Технология древесных плит с использованием связующего на основе жидкого стекла тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.03, кандидат технических наук Вьюнков, Сергей Николаевич

• Вьюнков, Сергей Николаевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Вьюнков, Сергей Николаевич

1. ЖИДКОЕ СТЕКЛО КАК СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ПЛИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ (аналитический обзор).■.

1.1. Основные сведения о жидком стекле.

1.2. Механизмы твердения жидкого стекла.

1.3. Воздействие жидкого стекла на древесину.

1.4. Выбор направления и задачи исследования.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

3. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЖИДКОГО СТЕКЛА В КАЧЕСТВЕ СВЯЗУЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ.

3.1. Изучение условий применения жидкого стекла при изготовлении древесных плит.

3.2. Исследование изменений водорастворимых веществ древесины при получении плит с жидким стеклом.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЖИДКОГО СТЕКЛА.

5. ИЗУЧЕНИЕ И ВЫБОР ОТВЕРДИТЕЛЕЙ ЖИДКОГО СТЕКЛА.

6. РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННОГО СОСТАВА ДРЕ-ВЕСНОСИЛИКАТНЫХ ПЛИТ.

7. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИДКОГО СТЕКЛА В КАЧЕСТВЕ СВЯЗУЮЩЕГО.

8. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология древесных плит с использованием связующего на основе жидкого стекла»

Традиционным связующим веществом древесностружечных плит, выпускаемых в России являются карбамидоформальдегидные смолы (КФС). В последние годы в связи с новыми данными по воздействию формальдегида на организм человека Всемирная организация по здравоохранению резко повысила требования к санитарно-гигиенической характеристике ДСтП, что: естественно, отразится на изменении конъюнктуры связующих для их производства. Связано это с тем, что при использовании плит в жилых помещениях под влиянием тепла и влаги, происходит гидролитическое разрушение карбамидоформальдегидного полимера, приводящее к выделению вредных токсичных веществ, главным образом, Формальдегида. Формальдегид - ведущий токсичный компонент, вызывающий раздражение верхних дыхательных путей, а также приводящий к аллергическим реакциям.

Снизить выделение Формальдегида пытаются разработкой новых, так называемых, "маломольных" смол (с пониженной долей формальдегида в рецептуре) или введением специальных добавок, способных к химическому взаимодействию с формальдегидом. Однако, получение новых марок КФС и акцепторов формальдегида зачастую не позволяет снизить уровень токсичности плит до требуемого. Попытки использовать для этой цели феноло- и меламинофор-мальдегидные смолы не привели к желаемым результатам. Кроме того, производство плит на их основе требует длительного времени прессования.

Поэтому возникла необходимость применения новых видов экологически более безопасных связующих. Наиболее радикальным способом снижения токсичности является применение не содержащих формальдегид связующих веществ. Для этого используют синтетические связующие на основе изоцианатов. Однако их производство связано с рядом технологических трудностей, что не позволяет повысить долю ДСтП на их основе более 1-2% от общего объема производства плит. Поэтому в настоящее время существует социальный заказ на безформальдегидные плиты, отличающиеся доступностью основных компонентов и простотой технологического процесса. Основной областью применения могли бы стать объекты гражданского и промышленного строительства, так как использование ДСтП на КФС в жилых зданиях запрещено и ограничивается главным образом мебелью.

Одним из перспективных связующих для получения нетоксичных и сравнительно дешевых плитных материалов могло бы явится жидкое стекло (ЖС). ЖС представляет собой силикаты щелочных металлов и широко используется в композициях силикатных красок и строительных материалов. Имеются сведения о применении его в качестве адгезива в целлюлозосодержащих материалах. Однако ЖС, о чем есть сведения [11, остается водорастворимым до достаточно высоких температур, что обуславливает низкую водостойкость плитных материалов, при этом они имеют достаточно высокую плотность. Все это сдерживает применение ЖС для изготовления плит. Для реализации привлекательной возможности использования ЖС, необходимо изыскать способы перевода последнего в полимерную форму с потерей его растворимости.

Диссертация посвящена снижению плотности плит и изысканию приемов перевода ЖС в водонерастворимое состояние при параметрах изготовления ДСтП. В результате создана принципиальная технология получения плит с ЖС и проверена ее работоспособность путем опытно-промышленных выработок.

На защиту выносятся:

- способ модифицирования ЖС с целью накопления полимер-силикатов, определяющих прочность и гидрофобность древесноси-ликатных плит (ДСилП):

- результаты химических изменений древесного наполнителя под влиянием ЖС при горячем прессовании плит;

- результаты разработки рецептуры нетоксичных древесных плит с использованием ЖС в качестве связующего вещества.

