КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ
COMPOSITION FOR PRODUCTION OF WOOD CHIPBOARDS

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано для получения малотоксичных древесных материалов, например в производстве древесно-стружечных плит.
Изобретение позволяет изготавливать недорогие, прочные и экологически безопасные древесно-стружечные плиты.
Известна композиция для изготовления древесно-стружечных плит, включающая древесную стружку, карбамидоформальдегидную смолу, отвердитель, бутадиенстирольный латекс, эмульгатор марки ОМ-10, тринатрий-фосфат и аэросил [Пат. RU №2074090, кл. B27N 3/04, заявлено 24.11.92 г. за №92008046/04, опубл. 27.02.97 в Бюл. №6].
Недостатками данной композиции являются применение дорогих компонентов - органических веществ, невысокие показатели прочности и водостойкости плит, а также технологические трудности, связанные со сложным составом (большим количеством компонентов).
Наиболее близкой к изобретению является композиция для изготовления древесно-стружечных плит [Пат. RU №2176186, кл. B27N 3/02, заявлено 04.08.2000 г. за №2000121010/04, опубл. 27.11.2001 г. в Бюл. №33] - прототип, включающая древесную стружку, карбамидоформальдегидную смолу, отвердитель и средство для образования регулярной упорядоченной структуры отвержденной смолы. В качестве средства для повышения адгезии смолы к поверхности древесной стружки использован бутадиенстирольный метакрилатный латекс (БСМК) совместно с аэросилом.
Недостатком этой композиции является использование дорогостоящих органических веществ, невысокая прочность плит и высокое содержание свободного формальдегида.
Таким образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является уменьшение себестоимости древесно-стружечных плит, повышение показателей прочности плит, а также снижение в плитах свободного формальдегида.
Это достигается тем, что композиция для изготовления древесно-стружечных плит, включающая древесную стружку, карбамидоформальдегидную смолу, отвердитель и средство для образования регулярной упорядоченной структуры отвержденной смолы, отличающаяся тем, что в качестве средства для образования регулярной упорядоченной структуры отвержденной смолы используют нативный (кукурузный, и/или картофельный, и/или пшеничный, и/или ячменный, и/или ржаной, и/или сорговый, и/или тапиоковый, и/или рисовый, и/или гороховый) крахмал, и/или физически модифицированное экструзионное крахмалосодержащее сырье (картофельный и/или кукурузный крахмал, и/или муку (ржаная, или пшеничная, или кукурузная, или картофельная)), и/или декстрин (амилодекстрин, и/или эритродекстрин, и/или ахродекстрин, и/или мальтодекстрин), и/или мезга (картофельная и/или кукурузная), и/или смесь мезги с клеточным картофельным соком с вязкостью клейстера 0,55-0,65 Па·с (14-20 с по ВЗ4), при этом компоненты композиции взяты в следующем соотношении, мас. %:
карбамидоформальдегидная смола
9,200-11,220
отвердитель
0,092-0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы
0,449-0,920
древесная стружка
остальное
Связующее готовили путем смешения карбамидоформальдегидной смолы концентрацией 60-67% с 20%-ным водным раствором отвердителя (хлористого аммония). Затем вводили в необходимом количестве клейстер модифицированного продукта из крахмалсодержащего сырья.
Древесно-стружечные плиты толщиной 16 мм готовят следующим образом. Древесную стружку влажностью 2,4% смешивали со связующим. После этого формовали стружечный ковер и осуществляли его горячее прессование при температуре 180°С в течение 0,5 мин/мм толщины плиты при удельном давлении 2,2 МПа.
В качестве крахмалсодержащего сырья используют:
- крахмал кукурузный по ГОСТ 7697;
- крахмал картофельный по ГОСТ 7699;
- крахмал пшеничный по техническому нормативному правовому акту (ТНПА);
- крахмал ячменный по ТНПА;
- крахмал ржаной по ТНПА;
- крахмал сорговый по ТНПА;
- крахмал тапиоковый по ТНПА;
- крахмал рисовый по ТНПА;
- крахмал гороховый по ТНПА или др.;
- крахмальные смеси различного соотношения по ТНПА;
- крахмальная суспензия с массовой долей сухого вещества 32-41% по ТНПА;
- мука ржаная по ГОСТ 7045;
- мука пшеничная по СТБ 1666;
- мука кукурузная по ГОСТ 14176;
- мука картофельная по ТНПА или др.;
- декстрин (амилодекстрин, и/или эритродекстрин, и/или ахроодекстрин, и/или мальтодекстрин) по ТНПА;
- мезга картофельная по ТНПА;
- мезга кукурузная по ТНПА;
- клеточный картофельный сок по ТНПА.
