СИСТЕМА ПОРИСТОГО НОСИТЕЛЯ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ФОРМАЛЬДЕГИДА В МАТЕРИАЛЕ НА ДРЕВЕСНОЙ ОСНОВЕ
POROUS CARRIER SYSTEM FOR REDUCING THE RELEASE OF FORMALDEHYDE IN WOOD-BASED MATERIALS

Настоящее изобретение относится к системе пористого носителя для уменьшения выделения формальдегида в материале на древесной основе, способу производства системы пористого носителя, использованию системы пористого носителя для уменьшения выделения формальдегида в материале на древесной основе, материалу на древесной основе, содержащему систему пористого носителя, и способу его производства.
Материалы на основе щепок или волокон – так называемые материалы на древесной основе – состоят из накромсанного материала на древесной основе, который может быть спрессован для получения одно- или многослойных плит. Классифицирование древесно-стружечных плит обычно проводят в соответствии с документом EN 309. Важные характеристики классифицирования представляют собой производственный технологический процесс (экструдирование или плоское прессование), поверхностная текстура (исходная, отшлифованная, с нанесенным в прессе покрытием), профиль и размер использованных материалов на древесной основе (древесные мелкомерные стружки, древесные чешуйки, древесные крупномерные стружки, древесные тяжи), структура плиты (одно- или многослойная) и предполагаемое использование. Классифицирование древесных волокнистых материалов обычно проводят в соответствии с документом EN 316. Важные характеристики классифицирования представляют собой производственный технологический процесс (мокрый или сухой технологический процесс), насыпная плотность (твердый (НВ), средней твердости (МВ), пористый (SB)), условия применения (сухие, влажные или вне помещения) или использование.
Поскольку в материалах на древесной основе массивный древесный композит в значительной степени исключается, данные плиты демонстрируют почти что идентичные характеристики набухания и усадки в направлении плоскости плиты, то есть, в направлении длины и ширины плиты. Материалы на древесной основе используются, например, в строительной отрасли промышленности в качестве изолирующего, конструкционного или облицовывающего элемента, в мебельной отрасли промышленности и в качестве напольного покрытия. При производстве материалов на древесной основе, в частности, при производстве материалов древесных щепок может быть обеспечено достижение высокого уровня повторного использования древесины. Таким образом, в дополнение к древесине, поступающей с лесопилки, применяют остатки древесины из промышленности и использованную древесину.
Материалы на древесной основе производят из мелких частиц древесного материала от различных типов древесины при добавлении природных и/или синтетических связующих и других веществ. Для получения материала на древесной основе используют технологические процессы резки или размалывания в целях извлечения древесных частиц. Примерами древесных частиц являются древесные чешуйки, древесные тяжи, древесные крупномерные стружки, древесные щепки и древесные волокна. После этого древесные частицы обычно высушивают, проклеивают композицией (проклеивающим раствором), содержащей связующее, и компонуют в виде одного или нескольких различных слоев (распластывание). В заключение, распластанный материал на древесной основе спрессовывают под воздействием давления и температуры для производства конкретного желательного материала на древесной основе.
Связующие для производства материалов на древесной основе могут содержать одну или несколько составных частей. Обычно связующие для производства материалов на древесной основе состоят из нижеследующего или содержат его: синтетические смолы.
th
Синтетические смолы для специалистов в соответствующей области техники в принципе известны. Синтетические смолы, например, описываются в публикации Rompps Chemie-Lexikon, 7 edition, Frankh’sche Verlagshandlung Stuttgart, 1973, page 1893. Одну важную группу синтетических смол представляют собой конденсатные смолы. Они схватываются в результате прохождения реакций конденсации, при которых зачастую высвобождается вода. Конденсатные смолы включают, например, фенолоформальдегидные смолы и аминопластовые смолы.
В связи с производством материалов на древесной основе в особенности практичными оказались аминопластовые смолы. Обычно материал на древесной основе содержит, по меньшей мере, одну аминопластовую смолу в качестве связующего. Аминопластовые смолы обычно используются в материалах на древесной основе для связывания лигноцеллюлозо-содержащих компонентов или древесных частиц друг с другом. В данном случае могут быть использована единственная аминопластовая смола или смесь из различных аминовых смол.
th
Аминопластовые смолы известны для специалистов в соответствующей области техники и, например, описываются в публикации «Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie», 4 Edition, Volume 7, page 403 et seq.. Аминопластовые смолы могут быть получены в результате проведения конденсации компонента, содержащего амино-, имино- или амидогруппу, совместно с карбонильным соединением. Исходные материалы для аминопластовых смол представляют собой, например, мочевину и/или меламин (в качестве аминосодержащего компонента) и формальдегид (в качестве карбонильного соединения). В последнем случае компонент, содержащий аминогруппы, обычно в определенной степени предварительно конденсируют на первой стадии совместно с карбонильным соединением. В зависимости от того, используют ли на первой стадии в качестве аминосодержащего компонента, например, только меламин или только мочевину, получают то, что называется меламиновой смолой или мочевинной смолой. Такие меламиновые и/или мочевинные смолы могут, в частности, формировать основные составные части аминопластовых смол. После этого на второй стадии, зачастую называемой отверждением, аминопластовая смола может быть полностью сшита. Смолы, которые преимущественно образуются из мочевины и формальдегида, также называются мочевиноформальдегидными смолами (UF-смолами). Смолы, полученные преимущественно из меламина и формальдегида, называются меламиноформальдегидными смолами (MF-смолами). Смешанные конденсаты из мочевины, меламина и формальдегида обычно называются меламиномочевиноформальдегидными смолами (MUF-смолами).
При упоминании в данном или других случаях аминопластовых смол данный термин также обозначает и композиции аминопластовых смол. Аминопластовые смолы и/или композиции аминопластовых смол также могут содержать и воду. Как правило, аминовые смолы и/или композиции аминопластовых смол содержат воду.
Отверждение синтетических смол, в частности, аминопластовых смол, может быть проведено, например, в результате добавления кислотных катализаторов. В данном случае обычно рассматриваются обыкновенные отвердители. Примерами обыкновенных отвердителей являются сильные органические кислоты, неорганические кислоты, такие как серная кислота и фосфорная кислота, соли, которые являются кислыми в воде, такие как хлорид алюминия и нитрат алюминия, (также называемые кислыми солями), соли, которые образуют кислоту в результате прохождения реакции с компонентами синтетической смолы, предпочтительно с формальдегидом, (также называемые кислотообразующими солями), такие как фосфат аммония, нитрат аммония, сульфат аммония и хлорид аммония, и смеси из вышеупомянутых веществ.
Недостатком кислот, использующихся в качестве отвердителей, является то, что они вносят основной вклад в нежелательный гидролиз клеевого соединения, что не только приводит к выделениям формальдегида в окружающую среду, но также и может оказывать отрицательное воздействие на прочность и характеристики набухания у материала на древесной основе. То же самое относится и к использованию кислых солей. Зачастую для уменьшения данных недостатков должны быть использованы дополнительные буферные системы, хотя они, в свою очередь, могут приводить к недостаточному отверждению смолы и получению связанной с этим уменьшенной прочности и увеличенной тенденции к набуханию.
Еще один недостаток кислотообразующих солей представляет собой то, что данные соли обычно требуют наличия свободного формальдегида для образования соответствующей сильной кислоты, которая после этого вносит свой вклад в отверждение смолы. В данном отношении связующие композиции (проклеивающие растворы), содержащие системы отвердителей на основе кислотообразующих солей, требуют наличия увеличенного содержания формальдегида. Данный формальдегид обычно не является необратимо связанным, и сразу после завершения производственного технологического процесса он может медленно высвобождаться.
Формальдегид может оказаться вредным для здоровья человека или животных и может приводить к возникновению аллергий, раздражения кожи, органов дыхания или глаз. При наличии его серьезного или хронического воздействия он может оказаться даже канцерогенным. Поэтому желательным является сведение к минимуму выделений формальдегида в материале на древесной основе. Это является в особенности важным в отношении использования материалов на древесной основе для производства мебели или настила пола.
В целях уменьшения выделений формальдегида в материалах на древесной основе в предшествующем уровне техники уже были предложены различные способы. Например, известно уменьшение молярного соотношения между формальдегидом и компонентом, содержащим аминогруппу, таким как мочевина или меламин, в связующих композициях. Но это делает возможным достижение только определенного уменьшения выделений формальдегида, поскольку в то же самое время ухудшаются характеристики прочности и поведение при набухании для таким образом полученных материалов на древесной основе.
