СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПЛИТ ИЗ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ СОСНОВОЙ ХВОИ
RAW MATERIALS MIXTURE FOR PRODUCING INSULATION BOARDS FROM SHREDDED PINE NEEDLES

Предлагаемое техническое решение, а именно сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных плит из измельченной сосновой хвои, относится к классу материалов низкой плотности, получаемых с использованием растительного сырья, предназначена для применения при изготовлении теплоизоляции жилых зданий и других объектов промышленного и гражданского строительства.
Известен теплоизоляционный материал по патенту RU 2075206 [1], получаемый на основе льняной костры, включающий измельченную методом дефибрирования, очищенную и калиброванную через сито с диаметром отверстий 1-2 мм костру льна, подвергнутую гидролизу в водном растворе гидроксида натрия в течение 1-12 ч с концентрацией меньше 5% и температурой 288-300 К при следующем соотношении массовых долей компонентов: сухая льняная костра 15-17; водный раствор гидроксида натрия 83-85.
Теплоизоляционный материал по указанному выше патенту RU 2075206 [1] является экологически чистым по той причине, что при его изготовлении используется способность льняной костры к разволокнению до фибр с целью увеличения активности межмолекулярного и структурного взаимодействия волокон. Такое взаимодействие, по аналогии с войлоком, обеспечивает сохранение формы теплоизоляционной плиты из льняной костры без использования связующих в виде фенолформальдегидной или других смол. Однако технология получения теплоизоляционного материала на основе льняной костры по патенту RU 2075206 [1] сложна, т.к. требует длительного гидролиза в водном растворе гидроксида натрия в течение 1-12 ч при температуре 288-300 К. Кроме того, для получения данного материала необходима льняная костра, не относящаяся к классу достаточно распространенного сырья, что ограничивает область применения данного технического решения.
Отмеченные выше недостатки в определенной степени устраняет техническое решение по патенту на изобретение RU 2291051 [2]. Изобретение относится к композициям, применяемым для изготовления древесно-стружечных плит. Описан состав для плит, включающий в качестве наполнителя рисовую шелуху или смесь рисовой шелухи и древесных опилок, жидкое натриевое стекло с модулем 2,4-3,6, диоксид кремния, в качестве которого используют искусственные диоксиды кремния или кремнеземные пылевидные отходы различных производств с содержанием диоксида кремния не менее 80%, при заявленном соотношении компонентов.
Однако техническое решение по указанному выше патенту RU 2291051 [2] не обеспечивает получение теплоизоляционной плиты, поскольку предполагает значительное содержание диоксида кремния, что, кроме того, повышает износ инструмента и затрудняет обработку (резку) плит по данному патенту.
3
Известна смесь и изготовленная из нее экологически чистая древесно-волокнистая плита высокой плотности мокрого способа получения по патенту на изобретение RU 2440235 [3], содержащая в качестве упрочняющих агентов от 0,05 до 2,0 вес. % акриловой смолы и от 0,1 до 2,0 вес. % эпоксидной смолы. Данная плита представляет собой древесно-волокнистую плиту, получаемую в основном из древесной стружки путем пропаривания волокон и превращения их в волокнистую массу с последующим диспергированием в большом объеме воды с получением суспензии волокнистого материала, добавления упрочняющего агента и вещества для повышения влагостойкости, удаления влаги и формования до постоянной толщины с последующим горячим прессованием до плотности 0,80 г/см или более. Однако данная смесь требует применения акриловой и эпоксидной смол, что усложняет технологию производства плит.
Известна смесь из сосновой хвои для теплоизоляционных плит по патенту RU 138680 [4], содержащая дефибрированные фрагменты хвойной зелени в виде измельченной хвойной лапки сосны обыкновенной, причем в качестве связующего использован лигнин, извлеченный из хвойной лапки. Недостатком данной смеси является низкая огнестойкость изготовленных из смеси плит, что существенно ограничивает область применения.
Аналогом предлагаемой смеси, выбранным в качестве прототипа, является известная смесь из переработанной сосновой хвои и связующего в виде смол, предназначенная для изготовления композитных панелей и плит [5]. Согласно опубликованным данным [5], смесь получали из предварительно измельченной сосновой хвои с длиной фрагментов примерно 30 мм, которые были переварены в течение двух часов в водном 2% растворе гидроксида натрия, после чего выполнялась промывка проточной водой и сушка при температуре 98-105°C до постоянного веса, обеспечивая содержание влаги 4%. Затем выполнялось измельчение до средней длины волокна 1,5 мм. После этого методом распыления добавляли в смесь изоцианат (5% мас.) и перемешивали в течение 4 мин. Полученной смесью заполняли формы из нержавеющей стали и прессовали на гидравлическом прессе при 115-125°C и давлении 2 МПа в течение 2 мин. Затем форму удаляли из пресса и охлаждали при комнатной температуре, освобождали плиту из формы, и технологический цикл повторялся.
Однако данная смесь является трудоемкой в изготовлении, недостаточно экологичной по причине использования изоцианата, имеет низкую огнестойкость.
Технический результат от применения предлагаемой сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционных плит из измельченной сосновой хвои выражается в повышении огнестойкости и экологичности материала плиты, изготовленной из предлагаемой смеси. Данный технический результат достигается за счет того, что теплоизоляционная древесноволокнистая плита выполнена из материала, который состоит из смеси дефибрированной измельченной хвойной зелени сосны обыкновенной и связующего в виде лигнина, содержащегося в хвойной зелени сосны, причем материал плиты содержит добавки жидкого стекла и извести гашеной при следующем соотношении компонентов: дефибрированная измельченная хвойная зелень сосны, в том числе содержащийся в хвое лигнин, 92-97% (по массе); жидкое стекло 2-7% (по массе); известь гашеная 1-6% (по массе).
