% смешивают со связующим в скоростном смесителе. Связующее получают путем предварительного смешивания 60%ной карбамидофармальдегидной смолы, 10%-ного раствора хлористого аммония и

20%-ного раствора аммиака.

Из полученной массы формуют ковер

ДСП, который уплотняют в холодном прессе при давлении 2,5 МПа и прессуют при температуре 170 10 С под давлением 2,5

МПа в течение 6 — 10 мин, Затем плиты охлаждают и обрезают по формату.

Физико-механические свойства плит определяют в соответствии с ГОСТ 10633—

78, 10634 — 78, 10635 — 78, 10636 — 78. Толщина плит составляет 20 мм

При изготовлении составов, содержащих стружки для внутреннего слоя, используют результаты расчета параметров частиц. При изготовлении составов, содержащих водную дисперсию атактического полипропилена, эмульгированную и стабилизированную поливиниловым спиртам, подготавливают связующее по следующей технологии.

Водную дисперсию АПП, содержащую

18 сухого вещества, смешивают с ПВС в соотношении 12:1, затем вводят карбамидоформальдегидную смолу, содержащую 60 сухого вещества, 10%-ный хпористый аммоний и 20%-ный раствор аммиака. Все компоненты связующего перемешивают и подают в скоростной смеслтель. Остальные операции выполняют ана-.огично примеру

Примеры 1 — 12 составов ДСП приведены в табл.2, свойства ДСП вЂ” в табл.3, Как видно из табл.2 и 3, составы наружного слоя ДСП по примерам 2 и 3 обеспечивают получение высокой прочности и повышенной водостойкости. Состав наружного слоя ДСП по примеру 4 обеспечивают получение максимальной (из составов 1—

12) водостойкости. Состав внутреннего слоя

ДСП по примеру 5 невысокий предел прочности перпендикулярно пластин (U)u невысокую водостойкость при уменьшенной себестоимости. Состав внутреннего слоя

ДСП по примеру 6 дает повышенную (oi) и повышенную водостойкость, Состав внутреннего слоя ДСП по примеру 7 дает высокую ((J<) и высокую вадастаикасть. Состав внутреннего слоя ДСП по примеру 8 дает

1710628

2,300 — 20,000 м /кг, удельной внутренней

2 капиллярной поверхностью $вн.к 57 — 385 м /кг и долей наружной поверхности с пе2 ререзанными волокнами (Kn.s,) 0,011

5 33,333, при следующем содержании компонентов, мас., рассчитанных по формулам: наполнитель Си=100 — Cc, где Со— содержание связующего с добавкой, отвердителем и модификатором и вычислено по

10 формуле где ро — плотность связующего, кг/м; з.

15 . д — средняя арифметическая толщина связующего с добавкой, модификатором и отвердителем на наружной и внутренней капиллярной поверхности древесных частиц;

04вр, (Э и,к доли наружной и внутрен20 ней капиллярной поверхности древесных частиц, покрытые связующим, %;

9 н.м — доля внутренней межфибриллярной поверхности древесных частиц, заполненная связующим, 7.;

25 $„,р., $»., $».< — удельные наружные, внутренние капиллярные и межфибриллярные поверхности древесных частиц, м /кг;

d< — диаметр межфибриллярных промежутков древесных частиц, нм; модификаторСцод=(0,1-2,6).10 Cc+Cg+

+Сдоб+Соте

Таблица 1

Части ы слоя вн еннего на жного

9,93

Удельная наружная поверхность Sgap, м /кг

Удельная внутренняя капиллярная поверхность S .», м /кг

Доля наружной поверхности с перерезанными волокнами Ко.в, 12,85

230,2

230,2

6,27

5,26 максимальную (из составов 1 — 12) водостойкость.

Примеры 11 и 12 — составы ДСП, содержащие плоские частицы размерами

76,2х25,4х0,46 мм и частицы кубической формы с размерами стороны 1,6 мм, В этих составах использовано фенолоформальдегидное связующее, его содержание 4 от массы древесного наполнителя и параметры древесных частиц при р =550 кг/м приведены в табл.2, свойства зплит — в табл,3, Плотность плит 800 кг/м .

Использование древесных частиц, имеющих оптимальные параметры, позволяет увеличить прочность ДСП в 26 раз при том же содержании связующего.

Применение древесных частиц с известными параметрами, использование водной. дисперсии АПП, эмульгированной и стабилизированной ПВС, позволяет при одних и тех же свойствах ДСП снизить содержание связующего на 0,5 — 1,0 от массы всех компонентов, т.е. сэкономить не менее

0,4 кг карбамидоформальдегидной смолы на 1 м ДСП.

Формула изобретения

Композиция древесно-стружечной плиты, содержащая наполнитель — частицы древесины, полимерное связующее на основе карбамидной смолы с отвердителем, добавку — поливиниловый спирт и модификатор, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества плиты при одновременном снижении ее себестоимости, в качестве модификатора она содержит 1—

40 -ную водную дисперсию атактического полипропилена, а древесные частицы — с удельной наружной поверхностью Soap

Параметры древесных частиц

Сс + Йн.! $емл + 0.25 4ю $ан.м. @н.м(1+pc(0(QapP $ +Е.., $....)+О25 (..$utu Е,„1твдобавка Сдоб — Ц-—

Смо

11,5 — 12,5 отвердитель Сотв= (0,5 - 1,0) 10 ° Соввв, -2 связующее Соввв=100-С -Смод Сд б—

Сотв.

1710628

Твблицв 3

+ Увеличение нвчвльной толщинн ДСП ловле цикле оои относительной елвжности еовлтне 30-90Гь.

Составитель В. Шиманская

Техред М.Моргентал Корректор Jl. Палий

Редактор Н, Тупица

Производственно-издательский комбинат Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 314 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5