LV15031B - Kokskaidu plātņu izgatavošanas paņēmiens bez formaldehīda izmantošanas - Google Patents

Description

IZGUDROJUMA APRAKSTS

Izgudrojums attiecas uz kokskaidu plātņu izgatavošanas paņēmieniem, kuras izmanto mēbeļu rūpniecībā un celtniecībā telpu apdarei.

Zināmā tehnikas līmeņa analīze

Vispārzināmais paņēmiens skaidu plātņu izgatavošanā ir skaidām kā pildvielai izmantot sintētiskās termoreaktīvās līmes: fenola - formaldehīda, karbamīda formaldehīda un uz izocianātu pamata sintezētus sveķus, kurus pirms presēšanas samaisa ar koksnes pildvielu: zāģskaidām, ēveļskaidām vai šķeldu [Л.В.Мельникова. Технология композиционных материалов из древесины, М., МГЦЛ, 2002, с. 41-46]. Tomēr šie kompozītmateriāli ir cilvēkam toksiski gan to izgatavošanas procesā, gan ekspluatējot gatavos izstrādājumus, jo notiek formaldehīda un fenola tvaiku emisija. Neskatoties uz to, pateicoties to labajām tehniskajām īpašībām, šīs saistvielas izmanto 85% koksnes kompozītmateriālu. Diemžēl no šiem materiāliem ekspluatācijas laikā emitē formaldehīds. Ja formaldehīda koncentrācija gaisā ir virs 0,1 miljondaļām, tas kairina acis, kakla un deguna gļotādu, apgrūtina elpošanu. Pasaules Veselības Organizācijas (WHO) Starptautiskā Vēža Pētīšanas Aģentūra (IARC) klasificējusi formaldehīdu kā cilvēkiem kancerogēnu vielu. Vācijā jau kopš 1977. g. dzīvojamās telpās maksimāli pieļaujamā formaldehīda norma noteikta kā 0,1 miļjondaļas, bet WHO norma ir 100 pg/m³. Apzinoties problēmas nopietnību, 2010.g. 7. jūlijā ASV prezidents Baraks Obama parakstīja „Aktu par formaldehīda standartu koksnes kompozītu produktos”, kas stājās spēkā 2013.g. 1. janvārī. Noteiktā formaldehīda emisija ir zem 0,09 miljondaļām [www.epa.gov/oppt/ntr/chemtest/formaldehyde/]. Kanādā likums paredz, ka telpās, kurās uzturas īslaicīgi, pieļaujamā formaldehīda koncentrācija ir 123 pg/m³, bet dzīvojamās telpās 50 pg/m³. Diemžēl ne reti konstatē, ka dzīvojamās telpās ar jaunām mēbelēm formaldehīda koncentrācija pārsniedz 0,3 miļjondaļas. Tamdēļ Eiropas Savienībā ieviesta formaldehīda norma koksnes kompozītizstrādājumos - 0,2 % formaldehīda, bet jebkuram izstrādājumam, kurā ir vairāk par 0,05 % formaldehīda, jāpievieno bildinājums. Sevišķi intensīvi emitē karbamīda - formaldehīda sveķi. Samazināt formaldehīda emisiju ar līmes piedevām, piemēram, borskābes un kalcija metasilikāta piedevu [patents US 4.457.978] problēmu risina tikai daļēji (par 15 līdz 30 %). Nedaudz labāki rezultāti sasniegti Fraunhofera koksnes un silikāta institūtā Vācijā, ievadot plātņu sastāvā modificētus ceolītus (40 līdz 70 %). Emisiju samazina arī NH4CI izmantošana par cietinātāju (līdz 20 %) [Справочник по производству древесно-стружечных плит. M., Лесная пр-ть, 1990, 384 с.].

No sintētiskajām saistvielām adhezīvi uz izocianātu bāzes neemitē kaitīgus izgarojumus un ari paši par sevi ir mazāk toksiski. Tomēr šīs saistvielas ir vēl dārgākas par fenola-formaldehīda un karbamīda-formaldehīda saistvielām.

Lai novērstu plātņu kaitīgo ietekmi uz dzīvojamo un sadzīves telpu vidi, ir bijuši mēģinājumi izmantot dabīgas saistvielas. Tāds piemērs ir sulfatcelulozes ražošanas blakusprodukts - tallu piķis [patenti RU 2002486 (1994) un RU 2240334 (2004)], kas ir tallu eļļas rektifikācijas pārpalikums. Kā saistvielu var ari izmantot kaprolaktāna ražošanas sārmainos notekūdeņus, tos iepriekš pārveidojot skābā formā [patents RU 2268819 (2006)]. Tomēr šī paņēmiena trūkums ir tas, ka saistviela 25 līdz 30 %-īgajā šķīdumā bez skābajiem cikloheksāna oksidācijas produktiem ir ari toksiski, uguns- un sprādzienbīstami produkti, tādi kā cikloheksāns un amonjaks. Iegūtās plātnes nav mehāniski stipras un ūdenī uzbriest.

