ДРЕВЕСНО-ВОЛОКНИСТАЯ ПЛИТА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
WOOD-FIBRE BOARD AND METHOD OF ITS PRODUCTION

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. Область техники
Настоящее изобретение относится к древесноволокнистой плите, применяемой во внутренней отделке транспортных средств, строительных материалах, мебели и т.п.
2. Описание уровня техники
Обычно древесину измельчают в древесную стружку посредством дробилки или аналогичного устройства, полученную древесную стружку обрабатывают паром и фибриллируют с помощью рафинера или аналогичного устройства с получением древесноволокнистой плиты из древесной стружки. Например, в заявке на патент JP 2001-3300 описан способ изготовления древесноволокнистой плиты путем формования листа из суспензии исходных материалов, в которой диспергированы древесные волокна, обезвоживания формованного листа с применением разрежения, при помощи цилиндровой машины для формования листов, с последующим формованием и сушкой с получением, таким образом, древесноволокнистой плиты.
Способ изготовления, который описан в заявке на патент Японии JP 2001-3300, требует применения связующего вещества для связывания волокон между собой. В заявке на патент Японии JP 2001-3300 описаны крахмальные загустители, фенольные смолы, меламиновые смолы, карбамидные смолы или аналогичные вещества в качестве примеров связующих веществ. Среди них использовали фенольные смолы е точки зрения прочности и водостойкости.
Однако проблемы запаха и летучих органических веществ, выделяемых фенольными смолами, вызывают озабоченность на фоне растущего осознания экологических проблем в последние годы. Желательно, таким образом, чтобы древесноволокнистые плиты не содержали фенольных смол.
Заявителями уже подана заявка на патент Японии, опубликованная под номером JP 2010-121058, которая относится к древесноволокнистой плите, не содержащей фенольную смолу.
Древесноволокнистую плиту согласно заявке на патент Японии JP 2010-121058 изготавливают с применением акриловой смолы и эпоксидной смолы, не содержащих бисфенола А, вместо фенольной смолы. Следовательно, плита не имеет запаха фенола, и выделение летучих органических веществ крайне мало.
Согласно заявке на патент Японии JP 2010-121058, однако, в древесноволокнистой плите используют два вида смол, а именно акриловую смолу и эпоксидную смолу, не содержащие бисфенола А, в качестве связующих веществ, при этом дополнительно требуется парафин для улучшения водостойкости. Таким образом, могут возникать сложности, связанные с оборудованием и проведением процесса, которые необходимо устранить.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в обеспечении древесноволокнистой плиты и способа ее изготовления, причем плита не должна содержать фенольную смолу, должна быть простой в изготовлении и обладать прочностью на изгиб и водостойкостью. сопоставимыми с аналогичными характеристиками древесноволокнистых плит, изготовленных с включением фенольной смолы.
В настоящем изобретении предложена древесноволокнистая плита, которая содержит лишь древесные волокна, полиакриламидную смолу и парафин. В древесноволокнистой плите согласно настоящему изобретению полиакриламид является амфотерно-ионной смолой и содержит мономерные звенья с катионными группами и мономерные звенья с анионными группами при соотношении от 7:3 до 3:7, на основе мольного соотношения, и имеет молекулярный вес, составляющий от 800000 до 3000000; и парафин, который является катионным. Содержание полиакриламидной смолы составляет от 0,1 до 0,6 масс.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах; а содержание парафина составляет от 0,2 до 0,9 масс.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах. Древесные волокна переплетены между собой, и полиакриламидная смола и парафин заполняют зазоры между древесными волокнами.
Согласно настоящему изобретению древесноволокнистая плита может содержать волокна, полученные посредством обработки паром и фибрилляции древесных отходов древесноволокнистых плит, в количестве, меньшем чем 10 масс.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесноволокнистой плите. Таким образом, можно добиться эффективного использования древесных отходов путем включения волокон, полученных из древесных отходов древесноволокнистых плит.
