Связующее вещество для производства бетона или слоистых изделий

Изобретение относится к связующему веществу для формирования изделий на основе частиц или слоистых изделий. Технический результат заключается в устойчивости к воздействию погодных условий и длительным тепловым нагрузкам. Связующее вещество для формирования изделий на основе частиц или слоистых изделий содержит смесь по крайней мере из трех компонентов А, В, С, первый компонент А содержит природный белковый порошок, второй компонент В содержит окись магния, третий компонент С содержит раствор хлорида магния или сульфата магния при 32°Ве (15°С) или свободную комбинацию того и другого. 8 ил., 2 н. и 6 з.п. ф-лы.

 

Область техники

Изобретение относится к связующему веществу для формирования изделий на основе частиц или слоистых изделий.

Уровень техники изобретения

Как известно, при изготовлении изделий на основе частиц или слоистых изделий используются связующие вещества для скрепления древесных частиц с целью формирования древесно-стружечных плит и панелей, древесно-волокнистых плит средней плотности [MDF], многослойной фанеры, ориентированно-стружечных плит, реечных плит и т.д., содержащих мочевинный формальдегид, фенолформальдегид, меламинформальдегид.

Эти материалы скрепляют частицы или слои, из которых будет изготовлен слоистый материал, когда изделия на основе частиц, полученные с использованием указанных материалов, подвергаются совместному воздействию давления и тепла.

Альтернативно, известно, что используется двухкомпонентное полиуретановое связующее вещество, которое может спонтанно отверждаться при комнатной температуре или подвергаться ускоренному отверждению под воздействием микроволн или радиочастоты, когда слои уже скреплены, но еще не спрессованы, причем слоистая сборка в дальнейшем подвергается воздействию давления.

Как правило, эти связующие вещества, в основном, разделяются на два класса, а именно класс, включающий связующие, которые формируют неводостойкие изделия на основе частиц или слоистые изделия, и класс, предназначенный для водостойких изделий.

К последним относятся наиболее широко используемые связующие вещества, фенолформальдегид и меламинформальдегид.

Кроме того, можно использовать двухкомпонентный или однокомпонентный полиуретан (диизоцианат), который является водонепроницаемым, но используется в меньшей степени из соображений стоимости.

В случае двух- или однокомпонентного полиуретана в качестве второго компонента используется остаточная влага, содержащаяся в древесине, подлежащей скреплению, и поглощаемая из воздуха на открытых стадиях смешивания и формирования слоистой сборки, подлежащей прессованию.

Неводостойкими связующими веществами являются мочевинный формальдегид и виниловые клеи: последние используются в меньшей степени из-за их легкой обратимости под действием влаги.

Кроме того, различный подход к использованию связующих веществ определяется стоимостью, и по этому показателю менее дорогим связующим веществом является мочевинный формальдегид, наиболее широко используемый для изготовления панелей для внутренней отделки.

И наоборот, связующие вещества, которые обеспечивают высокую водонепроницаемость, имеют очень высокую стоимость и включают меламинформальдегид, фенолформальдегид, двух- и однокомпонентный полиуретан.

Связующие вещества, используемые в сочетании с формальдегидом, который известен как канцерогенное вещество, выделяют свободный формальдегид, так как последний в дополнение к тому, что он содержится в самой древесине, используется в избыточных количествах для ускорения отверждения связующих веществ в целях повышения выработки на каждой производственной площадке.

Связующие вещества в сочетании с двухкомпонентным полиуретаном, помимо их вышеуказанной высокой стоимости, опасны, так как в случае пожара или при утилизации путем сжигания по истечении их срока действия, при температуре горения 500°С и выше, они выделяют цианид, весьма ядовитое и вызывающее паралич вещество.

В предшествующем уровне техники существенного прогресса не было достигнуто в течение определенного периода времени, и все изделия на основе частиц, полученные в результате применения современных промышленных процессов, в основном, изготавливаются с использованием формальдегида в качестве связующего вещества.

Например, при изготовлении декоративных слоистых пластиков высокого давления формируется более толстая подложка с использованием нескольких листов крафт-бумаги, пропитанных фенолформальдегидом, и декоративный поверхностный слой формируется чередованием сначала защитного листа, предотвращающего изменение цвета под действием фенола, а затем декоративного листа бумаги, имеющего один цвет или с печатью, как правило, под текстуру дерева, пропитанного меламинформальдегидом.

