СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ
METHOD OF MAKING WOOD-FIBER BOARDS

Изобретение относится к безотходным и малоотходным ресурсосберегающим технологиям в производстве древесноволокнистых плит (ДВП) из древесины лиственных пород, а также экологии и предусматривает утилизацию коры в деревообрабатывающей промышленности.
Кора относится к отходам производства, не нашедшим широкого промышленного использования. Причиной такого положения является особое анатомическое строение коры и ее высокая влажность, повышенная зольность. При этом огромное количество коры образуется в процессе переработки древесины и не находит дальнейшего использования в технологическом процессе. Ежегодно на деревообрабатывающих предприятиях коры скапливается от 6 до 20% от общего объема круглых лесоматериалов. Кора практически не используется, небольшая часть коры используется для производства топливных брикетов или идет на сжигание, а оставшаяся вывозится на полигоны для захоронения.
Несмотря на то что проводятся многочисленные исследования и существуют разработки отечественных и зарубежных авторов по вопросам использования коры, в том числе и в производстве плитных материалов, практического использования эти разработки не нашли. Это объясняется тем, что на деревообрабатывающих предприятиях имеются большие объемы более качественных древесных отходов (кусковые отходы лесопиления, отходы мебельного и столярного производства, технологическое сырье), позволяющих получать как древесноволокнистые, так и древесностружечные плиты без дополнительных затрат на освоение новой технологии.
СвердНИИПдревом разработан способ получения корьевых плит, без добавления древесного волокна и связующих веществ, при котором можно получать плиты с пределом прочности при статическом изгибе до 20 МПа, и набухание за 24 часа составляет 15%. Технологический процесс получения таких плит требует температуры прессования 157-167°С и давления 5-6 МПа [1].
Ввиду низкой прочности такие плиты не нашли широкого применения.
Известен способ производства композиции на основе березовой коры и талового масла или талового пека в качестве связующего компонента. Березовую кору, разделенную на бересту и луб, измельченные до размера 0,1-50 мм, используют в количестве до 99%. Кроме того, древесная основа может быть выполнена только из бересты, или только из луба, или из смеси бересты и луба при заданном соотношении компонентов. В качестве связующего компонента может быть использовано талловое масло или талловый пек в количестве до 25% [2].
3
Известен способ использования измельченной березовой коры без синтетических связующих для производства плит плотностью от 350 до 800 кг/м [3]. При этом используют березовую кору, измельченную до фракции 40-5000 мкм, и наполнитель преимущественно из волокон целлюлозы при следующих соотношениях от общей сухой массы, мас.%: березовая кора - 60-95, волокна целлюлозы - 5-40%. Перед формированием ковра наполнитель увлажняют до влажности 18-20% и смешивают с измельченной корой, ковер формируют с толщиной, равной 200-300% толщины готовой плиты. Сформированный таким образом ковер прессуют при температуре 160-180°С. Время прессования составляет 0,5-0,8 минут на 1 мм толщины.
Недостатком указанных способов является отсутствие оборудования и схемы организации технологического процесса для производства изделий из предложенных композиций.
Известен способ изготовления плит из коры лиственных или хвойных пород деревьев [4]. Кору измельчают, просеивают, удаляя частицы коры выше и ниже требуемого размера. Подготовленную кору пропитывают 5-20% раствором полистирола либо метилметакрилата в этилацетате до содержания полимера в плите 10-25%. После окончания пропитки растворитель (этилацетат) удаляют на рекуперацию. Плиты формируют методом компрессионного прессования при температуре плавления полимера (для полистирола +180±5°С, для полиметилметакрилата +170±5°С) и удельном давлении 10±0,5 МПа. Время выдержки под давлением составляет 0,3-0,5 мин на 1 мм толщины готовой плиты. Готовые плиты охлаждают под давлением до температуры примерно 110°С, после чего плиты извлекают из пресс-формы.