Kā sintētiska kokskaidu plātņu saistviela izmēģināti ir akrilsveķi, piemēram, multifunkcionāli . metakrila . ...monomēri, . . etoksilēts . .bisfenols.. . Izrādījās,- ka - plātnes iznāk ' mehāniski izturīgākas un ar zemāku uzbriešanu ūdenī nekā ar karbamīda-fenola sveķiem pagatavotās skaidu plātnes.

No dabas produktiem kā saistviela plaši ir izmēģinātas uz augu olbaltumvielām balstītas līmes. Diemžēl līdz pēdējam laikam nav atrisināts jautājums, kā panākt plātņu stiprības saglabāšanos mitrumā [S.Khosravi, F.Khartbaz, P.Nordquist, M.Johansson. Industrial Crops and Products, vol. 32 (2010), pp. 275-283]. Malaizijas zinātniekiem ir izdevies šo trūkumu novērst skaidu plātņu līmē, kas bāzēta uz cietes izmantošanu. Tas panākts eļļas palmas cieti modificējot ar α-epihlorhidrīnu. Presējot plātnes ar šo saistvielu, tika iegūts produkts ar blīvumu 0,6 un 0,8 g/cm3, kas uzrādīja labas briešanas īpašības, sevišķi pie plātņu blīvuma 0,6 g/cm³ [N.S.Sulaiman, R.Hashim, M.H.M.Amiori, O.Sulaiman, S.Hiziroglu. Bio Resources, vol. 8, No 1, pp. 283-301 (2013)].

Lai novērstu uz sojas bāzes ražotās saistvielas trūkumus attiecībā uz briešanu ūdens vidē, tika izmantota papīrrūpniecībā populārā ķīmiskā viela ar firmas nosaukumu „Kymene”, kas ir poliamīda un α-epihlorhidfma reakcijas produkts. Šī viela saistvielai piedod hidrofobitāti, kā rezultātā uzlabojas plātņu ūdens izturība. Tomēr iegūtais produkts „Pure Bond” rada - veselības - aizsardzības- speciālistu - bažas: - lai gan - saistvielas- sastāvā nav formaldehīda, tajā esošā α-epihlorhidrīna komponente, kaut zemā koncentrācijā, var iedarboties, iespējams, kā cilvēkiem kancerogēna viela, kā to nosaka Starptautiskā Vēža Pētniecības- Aģentūra (SARC) [Healthy Building Network, Fact Sheet: Alternative resin binders for particleboard, MDF, May, 2008, pp. 1-6].

Kā saistvielu kokskaidu plātņu izgatavošanani var izmantot arī tādu dabas produktu kā „Vinsols”, kas ir oksidētu sveķskābju maisījums, kas satur hidroksilgrupas un ogļūdeņražus kopā ar trešajiem amīniem. Saistvielas saturs ir 5 līdz 20 % pēc masas. Iegūto presmasu presējot pie temperatūras 82 līdz 204 °C zem spiediena 14 līdz 31,6 kg/cm2, iegūst plātnes, kuru stiprība un noturība pret ūdeni ir tāda pati 'kā ar fenolaformaldehīda sveķiem veidotām plātnēm, bet ūdens izturība ir labāka kā karbamīdaformaldehīda sveķu plātnēm. Ar „Vinsolu” iegūtās plātnes formaldehīdu nesatur [patenta pieteikums US 3.440.189 A (27.11.1965)].

Lai uzlabotu sojas miltu olbaltumvielu līmes ūdens izturību, skaidu plātņu ražošanā līmes sastāvam iesaka pievienot magnija oksīdu vai hidroksīdu. Magnija oksīds attiecībā pret sojas olbaltumvielu tiek ņemts attiecībā no 1:100 līdz 5:1 un kā līme tiek izmantota maisījums ar ūdeni ar sausnes saturu 25 līdz 50 % pēc svara [patenta pieteikums EP 2619277 AI (20.09.2010)].

Paņēmieniem, kuri iesaka saistvielas bez formaldehīdu saturošo līmju sastāvu izmantošanas, piemīt kopīgs trūkums - kā galveno komponentu izmanto pārtikas produktus: sojas miltus vai cieti. Dažos gadījumos izmanto arī toksisko un kancerogēno aepihlorhidrmu, piemēram, lai uzlabotu ūdens izturību līmēm uz sojas olbaltuma bāzes.