Физическую (экструзионную) модификацию крахмалсодержащего сырья осуществляют следующими способами.
Крахмалсодержащее сырье подвергают экструзии (термомеханическому воздействию), предварительно загрузив его в загрузочную воронку двухшнекового экструдера марки РЗ-КЭД-88 или любого другого, при рабочей температуре 140-200°С и диаметре используемой матрицы (фильеры) - 1-5 мм.
Затем осуществляют резку экструзионных продуктов, выходящих из матрицы экструдера в виде жгутов, и их прием в сборник, далее при помощи пневмотранспорта направляют в накопительную воронку.
Полученные экструзионные продукты измельчают на дробилке молоткового типа КХЧ-5 или аналогичной, просеивают через бурат с отверстиями сита 0,65 мм. Крупные фракции поступают на повторное измельчение.
Перед добавлением в композицию из модифицированного крахмалосодержащего сырья готовят клейстер вязкостью 0,55-0,65 Па·с (14-20 с по ВЗ4).
Физическую модификацию крахмала можно также осуществлять в результате его контактной сушки, используя вальцовую сушилку. Процесс получения физически модифицированных крахмалов включает следующие операции: подготовку сырья с увлажнением его, а иногда и с обработкой химическими реагентами; клейстеризацию крахмала; образование тонкой пленки клейстера; высушивание клейстера; измельчение полученных пленок и просеивание порошкообразного продукта. Сушку клейстера производят тонким слоем с использованием специального оборудования - вальцовых сушилок. Модифицированные крахмалы приготовляются путем предварительной клейстеризации 35-45% водной суспензии крахмала и последующего высушивания клейстера в тонком слое на паровых барабанных вальцовых сушилках при температуре 120-180°С.
Особенностью физических модифицированных крахмалопродуктов, полученных при экструзии или контактной сушкой на вальцовой сушилке, является их способность растворятся в воде при комнатной температуре, т.к. эти крахмалопродукты клейстеризованные (у них разрушены крахмальные гранулы). Для приготовления клейстера физически модифицированный продукт добавляют к воде при комнатной температуре (20-25°С) и все тщательно перемешивают.
Нативный крахмал - природный полимер, в котором мономеры (остатки α-D-глюкопиранозы) связаны α-(1→4)- и α-(1→6)-глюкозидными связями, образуя амилозу (полисахарид линейного строения) и амилопектин (полисахарид разветвленного строения). Крахмальные фракции (амилоза и амилопектин) компактно упакованны в крахмальные зерна (или гранулы).
Известны различные способы переработки крахмалосодержащего сырья на крахмал с использованием разнообразных технологических схем, оснащенных различными видами применяемого для этих целей технологического оборудования. Однако независимо от аппаратурного оформления каждый из этих способов включает стадии производства, которые свойственны большинству современных технологий производства крахмала: подготовка крахмалосодержащего сырья к переработке, измельчение, выделение крахмала, очистка крахмала, его обезвоживание и сушка, удаление металломагнитных примесей, фасовка, упаковка, маркировка и транспортирование крахмала на склад или потребителю. При этом для очистки и обезвоживания в современных технологиях получения нативного крахмала применяют многоступенчатую гидроциклонную установку, на которой осуществляются операции разделения тонкоизмельченного крахмалсодержащего сырья на крахмальную суспензию и смесь мезги с другими побочными продуктами, а также осуществляют частичное сгущение крахмальной суспензии. Побочными продуктами, которые удаляются (выводятся) из производства, в картофельнокрахмальном производстве являются мезга картофельная и клеточный картофельный сок, а в кукурузокрахмальном производстве - мезга кукурузная, глютен и зародыш.