В предшествующем уровне техники также используются слоистые материалы низкого давления, которые изготавливаются в виде непрерывных рулонов.

На практике такие слоистые изделия низкого давления изготавливаются из бумаги, пропитанной меламинформальдегидом.

Для изготовления других изделий на основе частиц или слоистых изделий, в которых используется не древесина или бумага, такие как каменные конгломераты, используются связующие вещества, содержащие полиэфирные смолы в сочетании со стироловым мономером или акриловые смолы.

И здесь снова наиболее широко используемыми связующими веществами являются полиэфирные смолы в сочетании со стироловым мономером, благодаря их более низкой стоимости, несмотря на существенное влияние на окружающую среду в результате выбросов стирола, причем стирол используется в количествах, превышающих стехиометрические величины, для соединения с полиэстером с целью псевдоожижения и введения связующего вещества в смесь.

Также известно, что стироловый мономер по меньшей мере такой же канцерогенный, как бензол.

Цели изобретения

Одной из целей настоящего изобретения является создание нового нетоксичного связующего вещества, которое не имеет выбросов и нетоксично, кроме того, устойчиво к воздействию погодных условий и длительным тепловым нагрузкам, таким как кипячение, имеет низкую стоимость, как не производное нефти, а также экологически чистое, потому что изделия, полученные с использованием нового связующего вещества, можно измельчать в порошок для утилизации по истечении срока службы и разбрасывать на полях в качестве удобрений или минеральных добавок для зерновых культур.

Связующее вещество в соответствии с изобретением может заменить водостойкие связующие вещества предшествующего уровня техники, хотя у него низкая стоимость, аналогичная стоимости мочевинного формальдегида, но отличается от последнего отсутствием токсичности и гораздо более высокими физическими и механическими свойствами.

Еще одной целью является использование связующего вещества в соответствии с изобретением в качестве замены связующих веществ, предназначенных для каменных агломератов.

Другой целью является использование связующего вещества в соответствии с изобретением для изготовления противопожарных барьерных панелей, например в качестве замены панелей из минеральной ваты с волокнами, связанными фенолформальдегидом, которые используются, например, в судостроении, где в результате вибраций они могут истираться, оставляя верхнюю часть панели незащищенной, и, следовательно, пламя может распространяться и представлять значительную опасность при разрушении из-за предполагаемой канцерогенности, по существу, аналогичной канцерогенности асбеста.

Еще одной целью является использование связующего вещества в соответствии с изобретением для изготовления теплоизоляционной штукатурки путем смешивания его с песком и другими вспученными неорганическими инертными материалами, такими как перлит, пемза, вермикулит, вспененное пористое стекло, целиты.

Другой целью является использование связующего вещества в соответствии с изобретением для формирования каменных агломератов, содержащих кварц, переработанное стекло, огнеупор (т.е. керамические фрагменты и порошки), мрамор.

Еще одной целью является использование связующего вещества в соответствии с изобретением по меньшей мере в опорных слоях декоративных слоистых пластиков для снижения в них содержания свободного формальдегида.

Еще одной целью является использование связующего вещества в соответствии с изобретением для изготовления элементов из фанеры и слоистого материала, сформированных из листов древесины, например, без ограничения, используемых при производстве сидений для стульев специальной формы, которые покрываются мягкой обивкой и в которых из-за большого количества клеевых слоев, необходимых для получения слоистой конструкции сиденья, канцерогенный свободный формальдегид присутствует в количествах, которые вряд ли могут отвечать нормативным ограничениям.

В одном аспекте настоящее изобретение относится к связующему веществу для изготовления изделий на основе частиц или слоистых изделий, как определено в отличительных признаках по пункту 1.

Таким образом, изобретение предоставляет следующие преимущества:

обеспечение связующего вещества, которое может быстро нагреваться равномерно с помощью микроволновой печи или устройств высокочастотного нагрева;

обеспечение связующего вещества, которое не имеет выбросов и нетоксично и, кроме того, устойчиво к погодным условиям и длительным тепловым нагрузкам методов лечения, таких как кипячение, имеет низкую стоимость, не является производным нефти и, следовательно, экологически чистое;

обеспечение изделий на основе частиц или слоистых изделий, которые можно измельчать в порошок для утилизации по истечении срока службы и разбрасывать на полях в качестве удобрений или минеральных добавок для зерновых культур;

замена водостойких связующих веществ известного уровня техники, при низкой стоимости, аналогичной стоимости мочевинного формальдегида, но нетоксичные и с гораздо более высокими физическими и механическими свойствами;

обеспечение связующего вещества, которое можно использовать для скрепления и формирования слоистых каменных агломератов;

получение изделий на основе частиц или слоистых изделий в виде безопасных, неканцерогенных противопожарных барьерных панелей;

обеспечение связующего вещества, которое можно использовать для изготовления теплоизоляционной штукатурки путем смешивания с песком и другими вспученными неорганическими инертными материалами, такими как перлит, пемза, вермикулит, вспененное пористое стекло, целиты.