Прежде также было предложено добавление дополнительных веществ, которые способны связывать формальдегид со связующей композицией или с древесными частицами, проклеенными связующей композицией, во время производства материала на древесной основе. Такие вещества, также называемые «акцепторами формальдегида» (очистителями формальдегида), являются веществами, содержащими свободные аминогруппы, такими как меламин или мочевина. В результате добавления таких веществ к связующей композиции или к древесным щепкам, проклеенным связующей композицией, часть формальдегида вступает в реакцию непосредственно с данными веществами, что дополнительно вызывает уменьшение молярного соотношения между формальдегидом и компонентом, содержащим аминогруппу, например, меламином или мочевиной, уже содержащимся в связующей композиции. Но это также приводит к уменьшению реакционной способности связующей композиции, то есть, получению замедленного отверждения и, следовательно, увеличенных времен прессования при производстве материалов на древесной основе. Кроме того, материалы на древесной основе, произведенные таким образом, демонстрируют в значительной степени ухудшенные характеристики прочности и набухания.
В публикации DE 1 653 167 A1 описывается способ производства древесно-стружечной плиты, где после проведения проклеивания вещества мелких частиц примешивают к древесным щепкам, которые химически связывают формальдегид. Данные вещества мелких частиц представляют собой древесные щепки или древесную муку, импрегнированные водным раствором мочевины, меламина или фенолов.
В публикации ЕР 0 341 569 А2 описывается технологический процесс производства композитных материалов, характеризующихся уменьшенными выделениями формальдегида, при использовании акцептора формальдегида. Акцептор формальдегида имеет порошкообразную или приллированную форму и в каждом случае снабжается водостойким и/или водонепроницаемым покрытием. Результат наличия покрытия представляет собой то, что частицы акцептора формальдегида не растворяются вплоть до конечной ступени технологического процесса отверждения при отсутствии отрицательного воздействия на молярное соотношение между формальдегидом и компонентом смолы, содержащим аминогруппу, таким как меламин или мочевина, во время прохождения технологического процесса схватывания клеевого соединения.
В публикации Funk, M. et al., Wood-based material Science & Engineering, 2015, pages 1-6 описывается использование материала пористого носителя, наполненного мочевиной, для уменьшения выделения формальдегида. Результаты измерений предела прочности при поперечном растяжении, описанные в публикации Funk et al., не демонстрируют наличия благоприятного воздействия добавления материала пористого носителя, наполненного мочевиной, в сопоставлении с добавлением чистой мочевины на предел прочности при поперечном растяжении.
Недостатком вышеупомянутого способа является то, что отвержденное клеевого соединения является кислотным из-за отвердителя, использованного для отверждения аминопластовой смолы, и, таким образом, не является устойчивым к гидролизу, так что могут ожидаться как наличие дополнительного источника выделения формальдегида, так и ухудшение характеристик прочности и набухания композитного материала в сопоставлении с композитным материалом, включающим нейтральное клеевое соединение.
На основании описанного выше предшествующего уровня техники и его недостатков одна цель изобретения представляла собой предложение улучшенной системы пористого носителя для уменьшения выделения формальдегида в материалах на древесной основе. В частности, целью изобретения было предложение системы пористого носителя для уменьшения выделения формальдегида, которая позволяет получать материалы на древесной основе с еще более низким содержанием формальдегида, которая в то же самое время в сопоставлении с системой, известной из предшествующего уровня техники, позволяет поддерживать или улучшать характеристики прочности и набухания без ущерба для скорости переработки, например, времени прессования.
Достижения данной цели в соответствии с изобретением добиваются в результате предложения системы пористого носителя, соответствующей пункту 1 формулы изобретения, технологического процесса ее производства, соответствующего пунктам 7 или 8 формулы изобретения, применения системы пористого носителя, соответствующего пункту 14 формулы изобретения, материала на древесной основе, содержащего систему пористого носителя, соответствующего пункту 15 формулы изобретения, и способа производства материала на древесной основе, содержащего систему пористого носителя, соответствующего пункту 16 формулы изобретения.
Выгодные варианты осуществления изобретения описываются в зависимых пунктах формулы изобретения и подробно разъясняются ниже, как и общая концепция, соответствующая изобретению.
Соответствующая изобретению система пористого носителя для уменьшения выделения формальдегида в материале на древесной основе включает формальдегид-связывающее вещество А и гидроксид-высвобождающее вещество В.
Неожиданно было обнаружено в практических экспериментах, что система пористого носителя, которая содержит комбинацию из формальдегид-связывающего вещества А и гидроксид-высвобождающего вещества В, устраняет или, насколько это возможно, уменьшает перечисленные выше проблемы, которые известны из предшествующего уровня техники. Это было в особенности удивительно, поскольку, как это ожидали бы специалисты в соответствующей области техники, в каждом случае как добавление формальдегид-связывающего вещества А, так и добавление гидроксид-высвобождающего вещества В приводило бы к ухудшению скорости отверждения и уровня отверждения связующей композиции при производстве материала на древесной основе, что, тем самым, оказывало бы воздействие на его характеристики прочности и набухания.
При использовании системы пористого носителя, соответствующей изобретению, в сопоставлении с системами, известными из предшествующего уровня техники, могут быть уменьшены выделения формальдегида при отсутствии значительного ухудшения характеристик прочности и набухания у материала на древесной основе. Скорее, при использовании системы пористого носителя, соответствующей изобретению, иногда фактически может иметь место улучшение данных свойств. Как это можно сказать без желания связывать себя научными теориями, данный удивительный эффект, по-видимому, имеет в своей основе то, что формальдегид-связывающее вещество А и гидроксид-высвобождающее вещество В первоначально пассивно адсорбируются на системе пористого носителя и вступают в реакцию только при высвобождении из системы пористого носителя. Высвобождение, по-видимому, задерживается, так что вещества А и В не оказывают отрицательного воздействия на скорость отверждения и уровень отверждения связующей композиции при производстве материала на древесной основе и проявляют свое действие только впоследствии в конечном продукте. Вследствие задержанного высвобождения гидроксид-высвобождающего вещества В нейтрализация кислотного отвердителя и, таким образом, нейтрализация клеевого соединения имеют место только после прохождения отверждения связующей композиции. Преимущественно это приводит к получению меньшей подверженности клеевого соединения гидролизу, и, таким образом, исключается возникновение дополнительного источника выделения формальдегида при отсутствии воздействия на технологический процесс отверждения во время производства. Кроме того, задержанное высвобождение формальдегид-связывающего вещества А обеспечивает акцептирование несвязанного формальдегида после прохождения отверждения таким образом, что выделения формальдегида в материале на древесной основе дополнительно уменьшаются. Как это ни удивительно, но взаимодействие веществ А и В системы пористого носителя в комбинации приводит отчасти к улучшению соответствующих эффектов отдельных веществ.
При упоминании в данном или другом случае термина «сопоставление с системами или материалами, известными из предшествующего уровня техники» он будет относиться к сопоставлению с материалами пористых носителей, известными из предшествующего уровня техники, в частности, из предшествующего уровня техники, описанного выше, для уменьшения выделения формальдегида в материале на древесной основе и с исключительно формальдегид-связывающими или гидроксид-высвобождающими веществами и их применением в материале на древесной основе, известном из предшествующего уровня техники.
Термин «система пористого носителя» в рамках значения, принятого в изобретении, относится к системе, содержащей, по меньшей мере, один материал пористого носителя. Термин «материал пористого носителя» в соответствии с использованием в настоящем документе относится к материалу носителя, который имеет поры и является проницаемым для жидкости и воздуха. Термин «поры» относится к полостям в совокупном объеме материала носителя.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения вещество А и вещество В содержатся в, по меньшей мере, одном материале пористого носителя А. Степень наполнения двумя веществами А и В может варьироваться в диапазоне между 1 и 75% (масс.) при расчете на совокупную массу сухого наполненного материала пористого носителя А. Предпочтительно степень наполнения веществом А находится в диапазоне от 1 до 70% (масс.), предпочтительно от 15 до 50% (масс.), в частности, от 20 до 45% (масс.), при расчете на совокупную массу сухого наполненного материала пористого носителя А, а степень наполнения веществом В находится в диапазоне от 1 до 70% (масс.), предпочтительно от 1 до 50% (масс.), предпочтительно от 5 до 45% (масс.), в частности, от 5 до 25% (масс.), в особенности предпочтительно от 10 до 20% (масс.), при расчете на совокупную массу сухого наполненного материала пористого носителя А. Как это было установлено, наполнение веществом А в количестве в диапазоне от 20 до 45% (масс.) и веществом В в количестве в диапазоне от 10 до 20% (масс.) при расчете на совокупную массу сухого наполненного материала пористого носителя А обеспечивает получение оптимального баланса между улучшенным уменьшением выделения формальдегида и минимально возможными производственными затратами.