Kā laba, pieejama un no koksnes pārstrādes blakusprodukta (mizām) izgatavojama saistviela ir suberins, kuru izmanto suberinskābju vai daļēji depolimerizēta un paskābināta suberīna veidā [patents RU 2310669 (19.07.2006)]. Lai pagatavotu šo saistvielu, samaltas bērza tāsis pakļauj bāziskai hidrolītiskai depolimerizācijai. Reakcija noris NaOH ūdens šķīdumā un daļēji apziepo piesātināto Ci6 - C24 oksitaukskābju poliesteru suberīnu, kas veido tāss šūnu sienu pamatmasu un veidojas tāss . šūnu augšanas laikā uz šūnas pirmējās sieniņas [JI.H.JIoTOBa. Морфология и anaTOMM высших pacremiH, M., Danropnan ЦРСС, - -2001, c. - 63-64]. - Autori ’ -iegūto sāļu.....ūdens šķīdumu - nodala no tāss nešķīstošā atlikuma, kuru veido celulozes, lignīna un vasku maisījums. Sāļu ūdens šķīdumu paskābina ar HC1 līdz pH 4 līdz 6, skābju nogulsnes nodala no ūdens šķīduma un pēc izskalošanas līdz neitrālai reakcijai un izžāvēšanas līdz konstantam svaram izmanto kā plātņu saistvielu. Saistvielu pie tās mīksttapšanas temperatūras sajauc ar zāģu skaidām (20 līdz 40 % no presmasas) un pie 130 līdz 140 °C temperatūras presē zem 10 līdz 13 MPa spiediena. Iegūst plātnes, kas atbilst Krievijas Federatīvās Republikas valsts standarta prasībām.

Minētā izgudrojuma [patents RU 2310669] ievirze, materiāls un saistvielas iegūšanas process ir izvēlēts par izgudrojuma prototipu attiecībā uz kokskaidu plātņu izgatavošanai izmantoto saistvielu.

Izgudrojuma būtība

Izgudrojuma būtība, kas ir definēta 1. pretenzijā, ir sekojoša:

- piedāvātais kokskaidu plātņu izgatavošanas paņēmiens ir raksturīgs ar to, ka to realizē, karstai presēšanai pakļaujot presmassu, kura iegūta sasmalcinātas koksnes pildvielu istabas temperatūrā samaisot ar saistvielu, kas pagatavota uz sasmalcinātas, iepriekš neizekstraģētas, bērza tāss bāzes, un pēc tam izžāvētu presmasu presējot karstā presē bez citas saistvielas papildu pievienošanas, pie kam minētā saistviela ir iegūta iepriekš vai tiek iegūta paralēli kokskaidu plātņu izgatavošanas procesam, secīgi veicot sekojošas darbības:

a) bērza tāsīs esošo suberinu hidrolītiski depolimerizē bāziskā vidē ūdens šķīdumā, iegūto sāļu ūdens šķīdumu nodala no tāss nešķīstošā atlikuma, iegūto sāļu ūdens šķīdumu paskābina, iegūto skābju nogulsnes nodala no ūdens šķīduma un iegūto ogļūdeņražu maisījumu pēc izskalošanas līdz neitrālai reakcijai izžāvē līdz konstantam svaram,

b) no bērza tāss izekstraģē triterpēnus, daļu suberīna komponentu depolimerizē bāziskā vidē ūdens šķīdumā ar kālija vai nātrija hidroksīda ūdens šķīdumu un, intensīvi maisot, pārveido par sāļiem,

c) procesā (b) iegūtos suberīnskābes sāļus kopā ar tāss pārpalikumu (lignoogļūdeņražu maisījumu) paskābina ar slāpekļskābi un suberīnskābju veidā kopā ar koksnes piemaisījumiem izgulsnē no reakcijas zonas.

Izgudrojuma realizācijas varianti (skat. 2. līdz 5. pretenzijai) ir sekojoši:

- minētās bāziskās vides ūdens šķīduma koncentrācija, maisīšanas temperatūra un suberīnskābes sāļu pH pēc paskābināšanas ar slāpekļskābi attiecīgi ir robežās 3 līdz 5 %, 95 līdz 98 °C, 1,5 līdz 5,0; ’

- koksnes pildvielu mitrā veidā sajauc ar iegūto centrifugātu pēc nogulšņu nocentrifugēšanas sedimentācijas centrifūgā un divkārtējas skalošanas ar ūdeni līdz pH 3,0 līdz 6,0, un pēc tam, lai iegūtu skaidu plākšņu izgatavošanai nepieciešamo presmasu, maisījumu žāvē līdz 1,0 līdz 1,5 %-īgam presmasas mitrumam;

- izžāvēto presmasu, kura satur saistvielu uz bērza tāss bāzes daudzumā no 25 līdz 30 % no kopīgās masas, presē bez papildu fenola, karbamīda vai formaldehīda saistvielas pievienošanas pie .3,0 līdz 4,0 MPa un temperatūras 180 līdz 200 °C, lai iegūtu vidēja blīvuma ūdens izturīgas skaidu plātnes;

- blakusproduktus, ko iegūst, centrifugātu izvadot no reakcijas maisījuma un skalošanas šķīdumu nodalot no nogulsnēm, apvieno un kopšķīdumu ietvaicē līdz 25 līdz 30 %-īgam sausnes saturam, lai iegūto produktu varētu izmantot par mēslojumu dārzkopībā, lauksaimniecībā un dekoratīvajā dārzkopībā.

