Состав для плит из рисовой шелухи

Изобретение относится к композициям, применяемым для изготовления древесно-стружечных плит. Описан состав для плит, включающий в качестве наполнителя рисовую шелуху или смесь рисовой шелухи и древесных опилок, жидкое натриевое стекло с модулем 2,4-3,6, диоксид кремния, в качестве которого используют искусственные диоксиды кремния или кремнеземные пылевидные отходы различных производств с содержанием SiO₂ не менее 80%, при заявленном соотношении компонентов. Технический результат - предложенный состав позволяет получить прочную водостойкую плиту с высокими прочностными характеристиками, также позволяет утилизировать различные отходы. 2 табл.

 

Изобретение относится к композициям, применяемым для изготовления древесно-стружечных плит. Известно много составов для плит на основе неорганических, экологически чистых связующих. В качестве древесного наполнителя в таких составах применяются древесные опилки, стружка, пыль, а в качестве вяжущего чаще всего используются водорастворимые силикаты натрия. В данном изобретении предлагается использовать отходы сельскохозяйственного (рисовая шелуха), деревообрабатывающего (древесные опилки) и металлургического производств (кремнеземная пыль).

Известен состав для древесно-стружечных плит, включающий, мас.ч.: древесные стружки - 100; жидкое натриевое стекло, сухое вещество - 40-60; содержащаяся в нем вода - 80-20; кроме того, в данном техническом решении в качестве модификаторов используют гексафторсиликат натрия - 1.2-4.2; и полиалкоксисилоксан - 0.6-2.0. (Патент РФ № 2057773, кл. С 08 L 97/02, 10.04.1996 г.) [1].

Недостатком данного технического решения является то, что полученные из таких клеевых композиций древесно-стружечные плиты обладают по сравнению с заявляемым составом пониженными прочностными характеристиками и водостойкостью.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является состав для древесно-стружечных плит, включающий

Древесную стружку	- 100
Натриевое стекло
по сухому веществу	- 10-60
Кремнеземные пылевидные отходы	- 3-25
Вода	- 30-80

(RU, 2150376 C1, 7 В 27 N 3/04, С 08 L 97/02) [2].

В этом техническом решении используются кремнеземные пылевидные отходы производства ферросилиция т.е., используются SiO₂-содержащие отходы только одного типа с содержанием SiO₂ не менее 90%.

Задачей заявляемого технического решения является расширение диапазона утилизируемых отходов, а также увеличение прочности и водостойкости получаемой древесно-стружечной плиты.

Поставленная задача решается благодаря тому, что заявляемый состав содержит наполнитель, жидкое натриевое стекло с модулем 2.4-3.6, диоксид кремния, отличается тем, что в качестве наполнителя он содержит рисовую шелуху или смесь рисовой шелухи и древесных опилок, а в качестве диоксида кремния он содержит искусственные диоксиды кремния или кремнеземные пылевидные отходы различных производств с содержанием SiO₂ не менее 80% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Рисовая шелуха	- 50-100
Древесные опилки	- 0-50
Жидкое натриевое стекло по сухому остатку	- 25-50
Диоксид кремния	- 10-70

В заявляемом решении в качестве новой модифицирующей добавки, выполняющей функции отвердителя, предлагается использовать искусственные диоксиды кремния с удельной поверхностью более 50 м²/г и SiO₂-содержащие отходы различных металлургических производств с содержанием аморфного кремнезема 80% и более. Выбор искусственных диоксидов кремния с удельной поверхностью 50 м²/г и более обусловлен тем, что чем мельче частицы порошка (нужно учесть, что температура обработки невысокая), тем они более активны, быстрее взаимодействуют с силикатом натрия, более равномерно перемешиваются со всей массой. Можно использовать диоксиды кремния с меньшей удельной поверхностью, но это может привезти к уменьшению водостойкости вследствие неполного взаимодействия с силикатом натрия или вследствие неоднородности распределения порошка в общей массе. Отходы металлургических производств (с содержанием SiO₂ 80% и более) имеют в своем составе аморфный кремнезем, который является очень активным, и удельная поверхность такой добавки, как правило, не имеет большого значения. Эти отходы не должны содержать большого количества хлора и железа, которые разрушают силикаты натрия, такие отходы потребуют дополнительного количества жидкого натриевого стекла для нейтрализации, а это, в свою очередь, может сильно повысить влажность массы до недопустимого значения. В то же время такие компоненты, как хром, алюминий, цирконий и многие другие, оказывают дополнительное упрочняющее действие и способствуют повышению водостойкости изделий.

В качестве связующего в заявляемом техническом решении использовали водный раствор жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2.4-3.6, плотностью 1.3-1.6 г/см³ и содержанием основного вещества (сухой остаток) 33-40 мас.%.

Жидкие стекла с таким диапазоном по модулю и плотности стандартно используют для получения различных строительных материалов. При использовании более низких модулей требуется дополнительная нейтрализация щелочи, а при использовании жидкого стекла с модулем выше 3.6 резко падает клеющая способность, а значит и прочность изделий. Плотности 1.3-1.6 г/см³ - также стандартно используемые плотности. Плотность ниже 1.3 г/см³ редко используется в качестве связки вследствие низкого содержания основного вещества и низкой клеющей способности, а плотность выше 1.6 г/см³ редко применяется вследствие большой вязкости (но может использоваться и жидкое стекло большей плотности после разбавления водой).