Когда в данном или других случаях упоминается, что вещество А и/или В «содержится в, по меньшей мере, одном материале пористого носителя», это означает возможность расположения вещества как в порах материала носителя, так и на поверхности материала носителя.
При упоминании в данном или других случаях термина «сухой наполненный материал пористого носителя», это означает наполненный материал пористого носителя, который был высушен до постоянной массы в результате проведения сублимационного высушивания.
Способы определения степени наполнения материала пористого носителя веществом А и/или В для специалистов в соответствующей области техники в общем случае известны. Степень наполнения материала носителя веществом А и/или В предпочтительно определяют следующим далее образом: количество рассматриваемого сухого наполненного материала пористого носителя в диапазоне приблизительно от 3 до 5 г, отвешенное с точностью в пределах 0,001 г, промывают на фильтровальной бумаге, по меньшей мере, 5 раз горячей водой, а после этого предварительно прокаливают в фарфоровом тигле на горелке Бунзена. После этого фарфоровый тигель отжигают в тигельной печи при приблизительно 600°С на протяжении приблизительно от 1 до 2 часов. Вслед за этим охлажденный образец повторно взвешивают с точностью в пределах 0,001 г.
Также могут варьироваться и отношение двух веществ А и В к материалу пористого носителя. Таким образом, материал А пористого носителя может содержать вещество А и вещество В при соотношении в диапазоне от 10 : 1 до 1 : 10. Предпочтительно материал носителя наполняют при соотношении между веществом А и веществом В в диапазоне от 5 : 1 до 1 : 1, более предпочтительно от 3 : 1 до 1,5 : 1.
При упоминании в данном или других случаях терминов «вещество А» или «вещество В» это также обозначает и смесь из веществ, то есть, формальдегид-связывающее вещество А или гидроксид-высвобождающее вещество В могут включать смесь из двух и более формальдегид-связывающих веществ А и гидроксид-высвобождающих веществ В. Формальдегид-связывающее вещество А и гидроксид-высвобождающее вещество В также могут быть одним и тем же веществом в случае наличия у него способности как связывать формальдегид, так и высвобождать гидроксид.
В соответствии с одним альтернативным вариантом осуществления изобретения вещество А содержится в, по меньшей мере, одном материале А пористого носителя, а вещество В содержится в, по меньшей мере, одном материале пористого носителя В. Такой системе пористого носителя свойственно преимущество, заключающееся в отсутствии предварительного определения соотношений веществ А и В при наполнении и поэтому в возможности их гибкого подстраивания пользователем в результате смешивания наполненных материалов носителей А и В при надлежащем соотношении. Материалы носителей А и В предпочтительно смешивают для производства системы пористого носителя, соответствующей изобретению, при соотношении компонентов в смеси в диапазоне от 10 : 1 до 1 : 10.
Степень наполнения веществом А материала носителя А и веществом В материала носителя В в каждом случае может независимо варьироваться в диапазоне между 1 и 70% (масс.) при расчете на совокупную массу материала пористого носителя А или В. Предпочтительно уровень наполнения веществом А материала носителя А составляет от 15 до 50% (масс.), в частности, от 20 до 45% (масс.), при расчете на совокупную массу материала пористого носителя А. Предпочтительно степень наполнения веществом В материала носителя В составляет от 1 до 50% (масс.), предпочтительно от 5 до 45% (масс.), в частности, от 5 до 25% (масс.), в особенности предпочтительно от 10 до 20% (масс.), при расчете на совокупную массу материала пористого носителя В.
Подходящие для использования материалы пористых носителей специалистам в соответствующей области техники в принципе известны. Предпочтение отдается использованию пористых материалов, таких как пористые минералы, пористая керамика, древесные щепки, древесная мука или модифицированный активированный уголь.
Материалы пористых носителей, использованные для вещества А или В, могут быть одинаковыми или разными. В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения один и тот же материал пористого носителя используется в качестве материала пористого носителя А и в качестве материала пористого носителя В.
Материал пористого носителя А и/или В также может состоять из смеси из двух и более материалов пористых носителей.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления материал пористого носителя А и/или В выбирают из группы, состоящей из диатомитовой земли, модифицированной или немодифицированной кремниевой кислоты, бентонитов и родственных им веществ, филлосиликатов, глины, цеолитов, модифицированного активированного угля и вспученного графита. В практических экспериментах в особенности хорошо подходящим для использования материалом носителя оказалась диатомитовая земля. Это, в частности, имеет место, потому что объем пор диатомитовой земли составляет приблизительно 40%, и, с одной стороны, распределение пор, размеры которых находятся в диапазоне между 0,1 и 0,001 мм, делает возможным простое наполнение формальдегид-связывающим веществом А и гидроксид-высвобождающим веществом В, в то время, как, с другой стороны, все еще существует достаточный свободный объем пор, доступный для обеспечения прохождения интенсивного газообмена для воды и формальдегида в целях получения достаточного эффекта связывания формальдегида.
Формальдегид-связывающее вещество А, содержащееся в системе носителя, соответствующей изобретению, является веществом, которое способно химически связывать формальдегид. Это предпочтительно осуществляется в результате прохождения химической реакции между формальдегидом и веществом А.
Термин «химическая реакция» включает расщепление и/или образование ковалентных связей для соединений, вовлеченных в реакцию. Данный термин необходимо понимать как противопоставление термину «физическая реакция», который имеет в своей основе исключительно взаимодействия между компонентами и не относится к расщеплению и/или образованию новых ковалентных связей для компонентов, вовлеченных в реакцию.
Подходящие для использования формальдегид-связывающие вещества А представляют собой, например, диазины, триазины, меламин, уретаны, полиамины, амиды полиакриловой кислоты, мочевину, гуанидин, гидроксиламин, этилендиамин, анилин, фенолы, резорцин, дибутилтиомочевину, дифенилметандиизоцианат, дициандиамид, тиомочевину, сульфиты, карбонат аммония, карбаматы, содержащие свободные амидные функциональности, и их смеси.
Предпочтительно формальдегид-связывающее вещество А выбирают из группы, состоящей из мочевины, карбоната аммония, карбаматов, содержащих свободные амидные функциональности, сульфитов и их смесей. В особенности практичным оказалось использование в качестве формальдегид-связывающего вещества А мочевины. Мочевина представляет собой дешевое, простое в обращении формальдегид-связывающее вещество, которое вследствие хорошей растворимости в воде делает возможными высокие уровни наполнения материала пористого носителя. Мочевина кристаллизуется в материале пористого носителя в форме игл. Это в результате приводит к получению достаточного свободного объема пор для сохранения вполне хорошего газообмена в материале пористого носителя после проведения наполнения.
Система пористого носителя, соответствующая изобретению, содержит, кроме того, гидроксид-высвобождающее вещество В. Термин «гидроксид-высвобождающее вещество В» относится к веществу, способному высвобождать гидроксид, то есть, ионы ОН в результате химической реакции. Гидроксид-высвобождающее вещество В может высвобождать гидроксид, например, в результате прохождения реакции с водой или в результате прохождения реакции с формальдегидом и водой. Предпочтительно гидроксид-высвобождающее вещество В высвобождает гидроксид в результате прохождения реакции с формальдегидом и водой. Подходящие для использования гидроксид-высвобождающие вещества В, например, представляют собой соли сернистой кислоты (сульфиты), карбонаты или гидроксиды.