При приготовлении средства для образования регулярной упорядоченной структуры отвержденной смолы из нативного крахмала готовят крахмальный клейстер. Для чего нативный крахмал насыпают в эмалированную или алюминиевую емкость, далее в нее наливают немного холодной воды, и все хорошо перемешивают до консистенции густой сметаны. В полученную массу тоненькой струйкой наливают кипяток, при этом массу непрерывно помешивают, чтобы в ней не образовывались комочки. Кипятка наливают примерно 1:10 по отношению к крахмалу. После того как крахмал заварился и стал студенистым и прозрачным, в него доливают еще немного кипятка, чтобы получился крахмальный клейстер вязкостью 0,55-0,65 Па·с (14-20 с по ВЗ4).
В соответствии со свойствами различают следующие виды декстринов:
20
D
- амилодекстрин - окрашивается раствором йода в фиолетово-синий цвет, представляет собой белый порошок, растворим в 25% растворе спирта, осаждается 40% раствором спирта, удельное вращение [α]  колеблется от +190° до +196°, восстановительная способность находится в пределах 0,6-2,0%;
20
D
- эритродекстрин - окрашивается йодом в красно-бурый цвет, растворяется в 55% растворе спирта, осаждается 65% раствором спирта, из теплых спиртовых растворов он кристаллизуется в виде сферокристаллов, удельное вращение [α]  +194°, восстановительная способность составляет 1-3%;
20
D
- ахроодекстрин - не окрашивается йодом, растворим в 70% растворе спирта, при выпаривании горячих спиртовых растворов образует сферокристаллы, удельное вращение [α] +192°, восстановительная способность соответствует 10%;
20
D
- мальтодекстрин - не дает реакции с йодом и не осаждается спиртом, удельное вращение [α]  +181 до +183°, восстановительная способность равна 36-43%.
Для получения декстрина сухой крахмал подкисляют с помощью летучей кислоты (соляной или азотной) в специальном технологическом оборудовании (декстринизаторе) непрерывного или периодического действия. Подкисленный крахмал выдерживают в бункерах в течение 12-16 часов. После отлежки крахмал предварительно подсушивают до 3% влажности и подвергают декстринизации. При этом крахмал нагревают и выдерживают определенное время при температуре 125-180°С, что обеспечивает требуемую степень расщепления крахмала. В дальнейшем декстрин охлаждают, увлажняют и просеивают.
Мальтодекстрины получают при помощи частичного ферментативного гидролиза крахмала с использованием амилолитических ферментных препаратов и последующей распылительной сушкой полученного продукта.
Если использовать для приготовления средства для образования регулярной упорядоченной структуры отвержденной смолы из декстрина, необходимо к навеске декстрина добавить воду комнатной температуры (20-25°С) и тщательно перемешать. Соотношения декстрина и воды должно быть таким, чтобы окончательная вязкость клейстера составляла 0,55-0,65 Па·с (14-20 с по ВЗ4).
Мезга и клеточный картофельный сок являются побочными продуктами крахмального производства. Так, состав сухих веществ картофельной мезги следующий, %: крахмал - 45-50; клетчатка - 25-30; растворимые углеводы - до 3; азотистые вещества - 3-5; минеральные вещества - 5-6; другие вещества - до 20, а состав сухих веществ клеточного картофельного сока следующий, %: крахмал - 8,3; растворимые углеводы - 20-25; азотистые вещества - 35-40; минеральные вещества - 14-15; жиры - 2,8; другие вещества - до 20.
Можно готовить средство для образования регулярной упорядоченной структуры отвержденной смолы из смеси мезги с клеточным картофельным соком. Смесь получают в результате тщательного механического смешивания двух компонентов (мезги и клеточного картофельного сока), при этом вязкость смеси должна составлять 0,55-0,65 Па·с (14-20 с по ВЗ4). Для лучшего смешивания смесь можно прогреть до температуры 70-90°С.
Средство для образования регулярной упорядоченной структуры отвержденной смолы можно готовить, используя предлагаемую нами матрицу подбора компонентного состава.
Испытания плит на физико-механические показатели и содержание свободного формальдегида проводили в соответствии с ГОСТ 10633, 10634, 10635, 10636 и 27678.