Izgudrojuma būtības eksperimentāls pamatojums

Koksnes ķimijas institūtā (KĶI) veiktajos eksperimentos par suberīnskābju iegūšanu no tāsīm un to frakcionēšanu individuālās skābēs noskaidrojās, ka no izekstraģētās tāss absolūti sausās masas pēc depolimerizācijas sārmainā vidē ūdenī nešķīstošā tāss daļa sastāda 61 līdz 64 % no depolimerizācijai ņemtās tāss masas.

Nešķīstošās daļas ekstrakcija ar hloroformu pārpalikumā atstāja ap 50 % vielas no nešķīstošās daļas .. absolūti.. . sausās . masas. Pēc . izžāvēšanas pie 105 °C tika iegūta lokanu sīksta masa - celulozes, lignīna un neitrālu vasku maisījums. Karsējot nogulsnes, kas sastāvēja no bāziskās depolimerizācijas reakcijas masas ar skābi izgulsnētām nogulsnēm un ūdenī nešķīstošā tāss pārpalikuma maisījuma, pie 140 līdz 150 °C tika iegūta cieta melna viela. Radās doma, ka šo produktu varētu izmantot kā koksnes skaidu vai šķeldu saistvielu un iegūt ūdens izturīgu, mehāniski pietiekami stipru, formaldehīdu nesaturošu plātņu materiālu.

Lai hipotēzi pārbaudītu un sagatavotu tehnoloģiski pieņemamu kokskaidu plātņu izgatavošanas paņēmienu saskaņā ar izgudrojumu, tika veikta rinda eksperimentu. Realizējot stāvā kāpuma eksperimentu plānošanas metodi, tika atrasts labākais presmasas sastāvs un plātņu formēšanas tehnoloģiskā procesa optimālie parametri.

Vispirms tika pārbaudīta izekstraģētas un neizekstraģētas tāss hidrolītiskā depolimerizācijā bāziskā ūdens vidē zem atteces, intensīvi maisot. Tika noskaidrots iznākums .un īpašības iecerētajai kokskaidu .plātņu saistvielai, kas sastāv no apziepotās tāss nešķīstošā atlikuma un subennskābju un daļēji depolimerizētā suberīna maisījuma, kurš pēc depolimerizācijas un reakcijas maisījuma paskābināšanas līdz pH 1,5 līdz 5,0 izgulsnēts . no . sāļu - ūdens - šķīduma. - Lai - saistviela pēc - izmaksām būtu ekonomiski pieņemama, obligāta ir blakusprodukta - depolimerizācijas šķīduma neitralizēto sāļu izmantošana. Tāpēc kā reaģenti tika izvēlēti kālija hidroksīds un slāpekļskābe, jo kālija nitrāta kā minerālmēslojuma realizācija ir perspektīva.

Depolimerizācijas laikā tika noskaidrots, ka optimālā reakcijas maisījuma sausnes kopīgā koncentrācija ir ap 20 %. Jau pie 25 % sausnes satura reakcijas maisījumā masa, neskatoties uz intensīvu maisīšanu, briest un process ir jāpārtrauc. Negranulētas tāss triterpēnu ekstrakcija un depolimerizācijā nav izdevīga, jo, lai process noritētu normāli, abos gadījumos reaģentu (šķīdinātāju vai sārma šķīdumu) patēriņš ir lielāks. Piemēram, depolimerizējot reakcijas masas, kopīgā sausne negranulētas maltas tāss gadījumā nedrīkst pārsniegt 15 %, lai masas apmaiņas process un maisīšana noritētu normāli. Tas nozīmē, ka 4 līdz 5 %-īga kālija hidroksīda ūdens šķīduma tilpums uz tāss svara vienību ir aptuveni 1,5 reizes lielāks, nekā strādājot ar granulētām tāsīm, un attiecīgi lielāks ir kālija hidroksīda patēriņš.

Pēc apziepotās tāss-sārma ūdens šķīduma paskābināšanas ar 30 līdz 35 %-īgas slāpekļskābes šķīdumu līdz pH 1,5 līdz 5, nogulsnes, kas sastāv no suberīnskābēm, suberīna un tāss pārpalikuma, tika nodalītas laboratorijas sedimentācijas centrifūgā, centrifugējot 1 stundu ar 2000 min.'¹ apgriezieniem (atdalīšanas faktors 1100). Tika sasniedz nogulšņu sausnes saturs 25 līdz 32 %, saistvielas iznākums no ņemtās tāss masas vidēji bija 91,0 %, rēķinot uz absolūti sausu masu (a.s.m.). Pārpalikumos palika reakcijas šķīduma un skalošanu centrifugāti, kuru masa bija vidēji 10,8 kg/kg tāss, bet vidējā sausnes koncentrācija bija 4,3 %, no kuras 89 līdz 90 % bija kālija nitrāts. Līdz 25 līdz 50 % sausnes ietvaicētos centrifugātus var izmantot kā minerālmēslojuma koncentrātu.