обеспечение связующего вещества, которое можно использовать для формирования каменных агломератов или слоистых материалов, содержащих кварц, переработанное стекло, огнеупор, мрамор;

обеспечение связующего вещества, которое можно использовать в опорных слоях декоративных слоистых пластиков для снижения содержания в них свободного формальдегида;

получение элементов из фанеры и слоистого материала, сформированных из листов древесины, без использования канцерогенного свободного формальдегида.

Краткое описание чертежей

Далее характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными после прочтения описания варианта осуществления связующего вещества для изготовления изделий на основе частиц или слоистых изделий, как продемонстрировано в примере и без ограничения на прилагаемых снимках, которые получены с помощью сканирующего электронного микроскопа Philips SEM XL20:

Фигура 1 - изображение микроструктуры традиционного связующего вещества, не содержащего сою, при 50-кратном увеличении;

Фигура 2 - вид микроструктуры, изображенной на Фигуре 1, при 100-кратном увеличении;

Фигура 3 - вид микроструктуры связующего вещества в соответствии с изобретением, содержащего 25% сои, при 50-кратном увеличении;

Фигура 4 - вид микроструктуры, изображенной на Фигуре 3, при 100-кратном увеличении;

Фигура 5 - вид микроструктуры связующего вещества в соответствии с изобретением, содержащего 50% сои, при 50-кратном увеличении;

Фигура 6 - вид микроструктуры, изображенной на Фигуре 5, при 100-кратном увеличении;

Фигура 7 - вид микроструктуры связующего вещества в соответствии с изобретением, содержащего 75% сои, при 50-кратном увеличении;

Фигура 8 - вид микроструктуры, изображенной на Фигуре 7, при 100-кратном увеличении.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

Связующее вещество получают смешиванием различных количеств по меньшей мере трех компонентов, сокращенно обозначенных в дальнейшем в этом документе А, В, С.

Компонент А содержит порошок натурального белка, который, на снимках в данном описании, представляет собой соевую муку, тогда как компонент В содержит оксид магния, а компонент С представляет собой раствор хлорида магния или сульфата магния при 32°Ве (15°С) или свободную комбинацию того и другого.

Далее для псевдоожижения связующего вещества к смеси указанных компонентов А, В, С добавляют воду.

Для достижения оптимизированной эффективности при изготовлении связующего вещества в соответствии с изобретением к смеси компонентов А, В, С следует добавлять минимальное количество воды, чтобы избежать потребления энергии, необходимой для ее удаления из изделий на основе частиц или слоистых изделий, полученных таким образом.

Предпочтительно, соотношение компонента В и раствора С по массе составляет 1:1.

Хотя можно также рассматривать соотношения с меньшим количеством компонента С.

Здесь и далее, для простоты будем считать, что компонент В включает компонент С в указанном выше соотношении.

В первом варианте осуществления связующее вещество в соответствии с изобретением может обеспечить жесткое скрепление изделия на основе частиц или слоистые изделия, обладающие жаропрочностью и стойкостью к длительному кипячению.

В данном варианте осуществления компонент В существенно преобладает в смеси связующего вещества, так как его содержание от 70% до 95%, тогда как содержание компонента А от 5% до 30%.

Во втором возможном варианте осуществления связующее вещество в соответствии с изобретением обеспечивает более мягкое скрепление с более высоким пределом прочности на разрыв при изгибе.

В данном втором варианте осуществления относительные количества компонентов А и В, по существу, обратные по сравнению с предыдущим вариантом, компонент А находится в диапазоне от 70% до 95%, а компонент В в диапазоне от 5% до 30%.

В данном втором варианте осуществления связующее вещество обеспечивает изделия на основе частиц или слоистые изделия, которые гарантируют водонепроницаемость, но не являются жаростойкими.

