Способ изготовления плит из композиционного материала
Изобретение относится к производству строительных материалов из отходов деревообрабатывающей промышленности. Реализация данного способа позволяет повысить физико-механические и экологические показатели плит из древесно-полимерного композита (ДПК). Способ включает фракционирование наполнителя, обработку наполнителя раствором сополимер винилциклогексена с малеиновым ангидридом в воде с последующей сушкой, совмещение модифицированных древесных частиц с полиэтиленом путем предварительного смешивания и нагревания с последующим вальцеванием на лабораторных вальцах с диаметром валков 180 мм и зазором между ними 1 мм, прессование полученной массы в пресс-форме гидравлического пресса марки ПГ-60 при температуре 180-210°С и давлении 5 МПа. В ДПК вводят в качестве ингредиента, повышающего физико-механические показатели композита и устойчивость к УФ-облучению, вторичный полиэтилентерефталат, при следующем соотношении, мас.%:
2 табл.
Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленности.
Известен способ изготовления ДСтП на основе модифицированных латексными составами карбамидоформальдегидных смол, включающий обработку частиц композиционным связующим с последующим горячим прессованием (И.Иосифов и др. Свойства древесностружечных плит на основе модифицированных латексными составами карбамидоформальдегидных смол. Высший лесотех. ин-т, София, IX Симпозиум, 9, 1989, стр.185-189).
Недостатками данного способа являются использование бутадиен-стирольных латексов, не содержащих в своем составе карбоксильных групп, загущающих добавок в виде латекса с высоким содержанием метакриловых групп, а также отсутствие активного наполнителя, способного эффективно сорбировать остаточный формальдегид. Эмиссия из готовых плит данного соединения, обладающего канцерогенными и мутагенными свойствами, крайне затрудняет использование плит в строительстве и практически исключает их применение в мебельной промышленности.
Существует способ изготовления композиционного материала (С.С.Глазков, Е.Н.Левыкин, М.В.Енютина / Древесно-полимерные композиции на основе вторичных материалов промышленности // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2001. - Т.44. - Вып.2. - С.142-145), который включает несколько стадий: фракционирование наполнителя, обработка исследуемой фракции раствором синтетического каучука этиленпропиленового термопластичного (СКЭПТ) в нефрасе с последующей сушкой, совмещение модифицированных древесных частиц с полиэтиленом путем предварительного смешивания и нагревания с последующим вальцеванием на лабораторных вальцах с диаметром валков 180 мм и зазором между ними 1 мм, прессование полученной массы в пресс-форме гидравлического пресса марки ПГ-60 при температуре 130-140°С и давлении 5 МПа, древеснополимерный композит ДПК содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:
| вторичный полиэтилен | 59,0-70,5 |
| древесные частицы | 27-38 |
| СКЭПТ | 2,5-3,0 |
В качестве древесных отходов использованы опилки, образующиеся в больших количествах на деревообрабатывающих производствах от круглопильных станков, лесопильных устройств и т.д. Вторичное полиэтиленовое сырье в соответствии с ТУ 63-476-32-90 "Сырье полимерное вторичное необработанное" представляло собой вышедшую из употребления пленку и пленочные изделия.
Недостатками данного способа являются относительно невысокие показатели прочности и водостойкости плит, а также технологические и экологические негативные моменты, связанные с определенными требованиями по составу исходных компонентов композиционного связующего.
Наиболее близок по технической сущности способ изготовления композиционного материала (Пат. 2356728 Российская Федерация, МПК B27N 3/00 08L 97/02, Способ изготовления плит из композиционного материала / Глазков С.С., Семенова Л.К.; заявл. 21.02.2007; опубл. 27.05.2009, Бюл. №15), который включает фракционирование наполнителя, обработку наполнителя водным раствором сополимера винилциклогексена с малеиновым ангидридом СВМ с последующей сушкой, совмещение модифицированных древесных частиц с термопластичным связующим в виде вторичного полиэтилена путем предварительного смешивания и нагревания с последующим вальцеванием на лабораторных вальцах с диаметром валков 180 мм и зазором между ними 1 мм, прессование полученной массы в пресс-форме гидравлического пресса марки ПГ-60 при температуре 130-140°С и давлении 5 МПа, при следующем соотношении, мас.%:
| вторичный полиэтилен | 59,0-70,5 |
| древесные частицы | 27-38 |
| СВМ | 2,5-3,0 |
Недостатками данного способа получения плит из композиционного материала являются относительно невысокие физико-механические свойства плит и низкая устойчивость к УФ-облучению, что существенно сокращает срок эксплуатации в атмосферных условиях и значительно уменьшает области применения.
