Экологически безопасная плита на основе полимолочной кислоты и древесного волокна и способ ее получения

Группа изобретений относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к производству древесноволокнистых плит. Экологически безопасная плита образована из биодеградируемой композиции смолы, содержащей смолу на основе полимолочной кислоты, сшивающий агент и древесное волокно. Биодеградируемая композиция смолы содержит от 0,001 до 10 массовых частей сшивающего агента и от 50 до 300 массовых частей древесного волокна на 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты. Удельная плотность древесного волокна составляет 700 кг/м³ или менее. Выполняют высокотемпературное формование композиции в виде плиты путем нагревания указанной композиции и поперечное сшивание композиции, образующей плиту. Улучшается водостойкость плиты, повышается прочность плиты на изгиб. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к экологически безопасной плите и способу ее получения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к экологически безопасной плите на основе древесного волокна и смолы на основе полимолочной кислоты, поперечно-сшитой с использованием композиции, содержащей полимолочную кислоту, сшивающий агент и/или сшивающую добавку, при определенных условиях.

Уровень техники

Существующие древесноволокнистые плиты средней плотности (МДФ, англ. medium density fiberboard) и древесно-волокнистые плиты высокой плотности (ХДФ, англ. high density fiberboard) представляют собой древесные плиты, которые получают путем покрытия связующим древесного волокна, полученного в результате разделения на волокна при высокой температуре, с последующей формовкой и горячим прессованием. Так как МДФ и ХДФ можно подвергать сложной механической обработке и т.п., они широко используются для внутренней отделки помещений и изготовления мебели. Соответствующие методы описаны в таких документах, как публикация заявки на корейский патент №10-2000-007214.

Однако несмотря на то, что связующие, которые используют для получения древесно-волокнистой плиты, главным образом состоят из карбамидоформальдегидной смолы или меламин-карбамидоформальдегидной смолы, проявляют превосходные адгезивные свойства и имеют низкую стоимость, они могут вызывать раздражение глаз, носа и кожи, вызывать атопические заболевания и бронхиальную астму даже после затвердевания и постепенно выделяют формальдегид, который при продолжительном вдыхании может вызвать рак. Также избыточные дозы меламина могут приводить к образованию у людей камней в почках.

Кроме того, применение меламина, мочевины, формальдегида и подобных веществ, которые получают с использованием ископаемых ресурсов в качестве сырьевых материалов, приводит к непрерывному повышению стоимости в связи с истощением указанных ископаемых ресурсов, выделяют большое количество газов, вызывающих парниковый эффект, потребляют большое количество энергии в процессе их получения и выделяют различные токсичные вещества при горении, такие как вещества, нарушающие работу эндокринной системы, токсичные газы и т.п.

Полимолочная кислота, или полилактид (ПЛА), представляет собой смолу, которую получают путем полимеризации молочной кислоты, полученной в результате ферментации крахмала, выделенного из возобновляемых растительных ресурсов (кукурузы, картофеля, батата и т.п.), и является экологически безопасной смолой, обеспечивающей возможность снижения выброса CO₂ и снижения использования невозобновляемых энергетических ресурсов.

Однако поскольку ПЛА является термопластической смолой, легко гидролизуемой при определенной влажности и температуре, существует проблема, связанная с тем, что плита, полученная путем смешивания ПЛА с древесным волокном, поддается действию влаги и легко прилипает к производственному инструменту при нагревании во время переработки.

Таким образом, существует острая необходимость в плите на основе экологически безопасной смолы, которая является возобновляемой и позволяет минимизировать выделение токсичных веществ.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая задача

Аспектом настоящего изобретения является обеспечение экологически безопасной плиты и способа ее получения. Более конкретно, настоящее изобретение направлено на обеспечение экологически безопасной плиты на основе древесного волокна и смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты, с использованием композиции, содержащей полимолочную кислоту, сшивающий агент и/или сшивающую добавку, при определенных условиях, и способа ее получения.

Техническое решение

Согласно одному аспекту настоящего изобретения экологически безопасная плита образована из биодеградируемой композиции смолы, содержащей смолу на основе полимолочной кислоты, сшивающий агент и древесное волокно.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения способ получения экологически безопасной плиты включает: высокотемпературное формование композиции, содержащей 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты, от 50 до 300 массовых частей древесного волокна и от 0,001 до 10 массовых частей сшивающего агента, в виде плиты путем нагревания указанной композиции; и поперечное сшивание композиции, образующей плиту.