В настоящем изобретении предложен способ изготовления древесноволокнистой плиты. Согласно настоящему изобретению обеспечен способ изготовления древесноволокнистой плиты, включающий следующие стадии: получение суспензии путем диспергирования древесных волокон в воде; получение ковра путем добавления только парафина и акриламидной смолы к полученной суспензии и формования листов; и горячее прессование полученной заготовки, увлажнение или регулирование влажности ковра с последующей сушкой. На стадии получения суспензии суспензию готовят с получением концентрации твердых веществ от 2 до 3 масс.% и достижением рН от 3 до 5. На стадии получения ковра добавляют амфотерную полиакриламидную смолу, которая представляет собой амфотерно-ионную смолу, содержащую мономерные звенья с катионными группами и мономерные звенья с анионными группами в соотношении от 7:3 до 3:7, на основе мольного соотношения, и имеющую молекулярный вес, составляющий от 800000 до 3000000, в количестве 0,1 до 0,6 масс.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах, и добавляют катионный парафин в количестве от 0,2 до 0,9 масс.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах. Согласно настоящему изобретению способ изготовления древесноволокнистой плиты может предусматривать включение волокон, полученных путем обработки паром и фибрилляции древесных отходов древесноволокнистых плит из древесных отходов, в количестве, меньшем чем 10 масс.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесноволокнистой плите.
Согласно настоящему изобретению древесноволокнистая плита содержит лишь древесные волокна, полиакриламидную смолу и парафин и, соответственно, не содержит фенольной смолы. Кроме того, древесные волокна переплетены между собой, и полиакриламидная смола и парафин заполняют зазоры между древесными волокнами. Таким образом, древесноволокнистая плита обладает преимуществом в отношении прочности на изгиб и водостойкости, которые сопоставимы с аналогичными характеристиками древесноволокнистых плит, изготовленных с включением фенольной смолы. Согласно настоящему изобретению способ изготовления древесноволокнистой плиты предусматривает применение одной лишь полиакриламидной смолы в качестве связующего вещества. Следовательно, древесноволокнистая плита является простой в изготовлении и обладает преимуществом в отношении прочности на изгиб и водостойкости, которые составлены с аналогичными характеристиками древесноволокнистых плит, изготовленных с включением фенольной смолы.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
Ниже приведены конкретные варианты реализации настоящего изобретения.
Согласно настоящему изобретению древесноволокнистая плита содержит лишь древесные волокна, полиакриламидную смолу и парафин.
Согласно настоящему изобретению древесные волокна получают путем измельчения древесины в древесную стружку при помощи дробилки или аналогичного устройства, полученную древесную стружку обрабатывают паром и обработанную паром стружку фибриллируют с помощью рафинера. Древесные волокна также могут содержать древесные волокна в форме волокон, полученных путем обработки паром и фибрилляции древесных отходов древесноволокнистых плит из древесных отходов.
Полиакриламидная смола является амфотерной, содержит мономеры с катионными группами и мономеры с анионными группами при соотношении от 7:3 до 3:7, на основе мольного соотношения, и имеет молекулярный вес, составляющий от 800000 до 3000000. Примеры мономеров с катионными группами включают, например
2-(мет)акрилоилоксиэтилтриметиламмониевую соль или
2-(мет)акрилоиламиноэтилтриметиламмониевую соль,
диаллилдиметиламмониевую соль, диалламиновое соединение или аналогичное вещество. Примеры мономеров с анионными группами включают, например, α, β-ненасыщенные карбоновые кислоты и их соли. В амфотерной полиакриламидной смоле соотношение мономеров с катионными группами и мономеров с анионными группами составляет от 7:3 до 3:7, на основе мольного соотношения. В результате древесные волокна и парафин могут быть добавлены в процессе изготовления. В процессе изготовления древесноволокнистой плиты, в частности, древесные волокна сначала диспергируют в воде с получением суспензии, имеющей рН 3-5, а затем в суспензию добавляют парафин и акриламидную смолу. При этом поверхностный потенциал древесных волокон является анионным, в то время как парафин, описанный ниже, является катионным. Таким образом, амфотерную полиакриламидную смолу можно добавлять как к древесным волокнам, так и к парафину. Кроме того, в воде с рН 3-5, в которой диспергированы древесные волокна, могут быть сформированы хлопья путем установления соотношения содержания мономеров с катионным и группами и мономеров с анионными группами равным в пределах от 7:3 до 3:7, па основе мольного соотношения. Следовательно, древесные волокна могут быть эффективно обезвожены, и получение ковра древесноволокнистой плиты может осуществляться с хорошим выходом. Далее, может быть с хорошей эффективностью добавлен парафин с улучшением тем самым водостойкости древесноволокнистой плиты. Также молекулярная масса полиакриламидной смолы составляет 800000-3000000, результатом чего является постоянство вязкости в жидком состоянии. Таким образом, древесные волокна и парафин могут быть добавлены без каких-либо затруднений. Если молекулярная масса полиакриламидной смолы меньше 800000, хлопья, образующиеся при добавлении древесных волокон или парафина являются мелкими, а продуктивность - низкой. Если молекулярная масса превышает 3000000, образование твердых хлопьев вызывает неравномерное распределение древесных волокон, полиакриламидной смолы и парафина в древесноволокнистой плите, полученной после обезвоживания. Это может снизить прочность на изгиб древесноволокнистой плиты.