Задачей изобретения является повышение физико-механических показателей плит и устойчивость их к УФ-облучению на основе комплексного термопластичного связующего, образованного путем замещения части вторичного полиэтилена вторичным полиэтилентерефталатом.
Для решения этой задачи в известном способе изготовления ДПК, включающем фракционирование наполнителя, обработку наполнителя раствором СВМ с последующей сушкой, совмещение модифицированных древесных частиц с полиэтиленом путем предварительного смешивания и нагревания с последующим вальцеванием на лабораторных вальцах с диаметром валков 180 мм и зазором между ними 1 мм, прессование полученной массы в пресс-форме гидравлического пресса марки ПГ-60 при температуре 180-210°С и давлении 5 МПа, в ДПК вводят в качестве термопластичного связующего, повышающего физико-механические свойства и устойчивость к УФ-облучению в виде вторичного полиэтилентерефталата (ПЭТ) вместо части вторичного полиэтилентерефталата при следующем соотношении, мас.%:
| вторичный полиэтилен | 20,0-50,0 |
| вторичный полиэтилентерефталат | 35,0-20,0 |
| древесные частицы | 37,5-22,5 |
| СВМ | 2,5-7,5 |
Положительный эффект предлагаемого технического решения, а именно повышение показателей прочности и устойчивости готовых плит к действию УФ-облучения достигается за счет введения в состав ДПК вместо части вторичного полиэтилена вторичный полиэтилентерефталат. Последнее позволяет поднять эффективность использования вторичного полиэтилентерефталата в виде всевозможной упаковки, в том числе многочисленные бутылки из ПЭТа, которые заполонили территорию России и до последнего времени не нашли своего квалифицированного применения.
Получаемый эффект от использования предлагаемого состава связующего можно пояснить следующим.
Химическая природа полиэтилентерефталата в отличие от карбоцепного для полиэтилена имеет гетероцепной характер, который отличается более высокими физико-механическими, упруго-эластическими свойствами, стойкостью к действию агрессивных сред, в том числе жесткого УФ-облучения, которое присутствует в спектре солнечного света.
Данное изобретение послужит дополнительным стимулом квалифицированного применения вторичного сырья и повышения эффективности действующего предприятия.
Способ по прототипу (пример 1 в таблице 1).
Изготовление прессованных плит из композиционного материала включало несколько стадий: фракционирование наполнителя, обработка исследуемой фракции раствором вещества, повышающего совместимость гидрофильного наполнителя с гидрофобным полиэтиленом, совмещение модифицированных древесных частиц с полиэтиленом путем предварительного смешивания и нагревания с последующим вальцеванием на лабораторных вальцах с диаметром валков 180 мм и зазором между ними 1 мм, прессование полученной массы в пресс-форме гидравлического пресса марки ПГ-60 при температуре 130-140°С, давлении 5 МПа и времени прессования 0,63-0,81 мм/мин.
Изготавливают однослойные плиты толщиной 12 мм. После прессования каждую плиту охлаждают в вертикальном положении без обдува при комнатной температуре. Испытания плит проводили не раньше, чем через 5 суток после изготовления.
Предлагаемый способ (по примерам 2-6 таблицы 1) осуществляется следующим образом.
Изготовление прессованных плит из композиционного материала включало несколько стадий: фракционирование наполнителя, обработка исследуемой фракции раствором вещества, повышающего совместимость гидрофильного наполнителя с гидрофобным полиэтиленом, совмещение модифицированных древесных частиц с полиэтиленом и полиэтилентерефталатом путем предварительного смешивания и нагревания с последующим вальцеванием на лабораторных вальцах с диаметром валков 180 мм и зазором между ними 1 мм, прессование полученной массы в пресс-форме гидравлического пресса марки ПГ-60 при температуре 180-210°С, давлении 5 МПа и времени прессования 0,42-0,58 мм/мин. После чего пресс-форму резко охлаждают в водно-солевом растворе с температурой -20÷-23°С в течение 2-3 минут.
