Способ получения плитных материалов на основе растительного сырья и бифункциональных синтетических связующих

Авторы патента:

C08L97/00 - Композиции лигнинсодержащих материалов

Владельцы патента RU 2694748:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к производству плитных материалов типа древесноволокнистых высокой плотности из растительного сырья с использования синтетических связующих. Способ получения плитных материалов включает введение в пресс-массу в виде частиц растительного сырья от 5 до 10 мас.% связующего, выбранного из малеиновой кислоты, или фталевого ангидрида, или малеинового ангидрида, или этиленгликоля, или бутандиола-1,4, а также их комбинации в эквимолярном соотношении. 1 з.п. ф-лы, 28 пр., 2 табл.

Изобретение относится к производству плитных материалов типа древесноволокнистых высокой плотности (ДВП-ВП) из растительного сырья с использования синтетических связующих. Изобретение может быть использовано для изготовления погонажных изделий конструкционного и другого назначения в мебельной и строительной промышленности.

Плитные материалы типа ДВП-ВП из растительного сырья традиционно изготавливают с использованием синтетических термореактивных смол - феноло-, карбамидо- и меламино-формальдегидных и др., имеющих ряд недостатков. Процесс их изготовления и эксплуатации является токсичным, а также ограничен сроком применения. При эмиссии формальдегид оказывает раздражающее действие на кожу и нервную систему человека.

Для снижения эмиссии формальдегида на сегодняшний день применяют новые рецептуры смол - двухкомпонентные (для разных слоев древесного ковра), замену формальдегида на глиоксаль, замену фенола на карданол (фенольный продукт растительного происхождения), модификацию феноло-формальдегидных смол лигнинами, модификацию отвердителя и его замену [Леонович А.А. Физико-химические основы образования древесных плит / Леонович А.А.. СПб.: Химиздат, 2003. 192 с.; Катраков И.Б. Древесные композиционные материалы без синтетических связующих: монография / И.Б. Катраков - Барнаул: Изд-во Ал тун-та, 2012. -164 с.; Варфоломеев А.А. Фенолоформальдегидные смолы, модифицированные лигнинами / Варфоломеев А.А., Синегибская А.Д., Гоготов А.Ф., Гизетдинова Н.А. Братск: Изд-во БрГУ, 2012. 272 с.]. Каждый из разработанных способов имеет свои достоинства и недостатки. Главным недостатком способов производства плитных материалов с использованием формальдегидосодержащих связующих является эмиссия в атмосферу формальдегида при эксплуатации плитных изделий, который оказывает вредное токсичное воздействие на человека. Для замены линейки формальдегидосодержащих связующих необходимо использовать соединения, способные образовывать трехмерную сетчатую структуру с основными компонентами растительного сырья - целлюлозой, лигнином и гемицеллюлозами, с образованием изделия с высокими эксплуатационными характеристиками.

Известна пресс-композиции для изготовления древесно-стружечных плит и способ получения древесно-стружечных плит на основе пресс-композиции [RU 2152966 С1, 20.07.2000], в которой в качестве исходного сырья для получения древесно-стружечных плит используется различные виды растительного сырья (древесина, однолетние растения, растительные отходы), которые подвергают воздействию гидролизующего реагента и обрабатывают их перегретым паром при 170-180°С. Пропаренные древесные отходы при декомпрессии превращаются в разволокненную древесную массу, которая для последующей переработки подсушивается до влажности не более 5%. Древесно-волокнистую массу без добавки связующих веществ формуют и проводят холодную подпрессовку. Горячее прессование осуществляют при 120-160°С и давлении 1,5 МПа.