Недостатком способа является то, что для создания требуемой прочности получаемых изделий используют синтетические полимеры в летучем растворителе, для удаления которого требуется отдельная стадия отгонки токсичного растворителя, требующая оборудования во взрывобезопасном исполнении. Кроме того, предлагаемые полимеры дефицитны и дороги и ухудшают экологическую обстановку в цехах и в целом на предприятии.
Известны древесная плита и способ изготовления этих плит, с использованием древесной коры без использования синтетических связующих [5]. Для приготовления пресс-композиции ковра берут растительное сырье - кору - и подвергают его гидролизу при температуре 170-180°С в течение 2 ч, после чего массу сушат до влажности 8% и спрессовывают сначала при температуре 20°С и давлении 15 МПа, а затем прессуют при температуре 160°С и давлении 15 МПа. Продолжительность прессования 1 мин на 1 мм толщины готовой плиты. После горячего прессования пластик подвергают охлаждению в прессе без снятия давления.
Недостатком известного решения является то, что для его осуществления требуется стадия гидролиза и стадия охлаждения готового пластика в прессе без снятия давления, что усложняет технологию в целом и удорожает производство. Кроме того, ассортимент выпускаемых плит ограничен высокой плотностью изделий.
Известен способ производства ДВП мокрым способом. Способ предусматривает сепарирование и мойку технологической щепы; размол щепы в две ступени; введение в древесноволокнистую массу добавок: фенолоформальдегидной смолы, парафиновой эмульсии, и серной кислоты; отлив ковра; горячее прессование; закалку; кондиционирование и форматную обрезку полученных плит [6].
Недостатком известного способа является то, что при производстве ДВП из древесины лиственных пород содержание смолы по отношению к массе абсолютно сухого волокна должно быть не менее 1,3%. Технологический процесс производства ДВП позволяет использовать исходное сырье с содержанием коры в количестве не более 15% (в щепе из сучьев до 20%) от массы щепы. Ограничение по количеству коры в технологической щепе уменьшает возможность использования коры на деревообрабатывающих предприятиях. С увеличением доли коры в общей массе волокна ухудшается как внешний вид готовой продукции, так и ее качественные характеристики, это приводит к необходимости использования большего количества связующего, что повышает себестоимость и токсичность плит.
Таким образом, существующие способы использования коры в производстве плит и древесных композиций либо ухудшают физико-механические характеристики при соблюдении существующей технологии, либо увеличивают токсичность плит, либо требуют использования нового оборудования, новых затратных технологий для производства готовых изделий с использованием коры. А технологий, позволяющих использовать кору в ДВП, в количестве, превышающем 15%, не ухудшая физико-механические характеристики, не существует.
Изобретение решает задачи утилизации коры, улучшая экологическое состояние промышленных площадок деревообрабатывающих предприятий; эффективного использования древесины, уменьшая расход абсолютно сухого волокна для производства ДВП; снижения токсичности и себестоимости готовой продукции за счет уменьшения расхода связующего при производстве ДВП из древесины лиственных пород.
Техническим результатом изобретения является разработка простого и дешевого способа утилизации и переработки коры в производстве ДВП из древесины лиственных пород, улучшение физико-механических характеристик ДВП, уменьшение эмиссии формальдегида из плит и снижение себестоимости продукции.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе производства древесноволокнистых плит из древесины лиственных пород, включающем размол технологической щепы в две стадии, введение добавок - фенолформальдегидной смолы, парафиновой эмульсии и осадителя, формирование ковра и прессование, при введении добавок дополнительно вводится кора в количестве 6-16% от массы абсолютно сухого волокна. Кору предварительно измельчают до размеров фракции 0,05-0,8 мм и вымачивают в течение 2-4 часов в горячей воде при температуре 60-100°С с массовым соотношением коры к воде 1:10-1:14.
В качестве коры можно использовать кору сосновую, или кору березовую, или кору елово-пихтовую.