Eksperimentu rezultātā tika konstatēts, ka līdz sausnes saturam 25 līdz 32 % atūdeņota tāss un subennskābju maisījuma saistviela pēc divkārtīgas skalošanas ar ūdeni ir piemērota saistviela kokskaidu plātņu presmasas pagatavošanai.

Laboratorijas apstākļos, piemēram, ar roku sajaucot 434,3 g alkšņa zāģa skaidas (w= 8,4 %, a.s.m. 397,8 g - 70%) ar 564,5 g saistvielas (w= 69,8%, a.s.m. 170,5 g - 30%) tika iegūta ērti maisāma, birstoša masa. To izžāvējot žāvējamā skapī ar gaisa cirkulāciju pie 70 līdz 80 °C, - regulāri pamaisot, tika iegūta viendabīga presmasa ar w «1%. Protams, mehanizējot maisīšanu un žāvēšanu, saistvielas atūdeņošanas pakāpe būtu vēlama augstāka. Apvienotiem vairāku saistvielas gatavošanas eksperimentu paraugiem, kas tika pagatavoti no izekstraģetas granulētas tāss, depolimerizējot ar KOH un paskābinot ar HNO3, tika noteikti galvenie rādītāji. Rezultāti ir apkopoti 1. tabulā.

1. tabula

Saistvielas subenna komponentes ķīmiskā sastava nosacītie rādītāji (rēķinot uz absolūti sausu masu)

Nosaukums	Mērvienība	1. apvienotais paraugs	2. apvienotais paraugs
Suberinskābes	%	44,8	47,1
Epoksiskābes	%	2,9	6,0
Skābes skaitlis	mg KOH/g	80,4	84,1

Ekstraģējot mitro tāss-suberīna saistvielu ar hloroformu, tika mēģināts izekstraģēt brīvās suberinskābes, šķīdinātāja izvēlē vadoties no tā, ka hloroformā samērā labi šķīst, piemēram, stearīnskābe - piesātināta Cis taukskābe. Pie 25 °C tās šķīdība hloroformā ir 15,54% [CnpaBOHHHK no pacTBopuMOCTU, M.-JL, 1962, t.1, хнига 2). Ar hloroformu izekstraģējās 36,2% dzeltenas cietas vielas no saistvielas a.s. masas. Ekstrakta sausās masas skābes skaitlis bija 101,1 mg KOH/g, subennskābju saturs - 73,3 %, bet epoksiskābju - 4,6 %. Hloroformā nešķīstošais atlikums bija 69,8% no saistvielas sausnes. Arī šis atlikums uzrādīja skābes skaitli 70,5 mg KOH/g un 2,14 % hidroksilgrupu. Nešķīstošais atlikums pēc žāvēšanas 80 °C temperatūrā ir tumša, cieta, elastīga viela. Hloroformā nešķīstošā atlikuma 33,5 % izšķīda dimetilsulfoksīdā. Iespējams, ka daļa no izšķīdušās masas bija polifenoli un tannīni.

Abi saistvielu paraugi tika izmantoti, gatavojot vidējā blīvuma skaidu plātnes. Optimālā presmasas sastāva un presēšanas apstākļu meklējumos tika izmantota gan pilnā faktoru eksperimenta plānošanas metode, gan stāvā kāpuma metode.

Lai gūtu zināmu orientāciju presmasu sastāva un izvēlētos presēšanas procesa parametrus, tika veikts eksperiments, izmantojot pilna faktoru eksperimenta plānu. Iegūtie rezultāti ir apkopoti 2. tabulā.

2. tabula

Pilna faktoru eksperiments plātņu presēšanai no alkšņa skaidām (0,6 līdz 2,0 mm) ar tāss-suberīna saistvielu

Eksperimenta Nr Parametri, rezultāti	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Saistviela, %	20	20	20	20	40	40	40	40	30
Temperatūra, °C	160	200	160	200	160	200	160	200	180
Spiediens, MPa	2,5	2,5	3,5	3,5	2,5	2,5	3,5	3,5	3,0
Parauga blīvums, g/cm3	0,67	0,68	0,76	0,85	0,87	0,91	0,93	1,05	0,86
Lieces pretestība, MPa	4,07	5,27	7,57	12,50	12,10	13,30	15,00	17,10	14,20

Ir redzams, ka paraugi, kas tika iegūti pie augstāka spiediena un saturēja vairāk saistvielas, ir mehāniski stiprāki, bet to blīvums pārsniedz standarta blīvuma skaidu plātnēm noteiktās robežas. Šai ziņā labākie paraugi satur 20 un 30 % saistvielas, ir presēti pie 180 līdz 200 °C un 3,0 līdz 3,5 MPa spiediena.