Заключение диссертации по теме «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины», Вьюнков, Сергей Николаевич

ВЫВОДЫ

1. Изучены условия изготовления древесных плит с использованием жидкого стекла; предложены, разработаны и обоснованы параметры связующего вещества на основе модифицированного жидкого стекла.

2. Найдены отвердители, переводящие жидкое стекло в водо-нерастворимое состояние при параметрах изготовления древесностружечных плит. Такими веществами являются: К2Сг207 , отвергающий по механизму поликонденсации кремневых кислот и СаО, обеспечивающий гидросиликатное твердение.

3. Доказано, что воздействие щелочи, содержащейся в жидком стекле, в условиях горячего прессования приводит к накоплению низкомолекулярных веществ лигнинного и полисахаридного происхождения, увеличению общего количества функциональных групп, что способствует адгезионному взаимодействию между жидким стеклом и древесиной.

4. Экспериментально установлена многофункциональная роль лигносульфоната на Са-Ыа основании, состоящая в нейтрализации щелочи и улучшении смачиваемости древесины, что увеличивает адгезию жидкого стекла для условий модельных образцов в 1,8.2 раза. Прочность и гидрофобность плит экстремально зависят от расхода лигносульфоната при максимуме 10. 12%.

5. Путем использования К2Сг207 найдено техническое решение предварительного приготовления связующего с последующим нанесением на древесные частицы.

6. Показана возможность использования доступного и дешевого отхода глиноземного производства, содержащего необходимый для отверждения жидкого стекла СаО. Применение жидкого стекла с

96 выбранным отвердителем позволяет сохранять жизнеспособность древесносиликатной композиции более двух часов. Изучены параметры изготовления плит и их свойства. Показано, что плиты нетоксичны по формальдегиду, хорошо отделываются пленочными материалами.

7. Разработана технологическая схема производства плит "Дерсин", которые по своим свойствам соответствуют ГОСТ 1063289. "Дерсин" может быть изготовлен на линиях по производству древесностружечных плит после незначительной их модернизации: установкой емкостей хранения и системы дозирования порошкообразного отвердителя. Себестоимость полученных плит не превышает себестоимости древесностружечных плит класса токсичности Е1. Проведенные исследования положены в основу патентуемого технологического решения "Композиция для получения древесных плит8. Выработками на двух, предприятиях подтверждена экономическая эффективность производства древесносиликатных плит.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Вьюнков, Сергей Николаевич, 1999 год

1. Григорьев П.М., Матвеев МА Растворимое стекло. М.: Промстройиздат, 1956. - 444 с.

2. Леонович A.A. Древесностружечные плиты: исследования и разработки 1996-98гг. Древесные плиты: теория и практика: Второй научно-практический семинар. 17-18 марта 1999г.СПб.: СПбЛТА, 1999. с.9-12.

3. Леонович A.A. Новое в исследованиях и разработках ДСтП. Мебельщик, 1999, N 2, с.5-6.

4. Щербаков A.C., Гамова И.А., Мельникова Л.В. Технология композиционных древесных материалов М.Экология, 1992 - 192с.

5. Киреев В.А. Краткий курс физической химии.- М.:Химия, 1978,- 624с.

6. Борсук ПА, Лясс A.M. Жидкие самотвердеющие смеси.-М.:Машиностроение, 1979.- 255с.

7. Матвеев М.А., Смирнова H.A. К вопросу твердения пористых изделий на щелочесиликатной связке. -М.: НИИстройкерамика, 1950, 117с.

8. Айлер Р.К. Химия кремнезема.- М:Мир, 1982.- 712с.

9. Лясс A.M. Некоторые итоги исследований свойств быстрот-вердеющих смесей с жидким стеклом/Шитейное производство, 1961.-N7.-с.27-28.

10. Пащенко A.A. Физическая химия силикатов.-Киев:Высшая школа, 1977 383с.

11. Корнеев В.И., Данилов В.В. Жидкое и растворимое стекло.-СПб: Стройиздат, 1996,- 216с.

12. Айлер Р.К. Коллоидная химия кремнезема и силикатов. -М.: Мир, 1959.- 325с.

13. Her R.K. Polysiíicaíes. J.Phys.Chem., 1952, N6, 678-688 .

14. Власенко П.И., Кулик B.M. Минеральное связующее для отделочных материалов по древесине // Деревообработка. 1989. -N12.-с.6-23.

15. Глинка Н.Л. Общая химия М.Химия, 1982. - 688с.

