Способ получения древесной формовочной массы

 

Предложен способ получения древесной формовочной массы, включающий подготовку древесины к разволокнению обычным методом и ее механическое разволокнение, которое осуществляется в присутствии связующего, преимущественно на основе термопластичного полимерного материала или связующего и других добавок (дисперсный наполнитель, краситель, антипирен, гидрофобизирующая добавка). Этим достигается упрощение процесса, экологическая чистота продукта, а также возможность утилизации различных полимерных отходов, включая муниципальные. 13 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано в производстве листовых материалов на основе древесных волокон, например в производстве древесноволокнистых плит, картона.

Известен способ изготовления древесных плит на термопластичном связующем, включающий приготовление древесной формовочной массы (ДФМ) на основе смеси термопластов, включающий измельчение смеси термопластов, смешение порошка термопластов с сухими стружками, формование брикета и прессование листового материала. Недостатком данного способа является применение связующего в виде высокодисперсного полимерного порошка, производство которого обходится дорого. При этом используются порошки с низкой насыпной плотностью, транспортировка и применение которых также дорога и неэффективна. Применение другого типа порошков сопряжено с неравномерным распределением порошка в массе при перемешивании, что приводит к снижению прочности материала. Для получения равномерного распределения также возникает необходимость высокой концентрации связующего из-за чего затруднено получение материала с содержанием термопласта ниже 25% Следует также отметить, что в данном способе применяют древесные стружки, что исключает получение тонкого листового материала. К недостаткам данного способа можно также отнести то, что нанесение связующего (его перемешивание со стружками) выделено в отдельную технологическую стадию.

Известен способ изготовления агломератов на основе древесины и термопластов и их использования в качестве ДФМ, включающий измельчение полимерного связующего и его нагрев за счет измельчения до температуры плавления, добавление влажных отходов древесины, которые измельчаются совместно с пластиком, охлаждая его, и агломерируют с получением материала для литья под давлением, прессования и т.д. К недостаткам данного способа можно отнести то, что используются только концентрации термопластов свыше 25% При меньших концентрациях происходит значительное ухудшение потребительских свойств изделия. Кроме того, измельчение древесины происходит без сохранения волокнистой структуры, что не позволяет реализовать высокие механические свойства древесных волокон в изделии.

Известен способ приготовления древесной массы для формования, включающий нагревание измельченной древесины с целью удаления влаги, введение термопластичного связующего и перемешивания в винтовом смесителе выше температуры плавления термопластичного связующего для получения гомогенной массы. Последующее формование изделия проводят пропусканием массы через фильеру нужного профиля. К недостаткам данного способа следует отнести введение связующего при температуре выше его плавления. При этом повышаются энергозатраты, введение концентраций связующего ниже 25 приводят к образованию негомогенной массы, измельченный древесный материал препятствует хорошей гомогенизации из-за волокнистой текстуры.

Известен способ изготовления древесной прессовочной массы, включающий измельчение древесины по ширине с получением древесной соломки, нанесение на нее связующего, сушку и измельчение древесины по длине. К недостаткам данного способа следует отнести недостаточное разволокнение материала, определяемое тем, что измельчение по ширине (вдоль волокон) происходит на первом этапе и достаточно тонкое измельчение (разволокнение) приведет к потере преимуществ метода проникновению значительной части связующего внутрь материала. Кроме того, метод довольно сложен, так как состоит из нескольких стадий, включая стадию сушки. Последняя является лимитирующей стадией процесса, так как сушку необходимо вести при невысоких температурах с тем, чтобы исключить сшивание связующего. Способ предусматривает равномерное нанесение связующего и поэтому исключает применение связующих, твердых в условиях нанесения. Кроме того, в данном способе в качестве связующего используют фенолформальдегидную смолу, из-за которой продукт не является экологически чистым.

Известны способы и составы для получения экологически чистых изделий на основе волокнистой древесной массы и таллового масла или его производных, включающие смешение сухого древесного волокна с талловым маслом или его производными в смесительном оборудовании, формовании и прессовании изделий при 200-220^oС и давлении 5,5-6 МПа, с последующей термозакалкой при 170^oС в течение 4 ч. Однако, производство древесноволокнистых плит по данным способам требует высоких температур прессования (200-220^oС) и дополнительной стадии закалки. Поэтому процесс энергоемок. Кроме того, равномерное нанесение связующего на ковер материала выделено отдельную стадию и требует дополнительного оборудования. Также талловое масло не является широко распространенным продуктом, что сказывается на стоимости изделия.