Изготавливают однослойные плиты толщиной 12 мм. Испытания плит проводили не раньше, чем через 5 суток после изготовления.
В соответствии с приведенной технологией получали плиты по прототипу (пример 1) и предлагаемому способу, изменяя состав композиционного материала и технологические режимы (примеры 2-6 таблицы 1).
| Таблица 1 | ||||||
| Компоненты | Содержание компонентов, мас.% по примеру | |||||
| 1 (прототип) | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Вторичный полиэтилен | 65,00 | 12,00 | 25,00 | 37,00 | 50,00 | 62,0 |
| Древесные частицы | 30,00 | 43,75 | 37,50 | 30,00 | 22,50 | 15,0 |
| Вторичный полиэтилентерефталат | - | 43,00 | 35,00 | 28,00 | 20,00 | 13,0 |
| СВМ | 5,00 | 1,25 | 2,50 | 5,00 | 7,50 | 10,0 |
Плиты с различным составом композиционного материала, изготовленные по вышеприведенной технологии, подвергали испытаниям на физико-механические свойства и содержание свободного формальдегида. Показатели испытанных плит приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| Показатели | Примеры | |||||
| 1 (прототип) | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Предел прочности при изгибе, МПа | 15,30 | 13,2 | 18,90 | 22,5 | 19,5 | 14,2 |
| Предел прочности при изгибе после 200 ч УФ-облучения, МПа | 9,18 | 8,58 | 12,29 | 18,0 | 12,28 | 7,40 |
| Предел прочности при растяжении параллельно пласти, МПа | 9,56 | 7,90 | 11,87 | 13,7 | 12,64 | 8,10 |
| Разбухание по толщине, % | 0,65 | 0,75 | 0,49 | 0,32 | 0,58 | 0,81 |
| за 30 суток | ||||||
| Водопоглощение по массе, % | 1,23 | 1,62 | 1,11 | 0,93 | 1,05 | 1,17 |
| за 30 суток | ||||||
| Плотность, кг/м3 | 820 | 760 | 805 | 815 | 815 | 770 |
| Содержание свободного формальдегида, мг/100 г образца | 2,48 | 2,83 | 0,51 | 0,21 | 0,47 | 2,49 |
Как следует из приведенных в таблице 2 данных, плиты, полученные по предлагаемому способу, имеют более высокие прочностные показатели и водостойкость, значительно меньшую величину эмиссии формальдегида и существенно превышают уровень прототипа по стойкости к УФ-облучению.
Несмотря на повышение температуры прессования со 140-160°С по прототипу до 180-210°С по предлагаемому способу, существенно сокращается цикл прессования с 0,63-0,81 мм/мин до 0,42-0,58 мм/мин. При этом цикл прессования заканчивается резким охлаждением пресс-форм в водно-солевой смеси с температурой -20÷-23°С в течение 2-3 мин против 1,5-2,0 часов по прототипу, где требуется постепенное охлаждение пресс-массы. Резкое охлаждение позволяет избежать кристаллизации полиэтилентерефталата, сохранить преимущества аморфного состояния (прозрачность, упруго-эластические свойства) и существенно повысить производительность прессового оборудования.
Таким образом, можно говорить о существенном отличии предлагаемого способа от аналога и получаемом эффекте в виде более качественной продукции на основе отходов полимерного и растительного сырья.
Способ изготовления древесностружечных плит из отходов деревообрабатывающей промышленности, включающий фракционирование наполнителя, обработку наполнителя раствором сополимера винилциклогексена с малеиновым ангидридом (СВМ) в нефрасе с последующей сушкой, совмещение модифицированных древесных частиц с полиэтиленом путем предварительного смешивания и нагревания с последующим вальцеванием на лабораторных вальцах с диаметром валков 180 мм и зазором между ними 1 мм, прессование полученной массы в пресс-форме гидравлического пресса марки ПГ-60 при температуре 180-210°С и давлении 5 МПа, в ДПК вводят в качестве ингредиента, повышающего физико-механические показатели и устойчивость к УФ-облучению, вторичный полиэтилентерефталат при следующем соотношении, мас.%:
| вторичный полиэтилен | 20,0-50,0 |
| вторичный полиэтилентерефталат | 35,0-20,0 |
| древесные частицы | 37,5-22,5 |
| СВМ | 2,5-7,5 |