Физико-механические свойства древесно-стружечных плит, полученных с применением модифицированных продуктов из крахмалосодержащего сырья соответствуют действующим техническим нормативным правовым актам. По содержанию свободного формальдегида (т.е. токсичности) полученные плиты соответствуют классу эмиссии Е1 в соответствии с ГОСТ 10632.
Изобретение поясняется следующими примерами.
Пример 1.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
9,200
отвердитель
0,092
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - экструзионный
картофельный крахмал с вязкостью клейстера 0,61 Па·с
0,449
древесная стружка
остальное
Пример 2.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
физически модифицированного кукурузного
крахмала, полученный при помощи контактной
сушки на вальцовой сушилке, образующий
клейстер вязкостью 0,62 Па·с
0,920
древесная стружка
остальное
Пример 3.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
10,210
отвердитель
0,102
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
смеси экструзионной муки ржаной обдирной
с вязкостью клейстера 0,63 Па·с
0,685
древесная стружка
остальное
Пример 4.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
9,200
отвердитель
0,092
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
смеси экструзионного картофельного и кукурузного
крахмала в соотношении 1:1 с вязкостью
клейстера 0,64 Па·с
0,449
древесная стружка
остальное
Пример 5.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
смеси экструзионного картофельного и кукурузного
крахмала в соотношении 2:1 с вязкостью
клейстера 0,64 Па·с
0,920
древесная стружка
остальное
Пример 6.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
смеси экструзионного картофельного и кукурузного
крахмала в соотношении 1:2 с вязкостью
клейстера 0,64 Па·с
0,920
древесная стружка
остальное
Пример 7.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
смеси декстринов (амилодекстрина,
эритродекстрина, ахроодекстрина, мальтодекстрина
в соотношении 1:1:1:1) и нативного картофельного
крахмала в соотношении 1:1 с вязкостью
клейстера 0,65 Па·с
0,920
древесная стружка
остальное
Пример 8.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер смеси
мезги с клеточным картофельным соком в
соотношении 1:1 с вязкостью 0,55 Па·с
0,900
древесная стружка
остальное
Пример 9.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
смеси мезги картофельной с мезгой кукурузной в
соотношении 2:1 с вязкостью 0,60 Па·с
0,850
древесная стружка
остальное
Пример 10.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер мезги
картофельной с вязкостью 0,65 Па·с
0,500
древесная стружка
остальное
Пример 11.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы, образующее
клейстер вязкостью 0,62 Па·с
0,920
древесная стружка
остальное
При приготовлении средства для образования регулярной упорядоченной структуры отвержденной смолы используют клейстер 14 компонентной смеси, состоящей из нативного кукурузного крахмала, экструзионных картофельного и кукурузного крахмала, экструзионной ржаной, пшеничной, кукурузной и картофельной муки, амилодекстрина, эритродекстрина, ахродекстрина и мальтодекстрина, а также картофельную и кукурузную мезгу, клеточный картофельный сок в соотношении 1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1. Вязкость клейстера полученной смеси доводят водой до 0,55-0,65 Па·с (14-20 с по ВЗ4).
Пример 12.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
9,200
отвердитель
0,092
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
смеси нативного картофельного и кукурузного
крахмала в соотношении 1:1 с вязкостью
клейстера 0,64 Па·с
0,449
древесная стружка
остальное
Пример 13.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
смеси нативного картофельного и кукурузного
крахмала в соотношении 2:1 с вязкостью
клейстера 0,64 Па·с
0,920
древесная стружка
остальное
Пример 14.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
нативного картофельного крахмала
с вязкостью 0,60 Па·с
0,850
древесная стружка
остальное
Пример 15.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
амилодекстрина с вязкостью клейстера 0,65 Па·с
0,920
древесная стружка
остальное
Пример 16.
Композиция содержит:
карбамидоформальдегидная смола
11,220
отвердитель
0,112
средство для образования регулярной упорядоченной
структуры отвержденной смолы - клейстер
смеси декстринов (амилодекстрина,
эритродекстрина, ахроодекстрина,
мальтодекстрина в соотношении 1:1:1:1)
с вязкостью клейстера 0,65 Па·с
0,920
древесная стружка
остальное
Изобретение позволяет уменьшить себестоимость древесно-стружечных плит, повысить показателей прочности плит, а также снизить в плитах количества свободного формальдегида, являющегося токсичным веществом.