Svarīgs plātņu kvalitātes rādītājs ir ūdens uzsūcamība pēc masas un briešanas biezumā. Priekšmēģinājumā ar baltalkšņa zāģu skaidu plātnēm tika pārbaudīts subennu saturošās suberīnskābju-tāss saistvielas iespaids uz šiem rādītājiem. Rezultāti ir apkopoti 3. tabulā.

3. tabula

Ūdens uzsucamība alkšņa zaģskaidu plātnēs ar tāss-subennskabju saistvielu

Presēšanas parametri	Plātnes pirms mērcēšanas	Plātnes pēc 2 stundu mērcēšanas
Temp., °C	Saistv., %	Spied., MPa	Biezums, mm	Masa, g	Blīvums, g/cm3	Biezums	Masa
mm	pieaug. %	g	pieaug. %
140	30	10	0,78	5,149	1,155	1,07	48,08	6,576	27,71
160	30	10	........ 0,71	5,051	1,235	0,77	.......8,45.....	5,363	6,18
180	30	10	0,64	5,155	1,272	0,66	2,66	5,241	1,67

Ir redzams, ka ūdens izturība uzlabojas, ja presēšanas temperatūra ir augstāka. Tas ir izskaidrojams ar saistvielas viendabīgāku noklāšanos uz pildvielas virsmas, jo suberins un suberīnskābes ir hidrofobas vielas.

Izejot no augšminēto priekšmēģinājumu rezultātiem, tika sastādīti pirmo četru eksperimentu presmasu sastāvi un plātņu presēšanas parametri stāvā kāpuma metodes optimālo apstākļu meklēšanas plānā. Plāns tika realizēts līdz optimālo apstākļu sasniegšanai. Optimālie apstākļi tika izvēlēti pēc plātņu labākā lieces pretestības rādītāja. Pārbaudes rezultāti ir doti kā vidējais no četriem paralēliem lieces pretestības mērījumiem.

Līdzīga eksperimentu sērija tika izpildīta ar neekstraģētas granulētas tāss paraugiem pēc to depolimerizācijas un suberinskābju un tāss pārpalikuma izgulsnēšanās, paskābinot līdz pH 2 līdz 5, un divkārtējas skalošanas. Suberīnskābju-tāss maisījums tika izmantots kā saistviela, gatavojot presmasu kā iepriekš ar baltalkšņa zāģskaidām (frakcija 0,6 līdz 2,0 mm). Nelielās atšķirības abu saistvielas variantu plātņu lieces pretestībā ir skaidrojamas ar suberīna-suberīnskābju komponentes lielāko masas daļu saistvielā, kas pagatavota no izekstraģētas tāss. Triterpēnu klātbūtne saistvielā pati par sevi plātņu lieces pretestību neietekmēja, bet pašā saistvielā tās aktīvās daļas - suberina komponentes - neekstrģētajā tāsī ir mazāk.

Koksnes kompozītmateriāla - kokskaidu plātņu - izgatavošanas paņēmiena realizēšanas piemēri

1. piemērs

Iesver 341,2 g granulētas (frakcija 0,2 līdz 2,0 mm), ar petrolejas ēteri (viršanas diapazons 100 līdz 140 °C) 7 stundās izekstraģētas bērza tāss (triterpēnu iznākums 19 % no absolūti sausas tāss masas), kura mitrums ir 0,99 % (absolūti sausas tāss masa 387,8 g) un iepilda 3,5 litru tērauda reaktorā ar maisītāju un apsildes apvalku. Tāsīm reaktorā pievieno 75,9 g kālija hidroksīda, kas izšķīdināts 1300 ml destilēta ūdens (reakcijas maisījuma sausnes saturs 24,1 %) un zem atteces intensīvi maisa 3 h pie reakcijas masas temperatūras 95 °C. Pēc tam reakcijas masu maisot atdzesē līdz 15 līdz 20 °C un suberīnskābes sāļus un fenolātus neitralizē, pievienojot 85,25 g (rēķinot uz 100 %-īgu skābi) slāpekļskābes vai 200 ml 35 %-īgas slāpekļskābes veidā līdz pH 1,5.

Iegūto smilškrāsas masu centrifugē sedimentācijas centrifūgā pie 2000 min.'¹ apgriezieniem (atdalīšanas faktors 1100) vienu stundu. Iegūst 682 g centrifugāta (sausnes saturs 9,6 līdz 65,5g). Nogulsnes divas reizes skalo ar ūdeni, iegūstot centrifugātus:

1. centrifūgām 783 g ar sausni 4,9 % - 38,9 g,

2. centrifugātu 890 g ar sausni 2,9 % - 25,7 g.