Известен способ приготовления древесноволокнистых плит сухого формования из ДФМ, включающий пропарку древесной щепы, нанесение таллового пека в качестве функциональной добавки в виде расплава на обработанную насыщенным паром древесную щепу с последующими стадиями размола массы на рафинере, введения фенолформальдегидной смолы в качестве связующего, сушки, прессования и кондиционирования. В данном случае получаются плиты не экологически чистые, поскольку применяется фенолформальдегидное связующее.

Известен способ приготовления древесной волокнистой формовочной массы, заключающийся в мокром разволокнении древесной щепы на дефибраторе и рафинере. Полученная масса поступает в ящик непрерывного проклеивания, где смешивается со связующим на основе фенолформальдегидных смол и добавками. Масса поступает на отливную машину, где формируется ковер, и затем прессуется в изделие. Недостатком данного способа является применение водорастворимых фенолформальдегидных смол. Наиболее близким по технической сути является способ получения древесной формовочной массы, при котором разволокнение щепы происходит в присутствии связующего (см. Авторское свидетельство СССР N 954252, кл. В 27 3/04, 1982).

Задачей при создании предлагаемого способа являлось получение древесной формовочной массы для изготовления экологически чистых плит, упрощение технологии введения экологически чистых термопластичных полимерных связующих и уменьшение их содержания. Поставленная задача решается тем, что разволокнение древесины проводят в присутствии связующего или в присутствии связующего и других добавок. При этом в качестве связующего могут быть использованы различные природные и/или синтетические материалы, преимущественно термопластичные полимерные материалы с температурой размягчения ниже температуры формования изделия, например полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, различные смеси на их основе и т.д. Разволокнение древесины проводят в присутствии связующего преимущественно на основе материала, содержащего по крайней мере один термопластичный компонент в количестве от 2 до 25% от общего количества абсолютно сухой массы с температурой размягчения ниже температуры формования изделия, например полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол. Связующее может быть получено смешением в расплаве различных термопластичных материалов. При этом связующее может содержать компонент с температурой размягчения выше температуры формования изделия, например полиэтилентерефталат, полиамид и т.д. Разволокнение может производиться не только в присутствии связующего, но и присутствии других добавок, таких как наполнители, красители, гидрофобизирующие добавки и т.д. что позволяет хорошо распределять добавки в материале, облегчить диспергирование водонерастворимого связующего, создавать новые потребительские свойства материала.

По предлагаемому способу в качестве связующего могут быть использованы смеси на основе термопластичных материалов. Это делает возможным применение в качестве связующего смесей отходов полимеров, переработка которых без разделения невозможна. Например, муниципальные отходы, содержащие высокоплавкий компонент полиэтилентерефталат (ПЭТФ) и компоненты, у которых происходит деструкция при температурах переработки ПЭТФ; или смеси полиэтиленов и полистирола, в результате переработки которых получается материал, не имеющий областей применения из-за очень низких механических свойств.

Предлагаемый способ позволяет одновременно со связующим на стадии разволокнения древесины вводить технологические добавки, используя их смеси со связующим, предварительно полученные в расплаве. Так могут быть введены антипирены, гидрофобизирующие добавки, наполнители, красители, введение которых традиционными методами в водной среде требует специальных технологических приемов, например использование осадителей в случае гидрофобизирующей водонерастворимой добавки.

Кроме того, используемые связующие могут частично или полностью выполнять функции обычно применяемых добавок, например термопластичное полимерное водонерастворимое связующее выполняет роль гидрофобизирующей добавки, а окрашенное связующее роль красителя.

Предлагаемый способ может быть реализован на обычно применяемом для разволокнения древесины оборудовании, например на рафинере или дефибраторе.

За счет интенсивного сдвигового деформирования происходит разрушение древесины на волокна при одновременном диспергировании связующего. Благодаря наличию влаги не происходит локального разогрева связующего и его прилипания к измельчающим поверхностям оборудования. Кроме того, совместное измельчение связующего с древесиной приводит к равномерному распределению связующего, что позволяет снизить содержание связующего и исключить дополнительную стадию его нанесения на волокна.

Кроме того, изделия, формованные из ДФМ, полученной по предлагаемому способу, благодаря термопластичному связующему пригодны для вторичной переработки.