Предпочтительно гидроксид-высвобождающее вещество В выбирают из группы, состоящей из сульфита натрия, карбоната натрия, карбоната аммония, карбоната калия и гидроксида натрия. В особенности предпочтительным является использование в качестве гидроксид-высвобождающего вещества В сульфита натрия. Преимущество заключается в том, что сульфит натрия при взаимодействии с формальдегидом и водой может как высвобождать гидроксид, так и связывать формальдегид.
Изобретение, кроме того, относится к технологическому процессу производства системы пористого носителя для уменьшения выделения формальдегида в материале на древесной основе, включающему следующие далее стадии:
а1) нанесение жидкой композиции, содержащей вещество А и вещество В, на материал пористого носителя А,
b1) по меньшей мере, частичное удаление жидкой композиции из материала пористого носителя
или
а2) нанесение первой жидкой композиции, содержащей вещество А, на, по меньшей мере, один материал пористого носителя А,
b2) по меньшей мере, частичное удаление первой жидкой композиции из, по меньшей мере, одного материала пористого носителя А,
с2) нанесение второй жидкой композиции, которая содержит вещество В, на, по меньшей мере, один материал пористого носителя А,
d2) по меньшей мере, частичное удаление второй жидкой композиции из, по меньшей мере, одного материала пористого носителя А.
Такой способ используют для производства материала пористого носителя, в котором в одном и том же, по меньшей мере, одном материале пористого носителя А содержатся вещество А и вещество В.
Еще одна цель изобретения представляет собой способ производства системы пористого носителя для уменьшения выделения формальдегида в материале на древесной основе, включающий следующие далее стадии:
а3) нанесение жидкой композиции, содержащей вещество А, на, по меньшей мере, один материал пористого носителя А,
b3) нанесение жидкой композиции, содержащей вещество В, на, по меньшей мере, один материал пористого носителя В,
с3) по меньшей мере, частичное удаление жидких композиций из материалов пористых носителей А и В,
d3) смешивание полученных материалов пористых носителей А и В.
Данный способ используют для производства материала пористого носителя, в котором вещества А и В содержатся в различных материалах пористых носителей – вещество А в, по меньшей мере, одном материале пористого носителя А и вещество В в, по меньшей мере, одном материале пористого носителя В.
В данном случае в том, что касается признаков двух способов, то, что было представлено выше в отношении признаков системы пористого носителя, соответствующей изобретению или его вариантам осуществления, и то, что будет представлено в последующем изложении в отношении признаков способа производства системы пористого носители, используются соответствующим образом.
Термин «жидкая композиция» в настоящем документе обозначает композицию, которая полностью или частично представляет собой жидкость. Термин «жидкая композиция» также может относиться к суспензии, эмульсии или расплаву. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения жидкая композиция является композицией, в которой растворено вещество А и/или В. Предпочтительно жидкая композиция представляет собой раствор.
При упоминании в данном случае термина «нанесение жидкой композиции на материал пористого носителя» он будет обозначать введение материала пористого носителя в полный или частичный контакт с данной жидкой композицией. В принципе для специалистов в соответствующей области техники известны различные способы нанесения жидких композиций на материалы носителей. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения нанесение жидкой композиции выбирают из погружения материала пористого носителя в жидкую композицию, заливания материала пористого носителя жидкой композицией или распыления жидкой композиции на материале пористого носителя. Термин «заливание» в отношении материала пористого носителя понимается в качестве обозначения покрытия материала пористого носителя жидкой композицией.
В особенности практичным оказалось нанесение жидкой композиции в результате погружения материала пористого носителя в жидкую композицию или заливания материала пористого носителя жидкой композицией. Также выгодным для нанесения жидкой композиции оказалось воздействие вакуумом. В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения нанесение жидкой композиции включает воздействие вакуумом. В результате воздух, содержащийся в материале пористого носителя, может быть вытеснен на протяжении короткого времени жидкой композицией, в которую погружают материал пористого носителя, или которой заливают материал пористого носителя, и, таким образом, может быть обеспечено быстрое полное смачивание материала пористого носителя жидкой композицией, то есть, время смачивания для полного смачивания составит менее, чем 1 час, в частности, менее, чем 40 мин, предпочтительно будет находиться в диапазоне между 20 и 40 мин, без необходимости выдерживания материала носителя в жидкой композиции в течение продолжительного времени. В альтернативном варианте, достижения по возможности наиболее полного смачивания также можно добиться тогда, когда нанесение жидкой композиции будет включать дополнительное выстаивание погруженного материала пористого носителя в жидкой композиции. В данном случае надлежащими являются времена пребывания в диапазоне между, по меньшей мере, 3 часами и 24 часами. Предпочтительно выстаивание погруженного материала пористого носителя в жидкой композиции имеет место при времени пребывания в диапазоне между, по меньшей мере, 3 часами и 5 часами. Как это продемонстрировали практические эксперименты, по истечении данного времени пребывания наполнение пористой подложки изменяется только в самой незначительной степени. В соответствии с одним дополнительным вариантом осуществления изобретения нанесение жидкой композиции на материал пористого носителя также включает перемешивание материала пористого носителя в жидкой композиции или перемешивание жидкой композиции.
В данном случае термин «по меньшей мере, частичное удаление» жидкой композиции означает полное или частичное устранение контакта между жидкой композицией и материалом пористого носителя. В данном случае, само собой разумеется, что компоненты жидкой композиции остаются адсорбированными на материале пористого носителя. Например, достижения, по меньшей мере, частичного удаления жидкой композиции можно добиться в результате проведения фильтрования, центрифугирования, высушивания или распылительного высушивания. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения достижения, по меньшей мере, частичного удаления жидкой композиции добиваются в результате проведения фильтрования.
При использовании фильтрования полученный наполненный материал пористого носителя все еще является мокрым. Как это продемонстрировали практические эксперименты, для уменьшения выделения формальдегида в материале на древесной основе в выгодном случае он может быть использован уже и в таком сыром состоянии.
В альтернативном варианте, после проведения фильтрования наполненный материал пористого носителя может быть высушен. В соответствии с одним дополнительным вариантом осуществления изобретения после проведения, по меньшей мере, частичного удаления жидкой композиции на одной из стадий b1) и с3), а также b2) и/или d2) способы, соответствующие изобретению, включают, кроме того, высушивание материала пористого носителя. Высушивание сырого наполненного материала пористого носителя предпочтительно имеет место при температурах, находящихся в диапазоне между 20 и 80°С, в частности, от 20 до 40°С, предпочтительно составляющих 30°С. Влажность предпочтительно находится в диапазоне между 2 и 10%, в частности, составляет 5%. Высушивание сырого материала носителя предпочтительно проводят до достижения уровня содержания остаточной влаги, составляющего менее, чем 15%, предпочтительно менее, чем 5%, в особенности предпочтительно менее, чем 3%. Определение количества остаточной влаги проводят в результате проведения сублимационного высушивания вплоть до достижения постоянной массы. Как это показал практический опыт, достижения постоянной массы добиваются по истечении периода сублимационного высушивания в 2 дня. Для улучшения текучести материала пористого носителя сюда же может быть добавлена добавка, повышающая текучесть. Для специалистов в соответствующей области техники известны широко распространенные добавки, повышающие текучесть, которые могут состоять, например, из сухого не подвергнутого наполнению материала пористого носителя. Предпочтительные добавки, повышающие текучесть, представляют собой пирогенный диоксид кремния или диатомитовую землю, в особенности предпочтительно используют диатомитовую землю.
Также можно себе представить и последовательное повторение несколько раз стадий нанесения и частичного удаления упомянутой жидкой композиции в способе, соответствующем изобретению. Данным образом, предпочтительно можно добиться достижения повышенной степени наполнения материала пористого носителя веществом А и/или В. В данном случае стадия высушивания также может быть проведена после каждого проведения частичного удаления раствора или только после завершения повторений стадий нанесения и удаления жидкой композиции.
Изобретение, кроме того, относится к применению системы пористого носителя, соответствующей изобретению, для уменьшения выделения формальдегида в материале на древесной основе. В данном случае в том, что касается признаков использования, то то, что было представлено выше в отношении признаков системы пористого носителя, соответствующей изобретению или его вариантам осуществления, используется соответствующим образом. В частности, в соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления применения, соответствующего изобретению, формальдегид-связывающее вещество А и гидроксид-высвобождающее вещество В содержатся в, по меньшей мере, одном материале пористого носителя А. В одном альтернативном варианте осуществления применения, соответствующего изобретению, формальдегид-связывающее вещество А содержится в, по меньшей мере, одном материале пористого носителя А, а гидроксид-высвобождающее вещество В содержится в, по меньшей мере, одном материале пористого носителя В.