Кроме того, может быть предусмотрен третий вариант связующего вещества в соответствии с изобретением, с помощью которого можно формировать изделия на основе частиц или слоистые изделия, обладающие свойствами и характеристиками, промежуточными между свойствами и характеристиками двух предыдущих вариантов, с комбинациями количеств для компонентов А и В при соотношении 69% компонента А и 31% компонента В постепенно до обратного соотношения.

В соответствии с изобретением также могут быть предусмотрены смеси, в которых количество компонента А или компонента В меньше 5%, но в любом случае смесь компонентов, которые образуют связующее вещество в соответствии с изобретением, всегда предполагает наличие трех компонентов А, В, С и упомянутое выше отношение компонента В к компоненту С, т.е. одна часть компонента В и одна часть или немного меньше компонента С.

Соевую муку в компоненте А можно также заменить, в соответствии с изобретением, на другие растительные порошки с высоким содержанием белка, например муку конских бобов или муку других бобовых культур, муку животного происхождения, например кислотный казеин.

Следует отметить, что связующее вещество в соответствии с изобретением необходимо готовить в основном во время использования, поскольку связующее вещество к тому же отверждается при комнатной температуре в течение примерно 24 часов.

Такая процедура приготовления должна осуществляться следующим образом: сначала смешиваются порошки оксид магния и соевой муки, а затем полученная смесь подвергается гидратации с помощью компонента С, т.е. раствора хлорида магния или сульфата магния при 32°Ве (15°С) или свободной комбинации того и другого в указанных выше соотношениях, и добавляется вода в количестве, которое может обеспечить получение жидкой, свободнотекучей и поддающейся разбрызгиванию пасты.

Если во время приготовления смеси компонентов образуется избыточное количество компонента А, т.е. соевой муки, можно добавить в небольших количествах сульфат меди, или сульфид углерода, или магний, или цинк, или алюминий фторосиликат, сульфат алюминия или другие безопасные для животного организма антисептические средства.

Полученное таким образом псевдоожиженное связующее вещество можно добавлять к частицам, подлежащим скреплению в смесителях, или впрыскивать в воздушный поток, содержащий известное количество частиц, когда эти частицы имеют небольшой вес, например в случае древесных стружек или хлопьев волокна.

Жидкое связующее вещество можно также распределять на слоях, подлежащих скреплению для получения фанеры или слоистых изделий, с помощью дозирующего валика.

Жидкое связующее вещество можно также наносить, например, погружая бумагу, подлежащую пропитке, или листы окоренной древесины для формирования слоистых изделий, и пропуская ее между двумя обжимными валками.

Установлено, что описанное выше изобретение выполняет поставленные цели.

В изобретении допускаются изменения и варианты в рамках идеи изобретения.

Кроме того, все детали могут быть заменены другими технически эквивалентными.

На практике в случае необходимости могут использоваться любые материалы, формы и размеры без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения.

1. Связующее вещество для изготовления бетона или слоистых изделий, отличающееся тем, что содержит смесь по меньшей мере из трех компонентов А, В, С, первый компонент, содержащий природный белковый порошок, второй компонент В, содержащий окись магния, третий компонент С, содержащий раствор хлорида магния или сульфата магния при 32°Ве (15°С) или свободную комбинацию того и другого.

2. Связующее вещество по п.1, отличающееся тем, что указанная природная мука включает соевую муку.

3. Связующее вещество по п.1, отличающееся тем, что указанную природную муку выбирают из муки кормовых бобов, муки бобовых, муки животного происхождения, муки из кислотного казеина.

4. Связующее вещество по п.1, отличающееся тем, что соотношение между указанными компонентами В и С составляет в основном 1:1.

5. Связующее вещество по п.1, отличающееся тем, что указанная смесь дополнительно содержит гидратирующую и/или разжижающую жидкость.

6. Связующее вещество по п.1, отличающееся тем, что указанная смесь содержит от 95% вплоть до 70% компонента А и от 5% вплоть до 30% компонентов В и С в сумме.

7. Связующее вещество по п.1, отличающееся тем, что указанная смесь содержит от 75% вплоть до 65% компонента А и от 25% вплоть до 35% компонентов В и С в сумме.

8. Изделие, полученное с помощью связующего вещества по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что выполнено в виде бетона или жесткого мата, содержащего связанные частицы материалов, выбираемых из: прямых или вторичных древесных материалов, натуральных волокон, полученных в результате сельскохозяйственных методов, неорганических материалов, стеклянных материалов, каменных материалов, керамических материалов.