Полезный эффект

Поскольку плиту согласно настоящему изобретению получают на основе смолы на основе полимолочной кислоты, получаемой с использованием возобновляемых растительных ресурсов в качестве сырьевого материала, и древесного волокна, указанная плита обеспечивает возможность снижения выброса газа, вызывающего парниковый эффект, и сохранения ископаемых ресурсов, позволяет минимизировать выделение общих летучих органических соединений (ОЛОС), таких как формальдегид и т.п., по сравнению с существующими МДФ, ХДФ и клееными фанерами, и позволяет минимизировать выделение токсичных газов при сжигании.

Кроме того, плита согласно настоящему изобретению может обеспечивать водостойкость благодаря поперечному сшиванию ПЛА и не прилипает к производственному инструменту при нагревании в процессе переработки.

Кроме того, плита согласно настоящему изобретению проявляет лучшую прочность на изгиб по сравнению с плитами на основе смолы на основе ПЛА и древесной муки.

Лучший вариант

Признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны при рассмотрении подробного описания следующих далее вариантов реализации изобретения вместе с прилагаемыми графическими материалами. Однако необходимо понимать, что настоящее изобретение не ограничивается следующими вариантами реализации и может осуществляться различными способами и что указанные варианты реализации предложены для подробного описания и полного понимания изобретения специалистами в данной области техники. Следует понимать, что объем изобретения определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Далее следует подробное описание экологически безопасной плиты на основе полимолочной кислоты/древесного волокна и способа получения указанной плиты согласно настоящему изобретению.

Экологически безопасная плита на основе полимолочной кислоты/древесного волокна

Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения экологически безопасная плита образована из биодеградируемой композиции смолы, содержащей смолу на основе полимолочной кислоты, сшивающий агент и древесное волокно.

Во-первых, экологически безопасная плита согласно настоящему изобретению содержит смолу на основе полимолочной кислоты. Смола на основе полимолочной кислоты представляет собой термопластический сложный полиэфир, полученный путем полимеризации лактида или молочной кислоты. Например, смола на основе полимолочной кислоты может быть получена путем полимеризации молочной кислоты или лактида, которые получают путем ферментации крахмала, выделенного из кукурузы, картофеля и т.п. Поскольку кукуруза, картофель и т.п. являются возобновляемыми растительными ресурсами, полученная из них смола на основе полимолочной кислоты может эффективно решать проблемы, связанные с истощением нефтяных ресурсов.

Кроме того, смола на основе полимолочной кислоты во время ее использования или утилизации выделяет намного меньше веществ, токсичных для окружающей среды, таких как СО₂ и т.п., по сравнению с материалами на основе нефти, такими как поливинилхлорид (ПВХ) и т.п., и является экологически безопасной с точки зрения того, что она легко разрушается в природных условиях, даже когда ее выбрасывают.

Смолы на основе полимолочной кислоты можно разделить на смолу на основе кристаллической полимолочной кислоты (к-полимолочной кислоты) и смолу на основе аморфной полимолочной кислоты (а-полимолочной кислоты). Согласно настоящему изобретению смола на основе полимолочной кислоты может представлять собой любую смолу на основе полимолочной кислоты без ограничений. Смола на основе полимолочной кислоты может содержать по меньшей мере одну из кислот, выбранных из поли-L-молочной кислоты, поли-D-молочной кислоты и поли-L,D-молочной кислоты.

Карбамидоформальдегидная смола или меламин-карбамидоформальдегидная смола, которые представляют собой существующие связующие, используемые для получения древесно-волокнистых плит, могут вызывать раздражение глаз, носа и кожи, а также вызывать атопические заболевания и бронхиальную астму даже после затвердевания. Кроме того, существует проблема, связанная с тем, что существующие связующие постепенно выделяют формальдегид, который при продолжительном воздействии может вызвать рак. Однако смола на основе ПЛА согласно настоящему изобретению безвредна для окружающей среды, что позволяет решить все перечисленные выше проблемы.

Согласно настоящему изобретению композиция смолы для образования плиты содержит древесное волокно. Древесное волокно может представлять собой любое древесное волокно, известное в данной области техники и используемое в материалах внутренней отделки строений. Например, древесное волокно может быть получено путем измельчения частиц древесины, древесных опилок, деревянной стружки, крафт-бумаги вторичной переработки, гофрированного картона вторичной переработки, газет вторичной переработки или других форм бумаги вторичной переработки в роторном измельчителе дискового типа.

Количество древесного волокна может составлять от 50 до 300 массовых частей на 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты. Если количество древесного волокна составляет менее 50 массовых частей, то возникают трудности с приданием плите внешнего вида или фактуры, соответствующей натуральной древесине. Если количество древесного волокна составляет более 300 массовых частей, то возникают трудности с достижением желаемой степени прочности и износоустойчивости плиты в связи с ухудшением силы связывания между древесными волокнами.

Удельная плотность древесного волокна может составлять 700 кг/м³ или меньше, с учетом производственных расходов. Если удельная плотность древесного волокна составляет более 700 кг/м³, то возникает проблема, связанная с повышением производственных расходов.