В качестве наполнителя использовали рисовую шелуху, пыль рисовой шелухи, древесную стружку, древесные опилки, древесную пыль, а также кору. Основное условие для использования каких-либо древесных отходов в качестве наполнителя - он (наполнитель) не должен разрушать силикатную связку (например, не должен содержать большого количества органических кислот) или не должен содержать большого количества углеводов, которые, обугливаясь при термической обработке, не позволяют склеить частицы наполнителя (в случае тростниковых отходов) и т.п. Поэтому количество вводимых древесных опилок не должно превышать 50 мас.ч., т.к. введение большего количества может приводить к нежелательным эффектам (возможно и использование состава без опилок, см. примеры 3, 4 Таблицы 1). В идеальном случае можно готовить составы с любым соотношением рисовой шелухи и древесных опилок, если они не разрушают силикаты натрия; больше всего подходят для этого случая древесные опилки лиственных пород.

Образцы древесно-стружечных плит готовили следующим образом. Вначале готовили связующее. Жидкое натриевое стекло с модулем 1.4-3.6, плотностью 1.4-1.6 г/см³ (25-50 массовых частей в пересчете на сухое вещество) тщательно перемешивали с диоксидом кремния или кремнеземной пылью (10-70 мас.ч.). Полученное связующее перемешивали с рисовой шелухой или со смесью рисовой шелухи с древесными опилками, добавляя их небольшими порциями (суммарное количество смеси 100 мас.ч.). Массу тщательно перемешивали.

Смесь равномерно распределяли в прессформе, прессовали при давлении 1.0-4.0 МПа в течение 5-7 минут. Плиту сушили при комнатной температуре в течение 24 часов, затем доводили температуру до 150-200°С, после этого медленно охлаждали до полного испарения влаги. Подбором фракционного состава и условиями прессования получали плиты плотностью 850-1400 кг/м³.

Полученные заготовки плит обрезали по формату и испытывали по показателям ГОСТ 10632-89 "Плиты древесно-стружечные".

Примеры по рецептуре прототипа и заявляемого состава сведены в таблицу №1. Физико-механические показатели образцов древесно-стружечных плит заявляемого состава, а также образца по прототипу сведены в таблицу №2.

В данном составе не применяли дополнительно воду, кроме той, что содержит жидкое натриевое стекло и наполнитель; как правило, влажность рисовой шелухи не превышает 5%, древесные опилки могут содержать большее количество воды. Влажность массы регулировали плотностью жидкого натриевого стекла (чем больше влажность наполнителя, тем большая плотность должна быть у жидкого стекла). Основным показателем оптимальной влажности массы для формования служит прочность сырой плиты и сохранение ее размеров (плита не должна увеличивать объем при сушке на воздухе вследствие большой пружинистой способности частиц рисовой шелухи), кроме того, вода не должна выдавливаться под давлением, что может привести к снижению конечной прочности.

Как видно из таблицы №2, заявляемый состав позволяет получить прочную водостойкую плиту, используя в качестве наполнителя рисовую шелуху или смесь рисовой шелухи и древесных опилок. Этот способ позволяет утилизировать различные отходы сельскохозяйственного, деревообрабатывающего и металлургического производств.

Таблица №1
	Состав
Образцы	наполнитель, мас.ч.	Натриевое жидкоестекло, мас.ч.	Диоксид кремния, мас.ч.
	Рисовая шелуха	Деревянные опилки
1 Прототип		100	40	16
2	-	Деревянная калиброванная стружка	На фенолоформальдегидной смоле
3	100		25	10
4	100		33	30
5	100		50	70
6	50	50	33	30
7	80	20	30	30
8	100		40	70

Таблица №2
Продукт и его характеристики	Известный способ	ДСП на феноло-форм. смоле	Состав древесно-стружечных плит в соответствии с таблицей №1
1	2	3	4	5	6	7	8
Р, кг/м3	850		850	850	1400	1000	1200	1000
Предел прочности при изгибе, МПа	11.1	17.6	8.0	11.3	15.0	13.5	14.7	13.0
Разбухание по толщине за 24 часа, %	5.2	Разбухание менее 3%

Литература

1. Патент РФ № 2057773, кл. С 08 L 97/02, 10.04.1996.

2. RU, 2150376 C1, 7 В 27 N 3/04, С 08 L 97/02.

Состав для плит из рисовой шелухи, включающий наполнитель, жидкое натриевое стекло с модулем 2,4-3,6, диоксид кремния, отличающийся тем, что в качестве наполнителя он содержит рисовую шелуху или смесь рисовой шелухи и древесных опилок, а в качестве диоксида кремния он содержит искусственные диоксиды кремния или кремнеземные пылевидные отходы различных производств с содержанием SiO₂ не менее 80% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Рисовая шелуха	50-100
Древесные опилки	0-50
Жидкое натриевое стекло по сухому остатку	25-50
Диоксид кремния	10-70