Известен способ получения композиции для изготовления строительных материалов [Патент RU 2087444]. Сущность данного способа заключается в следующем: торф исходной влажности смешивают с малеиновым и/или фталевым ангидридом с общим содержанием 2-8 мас. %, загружают в форму и прессуют при 300 кг/см² (≈29,4 МПа) и температуре 160°С. При этом получают брикеты (5×5×5)⋅10^-2 м с прочностью на сжатие 14,0-42,0 МПа и водопоглощением 10,0-16,0 мас. %. Данные брикеты могут быть использованы в качестве утеплителей или отделочных материалов.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения композиционных материалов из лигноцеллюлозного материала [Патент RU 2031915] (прототип). Сущность данного способа заключается в следующем: пресс-масса содержит карбамидоформальдегидную смолу 5-13 мас. %; алюмоборфосфатное связующее 3-9 мас. %; карбамид 0,5-2,5 мас. %; вода 9-17 мас. %; в качестве наполнителя используется различное растительное сырье. Карбамид растворяют в воде, затем вводят алюмоборфосфатный концентрат до однородной массы; наполнитель вначале обрабатывают алюмоборфосфатным концентратом модифицированным карбамидом, затем карбамидоформальдегидной смолой. Массу формируют в ковры, подпрессовывают и прессуют при 180°С, давлении 3,0 мПа и выдержке 0,36-0,46 мин/мм. При этом получают плитные материалы с пределом прочности при статическом изгибе 24,7-26,3 мПа. При этом содержание формальдегида составляет 6,0-7,8 мг/100 г плиты.

Недостатком описанного способа является то, что при достижении необходимых физико-механических свойств изделий, получаемых данным способом, в качестве наполнителя используется карбамидоформальдегидная смола, что приводит к высокому содержанию формальдегида в готовом изделии.

В предлагаемом изобретении указанные недостатки устраняются вследствие применения бифункциональных нелетучих синтетических связующих, не содержащих формальдегид.

Сущность предлагаемого нами изобретения заключается, в том, что растительное сырье (древесные опилки, солома злаковых и др.), содержащее целлюлозу, гемицеллюлозы и лигнин, наносят раствор бифункциональных синтетических связующих. При определенных условиях формования из этих веществ в точках контакта древесных пресс-масс с бифункциональными синтетическими связующими кроме воссоздающихся лигноуглеводных связей, аналогичных по типу и свойствам природным связям в исходной древесине, появляются новые углерод-углеродные и кислород-углеродные связи, вследствие этого могут быть получены полимерные вещества с высокими физико-механическими характеристиками.

Осуществление изобретения достигается тем, что на растительное сырье (опилки древесины с влажностью 6-8%, фракцией 0,6-1,2 мм) наносят ацетоновый раствор связующего количеством 5-10%, который включает в качестве растворенного вещества один из следующих компонентов: этиленгликоль; бутандиол-1,4; фталевая кислота; малеиновая кислота; фталевый ангидрид; малеиновый ангидрид или бинарные смеси: фталевый ангидрид и этиленгликоль; фталевая кислота и этиленгликоль; фталевый ангидрид и бутандиол-1,4; фталевая кислота и бутандиол-1,4; малеиновый ангидрид и этиленгликоль; малеиновый ангидрид и бутандиол-1,4; малеиновая кислота и этиленгликоль; малеиновая кислота и бутандиол-1,4. Прессование при удельном давлении 5 МПа и температуре прессования 140-145°С позволяет изготавливать плитные материалы с хорошими прочностными и гидрофобными свойствами.

Примеры получения предлагаемой пресс-массы

Пример 1

Готовят ацетоновый раствор фталевого ангидрида из расчета 5 г ангидрида на 100 г пресс-массы и равномерно наносят на воздушно-сухие древесные опилки. Полученную пресс-массу высушивают в токе воздуха и загружают в пресс-форму для горячего формования.

Плитные материалы изготавливались методом горячего прессования под давлением. После формования ковра проводилась теплая подпрессовка при 1 МПа, а затем осуществлялось горячее прессование при температуре 140-145°С и удельном давлении 5 МПа в течение 1 мин/мм готовой плиты. После этого полученное изделие охлаждали до 50-60°С без снятия давления. Общая продолжительность прессования составляет 40-50 мин.