Вышеупомянутые преимущества системы пористого носителя, соответствующей изобретению, также относятся и к соответствующему изобретению применению в соответствии с изобретением системы пористого носителя в материале на древесной основе. В частности, при применении системы пористого носителя выделения формальдегида в материале на древесной основе могут быть уменьшены без оказания отрицательного воздействия на характеристики прочности и набухания материала на древесной основе в сопоставлении с тем, что имеет место для систем, известных из предшествующего уровня техники. В сопоставлении с применением систем для уменьшения выделения формальдегида в материале на древесной основе, известных из предшествующего уровня техники, прочность материала на древесной основе фактически может быть улучшена при одновременном уменьшении выделения формальдегида. Также при применении системы пористого носителя в сопоставлении с использованием известных систем для уменьшения выделения формальдегида, можно добиться достижения улучшения поведения при набухании и/или абсорбировании воды. Одна причина этого могла бы представлять собой задерживание выхода формальдегид-связывающего вещества А и гидроксид-высвобождающего вещества В из пористого носителя и, таким образом, отсутствие их неблагоприятного воздействия на скорость отверждения и уровень отверждения связующей композиции при производстве материала на древесной основе. В результате присутствия гидроксид-высвобождающего вещества В при задержанном высвобождении гидроксида нейтрализуется только конечное клеевое соединение, что предотвращает прохождение гидролиза клеевого соединения и, таким образом, ингибирует дополнительные выделения формальдегида и потерю прочности, и увеличенное набухание и/или абсорбирование воды из клеевого соединения у материала на древесной основе, связанные с гидролизом.
Изобретение, кроме того, относится к материалу на древесной основе, содержащему соответствующую изобретению или его вариантам осуществления систему пористого носителя для уменьшения выделения формальдегида, описанную выше. В том, что касается признаков материала на древесной основе, соответствующего изобретению, то, что было представлено выше в отношении характеристик материала на древесной основе, содержащего систему носителя, или его вариантов осуществления, и то, что будет представлено ниже в отношении признаков способа производства материала на древесной основе или его вариантов осуществления, используются соответствующим образом. Такой древесный материал может быть использован в особенности хорошо для производства ламината, настила пола, крышки прилавка, крышки стола, предмета мебели или части стены, или потолка здания.
Целью изобретения является также способ производства материала на древесной основе в соответствии с изобретением или его вариантами осуществления, описанными выше, включающий следующие далее стадии:
а) получение лигноцеллюлозо-содержащего материала в форме древесных частиц,
b) проклеивание лигноцеллюлозо-содержащего материала композицией, содержащей, по меньшей мере, одну аминопластовую смолу,
с) прессование для получения материала на древесной основе,
где до, во время и/или после проведения, по меньшей мере, одной из стадий а) или b) добавляют систему пористого носителя, соответствующую изобретению. Стадии от а) до с) предпочтительно проводят в алфавитном порядке одну за другой. Однако, стадии а) и b), в частности, также могут быть объединены. Важные параметры у материалов на древесной основе представляют собой выделения формальдегида, набухание, предел прочности при поперечном растяжении и абсорбирование воды. Как это неожиданно установлено в практических экспериментах, у материалов на древесной основе, произведенных при использовании способа, соответствующего изобретению, данные параметры улучшаются. В частности, в случае использования системы пористого носителя, соответствующей изобретению, во время осуществления производственного технологического процесса могут быть добавлены формальдегид-связывающее вещество А и гидроксид-высвобождающее вещество В без получения в результате ухудшения данных параметров. Например, может быть улучшен предел прочности при поперечном растяжении у произведенных материалов на древесной основе в сопоставлении с тем, что имеет место во время осуществления производственного технологического процесса при добавлении чистых веществ А и/или В, то есть, веществ в отсутствие материала носителя, или с тем, что имеет место во время осуществления производственного технологического процесса при добавлении к материалу носителя вещества А. Кроме того, могут быть значительно уменьшены набухание и/или абсорбирование воды у произведенных материалов на древесной основе в сопоставлении с тем, что имеет место во время осуществления производственного технологического процесса при добавлении к материалу носителя чистых веществ А и/или В или вещества А.
При упоминании в данном случае термина «лигноцеллюлозо-содержащий материал» это будет обозначать материал растительного происхождения, содержащий лигноцеллюлозу. Лигноцеллюлоза, соответствующая изобретению, содержит целлюлозу и/или гемицеллюлозу и лигнин.
Термин «целлюлоза» относится к неразветвленному полисахариду, состоящему из от нескольких сотен до десяти тысяч целлобиозных элементарных звеньев. Целлобиозные элементарные звенья, в свою очередь, состоят из двух молекул глюкозы, связанных β-1,4-гликозидной связью.
Термин «гемицеллюлоза» представляет собой коллективное наименование для различных компонентов стенок растительных клеток. Гемицеллюлозы представляют собой разветвленные полисахариды, характеризующиеся уменьшенной длиной цепи, содержащие обычно менее, чем 500 элементарных звеньев сахаров и образованные из различных мономеров сахаров. Гемицеллюлоза по существу образована из различных мономеров сахаров, таких как, например, в случае глюкозы, ксилозы, арабинозы, галактозы и маннозы, где сахара могут содержать ацетил- и метилзамещенные группы. Они обладают статистической аморфной структурой и являются легкогидролизуемыми. Ксилоза и арабиноза в основной своей части состоят из мономеров сахаров, содержащих пять атомов углерода, (пентоз). Манноза или галактоза главным образом состоят из мономеров сахаров, содержащих шесть атомов углерода, (гексоз).
Термин «лигнины» относится к аморфным нерегулярно-разветвленным ароматическим макромолекулам, которые встречаются в природе в качестве части клеточных стенок и приводят там к лигнифицированию клетки. Они имеют структуру на основе замещенных фенилпропанольных элементарных звеньев, демонстрируют липофильный характер и являются нерастворимыми при комнатной температуре в нейтральных растворителях, таких как вода. Предшественники лигнина представляют собой, например, п-кумариловый спирт, конифериловый спирт и синапиловый спирт. Молекулярные массы лигнина обычно находятся в диапазоне между 10000 и 20000 г/моль.
Термин «гидролиз» в рамках значения, принятого в изобретении, может, в частности, обозначать расщепление (био)химического соединения в результате прохождения реакции с водой. В частности, возможной в данном случае является формальная доставка атома водорода к одному продукту расщепления и остающейся гидроксильной группы к другому продукту расщепления.
Всякий раз при упоминании в данном случае термина «материал на древесной основе» в соответствии с изобретением он будет пониматься в качестве обозначения широкого ассортимента материалов на основе щепок или волокон, содержащих или включающих древесину. Термин «древесно-стружечные материалы» («древесно-стружечные плиты» в наиболее широком смысле слова) обозначает группу продуктов в сфере материалов на древесной основе, произведенную из древесных частиц и, по меньшей мере, одного связующего под воздействием тепла и давления. Еще одну группу продуктов в сфере материала на древесной основе, не охватываемую термином «древесно-стружечные материалы» в соответствии с использованием в настоящем документе, представляют собой древесно-волокнистые материалы. Они включали древесно-волокнистые плиты, такие как древесно-волокнистую плиту средней плотности (MDF) и высокой плотности (HDF). В противоположность древесно-стружечным материалам, древесину, использованную для производства древесно-волокнистой плиты, мацерируют для получения древесного волокна, пучков волокон или фрагментов волокон. Для специалистов в соответствующей области техники древесно-стружечные материалы и древесно-волокнистые материалы представляют собой две фундаментально различные категории материалов, между которыми необходимо проводить различие.
