ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Стадии изготовления композиционных материалов

Взрывной гидролиз лигноцеллюлозного сырья

Кратковременная (0-15 минут) обработка (пропитка) лигноцеллюлозного сырья перегретым водяным паром в герметичном сосуде с последующей мгновенной декомпрессией системы (взрывной гидролиз).

При этом в структуре исходного материала происходит глубокая перестройка на макро - и микро уровнях. Исходная лигноуглеводная матрица является сложной структурой из сетки лигнина, охватывающей разветвленные цепи гемицеллюлоз с преимущественной ориентацией в направлении цепей целлюлозы. Разрушение взрывным гидролизом сетки лигнина способствует разделению компонентов лигноуглеводного комплекса. Мгновенная декомпрессия системы при взрывном гидролизе препятствует обратной сшивке сетки, так как процесс проводится при температуре, превышающей его температуру стеклования.

В процессе паровой обработки происходят гидролитические процессы - деструкция гемицеллюлоз (разрушение гликозидных связей) и отщепление ацетильных групп. Разрушение сетки лигнина происходит под воздействием отщепленных от гемицеллюлоз ацетильных групп. Процесс деструкции лигнина заключается в разрыве основных связейb-0-4 иa-0-4. Гемицеллюлозы углеводной части обрабатываемого материала гидролизуются до водорастворимых продуктов, т.н. редуцирующих веществ (олигомеры и сахара), наряду с лигнином играющих роль термопластичных связующих в композитах.

Морфологические превращения

Гидротермическая обработка приводит к ослаблению межволоконных связей, в результате чего происходит разделение исходного продукта на волокна и мелкодисперсные фрагменты. Определяющим условием получения волокнистой массы и глубины преобразований в компонентах при паровом взрыве является воздействие температурно-временного фактора:

, гдеt- время гидролиза,t- температура пара).

После баротермической обработки лигноцеллюлозный материал превращается в продукт волокнистой или аморфной формы светло - или темно-коричневого цвета, пригодный после высушивания для горячего прессования волокнистых композиционных плитных материалов без введения каких-либо связующих веществ.

Горячее прессование

Основной реакцией, протекающей в процессе прессования, и обусловливающей прочностные показатели плитных материалов, является реакция поликонденсации. Протекание поликонденсационных процессов объясняется фактом потери массы образцами при прессовании, составляющей 0,5-5 % к массе исходной (перед прессованием) навески сухого вещества. Потеря массы обусловливается улетучиванием образующихся при прессовании низкомолекулярных веществ (воды), и увеличивается с увеличением температуры прессования.

С выделением воды возможно протекание реакций между фенилпропановыми единицами лигнина и альдегидными группами сахаров или их производных, образующихся при взрывном гидролизе. Фенольные соединения конденсируются друг с другом с образованием термопластичной смолы и выделением воды.

Из рисунка видно, что схема стандартного технологического процесса, используемого при производстве древесностружечных плит со связующим, лишь незначительно меняется при его реорганизации для получения материалов по предлагаемой технологии. Вместо смесителя стружечной массы и связующего, реактора для подготовки фенолформальдегидной смолы, установки для подготовки отвердителя (на рисунке не показаны), задействуется лишь установка баротермической обработки лигноцеллюлозного сырья (13).

Исходное сырье, пригодное для изготовления композиционных материалов без введения извне синтетических связующих веществ: древесная щепа, опилки, стружка, кора, ветви, листья, хвоя, солома (лен, пшеница, рис, овес и др.), лузга подсолнечника, гуазпая, багасса, кукурузная кочерыжка, любой лигноцеллюлозный материал (бамбук, и пр.).

Преимуществаперед традиционными способами получения композитных материалов из лигноцеллюлозного сырья следующие:

1)отказ от необходимости введения синтетических связующих при прессовании композита, что влечет за собой:

·экологическую чистоту материала , обусловленную отсутствием выделения в атмосферу фенолов, являющихся компонентами синтетических клеев в традиционных композитах;

·снижение себестоимости плитных материалов, так как в традиционных производствах фенолоформальдегидные и мочевиноформальдегидные смолы составляют 30 - 40 % стоимости плит.

2)дополнительное снижение производственных затрат, определяемое:

·использованием дешевого сырья, (любой лигноцеллюлозный материал);

·уменьшением длины технологической цепочки производства за счет отсутствия в цикле оборудования по приготовлению термореактивных смесей.

Оцениваемые характеристики плитных материалов:

·плотность 600 - 1400 кг/м ³;

·прочность при изгибе 10 - 60 МПа;

·водопоглощение за 24 часа 8 - 50 %;

·разбухание по толщине за 24 часа 10 - 40 %.

Возможные области применения:

·изделия строительной и мебельной промышленности для наружной и внутренней отделки;

·конструкционные изделия;

·тарные и упаковочные материалы;

·тепло - и звукоизоляционные изделия;

·электроизоляционные композиционные изделия.

Принципиальная схема технологического процесса получения древесно-стружечных плит по предлагаемой технологии

1 - исходное сырье (лес - кругляк, растительные отходы); 2 - конвейерная транспортировка; 3 - рубильная машина; 4 - пневмотранспорт; 5 - бункер-накопитель; 6 - агрегат для сушки полуфабриката; 7 - формирователь стружечной массы (волокнистого ковра); 8 - загрузка пресса; 9 - горячее прессование; 10 - разгрузка пресса; 11 - обрезка плит по длине и ширине, шлифовка, сортировка, отбраковка; 12 - склад готовой продукции; 13 - установка баротермической обработки лигноцеллюлозного сырья.