Плитный материал, отпрессованный из пресс-массы, полученной по данному примеру, имеет следующие физико-механические характеристики:

плотность, кг/м³	980
прочность при изгибе, МПа	11,0
разбухание по толщине за 24 ч, %	100
водопоглощение за 24 ч, %	115

В таблице 1 приведены примеры изготовления плитных материалов с использованием различных связующих при различной концентрации и их физико-механические показатели.

С целью улучшения физико-механических характеристик плитных материалов было использовано в качестве связующего различные комбинации карбоновых кислот и ангидридов с гликолями. При использовании их смесей в результате реакции поликонденсации образуются полимеры, которые улучшают прочностные и гидрофобные характеристики плитных материалов. В таблице 2 приведены примеры изготовления плитных материалов с использованием комбинаций различных связующих при различной концентрации и их физико-механические показатели.

1. Способ получения плитных материалов из пресс-массы в виде частиц растительного сырья, отличающийся тем, что в состав пресс-массы вводят связующее: малеиновая кислота, или фталевый ангидрид, или малеиновый ангидрид, или этиленгликоль, или бутандиол-1,4, а также их комбинации (в эквимолярном соотношении): фталевая кислота и этиленгликоль, или фталевая кислота и бутандиол-1,4, или фталевый ангидрид и этиленгликоль, или фталевый ангидрид и бутандиол-1,4, или малеиновая кислота и этиленгликоль, или малеиновая кислота и бутандиол-1,4, или малеиновый ангидрид и этиленгликоль, или малеиновый ангидрид и бутандиол-1,4 с общим содержанием от 5 до 10% (по массе).

2. Способ получения плитных материалов из пресс-массы по п. 1, включающий формование ковра, теплую подпрессовку при 1 МПа, а затем горячее прессование при температуре 140-145°С и удельном давлении 5 МПа в течение 1 мин/мм готовой плиты, после этого полученное изделие охлаждают до 50-60°С без снятия давления, общая продолжительность прессования составляет 40-50 мин.

Изобретение относится к водной отверждаемой связующей композиции для связывания набора несвязанных или слабо связанных субстанций, содержащая (i) полифенольное макромолекулярное соединение, которое несет множество фенольных или полигидроксибензольных радикалов, таких как катехольные радикалы (дигидроксибензол), предпочтительно лигносульфонатные соли и конденсированные таннины и их смеси, и (ii) полиаминовое соединение с функциональной аминогруппой, причем отношение полифенольного макромолекулярного соединения к полиаминовому соединению с функциональной аминогруппой находится в интервале от 98:2 до 50:50, предпочтительно от 98:2 до 70:30 мас.

Способ и устройство для разделения фракции частиц лигноцеллюлозы и фракции частиц лигнина, композиция частиц лигнина, композиция частиц лигноцеллюлозы и их применение // 2676069

Изобретение относится к способ разделения фракции частиц лигноцеллюлозы и фракции частиц лигнина, в котором сырой лигнин образуется из исходного материала, включающего частицы лигноцеллюлозы и частицы лигнина, при этом способ включает добавление в сырой лигнин стабилизирующего химического реагента отдельно или в сочетании с гидрофобным химическим реагентом на по меньшей мере одной стадии, так что по меньшей мере стабилизирующий агент добавляют в сырой лигнин, причем указанный стабилизирующий агент представляет собой полисахарид или модифицированный полисахарид, и обработку сырого лигнина путем отделения фракции частиц лигнина и фракции частиц лигноцеллюлозы друг от друга на по меньшей мере одной стадии твердофазного разделения.

