СТРОИТЕЛЬНАЯ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНАЯ ПЛИТА

Полезная модель относится к строительным плитным материалам и может использоваться в строительной индустрии в качестве конструкционных и неконструкционных строительных плит, жесткого плитного утеплителя и звукоизолятора.
Плитные материалы: плиты, панели, и др. широко распространены в строительстве из-за их высоких эксплуатационных характеристик, возможности применять быстрые и высокотехнологичные способы монтажа, удобства и эффективности их эксплуатации, транспортировки и складирования.
Например, известна теплокаркасная панель, состоящая из двух наружных ориентированно-стружечных плит и внутреннего слоя из пористого полимерного материала - пенополистирола или пенополиуретана, скрепленных между собой клеевой композицией, с выполненным по периметру панели пазом для соединительных элементов, который расположен осесимметрично на торцах внутреннего слоя, и имеет ширину и глубину 0,25÷0,50 толщины слоя [Патент РФ №78503, МПК Е04Н 1/02].
Известна строительная панель, состоящая из ориентированно-стружечной наружной плиты, внутренней плиты и размещенного между названными плитами теплоизоляционного слоя, у которой наружная плита имеет на внешней поверхности защитно-декоративное покрытие, теплоизоляционный слой выполнен из пенополиуретана, а внутренняя плита выполнена из материала, не требующего подготовительного этапа для выполнения финишной отделки, при этом для обеспечения соединения наружных плит панелей внахлест наружная плита панели на участке ее стыка с наружной плитой соседней панели имеет выборку, ответную выборке соответствующего участка наружной плиты соседней панели [Патент РФ №75205 МПК Е04Н 2/16]. Внутренняя плита выполнена из гипсокартона или других листовых материалов типа магнезитовых строительных плит. Боковые стороны теплоизоляционного слоя заглублены внутрь панели для обеспечения размещения между указанными сторонами соседних панелей бруска, создающего в сочетании с балками пола и потолочного перекрытия дополнительный несущий каркас.
3
Известна непрозрачная фасадная многослойная клееная панель, содержащая лицевой наружный слой из непрозрачного зеркального стекла, внутренний слой, выполнен в виде листа металла толщиной не менее 0,8 мм, или листа стеклопластика, и расположенный между ними слой изоляции, выполненный из вспененного полимерного материала с плотностью не менее 45 кг/м, при этом внутренний слой [Патент РФ №74143, МПК Е04С 2/26]. Между стеклом и слоем изоляции может быть размещен дополнительный теплостойкий слой, например, в виде листа паронита. Панель может иметь форму прямоугольника, треугольника, многоугольника, круга, арки.
Известна плита покрытия, включающая верхний пояс из профнастила, который подкреплен в пролете шпренгельной системой, прикрепленной на опорах плиты к жестким торцевым балкам, которые прикреплены к профнастилу, причем в опорной зоне плиты в гофры профнастила сверху уложены жесткие продольные элементы, которые с торцевой балкой объединены болтами [Патент РФ №73683, МПК Е04В 7/20].
Известна плитная теплоизолирующая звукопоглощающая композиция заданной формы, содержащая волокнистый материал и связующее, отличающаяся тем, что волокнистый материал выполнен в виде базальтоволокнистой плиты на глинистом связующем или поливинилацетатном связующем, с обеих сторон плиты расположены полиэтиленовые и армированные алюмофольгированные слои, герметично соединенные между собой по контуру детали заданной формы [Патент РФ №78269, МПК Е04В 1/74]. Один из армированных слоев с внешней стороны снабжен самоклеящимся монтажным слоем с антиадгезионным покрытием. Эта плита является ближайшим аналогом предлагаемой и принята за прототип полезной модели.
Недостатками прототипа являются: сложность конструкции плиты, и, как следствие, сложная технология ее изготовления, кроме того, она содержит вредные для здоровья вещества.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание строительной теплоизолирующей плиты простой конструкции, имеющей простую технологию ее изготовления и экологически чистой.
Поставленная задача решается тем, что предлагается плита, содержащая связующий агент и волокнистый наполнитель, причем связующим агентом является обработанное водяным паром при высоком давлении растительное лигноцеллюлозное сырье с высоким содержанием лигнина и гемицеллюлозы, а волокнистым наполнителем является необработанное растительное лигноцеллюлозное волокнистое сырье, причем содержание связующего агента составляет 20-60% мас.
Лигноцеллюлозным сырьем с высоким содержанием лигнина и гемицеллюлозы может быть: измельченная древесина, и/или кора, и/или ветви деревьев.
Необработанным растительным лигноцеллюлозным волокнистым сырьем могут быть: стебли тростника, и/или солома злаковых растений, и/или лен, и/или тонкая длинная стружка.
Как известно, любое лигноцеллюлозное сырье включает в себя три основных компонента: целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин.
6
10
5
n
Целлюлоза является главным структурным компонентом стенок клетки всех растений и составляет около 40-60% масс. лигноцеллюлозного сырья. Она является кристаллическим веществом - линейным полисахаридом общей формулы (СНO).