В основном специалисты в соответствующей области техники способны идентифицировать различные материалы на древесной основе. Примеры включают древесно-опилочную плиту, древесно-волокнистую плиту средней плотности (MDF) и древесно-волокнистую плиту высокой плотности (HDF), древесно-волокнистую плиту низкой плотности (LDF), плиту плоского прессования, однослойную плиту, многослойную плиту, легкую плиту плоского прессования, экструдированную многопустотную плиту (ЕТ), экструдированную сплошную плиту (ES), плиту, облицованную меламиновой пленкой, (MFB), профилированную древесно-стружечную плиту или ориентированно-стружечную плиту (OSB). Классифицирование древесно-стружечной плиты может быть проведено в соответствии с документом DIN EN 312, при этом древесно-стружечные плиты могут различаться по прочности и влагостойкости. Плиты OSB могут быть классифицированы соответственно их использованию в соответствии с документом EN 300. Такие материалы на древесной основе, кроме того, могут быть подвергнуты переработке, например, для получения ламинатов, напольных покрытий, крышек прилавка, крышек стола, частей стены или потолка здания и/или древесных профилированных изделий.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения материал на древесной основе является древесно-стружечным материалом.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения материал на древесной основе представляет собой древесную панель. Предпочтительно материал на древесной основе представляет собой древесно-стружечную плиту или плиту OSB. Как это продемонстрировали практические эксперименты, способ, соответствующий изобретению, и описанные варианты осуществления являются в особенности хорошо подходящими для использования при производстве прессованных материалов на древесной основе, в частности, при производстве древесно-стружечных плит и плит OSB.
Предпочтительно материал на древесной основе или его первичный, или промежуточный продукт для него, содержат по существу лигноцеллюлозо-содержащий материал и связующие. Термин «по существу» обозначает в данном случае вплоть до 90% (масс.), 95% (масс.), 99% (масс.) или 99,9% (масс.), в каждом случае в расчете на совокупную массу материала на древесной основе. Однако, также возможно, что материал на древесной основе или его первичный, или промежуточный продукт для него, содержат другие вещества. Например, для улучшенного технологического процесса прессования могут быть добавлены и смачивающие и/или сепарирующие добавки. Кроме того, могут быть добавлены противогрибковые добавки или антипирены. В результате конечные лигноцеллюлозные материалы на древесной основе могут удовлетворять конкретным требованиям. Такие требования уже были упомянуты выше и известны специалистам в соответствующей области техники. Материал на древесной основе может содержать, например, легкие частицы, в частности, вспененные стирольные частицы, для уменьшения массы и/или стеклянные или углеродные волокна для увеличения прочности. В частности, такие дополнительные вещества могут быть добавлены в способе, соответствующем изобретению, до, во время и/или после проведения, по меньшей мере, одной из стадий а) или b).
Стадия а) способа, соответствующего изобретению, предусматривает получение древесных частиц. При упоминании в данном случае термина «древесные частицы» это будет обозначать любые древесные частицы, которые могут быть использованы для производства материалов на древесной основе. Древесные частицы могут представлять собой любые продукты, получаемые от измельчения лигноцеллюлозо-содержащих материалов.
Для производства материалов на древесной основе при использовании способа, соответствующего изобретению, на стадии а) используют лигноцеллюлозо-содержащий материал, который присутствует в форме древесных частиц. В зависимости от типа материала на древесной основе лигноцеллюлозо-содержащий материал может быть произведен в результате измельчения лигноцеллюлозо-содержащих материалов. В соответствии с изобретением лигноцеллюлозо-содержащий материал получают в форме древесных частиц, то есть, он может содержать или состоять из древесных частиц. Древесные частицы в соответствии с использованием в данном случае могут содержать древесину или могут быть сделаны из древесины. Примерами древесных частиц являются материал на основе мелкозерненой древесины, древесные щепки, древесные тяжи, древесная крупномерная стружка, древесные чешуйки и древесные волокна. Обычно древесные частицы для материалов на древесной основе получают посредством процессов резки или размалывания. На одной необязательной стадии древесные частицы могут быть высушены или сохранены до проведения дальнейшей переработки. Лигноцеллюлозо-содержащий материал также может быть смешан и с другими веществами.
Способ, соответствующий изобретению, включает на стадии b) проклеивание лигноцеллюлозо-содержащего материала композицией, содержащей, по меньшей мере, одну аминопластовую смолу.
В случае упоминания в данном случае термина «проклеивание» он может пониматься в качестве обозначения полного или частичного смачивания композицией, которая содержит связующее, («композицией, содержащей связующее»). Такие композиции также упоминаются специалистами в соответствующей области как «проклеивающий раствор». В соответствии с изобретением связующее представляет собой аминопластовую смолу. Термин «проклеивание», в частности, также может обозначать однородное распределение композиции, содержащей связующее, на древесных частицах. Нанесение композиции, содержащей связующее, может быть проведено, например, в результате импрегнирования или распыления.
Количество связующего, использованного при проклеивании, предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 до 20% (масс.), в частности, от 1 до 16% (масс.), более предпочтительно от 4 до 14% (масс.), при расчете на сухую массу древесины (твердая смола/абсолютно сухой материал). Для множества областей применения в особенности практичным является использование связующего в количестве в диапазоне от 0,1 до 15% (масс.) при расчете на сухую массу древесины (твердая смола/абсолютно сухой материал).
При обращении в данном случае к термину «сухая масса» это будет обозначать уровень содержания сухого материала. Уровень содержания сухого материала представляет собой ту часть вещества, которая остается после вычитания массы воды, содержащейся в нем. Это означает то, что уровень содержания сухого материала плюс уровень содержания воды в веществе в совокупности составляют 100 процентов.
В основном способ, соответствующий изобретению или одному из его вариантов осуществления, является подходящим для использования разнообразных комбинаций связующее-древесные частицы. В соответствии с изобретением в качестве связующего используют, по меньшей мере, одну аминопластовую смолу. В дополнение к этому, в способе, соответствующем изобретению, могут быть использованы и другие синтетические смолы, в частности, фенольные смолы, винилацетаты, изоцианаты, эпоксидные смолы и/или акриловые смолы. Примерами аминопластовых смол являются мочевиноформальдегидные смолы (UF), упрочненные меламином мочевиноформальдегидные смолы, (MUF), меламиномочевинофенолоформальдегидные смолы (MUPF) или их смеси. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа по изобретению, по меньшей мере, одну аминопластовую смолу выбирают из мочевиноформальдегидных смол (UF), упрочненных меламином мочевиноформальдегидных смол (MUF) или их смесей.
В предпочтительном варианте осуществления способа, соответствующего изобретению, композиция, содержащая, по меньшей мере, одну аминопластовую смолу на стадии b), дополнительно содержит по меньшей мере один отвердитель. Примерами подходящих отвердителей являются сильные органические кислоты, неорганические кислоты, такие как серная кислота и фосфорная кислота, соли, которые являются кислыми в воде, такие как хлорид алюминия и нитрат алюминия, соли, которые образуют кислоту в результате прохождения реакции с компонентами синтетической смолы, предпочтительно с формальдегидом, такие как фосфат аммония, нитрат аммония, сульфат аммония и хлорид аммония, и смеси из вышеупомянутых веществ. В способе, соответствующем изобретению, в качестве отвердителя предпочтительно используют нитрат аммония или сульфат аммония. Предпочтительно, связующее содержит от 0,1 до 15% (масс.) отвердителя, в частности, от 0,5 до 5% (масс.), при расчете на содержание твердой смолы ваминопластовой смоле.
В принципе для специалистов в соответствующей области техники известны различные способы, имеющие своей целью производство материалов на древесной основе в результате прессования. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения древесные частицы, проклеенные на стадии b), прессуют на стадии с) для получения материала на древесной основе. Предпочтительно стадия с) включает горячее прессование. Достижение оптимальных результатов может быть достигнуто в случае коэффициента сжатия во время проведения горячего прессования в диапазоне от 2 до 10 сек/мм, предпочтительно от 3 до 6 сек/мм. Здесь под «коэффициентом сжатия» понимается, в частности, временя пребывания лигноцеллюлозо-содержащего материала на древесной основе в секундах на миллиметр толщины или прочность конечного прессованного лигноцеллюлозо-содержащего материала на древесной основе в прессе.
Подходящие температуры для сжатия на стадии с) в способе, соответствующем изобретению или одному из его вариантов осуществления, являются температуры в диапазоне от 150°С до 250°С, предпочтительно от 160°С до 240°С, в особенности предпочтительно от 180°С до 230°С. При температурах в данных диапазонах технологический процесс может быть осуществлен в особенности экономичным образом.