Парафин является катионным. Следовательно, парафин может легко быть дополнен амфотерной полиакриламидной смолой. Поверхностный потенциал древесных волокон также является анионным и, следовательно, парафин легко закрепляется на поверхности древесноволокнистой плиты.
Согласно настоящему изобретению древесноволокнистая плита содержит 90 масс.% или более, по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесноволокнистой плите, волокон; полученных путем обработки паром и фибрилляции древесины, от 0,1 до 0,6 масс.% полиакриламидной смолы по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах и от 0,2 до 0,9 масс.% парафин по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах. Содержание волокон, полученных путем обработки паром и фибрилляции древесных отходов древесноволокнистых плит из древесных отходов, может составлять менее 10 масс.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесноволокнистой плите. В качестве древесных отходов древесноволокнистых плит из древесных отходов предпочтительно используют части древесноволокнистой плиты, бракованные плиты или аналогичный материал, образующийся в процессе изготовления, так как таким образом можно уменьшить потери в процессе изготовления.
Обоснование установления содержания полиакриламидной смолы и пределах от 0,1 до 0,6 масс.%, по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах, заключается в том, что содержание менее 0,1 масс.% приводит к недостаточному добавлению древесных волокон и парафина, в то время как содержание полиакриламидной смолы более 0,6 масс.% вызывает только увеличение стоимости. Причина установления содержания парафина равным в пределах от 0,2 до 0,9 масс.%, по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах, заключается в том, что при содержании парафина менее 0,2 масс.% водостойкость древесноволокнистой плиты является низкой, в то время как при содержании выше 0,9 масс.% наблюдается недостаточное переплетение древесных волокон между собой, и снижается прочность на изгиб древесноволокнистой плиты.
Согласно настоящему изобретению способ изготовления древесноволокнистой плиты включает следующие стадии: получение суспензии путем диспергирования древесных волокон в воде; получение ковра путем добавления только парафина и акриламидной смолы к полученной суспензии и формования листов; и горячее прессование полученного ковра, увлажнение или регулирование влажности ковра с последующей сушкой.
На стадии получения суспензии путем диспергирования древесных волокон в воде древесину размалывают, затем обрабатывают паром и фибриллируют в фибриллирующем устройстве, таком как рафинер, и полученные древесные волокна диспергируют в воде с получением суспензии, концентрация твердых веществ в которой составляет от 2 до 3 масс.%, а рН составляет от 3 до 5. Древесные волокна могут быть получены при совместном использовании древесины и древесных отходов древесноволокнистых плит. Концентрация твердых веществ - в суспензии составляет от 2 до 3 масс.%, так как концентрация твердых веществ, составляющая от 2 до 3 масс.%, способствует диспергированию древесных волокон в воде. Если концентрация твердых веществ в суспензии превышает 3 масс.%, диспергирование древесных волокон происходит неравномерно, в то время как при концентрация твердых веществ ниже 2 масс.% требуется значительное количество воды. Причина установления рН суспензии равным в пределах от 3 до 5 заключается в том, что древесные волокна и парафин эффективно дополняются амфотерной полиакриламидной смолен. содержащей мономеры с катионными группами и мономеры с анионными группами в соотношении от 7:3 до 3:7, на основе мольного соотношения. Также при рН полимера в пределах от 3 до 5 может происходить эффективное формирование хлопьев.