Кроме того, древесное волокно может содержать менее 3,0% по массе (масс. %) воды, с учетом износоустойчивости. Если количество воды составляет более 3,0 масс. %, то возникает проблема, связанная с тем, что смола на основе полимолочной кислоты в полученной экологически безопасной плите легко гидролизуется из-за влажности.

Композиция, образующая экологически безопасную плиту согласно изобретению, также содержит сшивающий агент для осуществления поперечного сшивания смолы на основе полимолочной кислоты.

В данном случае сшивающий агент используется для поперечного сшивания смолы на основе полимолочной кислоты. Сшивающий агент может представлять собой органический пероксид. В частности, сшивающий агент может включать пероксид дикумила (dicumyl peroxide, DCP), пероксид пербутила (perbutyl peroxide, РВР), диметилди-трет-бутилпероксигексан, трет-бутилэтилгексилмонопероксикарбонат и т.п., но не ограничивается указанными.

Количество сшивающего агента в композиции может составлять от 0,001 до 10 массовых частей на 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты. Если количество сшивающего агента составляет менее 0,001 массовых частей, то возникает проблема, связанная с тем, что поперечное сшивание не начинается, и если количество сшивающего агента составляет более 10 массовых частей, то возникают проблемы с переработкой композиции из-за термоотверждаемости, вызванной крайне высокой степенью поперечного сшивания.

Согласно настоящему изобретению биодеградируемая композиция смолы, помимо сшивающего агента, также может содержать сшивающую добавку.

Во-первых, сшивающая добавка способствует образованию поперечных сшивок. Сшивающая добавка может представлять собой триаллилизоцианурат (TAIC), но не ограничивается указанным.

В данном случае количество сшивающей добавки может составлять 1,0 массовую часть или меньше на 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты. Если количество сшивающей добавки составляет более 1,0 массовой доли, то смола на основе полимолочной кислоты может превращаться в термоотверждаемую смолу или смолу, с трудом поддающуюся обработке из-за избыточного образования поперечных сшивок.

Согласно настоящему изобретению экологически безопасная плита проявляет превосходную водостойкость и технологичность благодаря поперечному сшиванию смолы на основе полимолочной кислоты с помощью сшивающего агента. Далее следует подробное описание способа получения экологически безопасной плиты согласно настоящему изобретению.

Способ получения экологически безопасной плиты на основе полимолочной кислоты / древесного волокна

Согласно одному варианту реализации изобретения способ получения экологически безопасной плиты включает: высокотемпературное формование композиции, которая содержит 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты, от 50 до 300 массовых частей древесного волокна и от 0,001 до 10 массовых частей сшивающего агента, в виде плиты путем нагревания указанной композиции; и поперечное сшивание композиции, которая образует плиту.

Согласно настоящему изобретению композицию, содержащую смолу на основе полимолочной кислоты, древесное волокно и сшивающий агент, сначала нагревают до определенной температуры для ее высокотемпературного формования в виде плиты.

Высокотемпературное формование можно осуществлять при температуре от 100°C до 200°C. Если температура указанного высокотемпературного формования составляет менее 100°C, то возникает проблема, связанная с невозможностью получить формованное изделие из-за отсутствия затвердевания полимолочной кислоты, и если температура указанного высокотемпературного формования составляет более 200°C, то возникает проблема, связанная со снижением прочности плиты в результате пиролиза полимолочной кислоты.

Затем осуществляют процесс поперечного сшивания композиции.

Указанное поперечное сшивание можно осуществлять путем нагревания плиты до температуры, превышающей температуру высокотемпературного формования.

Температура поперечного сшивания композиции превышает температуру высокотемпературного формования и может составлять от примерно 100°C до примерно 250°C. В данном случае поперечное сшивание смолы на основе полимолочной кислоты начинается в результате расщепления сшивающего агента, включенного в композицию, на радикалы. В данном случае можно использовать печь с определенной температурой.

Кроме того, для поперечного сшивания композиции указанное поперечное сшивание можно осуществлять путем облучения плиты электронным лучом.

Облучение электронным лучом можно осуществлять при дозе излучения от 10 кГр до 100 кГр, не ограничиваясь указанными значениями. Если доза излучения составляет менее 10 кГр, то возникает проблема, связанная с отсутствием соответствующего поперечного сшивания, и если доза излучения составляет более 100 кГр, то смола на основе полимолочной кислоты может разрушаться из-за избыточного образования поперечных сшивок.