Указанный технический результат достигается за счет измельчения до определенного фракционного состава коры, замачивания ее горячей водой и использования этого состава в качестве упрочняющей добавки в производстве ДВП. Оптимальное количество коры, вводимое в древесноволокнистую массу, должно находиться в интервале от 6 до 16% от массы исходного неокоренного сырья в абсолютно сухом состоянии. Последовательность технологических операций и режимы работы оборудования аналогичны, как при производстве ДВП мокрым способом производства.
Использование коры в количестве менее 6% и более 16% ухудшает физико-механические характеристики ДВП.
Измельчение коры до размеров фракции менее 0,05 не целесообразно экономически, а более 0,8 мм приводит к снижению физико-механических характеристик и ухудшению внешнего вида плит.
Проведение вымачивания измельченной коры в горячей воде при температуре 60-100°С и массовом соотношении 1:10-1:14 в течение 2-4 часов определено экспериментальным путем и приводит к наилучшим физико-механическим характеристикам плит.
Для примеров были изготовлены древесноволокнистые плиты по ГОСТ 4598-86 «Плиты древесноволокнистые мокрого способа производства» с содержанием измельченной коры сосновой, березовой и елово-пихтовой от 6 до 16% в лаборатории лесоперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и химической технологии древесины Лесосибирского филиала Сибирского государственного университета.
Пример 1.
Технологическую щепу из древесины лиственных пород с содержанием коры 15% подвергали размолу в две ступени (дифибратор, рафинатор). Степень помола массы на первой ступени 11 ДС, на второй 22 ДС, показатель фракционного состава был равен 33 г. Для изготовления 1 образца (плиты) брали древесноволокнистую массу с содержанием абсолютно-сухого волокна 207 г.
Кору сосновую измельчали до размеров фракции 0,05 мм. Для измельчения коры использовали мельницу, работающую по сухому способу размола. Измельченную кору замачивали в горячей воде с массовым соотношением 1:10 - при температуре 100°С и выдерживают в течение 2 часов.
В полученную древесноволокнистую массу добавляли фенолоформальдегидную смолу в количестве 1% от массы абсолютно сухого волокна (2,07 г стандартной концентрации), парафиновую эмульсию в количестве 1% парафина к массе абсолютно сухого волокна (2,07 г), в качестве осадителя использовали серную кислоту (0,7% концентрированной серной кислоты; 1,45 г) и 6% коры сосновой (12,42 г при влажности 8%).
Отлив ковра и прессование плит производилось на лабораторном оборудовании согласно выбранному режиму для производства твердых древесноволокнистых плит мокрого способа производства. Температура плит пресса была равна 183°С, давление прессования на фазе «отжим» - 6 МПа, на фазе «сушка» - 1 МПа, на фазе «закалка» - 5 МПа, продолжительность прессования 1,79 мин на 1 мм толщины готовой плиты.
После прессования производилась закалка плит в течение 4 часов при температуре 150°С. Физико-механические характеристики плит определялись по ГОСТ 19592-80 «Плиты древесноволокнистые. Методы испытаний».
Примеры 2-6 - способ получения ДВП аналогично примеру 1.
Примеры 7-12 - способ получения ДВП аналогично примеру 1. В качестве коры использовалась кора березы.
Примеры 12-18 - способ получения ДВП аналогично примеру 1. В качестве коры использовалась кора елово-пихтовая.
Условия проведения процесса получения ДВП по примерам 1-18 приведены в таблице 1.