На стадии получения ковра путем добавления только парафина и акриламидной смолы к полученной суспензии и формования листов добавляют амфотерную полиакриламидную смолу, содержащую мономеры с катионными группами и мономеры с анионными группами в соотношении or 7:3 до 3:7, на основе мольного соотношения, причем молекулярный вес смолы составляет от 800000 до 3000000, и также добавляют парафин. являющийся катионным. Парафин и полиакриламидная смола могут быть добавлены одновременно. Альтернативно, первым может быть добавлен парафин, а затем полиакриламидная смола. Добавление выполняют таким образом, что содержание парафина составляет от 0,2 до 0,9 масс.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных подокнах, а содержание полиакриламидной смолы составляет от 0,1 до 0,6 масс.% но отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокна. Все значения соотношения парафина и полиакриламидной смолы но отношению к древесным волокнам взяты на основании содержания твердых веществ. Обоснование этого количества добавок приведено выше. Полученную суспензию оставляют стекать на проволочной сетке, и заднюю поверхность проволочной сетки обезвоживают вакуумным способом с формированием ковра. При таком формовании листов древесные волокна расположены таким образом, что продольное направление волокон является по существу горизонтальным, на передней лицевой стороне, в то время как на задней стороне (со стороны проволочной сетки) продольное направление волокон является по существу вертикальным вследствие удаления влаги под разрежением. Отпечаток проволочной сетки передастся на заднюю поверхность ковра и, таким образом, задняя поверхность ковра является неровной. Далее полученный ковер обезвоживают, если это необходимо, путем холодного прессования. После добавления парафина и полиакриламидной смолы суспензия может быть перемешана, пока суспензия стекает на проволочной сетке.
2
2
2
Полученный ковер подвергают горячему прессованию. Горячее прессование выполняют в три стадии, которые включают прессование при температуре от 180 до 220°С и давлении прессования 40 кг/см в течение от 30 до 50 секунд, от 8 до 10 кг/см в течение от 60 до 180 секунд, и от 20 до 35 кг/см в течение от 60 до 90 секунд, в случае получения древесноволокнистой плиты толщиной 2,5 мм. Во время данного трехстадийного прессования давление на второй стадии снижают, и, следовательно, водяной пар, содержащийся в ковре, может легко высвобождаться, что предотвращает появление отверстий в ковре. Прессовальная машина, используемая при трехстадийном прессовании, содержит верхнюю и нижнюю пресс-формы. На поверхность нижней пресс-формы, в качестве прокладки, помещают проволочную сетку или перфорированную плиту. За счет этого пола, выделяющаяся при прессовании из ковра, отводится из прессовальной машины.
После прессования полученную древесноволокнистую плиту увлажняют или регулируют влажность, чтобы довести содержание влаги до требуемого значения, и плиту сушат в течение заданного промежутка времени с получением продукта.
Далее приведены примеры реализации настоящего изобретения.
2
2
2
Древесину размололи, обработали паром и фибриллировали при помощи рафинера с получением древесных волокон. Древесные подокна диспергировали в воде с получением суспензии, концентрация твердых веществ в которой составляла приблизительно 2 масс.%, а рН находился в пределах от 3 до 5. К полученной суспензии добавили эмульсию катионного парафина и амфотерную полиакриламидную смолу, содержащую мономеры с катионными группами и мономеры с анионными группами в мольном соотношении 6:4, причем молекулярная масса смолы составляла от 1 700000 до 2000000. Суспензию перемешали в течение одной минуты, затем оставили стекать на проволочной сетке, и заднюю поверхность проволочной сетки подвергли обезвоживанию с помощью вакуума с получением ковра. Далее добавили парафин, таким образом чтобы содержание твердых веществ составило 0,4 масс.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах, и добавили полиакриламидную смолу, таким образом чтобы содержание твердых веществ составило 0,1 масс.% но отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах. Полученный ковер подвергли трехстадийному прессованию при температуре от 180 до 220°С, давлении 40 г/см в течение 40 секунд, от 8 до 10 кг/см в течение от 60 до 180 секунд и 30 кг/см в течение от 60 до 90 секунд. Далее провели регулирование влажности с получением древесноволокнистой плиты согласно Примеру 1.
Согласно Примеру 2 древесноволокнистую плиту изготовили аналогично Примеру 1, но в данном случае добавили 0,4 масс.% полиакриламидной смолы по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах.
Согласно Примеру 3 древесноволокнистую плиту изготовили аналогично Примеру 1, но в данном случае добавили 0,6 масс.% полиакриламидной смолы по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах.