16. A.C. 1590459 СССР, МКИ С04 В7/34. Блажис А.Р. Вяжущее Б.И. 1990 N33

17. A.C. 1698235 СССР, МКИ С04 В41/63. Жидков Ю.Н. Композиция для пропитки строительных изделий Б.И. 1991 N 46

18. Климанова Е.А. Жидкое стекло в строительстве. Киев, НИИ строительных материалов и изделий, 1959,147с.

19. Жидкое стекло. Материалы совещания по применению жидкого стекла в строительстве. Киев, 1963,298с.

20. Гончаров Г.В. Строительные конструкции и материалы. -Уфа, Стройиздат, 1983, 8с.

21. Ратинов В.Б., Иванов Ф.М. Химия в строительстве.-М.-.Стройиздат, 1969.-200с.

22. Кукуй Д.М. Модифицирование жидкого стекла фосфорсодержащими неорганическими полимерами/Шитейное производство. 1988. - N1. - С.17-18.

23. Прогрессивные формовочные смеси и технологические процессы их приготовления и использования в литейном производстве/Тезисы докладов. Минск, 1987 - 343с.

24. A.C. 1138394 СССР, МКИ С04 В7/14. Вант Л.С. Вяжущее Б.И. 1985 N 5

25. Хрулов В.М., Тинников A.A. Исследование свойст лигноде-ревобетона:Изв.ВУЗов. Строительство и архитектура, 1984.-N3.-c.10.

26. Патент 528275 Япония Клей МКИ С09 J1 /02 // Изобретения стран мира 1995 вып.43 N 7

27. A.C. 1571023 СССР, МКИ С04 В18/24. Щербаков A.C., Гольцова Л.В. Способ корректирования состава древесно-минеральной смеси Б.И. 1990 N 22

28. Арбузов В.В. Композиционные материалы из лигнинных веществ.-М. Экология, 1991.- 208с.

29. Седьмая Всесоюзная конференция по химии и использованию лигнина/ Тезисы докладов Рига: Научный совет АН СССР по проблеме "Химия древесины и её компонентов", 1987. - 288с.

30. Дорошенко С.П. Применение литейных крепителей на основе СДБ//Литейное производство. -1971. N10. - с.7-8.

31. Ващенко К.И., Дорошенко С.П. Регулирование процесса твердения наливных самотвердеющих смесей.М.:НИИ информтяж-маш, 1966.- с. 178-192.

32. Заявка 61-247654 Япония Связующее на основе силиката натрия МКИ С09 В28/26II Изобретения стран мира 1988 вып.40 N 4

33. A.C. 1133243 СССР, МКИ С04 В28/26. Левшин A.M. Поли-мерсиликатная композиция Б.И. 1985 N 1

34. Скворцов В.В. Силикатный клей. М.: КОИЗ, 1957, 59с.

35. Китайгородский НИ. Технология стекла.-М.:Госстройиздат, 1961.-623с.

36. Боровский Ю.Ф. Формовочные и стержневые смеси -Л: Машиностроение, 1980.-86с.

37. Лясс A.M. Быстротвердеющие формовочные смеси,-М: Машиностроение, 1965 332с.

38. Лясс A.M. Основы теории и практика применения быстрот-вердеющих смесей с жидким стеклом в литейном производстве. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора наук -М:, 1960,- 133с.

39. Дорошенко С П. Формовочные материалы и смеси.- Киев: Высшая школа, 1990.- 415с.

40. Лясс A.M. Изготовление отливок с применением быстрот-вердеющих смесей на жидком стекле М:АН СССР, 1958.- 471с.

41. Лясс A.M. быстросохнущие формовочные смеси с жидким стеклом М:АН СССР, 1954.- 23с.

42. Климанова Е.А. Силикатные краски. М.: Стройиздат, 1968,8бс.

43. Заявка 61-177864 Япония Минеральный лакокрасочный состав МКИ С09 D 01/04// Изобретения стран мира 1987 вып.62 N 1

44. Патент 4906297 США Кремнещелочные материалы на силикатном связующем МКИ С09 D 01/02// Изобретения стран мира 1991 вып.43 N 5

45. Патент 2686335 Франция Водный состав силиката натрия, способ его получения и применения для уплотнения грунтов МКИ С 04 В 20/00 Изобретения стран мира 1994, вып.40, N 6.

46. Ржаницин Б.А., Соколович В.Е. Однорастворный способ силикатизации с применением кремнефтористоводородной кислоты.-В кн: Материалы совещания по закреплению и уплотнению грунтов.Тбилиси, 1964.-с.40-43.

47. Патент 5022925 США Композиция для изготовления искусственного камня МКИ С 04 В 12/04 Изобретения стран мира 1993, вып.40, N 2.