Iegūst 983 g suberīnskābju, suberina un tāss pārpalikuma maisījuma izskalotas nogulsnes ar sausnes saturu 39,8 % jeb 322,4 g absolūti sausas vielas. Iznākums no ņemtās absolūti sausās tāss ir 322,4/337,8*100 = 95,4 %. Iegūtā saistviela, rēķinot uz absolūti sausu masu, satur suberīnskābes 47,1 %, epoksiskābes 6,1 % un uzrāda skābes skaitli 84,1 mgKOH/g.

Presmasu gatavo, izmantojot baltalkšņa zāģu skaidas frakciju 0,6 līdz 2,0 mm ar mitrumu 8,2 %. Presmasas sastāvs pēc masas: 70 % zāģu skaidas un 30 % pagatavotā saistviela (uz absolūti sausu masu). Spirālplākšņu maisītājā istabas temperatūrā pagatavo 1839 g presmasas maisījuma ar mitrumu 39,7 %, kas ir gaiši brūna birstoša masa. Masu žāvē pie 70 līdz 80 °C žāvējamā skapī ar iekšēju gaisa cirkulāciju, regulāri masu pamaisot, līdz mitrumam 0,5 līdz 1,0 %.

Sauso presmasu, kas ir birstošs materiāls, presē, izmantojot laboratorijas firmas Gottfried Joos. Maschinenfabrik GmbH und CO KG Type LAP-40 presi, presējot 150xl50x(10 līdzi 2) mm plātnes pie temperatūras 180 °C, spiediena 3,0 MPa, presēšanas laiku izvēloties atbilstoši plātnes biezumam — 1 minūte uz 1 mm plātnes biezuma. Plātnes pēc presēšanas no preses izņem bez atdzesēšanas. Presēto materiālu kondicionē 48 h klimata kamerā pie gaisa mitruma 55 % un temperatūras 20 °C. Paraugus ar blīvumu 884,71 ±6,86 kg/m³ pārbauda Zwick/Roell firmas testēšanas mašīnā, kurā iegūtās vidējās lieces pretestības vērtības uzrādīja 15,4 ±0,39 MPa un ūdens uzsūcamību 23,3 % un briešanu 12,2 % pēc 2 h mērcēšanas.

2. piemērs

Iesver 170,0 g granulētas neekstraģētas tāsis (frakcija 0,4 līdz 2,0 mm) ar mitrumu w = 4,8 % (absolūti sausaa masa 161,8 g) un iepilda 2 litru triskaklu apaļkolbā ar maisītāju un atteces dzesinātāju. Tāsīm kolbā pievieno 36,3 g kālija hidroksīda, kas izšķīdināts 625 ml ūdens (5,5 %-īgā KOH šķīdums ūdenī). Reakcijas masu uzkarsē līdz 95 °C un, intensīvi maisot, komponentes pie šīs temperatūras zem atteces iztur 3 h. Tad, reakcijas masu maisot, atdzesē līdz istabas temperatūrai (15 līdz 20 °C) un suberīnskābes sāļus un sārma pārpalikumu neitralizē, pievienojot 40,8 g (rēķinot uz 100 %-īgu skābi) slāpekļskābes vai 96,3 ml 35 %-īgas slāpekļskābes šķīduma veidā līdz pH 2,0.

Nogulsnes no šķīduma nodala sedimentācijas centrifūgā; centrifugē 1 stundu pie 2000 min.’¹ apgriezieniem minūtē (atdalīšanas faktors 1100) un divas reizes skalo ar 400 ml ūdens. Savāc 340 g centrifugāta ar sausnes saturu 13,3 % jeb 45,3 g un skalošanas šķīdumus:

1. skalošanas šķīdumu - 390 g ar sausnes saturu 6,9 % jeb 26,0 g;

2. skalošanas šķīdumu - 435 g ar sausnes saturu 4,1 % jeb 17,7 g.

Pēc skalošanas un centrifugēšanas iegūst suberinskābju-bērza tāss palieku maisījumu 517,7 g ar sausnes saturu 26,5 % jeb 137,2 g absolūti sausas masas. Saistvielas sausnes iznākums no absolūti sausas ņemtās tāss ir 137,2*100/161,84 = 84,8%. Iegūtā saistviela, rēķinot uz a.s.m., satur: suberīnskābes - 56,6 %; epoksiskābes - 1,6 % un uzrāda skābes skaitli 101,5 mgKOH/g.

Presmasas gatavo, izmantojot baltalkšņa zāģskaidu frakciju 0,6 līdz 2,0 mm ar mitrumu 8,2 %. Presmasas sastāvs pēc masas: 70 % zāģskaidas un 27,4 % pildviela (fēķinot uz a.s.m.). Spirālplākšņu maisītājā sagatavo presmasas maisījumu ar mitrumu 47,2 %. Presmasu žāvē žāvējamā skapī ar gaisa cirkulāciju, regulāri pamaisot, līdz mitrumam 0,5 līdz 1,0 %.