Древесные отходы древесноволокнистых или: из древесных отходов размололи, обработали паром и фибриллировали при помощи рафинера для получения древесных волокон. Древесные волокна, полученные в результате обработки паром и фибрилляции древесины, а также древесные волокна, полученные в результате обработки паром и фибрилляции древесных отходов древесноволокнистых плит, добавили в воду в массовом соотношении 9:1. Древесные волокна диспергировали в воде с получением суспензии, концентрация твердых веществ в которой составляла приблизительно 2 масс.%, а рН находился в пределах от 3 до 5. В остальном древесноволокнистую плиту изготавливали аналогично Примеру 1 с получением древесноволокнистой плиты согласно Примеру 4.
Древесину размололи, обработали паром и фибриллировали при помощи рафинера с получением древесных волокон. Древесные волокна диспергировали в воде с получением суспензии, концентрация твердых веществ в которой составляла приблизительно 2 масс.%, а рН находился в пределах от 3 до 5. Суспензию оставили стекать на проволочной сечке, и провели обезвоживание задней поверхности проволочной сетки с помощью вакуума с получением ковра. Далее к суспензии не добавляли полиакриламидную смолу, парафин или фенольную смолу. В остальном древесноволокнистую плиту изготавливали аналогично Примеру 1 с получением древесноволокнистой плиты согласно Сравнительному примеру 1.
Древесину размололи, обработали паром и фибриллировали при помощи рафинера с получением древесных волокон. Древесные волокна диспергировали в воде с получением суспензии, концентрация твердых веществ в которой составляла приблизительно 2 масс.%, а рН находился в пределах от 3 до 5. В полученную суспензию добавили эмульсию катионного парафина и фенольную смолу. В остальном древесноволокнистую плиту изготавливали аналогично Примеру 1 с получением древесноволокнистой плиты согласно Сравнительному примеру 2. Далее добавили парафин, таким образом чтобы содержание твердых веществ составило 0,4 масс.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах, и добавили фенольную смолу, таким образом чтобы содержание твердых веществ составило 0,5 масс.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах.
Согласно Сравнительному примеру 3 древесноволокнистую плиту изготовили аналогично Примеру 1, но в данном случае добавили 0,8 масс.% полиакриламидной смолы по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах.
У древесноволокнистых плит, полученных в Примерах 1-4 и в Сравнительных примерах 1-3, измеряли толщину, плотность в сухом состоянии, содержание влаги, прочность на изгиб и скорость поглощения воды. Результаты приведены в Таблице 1. Толщину, плотность в сухом состоянии, содержание влаги, прочность на изгиб и скорость поглощения воды измеряли в соответствии с индустриальным стандартом Японии А 5905-2003.
Таблица 1
Пример
Пример
Пример
Пример
Сравн.
Сравн.
Сравн.
1
2
3
4
пр. 1
пр. 2
пр. 3
Толщина
мм
2.33
2.32
2.29
2.32
2.26
2.35
2.36
Плотность в сухом состоянии
0.91
0.96
0.93
0.89
0.90
0.88
0.92
Содержание влаги
%
9.0
5.6
6.6
8.5
6.8
7.6
6.8
Прочность на изгиб
Н/мм<sup>2</sup>
22.9
26.5
27.8
22.8
21.1
23.0
21.4
Скорость поглощения воды
%
28.0
28.2
32.5
27.5
74.1
39.4
34.6
Прочность на изгиб и скорость поглощения воды у древесноволокнистых плит согласно Примерам 1-4 превосходили соответствующие характеристики древесноволокнистой плиты согласно Сравнительному примеру 1, которая содержала лишь древесные волокна, и были сопоставимы с соответствующими характеристиками древесноволокнистой плиты согласно Сравнительному примеру 2, изготовленной с добавлением фенольной смолы. Согласно Сравнительному примеру 3 древесноволокнистая плита, в которую добавили 0,8 мас.% полиакриламидной смолы по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах, демонстрировала худшую прочность на изгиб, чем древесноволокнистая плита согласно Сравнительному примеру 2.
Выше описаны варианты реализации настоящего изобретения, однако настоящее изобретение не ограничено этими вариантами и может быть реализовано различными способами без выхода за рамки настоящего. изобретения, охарактеризованного в пунктах прилагаемой формулы изобретения.
Как описано выше, настоящее изобретение обеспечивает успешное получение древесноволокнистой плиты, а также обеспечивает способ ее изготовления, при этом древесноволокнистая плита не содержит фенольной смолы, является простой в изготовлении и обладает прочностью на изгиб и водостойкостью, сопоставимыми с аналогичными характеристиками древесноволокнистых плит, изготовленных с включением фенольной смолы.