5
8
4
n1
6
10
5
n2
Гемицеллюлозой называются нецеллюлозные полисахариды с малым молекулярным весом, общей формулой (CHO) (СНO), связанные в тканях растений с целлюлозой в лигноцеллюлозные материалы. Гемицеллюлоза составляет около 20-35% лигноцеллюлозного сырья и как правило является аморфным веществом.
Лигнин (от лат. lignum - дерево, древесина), - это природный полимер, который входит в состав почти всех растений суши и по распространенности среди природных высокомолярных соединений уступает только полисахаридам. По количеству лигнин занимает второе место после целлюлозы в составе высокоорганизованных растений. Например, его содержание в древесине хвойных и лиственных пород соответственно 23-38 и 14-25% масс. Лигнин расположен в клеточных стенках и межклеточном пространстве растений, скрепляя целлюлозные волокна. Вместе с гемицеллюлозой он определяет механическую прочность стволов и стеблей. Кроме того, лигнин снижает проницаемость клеточных стенок для воды.
В предлагаемой плите используются природные свойства названных компонентов растительного сырья.
Предлагаемую плиту изготавливают следующим образом.
5
8
4
n1
6
10
5
n2
1
2
2
2
n1
5
10
5
2
6
12
6
Первое растительное сырье с высоким содержанием лигнина и гемицеллюлозы, например, щепу из древесины хвойных пород деревьев, которая содержит, как указано выше, большое количество лигнина и гемицеллюлозы измельчают до однородного состава. Далее измельченное сырье помещают в автоклав и обрабатывают водяным паром при давлении до 1 МПа и температуре 150-250°С в течение 15 сек - 10 мин. В конце этой стадии давление пара резко снижают таким образом, чтобы произошло высвобождение гемицеллюлозы, ее разложение и гидролиз. Поскольку гемицеллюлоза является на месте в большей части аморфной по природе, то она имеет большую растворимость в воде. Так, гемицеллюлоза разлагается примерно в 100 раз быстрее, чем целлюлоза, и, следовательно, гемицеллюлоза может гидролизоваться селективно без разрушения целлюлозы. Общая реакция гидролиза представляет собой: (CHO)(СНO)+n(HO)+n(HO) СНO+nСНO, давая на выходе 5-ти и 6-ти углеродные сахара. Эти свободные сахара могут быть разложены воздействием тепла на фурфурол и другие продукты разложения, которые далее могут быть преобразованы в полимерное вещество для обеспечения связывания и наполнения лигноцеллюлозного сырья посредством, например, приложения тепла и давления при операции прессования, что дает возможность получить композиционные материалы с хорошей механической прочностью и стабильностью размеров.
Кроме того, при мгновенном сбрасывании давления водяного пара высвобождается лигнин, который является природным полимером. При этом образуются свободные радикалы природных полимерных веществ.
Второе растительное сырье, которым может быть, например, солома, предварительно измельчают на кусочки определенной длины, например, 5-20 мм.
Далее обработанное первое сырье извлекают из автоклава в горячем и влажном состоянии и смешивают со вторым растительным лигноцеллюлозным сырьем таким образом, чтобы содержание первого растительного сырья в смеси было не менее 20% масс. и не более 60% масс.
Высвободившийся лигнин, как природное полимерное вещество, является основным связующим агентом для наполнителя - второго растительного сырья. Выход связующего вещества из лигнина больше, чем из целлюлозы (13-14% против 4-5% для целлюлозы при обычных условиях).
Волокнистое растительное сырье, не прошедшее обработку паром - второе растительное сырье, является основным материалом, который обеспечивает прочностные характеристики, а именно - прочность на изгиб, прочность на растяжение и твердость, а также стабильность геометрических размеров композиционного плитного материала.
Полученную смесь формируют в маты, выравнивают и сушат. Сушка может быть принудительной, например, потоком горячего воздуха, или посредством вакуумного дренажа, а также естественной, для чего маты формируются на проницаемой для влаги поверхности, через которую вода естественным образом стекает, покидая композитный материал. Полимерные вещества, образованные при гидролизе и высвободившиеся при резком сбросе давления, затвердевают и скрепляют волокна второго растительного сырья между собой.
Высушенный композитный материал разрезают на плиты необходимого размера. Полученные плиты относятся к мягким строительным плитам и в основном предназначены для теплоизоляции.
Для получения твердых плит первое растительное сырье после обработки паром высушивают до влажности 5-10% и только потом смешивают со вторым растительным сырьем. Далее смесь укладывают в маты и подвергают горячему прессованию, чтобы повысить механическое сцепление отдельных волокон в плите со связующим полимерным веществом.
Предлагаемая строительная плита не содержит дорогостоящих искусственных смол, связанных с нефтехимией, иных экологически небезопасных веществ. Она является полностью натуральным и экологически чистым продуктом. Так как обработанное лигноцеллюлозное сырье почти совершенно свободно от гемицеллюлозы, то предлагаемые плиты негигроскопичны и, следовательно, имеют хорошую стабильность размеров. Кроме того, сами плиты имеют простую конструкцию, а технология их производства достаточно проста.