48. Патент 298496 Германия Способ получения слоистого силикатного сырьевого материала МКИ С 04 В 33/04 Изобретения стран мира 1993, вып.40, N 7.

49. Матвеев М.А., Смирнова Н А. К вопросу твердения пористых изделий на щелочесиликатной связке/ЛГруды НИИстройкерами-ка. -1950. вып.З. - с.117.

50. Бабушкина М.И. Получение химически стойкого кровельного материала из минерального сырья на основе жидкого стекла. -М.:Стройиздат, 1961, 126с.

51. Тарасова А.П. Жароупорный бетон на жидком стекле. М.: Стройиздат, 1955, 112с.

52. Тарасова А.П. Жаростойкий цемент на портландцементе. -М.: Стройиздат, 1969, 192с.

53. Тарасова А.П. Жаростойкие вяжущие на жидком стекле и бетоны на их основе. М.: Стройиздат, 1982, 132с.

54. Рояк С.И., Рояк Г.С. Специальные цементы. М:Стройиздат, 1969.- 289с.

55. Артеменко А.И., Малёваный В.А., Тикунова И.В. Справочное руководство по химии. М.: Высшая школа, 1990. - 330с.

56. А.С. 1116027 СССР, мт С04 В19/04. Елец Ю.Р., Сорокин М.Е. Замазка Б.И. 1984 N 36

57. А С. 1098923 СССР, МКИ С04 В19/04. Садыкова В.Н., Платонова С.И. Кислотоупорная замазка Б.И. 1984 N 23

58. Патент 888057 США Неорганические огнезащитные покрытия МКИ С 09 005/18 Изобретения стран мира 1991, выл.43, N 3.

59. Некрасов К.Д., Тарасова А.П. Жароупорный химически стойкий бетон на жидком стекле. М.: Госстройиздат, 1961. - 152с.

60. Путляев И.Е., Адамия А.М. Арболит на силикатном вяжу-щем//Труды МЛТИ. Комплексное использование древесины при производстве древесно-цементных материалов. М.: 1989. - N216. -с.23-26.

61. Примаков С.Ф. Производство картона. М.:Экология, 1991,225с.

62. Кононов Б.В., Ландау Г.Е., Погредов Е.М. Гофрированный картон.- М.: Лесная промышленность, 1971. 192с.

63. Дымшиц В.М., Бруяко B.C. Модифицированный силикатный клей для производства гофрированного картона//Бумажная промышленность. 1979. - N1. - с.13-14.

64. Панов В.В., Папайдичук Г.Н., Клычков С.С. Исследование процесса склеивания картона силикатным клеем // Целлюлоза, бумага и картон. -1985, вып.20.

65. Merrill R.W., Spenser R.W. Sorption oi Silicate ions by Tibers cellulose. Ind.Eng.Chem.- 1950, N4, 744-747.

66. Куатбаев K.K. Строительные материалы на жидком стекле. -Алма-Ата, Казахстан, 1968, 63с.

67. Сироткина Р.Б. Интенсификация твердения арболита химическими добавками. М.: Знание, 1983, 123с.

68. Елхова H.H., Неганова О.С., Стрелков В.П. Древесноволокнистые плиты на силикатном связующем для строительст-ва//Сборник трудов. Повышение эффективности производства древесных плит. Балабаново. -1986. - с.128-132.

69. Киселёв A.B. Поверхностные химические соединения и их роль в явлениях адсорбции. М.: изд.МГУ, 1957. - 90с.

70. J.H. De Boer. Untersuchungen über miKroporose Salt- und Oxid-SySterne. Angew.Chemie. 1958,- N13 - 383-389.

71. Hauser E.A. Dindung und Struktur von Silikagel. Kolloid-Z. 1951, N2, p.72-76.

72. Baumann H. Polymerisation und Depolymerisation der

73. Kieselsaure unter verschiedenen Bedingungen. Kolloid-Z. 1959, N1, D.28-32.

74. Стрелко B.B. Механизм полимеризации кремневых кислое/Коллоидный журнал.- 1970.-Т.32.- N3 с.430-438.

75. Ashiey K D., Innes W.B. Control oi Physicai Structure oi Silica-Alumina catalyst. Ind. Eng. Chem. 1952, N12, p.2857-2863.

76. Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы. Л.-М.: АН СССР, 1962, 712с.

77. Сарканен К.В., Людвиг К.Х. Лигнины. М.: Лесная промышленность, 1975, 632с.

78. Фенгел Д., Вегенер Г., Древесина (под ред. Леоновича АА).-М.: Лесная промышленность, 1988, 512с.