Техническая реализация применения предлагаемой сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционных плит из измельченной сосновой хвои. В качестве измельченной хвои в предлагаемой смеси могут быть использованы отходы переработки сосновой хвои - побочный продукт (отходы) переработки измельченной хвойной зелени в виде хвойной лапки сосны обыкновенной. Такой продукт образуется в виде отходов производства водорастворимых биологически активных веществ методом экстрагирования. В данном случае дефибрирование весьма эффективно происходит без использования дополнительных химических веществ, поскольку переработке подвергаются не одревесневшие части растений и по этой причине для их полного или частичного разделения на отдельные волокна не требуется больших затрат энергии. Тепловая обработка измельченной хвойной лапки в процессе экстрагирования биологически активных веществ способствует выделению лигнина из клеточной стенки биологической ткани хвойной лапки, который в производстве биологически активных веществ является побочным продуктом. Однако в заявленном техническом решении лигнин является естественным связующим для измельченных и дефибрированных остатков хвойной лапки. Для повышения огнестойкости и экологичности плиты использованы добавки в виде жидкого стекла и извести гашеной.
Побочный продукт переработки в виде измельченных и дефибрированных остатков хвойной лапки имеет начальную температуру не более 373 К. В горячем состоянии (353-373 К) данный продукт смешивается с указанными выше добавками в виде жидкого стекла и извести гашеной. Затем подается в пресс-форму и подвергается прессованию. При прессовании уменьшается содержание влаги, интенсифицируются механохимические взаимодействия волокон остатков хвойной лапки, формируется и фиксируется структура плиты. Плита в пресс-форме или в опалубке транспортируется после прессования на стеллажи для набора прочности на период до двух суток. После набора достаточной для складирования прочности плита освобождается от пресс-формы. Плита в горизонтальном положении размещается на стеллажах для окончательного набора прочности, после чего реализуется потребителям.
3
Плотность материала плиты тем больше, чем выше сила сжатия при прессовании плиты и составляет от 280 до 347 кг/м.
Теплопроводность материала плиты из предлагаемой сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционных плит из измельченной сосновой хвои составляет от 0,05 до 0,09 Вт/(м⋅К), в зависимости от соотношения компонентов и степени прессования. Толщина плиты определяется теплотехническим расчетом.
Функционирование материала из предлагаемой сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционных плит из измельченной сосновой хвои. В процессе монтажа и функционирования материал плиты из предлагаемой смеси для изготовления теплоизоляционных плит из измельченной сосновой хвои подвергается воздействию собственного веса, тепла и влаги. Эти воздействия изменяются с течением времени. Материал плиты предназначен для использования и функционирования в воздушно-сухом состоянии плиты, т.е. предполагается обычная для теплоизоляционных плит защита от механических повреждений и избыточного увлажнения.
Указанная выше добавка жидкого стекла повышает стойкость материала плиты к воздействию огня. Если количество жидкого стекла меньше 2% по массе, то эффект огнестойкости пренебрежимо мал. Если количество жидкого стекла больше 7% по массе, то эффект огнестойкости возрастает незначительно, однако увеличивается плотность и стоимость плиты. Таким образом, эффективным является содержание жидкого стекла в материале плиты в количестве от 2 до 7% по отношению к массе материала плиты в указанном выше воздушно-сухом ее состоянии.
Указанная выше добавка извести повышает прочность, не ухудшая экологичность материала плиты, за счет образования соединений кальция и содержащегося в жидком стекле кремния. Если количество извести меньше 1% по массе, то эффект повышения прочности пренебрежимо мал. С увеличением доли извести в смеси прочность растет. Однако если количество извести больше 6% по массе, то прочность возрастает незначительно, при этом существенно увеличивается плотность и стоимость плиты. Таким образом, эффективным является содержание извести в материале плиты в количестве от 1 до 6% по отношению к массе материала плиты в воздушно-сухом ее состоянии.
Библиография
1. Патент на изобретение RU 2075206. МПК 6 C04B 18/24, C04B 111:20. Способ получения органического теплоизоляционного материала на основе льняной костры. Опубликовано: 10.03.1997.
2. Патент на изобретение RU 2291051. МПК B27N 3/02 (2006.01), C08L 97/02 (2006.01). Состав для плит из рисовой шелухи. Опубликовано: 10.01.2007.
3. Патент на изобретение RU 2440235. МПК B27N 3/04 (2006.01). Экологически чистая древесно-волокнистая плита высокой плотности мокрого способа получения. Опубликовано: 20.01.2012.
4. Патент на полезную модель RU 138680. МПК Е04 В 1/74 (2006.01); E04C 2/10 (2006.01). Теплоизоляционная древесноволокнистая плита. Опубликовано: 20.03.2014. Бюл. №8.
5. Chauhan М. et al. Pretreatment of pine needles/wood particles and their composites with isocyanate prepolymer adhesive // Polymer Engineering & Science. - 2013. - T. 53. - №. 8. - C. 1740-1750.
http://www.thefreelibrary.com/Pretreatment+of+pine+needles%2Fwood+particles+and+their+composites+with…-a0339038720