ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТАЯ ПЛИТА

Предлагаемое техническое решение, а именно, теплоизоляционная древесноволокнистая плита, относится к классу теплоизоляционных материалов низкой плотности, получаемых с использованием растительного сырья. Плита предназначена для применения в качестве 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 КИ 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 экологически чистая древесно-волокнистая плита высокой плотности мокрого способа получения по патенту на изобретение КЛ 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/смили более. Однако данное техническое решение требует применения акриловой и эпоксидной смол, что усложняет технологию производства плит.
Известна древесно-стружечная плита по патенту на полезную модель RU 114331 [4], содержащая два наружных слоя и внутренний слой, наружные слои расположены со сторон плиты, имеющих большие площади, чем остальные ее поверхности, при этом внутренний слой расположен между наружными слоями и соединен с ними, наружные слои выполнены из мелких частиц древесины и связующего материала, причем внутренний слой содержит полистирол, отличающаяся тем, что мелкие частицы древесины выполнены в виде опилок, а во внутренний слой дополнительно введены стружка и связующий материал, при этом полистирол выполнен в виде гранул размером 0,3-1,5 мм. Таким образом, полезная модель по патенту RU 114331 [4] требует использования дополнительного связующего и гранулированного полистирола, что, как в рассмотренном выше случае, усложняет технологию изготовления и тем самым снижает конкурентоспособность плиты.
Данное техническое решение по патенту на полезную модель 1Ш 114331 [4], как и названные выше технические решения [1-3], не предусматривают возможностей использования других видов сырья, а именно - отходов (побочного продукта) переработки хвойной зелени в виде хвойной лапки. Хвойная зелень, например, в виде измельченной сосновой лапки используется для получения водных растворов биологически активных веществ методом экстрагирования. Свежую хвою, полученную путем отделения от хвойной лапки (ГОСТ 21769-84), измельчают с помощью шнекового режущего аппарата в хвойную муку, экстрагируют из нее водорастворимые биологически активные вещества (низкомолекулярные кислоты, углеводы, некоторые полярные гликозиды фенольных соединений) на водной бане при следующих параметрах проведения процесса: гидромодуль 40 (абс. сух. в.) продолжительность 0,5 часа при перемешивании, фильтрование, отжим на прессе. При этом образуется большое количество отходов в виде существенно дефибрированных фрагментов хвои, содержащих большое количество органических и минеральных веществ, не экстрагируемых водой (различные фенольные соединения, некоторые гликозиды фенольных соединений и терпеноидов, терпеноиды с несколькими кислородсодержащими функциональными группами и т.п.). Однако этот продукт переработки, обычно называемый отходами производства водорастворимых биологически активных веществ, имея ряд полезных свойств, не используется в известных технических решениях для изготовления теплоизоляционных древесноволокнистых плит.
Технический результат от применения предлагаемого технического решения в виде теплоизоляционных древесноволокнистых плит выражается, обеспечивается и обосновывается следующими факторами:
1) теплоизоляционная плита выполнена из экологически чистых отходов производства водорастворимых биологически активных веществ с использованием в качестве сырья хвойной лапки;
2) для повышения прочности плиты ее наружные слои имеют волокнистую структуру более высокой плотности, чем внутренний слой, а все слои выполнены из дефибрированных фрагментов хвойной зелени в виде измельченной хвойной лапки, причем в качестве связующего для внутреннего и наружных слоев использованы не экстрагируемые водой органические соединения, коллоидный лигнин извлеченные из хвойной лапки. Кроме того, для повышения прочности плиты ее наружные имеют волнообразный профиль.
3) упрощается технология изготовления плиты, поскольку не требуются связующие в виде, например, акриловой или эпоксидной смолы, поскольку в качестве связующего используются не экстрагируемые водой органические соединения, коллоидный лигнин как сопутствующие продукты переработки измельченной хвойной лапки;
4) поскольку основным компонентом предлагаемой плиты является побочный продукт (отходы) переработки измельченной хвойной зелени, дефибрирование которой как не одревесневшего материала весьма эффективно происходит без использования дополнительных химических или механических воздействий, то содержащиеся в продукте переработки волокна за счет механохимического взаимодействия обеспечивают достаточную прочность и стабильность размеров плиты.
Техническая реализация теплоизоляционной древесноволокнистой плиты. Для изготовления плиты используется 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 водой при температуре 283 К на водяной бане. 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 водорстовримых биологически активных веществ приводит к деструкции растительных клеток, частичному разрушению клеточной стенки. При обработке растительного сырья горячей водой или паром под давлением лигнин переходит в раствор, образуя коллоидный лигнин, который при высокой температуре размягчается, превращаясь в смолообразное пластичное вещество, которое в данном производстве являются побочным продуктом.
Однако в заявленном техническом решении не экстрагируемые водой органические соединения, коллоидный лигнин являются естественными связующими для измельченных и дефибрированных остатков хвойной лапки, а также для соединения внутреннего слоя с наружными слоями.
Побочный продукт переработки в виде измельченных и дефибрированных остатков хвойной лапки имеет начальную температуру не более 343-363 К. В горячем состоянии (343-363 К) данный продукт подается в пресс-форму и подвергается прессованию. При прессовании уменьшается содержание влаги, интенсифицируются механохимические взаимодействия волокон остатков хвойной лапки, формируется и фиксируется структура плиты. После набора достаточной прочности плита освобождается от пресс-формы. Плита в горизонтальном положении размещается на стеллажах для окончательного набора прочности, после чего реализуется потребителям.
Техническая реализация одного из вариантов плиты представлена на фиг. 1. Плита содержит состоящие из измельченных и дефибрированных остатков хвойной лапки сосны обыкновенной наружные слои 1 и 2. Между слоями 1 и 2 расположен соединенный с ними внутренний слой 3, также состоящий из измельченных и дефибрированных фрагментов хвойной лапки сосны обыкновенной. Отличие структуры наружных слоев от структуры внутреннего слоя объясняется тем, что при прессовании имеет место перенос влаги, а вместе с ней и наиболее мелких частиц, из среднего слоя к наружным слоям плиты. Кроме того, имеет место неодинаковое механическое и тепловое воздействие на слои в процессе прессования. Наружные поверхности плиты, повторяя профиль плит пресса, имеют волнообразный профиль (фиг. 1).
3
Плотность материала внутреннего слоя плиты не превышает 1 г/см. Толщина плиты определяется теплотехническим расчетом.
Функционирование плиты. В процессе монтажа и функционирования плита подвергается воздействию собственного веса, тепла и влаги. Эти воздействия изменяются с течением времени. Волнообразный профиль наружных слоев 1 и 2 (фиг. 1) и более высокая плотность материала по сравнению с внутренним слоем увеличивают сопротивление плиты эксплуатационным воздействиям по сравнению с плоским профилем. Внутренний слой, имея меньшую плотность, обеспечивает теплоизолирующую функцию плиты.