2
По экономическим причинам и причинам, связанным с проектированием технологического процесса, выгодным оказалось использование во время проведения прессования удельного давления прессования (активного давления на поверхность плиты) в диапазоне от 50 до 300 н/см. Такие давления обеспечивают получение в особенности хорошего склеивания лигноцеллюлозо-содержащих частиц друг с другом. В дополнение к этому, при использовании такого давления прессования можно добиться достижения высокой прочности лигноцеллюлозо-содержащих материалов на древесной основе.
В способе, соответствующем изобретению, систему пористого носителя, соответствующую изобретению, добавляют до, во время и/или после проведения, по меньшей мере, одной из стадий а) или b). Это может быть осуществлено разными способами. В частности, может быть, например, получена система пористого носителя, а лигноцеллюлозо-содержащий материал в форме древесных частиц может быть нанесен на нее. До получения лигноцеллюлозо-содержащего материала в форме древесных частиц система пористого носителя также может быть смешана с ним, а после этого подана в смесь с древесными частицами на стадию а). Кроме того, возможным является получение системы пористого носителя в то же самое время, что и древесных частиц, где достижения одновременного получения добиваются при использовании двух раздельных устройств для нанесения.
Для системы пористого носителя также возможным является добавление к аминопластовой смоле до и/или во время проведения проклеивания на стадии b). В качестве композиции для проклеивания древесных частиц также может быть использована и прежде полученная смесь из аминопластовой смолы и системы пористого носителя, которая как таковая после этого может быть нанесена на древесные частицы. Поэтому древесные частицы проклеивают композицией, содержащей аминопластовую смолу и систему пористого носителя, в том смысле, что прежде полученную смесь из аминопластовой смолы и системы пористого носителя наносят на древесные частицы.
Однако, способ, соответствующий изобретению, также охватывает и те варианты осуществления, в которых систему пористого носителя добавляют к аминопластовой смоле только во время проведения проклеивания. Достижения этого можно добиться, в частности, в результате нанесения аминопластовой смолы и системы пористого носителя раздельно друг от друга, необязательно совместно с дополнительными добавками или связующими, на древесные частицы при проклеивании древесных частиц. Например, на древесные частицы могут быть нанесены на первой стадии аминопластовая смола, а на второй стадии система пористого носителя. Наоборот, также возможным является первоначальное нанесение на древесные частицы на первой стадии системы пористого носителя, а после этого на второй стадии аминопластовой смолы. Также возможным является одновременное нанесение аминопластовой смолы и системы пористого носителя на древесные частицы при использовании двух раздельных аппликаторов, таких как сопла. В соответствии с этим, древесные частицы могут быть проклеены композицией, содержащей аминопластовую смолу и систему пористой смолы, в результате раздельного нанесения на древесные частицы аминопластовой смолы и системы пористого носителя.
Кроме того, способ, соответствующий изобретению, также включает нанесение системы носителя после проведения проклеивания на стадии b), говоря другими словами, до проведения прессования на стадии с).
Как это продемонстрировали практические эксперименты, в способе, соответствующем изобретению, количество соответствующей изобретению системы пористого носителя, добавленной до, во время и/или после проведения, по меньшей мере, одной из стадий а) или b), предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 до 10% (масс.), в частности, от 1 до 8% (масс.), предпочтительно от 1 до 5% (масс.), в особенности предпочтительно от 1,5 до 3% (масс.), при расчете на сухую массу древесины (твердая смола/абсолютно сухой материал).
В последующем изложении изобретение будет описываться более подробно в порядке примера при обращении к иллюстративным вариантам осуществления.
Пример 1
Сначала будет описываться производство системы пористого носителя. В данном случае варианты 1 и 2 используются для производства системы пористого носителя, в которой вещество А содержится в, по меньшей мере, одном материале пористого носителя А, а вещество В – в, по меньшей мере, одном материале пористого носителя В. Вариант 3 используется для производства системы пористого носителя, в которой вещество А и вещество В содержатся в, по меньшей мере, одном материале пористого носителя А.
В качестве материала пористого носителя А и В использовали диатомитовую землю. Материал пористого носителя А наполняли свежеприготовленным 40% (масс.) раствором мочевины при расчете на совокупную массу мочевины и воды, а систему пористого носителя В – раствором 20% (масс.) сульфита натрия при расчете на совокупную массу сульфита натрия и воды, как указано ниже:
Вариант 1:
Взвешивали 500 г диатомитовой земли и покрывали 1 литром свежеприготовленного раствора мочевины или сульфита натрия. После этого воздействовали вакуумом вплоть до прекращения появления дальнейших пузырьков, обусловленных воздухом, выходящим из пор диатомитовой земли, и диатомитовую землю, наполненную мочевиной или сульфитом натрия, отфильтровывали и высушивали в климатической камере при 30°С и 5%-ной атмосферной влажности.
Вариант 2:
Взвешивали 500 г диатомитовой земли, которые покрывали 1 литром свежеприготовленного раствора мочевины или сульфита натрия и хранили в герметизированном контейнере в течение 24 часов. После этого диатомитовую землю, наполненную мочевиной или сульфитом натрия, отфильтровывали.
Вариант 3:
Взвешивали 500 г диатомитовой земли, которые покрывали 1 литром свежеприготовленного раствора из 200 г мочевины и 100 г сульфита натрия в 700 г воды и хранили в герметизированном контейнере в течение 24 часов. После этого диатомитовую землю, наполненную введенными мочевиной и сульфитом натрия, отфильтровывали и высушивали.
Пример 2
Испытания для плит проводили в следующих далее условиях:
Толщина плиты: 14 мм.
Материал щепок:
Древесные щепки, имеющие среднюю длину в диапазоне от 1 до 12 мм, среднюю ширину в диапазоне от 1 до 6 мм и среднюю толщину в диапазоне от 0,1 до 2 мм.
Проклеивание:
Использовали мочевиноформальдегидное связующее в количестве 8% (масс.) при расчете на сухую массу древесины (твердая смола/абсолютно сухой материал).
Отвердитель:
60%-ный нитрат аммония использовали в количестве 3% (масс.) при расчете на содержание твердой смолы в аминопластовой смоле.
3
Целевая плотность: 600 кг/м.
Температура прессования: 220°С.
Коэффициент сжатия: 9,3 сек/мм.
Производили три различных типа плит. В каждом случае для каждого типа плиты производили две плиты, то есть, количество, представленное ниже при производстве соответствующих плит, еще раз удваивается.
Справочная плита
В качестве справочного образца использовали плиту, которую производили в условиях, указанных выше, без какого-либо добавления чистой мочевины или системы пористого носителя, соответствующей изобретению.
Плита, соответствующая предшествующему уровню техники
В том, что касается плиты предшествующего уровня техники, уже снабженной материалом для уменьшения выделения формальдегида, то
(1) производили две плиты в условиях, указанных выше, и в дополнение к этому после проведения проклеивания, то есть, до проведения прессования, добавляли 0,5 или 2% (масс.) мочевины (U) при расчете на сухую массу древесины (твердая смола/абсолютно сухой материал) и
(2) производили шесть плит в условиях, указанных выше, и в дополнение к этому после проведения проклеивания, то есть, до проведения прессования, добавляли 0,5, 1,5 и 3% (масс.) диатомитовой земли, наполненной мочевиной, (KGU) или диатомитовой земли, наполненной сульфитом натрия, (KGS) в каждом случае при расчете на сухую массу древесины (твердая смола/абсолютно сухой материал).
Плита, соответствующая изобретению
В том, что касается плиты, соответствующей изобретению, то производили три плиты в условиях, указанных выше, и в дополнение к этому после проведения проклеивания, то есть, до проведения прессования:
(1) добавляли смесь из 0,4% (масс.) диатомитовой земли, наполненной мочевиной, (KGU) и 0,1% (масс.) диатомитовой земли, наполненной сульфитом натрия, (KGS) (в совокупности 0,5% (масс.) наполненной диатомитовой земли) при расчете на сухую массу древесины (твердая смола/абсолютно сухой материал, а также
(2) добавляли смесь из 2,7% (масс.) диатомитовой земли, наполненной мочевиной, (KGU) и 0,3% (масс.) диатомитовой земли, наполненной сульфитом натрия, (KGS) (в совокупности 3% (масс.) наполненной диатомитовой земли) при расчете на сухую массу древесины (твердая смола/абсолютно сухой материал,
(3) добавляли 3% (масс.) диатомитовой земли, наполненной мочевиной и сульфитом натрия, (KGUS) при расчете на сухую массу древесины (твердая смола/абсолютно сухой материал).