Предлагаемый способ может быть использован при приготовлении древесной массы для формования не только древеснооволокнистых плит, но и для других целей, например при приготовлении специальных сортов бумаги или картона с использованием термопластичной добавки, что облегчает окрашивание или дальнейшее тиснение, а также повышает физико-механические характеристики изделия.

Пример 1. Древесная щепа, полученная из лиственных пород, одновременно с полиэтиленом низкой плотности в количестве 10% от общего количества сухой массы подается в дефибратор, далее на рафинер. После разволокнения древесины получают древесноволокнистую формовочную массу. Далее масса поступает в ящик непрерывной проклейки, на отливную машину. Сформированный древесноволокнистый ковер режется на полотна и подается в горячий пресс. В результате получают плиты с прочностью на изгиб 22 МПа и разбуханием воде за 24 ч 30% Связующее в этом случае выполняет функцию гидрофобизирующей добавки.

Примеры 2 4. Осуществляют аналогично примеру 1. Тип связующего, его количество и свойства плит приведены в таблице.

Примеры 5, 6. Осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве связующего используется смесь термопластичных материалов, их тип, количество и свойства плит приведены в таблице.

Пример 7. Осуществляют аналогично примеру 5, но в качестве связующего используют смесь термопластичных материалов, полученную в расплаве. Тип полимеров, их количество и свойства плит приведены в таблице.

Пример 8. Осуществляют аналогично примеру 7, но в смеси термопластов присутствует полиэтилентерефталат. Соотношение термопластов, количество связующего и свойства плит приведены в таблице.

Примеры 9, 10. Древесная щепа одновременно со связующим подается в дефибратор. После разволокнения масса поступает в ящик непрерывной проклейки, где вводится гидрофобизирующая добавка (парафин), а затем в ящик для осаждения, где вводится осадитель. Далее по схеме примера 1. Тип термопластичного связующего, его количество, состав щепы, наличие гидрофобизирующей добавки, свойства получаемых плит приведены в таблице.

Примеры 11-17. Осуществляют способом, аналогичным примерам 9-10. В качестве связующего применяют смеси термопластов и технологических добавок, перемешанных в расплаве. Тип термопластичного материала, его количество, состав щепы, наличие технологических добавок (наполнителя, красителя), свойства получаемых плит приведены в таблице.

Примеры 18, 19. Осуществляют аналогичным примерам 1-8 способом. Тип термопластичного материала, его количество, наличие добавок (парафин, полиэтиленовый воск), состав щепы, свойства получаемых плит приведены в таблице.

Условные обозначения в таблице: ПЭНП полиэтилен низкой плотности; ПЭВП полиэтилен высокой плотности; ПП полипропилен; ПВХ поливинилхлорид; ОП - древесные опилки; ПЭТФ полиэтилентерефталат; Пар парафин; Саж печная сажа.

Формула изобретения

1. Способ получения древесной формовочной массы, включающий термообработку и механическое разволокнение щепы в присутствии связующего, отличающийся тем, что используют связующее на основе термопластичного полимерного материала, содержащего по крайней мере один термопластичный компонент в количестве преимущественно 2 25% от общего количества абсолютно сухой массы, с температурой размягчения преимущественно ниже 170^o 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическое разволокнение осуществляют на дефибраторах и рафинерах.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что древесную формовочную массу дополнительно подвергают проклейке гидрофобизирующей добавкой.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии термообработки вводят связующее и/или по крайней мере одну добавку.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве термопластичного компонента может быть использован полиэтилен низкой или высокой плотности, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют смесь термопластичных материалов, полученную в расплаве.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве термопластичного материала используют смесь, содержащую компонент с температурой размягчения выше 180^oC, например полиэтиленрефталат.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что размол щепы проводят в присутствии термопластичного полимерного материала и по крайней мере одной добавки, например дисперсного наполнителя, красителя, гидрофобизирующего компонента.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве гидрофобизирующего компонента используют полиэтиленовый воск.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве дисперсного наполнителя используют древесные опилки.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве красителя используют краситель для термопластичного материала, например сажу.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере одну добавку вводят после разволокнения древесины.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что разволокнение древесины проводят в присутствии связующего и по крайней мере одной добавки, перемешанных в расплаве.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что разволокнение древесины проводят в присутствии смеси полиэтилена низкой плотности, поливинилхлорида, древесных опилок и полиэтиленового воска, предварительно перемешанных в расплаве.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2