Композиции материалов биомассы для переработки // 2661893

Изобретение относится к композиции, содержащей лигнин. Композиция, содержащая лигнин для получения топлива или добавок для топлива, содержит лигнин, растворитель и жидкость-носитель, где лигнин составляет по меньшей мере 4 вес.% композиции, и где лигнин характеризуется средневесовым молекулярным весом не более 5000 г/моль, и где растворитель представляет собой спирт, простой эфир или органический сложный эфир, сульфоксид, кетон, альдегид или их комбинацию, или растворитель содержит диметилсульфоксид, пиридин, THF, 1,4-диоксан, фурфурол, дипропиленгликоль, полиэтиленгликоль или 1,3-пропандиол или их комбинацию; и где жидкость-носитель представляет собой смесь углеводородного масла и жирной кислоты, где углеводородное масло представляет собой газойль.

Способ модификации лигнина путем золь-гель синтеза с минеральными компонентами // 2658907

Изобретение относится к способу модификации технических лигнинов путем золь-гель синтеза, причем процесс протекает исключительно в водной среде при низких концентрациях водных дисперсий основных компонентов (лигнинов различного происхождения (2-5%) и гелевой композиции SiO2, ТiO2, Al2O3 не более 2%), обеспечение контроля рН систем до смешения (7-11 для лигнинов; не более 2.5-3.0 для композиций SiO2, Al2O3, ТiO2) и далее в момент зарождения золя позволяет получить модифицированные формы лигнина в режиме самоорганизации с созреванием нового гелевого гибридного продукта многоцелевого использования на основе доминирующей матрицы в виде лигнина или минеральной составляющей, выбранной по требуемой степени участия компонентов, для снижения пылимости поверхностей.

Конструкционный материал // 2634013

Изобретение относится к области приборостроения, в частности для выполнения корпусов, кожухов, стоек, ячеек, измерительных приборов, а также может быть использовано при изготовлении электроизоляционных и электроустановочных изделий, а также ручек электроинструментов и др.

Стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона // 2632839

Изобретение относится к стабилизирующим добавкам, предназначенным для использования в щебеночно-мастичных асфальтобетонах. Стабилизирующая добавка в виде гранул для щебеночно-мастичного асфальтобетона включает стабилизирующий материал - минеральное волокно, имеющее капиллярную структуру, органическое связующее – битум и резиновый порошок при следующем соотношении компонентов состава, мас.%: стабилизирующий материал 60-90, резиновый порошок 5-20, органическое связующее 5-20.

Полимерная композиция для изготовления биодеградируемых изделий // 2629680

Изобретение относится к получению полимерных композиций, содержащих полиэтилен и биоразлагаемый наполнитель, применяемых в производстве упаковочных термоформованных изделий и пленок, способных к биодеструкции под действием климатических факторов и микроорганизмов, с высокими эксплуатационными и технологическими характеристиками.

Композиции, включающие лигнин // 2629062

Изобретение относится к композиции лигнина, которая может применяться при получении фенольных смол, фенолформальдегидных смол, древесностружечных плит или фанер. Композиция включает лигнин и по меньшей мере одно из меньше чем приблизительно 150 мг серы на кг указанного лигнина; или меньше чем приблизительно 525 мг железа на кг указанного лигнина; суммарно меньше чем приблизительно 2000 мг элементов на кг указанного лигнина.

Способ получения композитного волокна на основе гидролизного лигнина с полиакрилонитрилом // 2621758

Изобретение относится к получению сорбентов, обладающих развитой микропористой структурой, регулируемым размером пор и прочностными характеристиками, достаточными для использования в качестве сорбентов, изготовленных на основе активированных углеродных волокон, полученных из полиакрилонитрила с максимально высоким содержанием гидролизного лигнина.

Композиции, которые включают гидрофобизирующие агенты и стабилизаторы, и способы для изготовления и применение таковых // 2621116

Изобретение относится к области получения и применения композиций гидрофобизирующих агентов и стабилизаторов в продуктах на основе композиционных лигноцеллюлозных материалов.