2
После проведения прессования плит определяли предел прочности при поперечном растяжении, выделение формальдегида, набухание и абсорбирование воды у плит. Для определения предела прочности при поперечном растяжении, набухания и абсорбирования воды сначала для каждой плиты отрезали десять образцов, характеризующихся геометрией 50 × 50 × 14 мм. Для определения выделения формальдегида в результате проведения измерений в эксикаторе сначала отрезали образцы для испытаний, имеющие размеры 5 × 15 × 1,4 см. Совокупная площадь поверхности образцов при проведении измерения в эксикаторе должна составлять 1800 см таким образом, что для плит на 14 мм требуются девять образцов при расчете на одну плиту. Для определения выделения формальдегида при использовании перфораторного метода сначала для каждой плиты отрезали десять образцов для испытаний, характеризующихся геометрией 2,5 × 2,5 × 1,4 см. Каждый образец для испытаний измеряли до проведения испытания при использовании цифрового щупа для измерения толщины, определяли массу и исходя из этого рассчитывали плотность.
Испытания для плит, произведенных данным образом, проводили в соответствии с EN 319 (испытание на предел прочности при поперечном растяжении), EN 317 (набухание по толщине, а также абсорбирование воды), JIS 1460 (измерение в эксикаторе, испытание на выделение формальдегида) и DIN EN ISO 12460-5 (перфораторный метод, испытание на выделение формальдегида).
Предел прочности при поперечном растяжении
2
Предел прочности при поперечном растяжении определяли в соответствии с EN 319. С данной целью каждый образец для испытаний склеивали при использовании термоплавкого клея c двумя алюминиевыми траверсами сверху и снизу, а затем после охлаждения растягивали на машине для испытаний (Zwick Zmart.Pro) при постоянной скорости испытания 1 мм/мин. Регистрировали усилие, приводящее к разрыву в середине образца и рассчитывали получающийся в результате предел прочности при поперечном растяжении при расчете на площадь поперечного сечения образца [н/мм].
Измерение в эксикаторе
Определение выделения формальдегида проводили при использовании измерения в эксикаторе в соответствии с документом JIS 1460. Образцы располагают в контейнере для образцов в эксикаторе, в каждом из которых располагается чаша, содержащая 300 мл деионизированной воды. В дополнение к этому, измеряют два холостых значения, то есть, для эксикатора и воды без образца.
Образцы характеризуются временем пребывания 24 часа в эксикаторах. После этого из каждой чаши с водой отбирают 10 мл воды и добавляют по 10 мл каждого раствора, выбираемого из раствора ацетилацетона (4 мл/л) и раствора ацетата аммония (200 г/л). Данную смесь нагревают до 40°С в течение 15 минут и охлаждают до комнатной температуры в течение еще 1 часа при одновременном хранении в темной окружающей среде.
При использовании фотометра при длине волны 412 нм измеряют оптическую плотность. После этого данную величину пересчитывают в мг/л в соответствии с заготовленной калибровкой.
Перфораторный метод
Определение выделения формальдегида проводили при использовании перфораторного метода в соответствии с документом DIN EN ISO 12460-5. Это экстракционный метод при использовании толуола в качестве растворителя (приблизительно 600 мл). Объем образца составлял приблизительно 100-150 г для перфораторного измерения и приблизительно 100 г для определения содержания влаги в плите (данный результат относится к содержанию влаги в плите 6,5% и рассчитывался при использовании заготовленной формулы).
Набухание по толщине
Определение набухания по толщине по истечении 24 часов хранения в воде проводили в соответствии с документом DIN EN 317. С данной целью образцы для испытаний хранили под водой при температуре воды 20°С на протяжении 24 часов. После этого определяли увеличение толщины по отношению к исходной толщине и рассчитывали набухание в процентах толщины.
Абсорбирование воды
Абсорбирование воды определяли в отношении образцов для определения набухания по толщине, тем самым, подобным образом по истечении 24 часов хранения в воде. Для расчета массу измеряли по истечении упомянутых 24 часов и после этого рассчитывали абсорбирование воды в соответствии со следующей далее формулой:
после
до
до
Абсорбирование воды [%] = (Масса – Масса)/Масса * 100
Результаты испытаний для справочных плит при отсутствии материала для уменьшения выделений формальдегида, плит предшествующего уровня техники при наличии материала для уменьшения выделений формальдегида и соответствующих изобретению плит, содержащих систему пористого носителя, соответствующую изобретению, продемонстрированы ниже в таблице 1.
Измерения проводили для 10 образцов для каждой плиты. Поскольку для каждого типа плиты производили две плиты, экспериментальные результаты для определения выделения формальдегида, предела прочности при поперечном растяжении, набухания и абсорбирования воды в соответствии с описанными выше методами в таблице 1 представляют собой средние значения у 20 образцов для испытаний.
Таблица 1
Описание
MVПредел прочности при попе-речном рас-тяжении
MVИзмерение в эксикаторе
MVПерфора-торныйметод,6,5%
MVНабухание
MVАбсорбиро-ваниеводы
н/мм²
мг/л
мг/100 г
%
%
Справочный образец
0,63
1,49
7,24
25,81
80,29
0,5% (масс.) U
0,54
1,00
5,13
34,71
95,81
2% (масс.) U
0,17
0,46
2,82
55,22
125,87
0,5% (масс.) KGU
0,62
1,32
6,35
31,54
87,27
0,4% (масс.) KGU + 0,1% (масс.) KGS
0,64
1,31
6,20
28,09
86,61
1,5% (масс.) KGU
0,52
0,82
4,99
30,05
92,44
1,5% (масс.) KGS
0,61
1,45
7,31
26,85
87,83
3% (масс.) KGU
0,42
0,53
3,27
40,98
99,44
3% (масс.) KGS
0,54
1,33
7,51
24,08
85,88
2,7% (масс.) KGU + 0,3% (масс.) KGS
0,44
0,39
2,83
38,01
97,70
3% (масс.) KGUS
0,51
0,69
4,45
27,55
91,32
MV: среднее значение по 20 образцам для испытаний, U = мочевина, S = сульфит натрия, KG = диатомитовая земля.
Неожиданно было установлено, что добавление диатомитовой земли, наполненной мочевиной и/или сульфитом натрия, значительно уменьшало спад предела прочности при поперечном растяжении у материалов на древесной основе – в результате добавления одного и того же количества при выражении в % (масс.) одного из чистых веществ, таких как мочевина (U), предел прочности при поперечном растяжении падает на вплоть до 80%.
Как это также можно видеть из таблицы 1, добавление смеси из диатомитовой земли, наполненной мочевиной, (KGU) и диатомитовой земли, наполненной сульфитом натрия, (KGS) в сопоставлении с добавлением того же самого количества при выражении в % (масс.) диатомитовой земли, наполненной мочевиной, (KGU) или диатомитовой земли, наполненной только сульфитом натрия, (KGS) при производстве материала на древесной основе приводит значительному уменьшению выделений формальдегида в материале на древесной основе, который включает смесь из KGU и KGS, в сопоставлении с выделениями формальдегида в материале на древесной основе, который включает только KGU или только KGS. Предел прочности при поперечном растяжении, набухание и абсорбирование воды у соответствующего изобретению материала на древесной основе, содержащего смесь из KGU и KGS, не ухудшались в сопоставлении с пределом прочности при поперечном растяжении, набуханием и абсорбированием воды у материала на древесной основе предшествующего уровня техники, содержащего то же самое количество при выражении в % (масс.) только KGU.
Добавление диатомитовой земли, наполненной мочевиной и сульфитом натрия, (KGUS) во время производства материала на древесной основе в сопоставлении с добавлением того же самого количества при выражении в % (масс.) диатомитовой земли, наполненной мочевиной (KGU), приводит к получению значительно увеличенного предела прочности при поперечном растяжении, уменьшенного набухания и уменьшенного абсорбирования воды у соответствующего изобретению материала на древесной основе, содержащего диатомитовую землю, наполненную мочевиной и сульфитом натрия, и в то же самое время выделений формальдегида, сопоставимых с тем, что имеет место для материала на древесной основе предшествующего уровня техники, содержащего диатомитовую землю, наполненную мочевиной (KGU).