Таблица 1
Условия проведения процесса получения ДВП
N примера
Масса абсолютно-сухого волокна, г
Количество измельченной коры, %
Размер фракции коры, мм
Время вымачивания, час
Температура вымачивания, °С
Массовое соотношение, кора: вода
1
2
3
4
5
6
7
Кора сосновая
1
207
6
0,05
2
100
1:10
2
202
8
0,08
2
70
1:12
3
198
10
0,1
4
60
1:14
4
194
12
0,06
2
60
1:10
5
189
14
0,5
3
70
1:10
6
185
16
0,8
2
70
1:14
Продолжение таблицы 1
1
2
3
4
5
6
7
Кора березовая
7
207
6
0,8
2
70
1:10
8
202
8
0,09
3
80
1:12
9
198
10
0,1
3
100
1:11
10
194
12
0,2
3
100
1:14
11
189
14
0,05
2
60
1:14
12
185
16
0,8
4
70
1:13
Кора елово-пихтовая
13
207
6
0,8
2
60
1:12
14
202
8
0,5
2
70
1:14
15
198
10
0,07
3
100
1:10
16
194
12
0,4
4
80
1:12
17
189
14
0,05
3
70
1:13
18
185
16
0,1
3
70
1:12
В таблице 2 приведены значения физико-механических характеристик ДВП, полученных по примерам 1-18 в зависимости от содержания и вида измельченной коры в исходном древесноволокнистом полуфабрикате.
Таблица 2
Физико-механические характеристики ДВП
№ примера
Количество измельченной коры, %
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Предел прочности на статический изгиб, МПа
Набухание за 24 ч, %
1
2
3
4
5
Кора сосновая
1
6
1004
40
20
2
8
975
40
19
3
10
945
43
18
4
12
915
40
17
5
14
894
39,5
17
6
16
886
33
17
Кора березовая
7
6
972
33
14
8
8
983
34
13
9
10
990
34
13
10
12
945
36
11
11
14
950
33
10
12
16
980
33
10
Продолжение таблицы 2
1
2
3
4
5
Кора елово-пихтовая
13
6
965
36
19
14
8
974
37
17
15
10
943
38
16
16
12
952
34
15
17
14
924
33
15
18
16
904
33
14
Физико-механические характеристики по ГОСТ 4598-86 для твердых ДВП
800-1100
33-38
20-23
Как видно из данных таблицы 2, использование сосновой коры существенно улучшает предел прочности ДВП на статический изгиб. Использование коры березовой снижает набухание плит по сравнению с другими видами коры. Использование елово-пихтовой коры улучшает прочностные характеристики и снижает набухание плиты. Независимо от вида используемой коры плиты соответствуют ГОСТу 4598-86.
Использование коры в производстве ДВП позволяет уменьшить расход древесного волокна, упрочняющей добавки - смолы, снизить токсичность и себестоимость плит, улучшить экологическую обстановку деревообрабатывающих предприятий.
Способ использования измельченной коры в производстве ДВП не требует значительных капитальных затрат. Операции по сбору, очистке, измельчению, замачиванию водой могут быть механизированы и внедрены в технологический процесс производства ДВП.
Предложенный способ использования измельченной коры в производстве ДВП является эффективной мерой утилизации коры, способствует снижению себестоимости и уменьшению токсичности плит и решает технологические, экономические и экологические задачи:
1) экономия исходного древесного сырья в производстве ДВП;
2) возможность эффективно использовать кору, способствуя решению проблемы ее утилизации, улучшая экологическое состояние промышленных площадок деревообрабатывающих предприятий;
3) снижения расхода формальдегидных связующих и, как следствие, снижение себестоимости продукции и уменьшение эмиссии формальдегида;
4) снижение расходов предприятий на очистку промышленных площадок и вывозку коры на полигоны.
Таким образом, использование измельченной коры в производстве ДВП по существующей технологии позволит при уменьшении себестоимости, за счет снижения расхода исходного сырья и упрочняющих добавок, улучшить эксплуатационные свойства готовых плит. Данный способ позволяет уменьшить общепроизводственные расходы, связанные с очисткой промышленных площадок от коры и ее вывозкой на полигоны.
Источники информации
1. Житков А.В. Утилизация древесной коры. - М.: Лесн. пром-сть, 1985 г.
2. RU №2003118707/04, 2003, МПК C08L 97/02.
3. RU 2245783, 2005, МПК B27N 3/00, B27N 3/02, B27N 3/04.
4. RU 1757886, B27N 3/02, 1991.
5. RU 2173256, B27N 3/08, 2001.
6. Волынский В.Н. Технология древесных плит и композитных материалов. - СПб.: «Лань», 2010 г.