Sauso presmasu, birstošu materiālu, presē firmas Gottfried Joos. Maschinenfabrik GmbH und CO KG Type LAP-40 karstā laboratorijās presē, iegūstot 150xl50x(10 līdz 12) mm plātnes pie spiediena 3,4 MPa un temperatūras 184 °C. Presēšanas laiks - 1 minūte uz 1 mm plātnes biezuma. Plātnes no preses izņem karstas un pēc atdzesēšanas, apzāģēšanas un 48 h izturēšanas kondicionēšanas kamerā pie +20 °C un relatīvā gaisa mitruma 55 % nosaka paraugu blīvumu un lieces pretestību, izmantojot firmas Zwick/Roell plātņu mehānisko īpašību pārbaudes iekārtu. Pārbauda paraugus ar vidējo blīvumu 828,85 ±36,62 kg/m³, kuri uzrāda vidējo lieces pretestību 13,90 ±1,73 MPa, ūdens uzsūcamību 10,5 % un briešanu 2,9 % pēc 2 h mērcēšanas.

Claims (5)

1. Pretenzijas

   1. Koksnes kompozītmateriāla - kokskaidu plātņu - izgatavošanas paņēmiens, kuru realizē, karstai presēšanai pakļaujot presmasu, kura iegūta sasmalcinātas koksnes pildvielu samaisot ar saistvielu, kas pagatavota uz sasmalcinātas, iepriekš izekstraģētas vai neizekstraģētas, bērza tāss bāzes, un izžāvēto presmasu presējot karstā presē bez citas saistvielas papildu pievienošanas, pie kam minētā saistviela ir iegūta iepriekš vai tiek iegūta paralēli kokskaidu plātņu izgatavošanas procesam, secīgi veicot sekojošas darbības:

   a) bērza tāsīs esošo suberīnu hidrolītiski depolimerizē bāziskā vidē ūdens šķīdumā, iegūto sāļu ūdens šķīdumu nodala no tāss nešķīstošā atlikuma, iegūto sāļu ūdens šķīdumu paskābina, iegūto skābju nogulsnes nodala no ūdens šķīduma un iegūto ogļūdeņražu maisījumu pēc izskalošanas līdz neitrālai reakcijai izžāvē līdz konstantam svaram,

   b) no bērza tāss izekstraģē triterpēnus, daļu suberīna komponentu depolimerizē bāziskā vidē ūdens šķīdumā ar kālija vai nātrija hidroksīda ūdens šķīdumu un, intensīvi maisot, pārveido par sāļiem,

   c) procesā (b) iegūtos suberinskābes sāļus kopā ar tāss pārpalikumu (lignoogļūdeņražu maisījumu) paskābina ar slāpekļskābi un suberīnskābju veidā kopā ar koksnes piemaisījumiem izgulsnē no reakcijas zonas.

   '
2. 2. Paņēmiens saskaņā ar 1. pretenziju, kas atšķiras ar to, ka minētās bāziskās vides ūdens šķīduma koncentrācija, maisīšanas temperatūra un suberinskābes sāļu pH pēc paskābināšanas ar slāpekļskābi attiecīgi ir robežās 3 līdz 5 %, 95 līdz 98 °C, 1,5 līdz 5,0.
3. 3. Paņēmiens saskaņā ar 1. un 2. pretenziju, kas atšķiras ar to, ka koksnes pildvielu mitrā veidā sajauc ar iegūto centrifugātu pēc nogulšņu nocentrifugēšanas sedimentācijas centrifūgā un divkārtējas skalošanas ar ūdeni līdz pH 3,0 līdz 6,0, un pēc tam, lai iegūtu skaidu plākšņu izgatavošanai nepieciešamo presmasu, maisījumu žāvē līdz 1,0 līdz 1,5 %-īgam presmasas mitrumam.
4. 4. Paņēmiens saskaņā ar 3. pretenziju, kas atšķiras ar to, ka izžāvēto presmasu, kura satur saistvielu uz bērza tāss bāzes daudzumā no 25 līdz 30 % no kopīgās masas, presē bez papildu fenola, karbamīda vai formaldehīda saistvielas pievienošanas pie 3,0 līdz 4,0 MPa un temperatūras 180 līdz 200 °C, lai iegūtu vidēja blīvuma ūdens izturīgas skaidu plātnes.
5. 5. Paņēmiens saskaņā ar 3. pretenziju, kas raksturīgs ar to, ka blakusproduktus, ko iegūst, centrifugātu izvadot no reakcijas maisījuma un skalošanas šķīdumu nodalot no nogulsnēm, apvieno un kopšķīdumu ietvaicē līdz 25 līdz 30 %-īgam sausnes saturam, lai iegūto produktu varētu izmantot par mēslojumu dārzkopībā, lauksaimniecībā un dekoratīvajā dārzkopībā.