79. Брауне Ф.З., Брауне ДА Химия лигнина М Лесная промышленность, 1964.- 864с.

80. Технология целлюлозы. В 3-х т. Т.Н. Непенин Ю.Н. Производство сульфатной целлюлозы: Учебное пособие для вузов.-М.: Лесная промышленность, 1990.- 600с.

81. Оболенская A.B., Леонович A.A. Химия древесины. Л.: ЛТА, 1989. - 88с.

82. Кардашов ДА Синтетические клеи.-М.:Химия, 1976.-486С.

83. Путилова Н.И. Руководство к практическим занятиям по коллоидной химии. М.: ГХИ, 1951.-292с.

84. Хрулев В.М., Мартынов К.Я. Долговечность древесностружечных плит М.:Лесная промышленность, 1977.-168с.

85. Оболенская A.B., Ельницкая З.П., Леонович A.A. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы.-М.:Экология, 1991-320с.

86. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул.-М:Иностранная литература, 1963 590с.

87. Беллами Л. Новые данные по ИК-спектрам сложных моле-кул.-М:МИР, 1971.-318с.

88. Доронин Ю.Г., Мирошниченко С.Н., Свиткина М М. Синтетические смолы в деревообработке. М.: Лесная промышленность, 1987.-224с.

89. Шварцман Г.М. Производство древесностружечных плит -М.Лесная промышленность, 1967,- 263с.

90. Отлев И.А. Справочник по производству древесностружечных плит.- М:Лесная промышленность, 1990 384с.

91. Леонович A.A. Основы научных исследований в химической переработке древесины. Лекции.: Ленинград.ЛТА.-1982.-55с.

92. Li Jian, Ge Mingyu. Дунбей менье дасюэ сюэбао. J.Noth-East Forest Univ.-1990, N1, s.80-87.

93. Басин B.E. Адгезионная прочность.-М.: Химия, 1981.-208с.

94. Закис Г.Ф., Можейко Л И. Методы определения функциональных групп лигнина.-Рига:3инатне, 1975.-174с.

95. Хоргерт Г.Л. Лигнины,- МЛесная промышленность. 1975289с.

96. Сапонтицкий С.А. Использование сульфитных щелоков.-М.Лесная промышленность, 1981.-224с.

97. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М :Химия, 1976.512с.

98. ГОСТ 10632-89. Плиты древесностружечные. Технические условия.

99. Топуз В А Прогрессивные методы изготовления литейных форм и стержней -Ростов н/Д: Машиностроение, 1989.-79С.

100. Ахназарова CA, Кафаров В В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии.-М.;Высшая школа, 1985.-327С.

101. Рыночная экономика. Учебник: В 3-х т. ч.2. Основы бизне-са.-М: СОНИНТЭК, 1992.-155С.

102. Для обработки древесных частиц применяли технические лиг-носульфонаты на кальций-натриевом основании производства Сясь-ского ЦБК, Лигносульфонаты имели следующие показатели: концентрация 42%; рН 4,3; вязкость по ВЗ-4 - 30с,

103. Товарный лигносульфонат разбавляли водой до концентрации 35% и с помощью насоса подавали к Форсункам установленным на бункере сырой стружки. Расход абс,сух,лигносульфоната от массы абс,сух,стружки 12%,

104. Горячее прессование плит осуществляли при температуре 150иС, удельном времени прессования 2мин/мм готовой плиты.

105. Б период с 10 по 30 декабря 1996г. на опытном участке Тихвинского завода "Трансмаш" осуществлялась выработка партии плит.

106. В качестве наполнителя использовали отходы деревообработки после удаления из них пыли.Частицы высушивали в барабанной сушилке до относительной влажности 2-5%»В качестве отвердителя использовали отход Никалевского глиноземного завода.

107. На опытном участке отрабатывали композиционный состав и циклограмму прессования.

108. Использовали следующий состав композиции для древесно-силикатных плит (масс.$)древесные частицы 50-601. ЗкС 30-401. Отвердитель 10-20

109. Горячее прессование проводили при температуре 160-180°С, удельном давлении 2 МПа и удельном времени I мин/мм готовой плиты»

110. Древесныеплиты при плотности 740 кг/м3 имели прочность при изгибе 10-12 МПа,прочность при растяжении 0,35-0,45 МНа,набухание по толщине 16,0-16, 5%, содержание формальдегида 0,8-0,9 мг/100 гр.плиты. '1. Выводы: . •

111. От СоПетербурекой лесотехнической академии , »уг.н.с.ъгА^- С.Н„Вьюнков