Способ согласно настоящему изобретению обеспечивает экологически безопасную плиту, которая может обеспечивать водостойкость благодаря поперечному сшиванию ПЛА и не прилипает к производственному инструменту при нагревании во время переработки. Экологически безопасная плита, полученная с помощью указанного способа, проявляет лучшую прочность на изгиб по сравнению с плитой на основе смолы на основе ПЛА и древесной муки.

Получение плит в соответствии с примерами и сравнительными примерами

Далее предложено более подробное объяснение настоящего изобретения со ссылкой на некоторые примеры. Однако необходимо понимать, что указанные примеры представлены исключительно в качестве иллюстрации и никоим образом не ограничивают настоящее изобретение.

Описание деталей, очевидных специалистам в данной области техники, опущено для упрощения.

Пример 1

0,4 масс. % трет-бутил-2-этилгексилмонопероксикарбоната, соответствующего сшивающему агенту, и 59,6 масс. % древесного волокна смешивали с 40 масс. % кристаллической смолы на основе полимолочной кислоты с получением, таким образом, биодеградируемой композиции смолы.

Затем указанную композицию подвергали высокотемпературному формованию в виде плиты при температуре 120°C с последующим поперечным сшиванием с использованием пресса при температуре 180°C с получением, таким образом, экологически безопасной плиты.

Пример 2

0,3 масс. % трет-бутил-2-этилгексилмонопероксикарбоната, соответствующего сшивающему агенту, 0,1 масс. % триаллилизоцианурата, соответствующего сшивающей добавке, и 59,6 масс. % древесного волокна смешивали с 40 масс. % кристаллической смолы на основе полимолочной кислоты с получением, таким образом, биодеградируемой композиции смолы.

Затем получали экологически безопасную плиту таким же образом, как в примере 1.

Пример 3

Экологически безопасную плиту получали таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что в качестве сшивающего агента использовали диметилди-трет-бутилпероксигексан.

Пример для сравнения 1

Плиту получали таким же образом, как в примере 1, за исключением того, что не использовали сшивающий агент и сшивающую добавку.

Пример для сравнения 2

Плиту получали таким же образом, как в примере 1, за исключением того, что вместо древесного волокна использовали древесную муку.

Оценка

Проводили оценку плит из примеров и сравнительных примеров в отношении прочности на изгиб. Результаты показаны в таблице 1.

Результаты оценки показывают, что экологически безопасная плита согласно настоящему изобретению проявляла превосходные свойства благодаря поперечному сшиванию смолы на основе полимолочной кислоты и древесного волокна. Можно видеть, что плиты, полученные в примерах для сравнения, напротив, проявляли меньшую прочность на изгиб по сравнению с плитами, полученными в примерах, так как плиты из примеров для сравнения не являлись поперечно-сшитыми с помощью сшивающего агента или же содержали древесную муку вместо древесного волокна.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на некоторые варианты реализации, необходимо понимать, что вышеизложенные варианты реализации изобретения представлены исключительно для иллюстрации и что специалисты в данной области техники могут осуществлять различные модификации, изменения, вариации и эквиваленты указанных вариантов реализации в пределах сущности и объема изобретения. Таким образом, объем настоящего изобретения ограничивается исключительно прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

1. Экологически безопасная плита, полученная из биодеградируемой композиции смолы, содержащей смолу на основе полимолочной кислоты, сшивающий агент и древесное волокно, где биодеградируемая композиция смолы содержит от 0,001 до 10 массовых частей сшивающего агента и от 50 до 300 массовых частей древесного волокна на 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты, где удельная плотность древесного волокна составляет 700 кг/м³ или менее.

2. Плита по п. 1, отличающаяся тем, что сшивающий агент содержит по меньшей мере один органический пероксид, выбранный из пероксида дикумила (DCP), пероксида пербутила (РВР), диметилди-трет-бутилпероксигексана, трет-бутилэтилгексилмонопероксикарбоната и 1,1-ди(трет-бутилперокси)-3,3,5-триметилциклогексана.

3. Плита по п. 1, отличающаяся тем, что древесное волокно содержит менее 3,0 масс. % воды.

4. Плита по п. 1, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит сшивающую добавку.

5. Плита по п. 4, отличающаяся тем, что сшивающая добавка присутствует в количестве 1,0 массовых частей или менее на 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты.

6. Способ получения экологически безопасной плиты, включающий высокотемпературное формование композиции в виде плиты путем нагревания указанной композиции, содержащей 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты, от 50 до 300 массовых частей древесного волокна и от 0,001 до 10 массовых частей сшивающего агента, и поперечное сшивание композиции, образующей плиту.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что поперечное сшивание композиции осуществляют путем нагревания плиты до температуры, превышающей температуру высокотемпературного формования.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что поперечное сшивание композиции осуществляют путем облучения плиты электронным лучом.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что облучение электронным лучом проводят при дозе излучения от 10 кГр до 100 кГр.