PL212677B1 - Sposób wytwarzania płyt izolacyjnych, w szczególności płyt pilśniowych oraz płyta izolacyjna, w szczególności pilśniowa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania płyt izolacyjnych, w szczególności płyt pilśniowych z włókien lignocelulozowych w specjalnym suchym procesie metodą krótkotrwałego kalibrowania, a także płyta izolacyjna, w szczególności pilśniowa wytworzona zgodnie z opracowanym sposobem.

Opracowany sposób służy do wytwarzania płyt, które stosowane mogą być w budownictwie jako materiał termoizolacyjny i dźwiękochłonny, także jako uniwersalny materiał konstrukcyjny, okładzinowy i dekoracyjny stosowany głównie w meblarstwie, budownictwie, stolarce, oraz w przemyśle środków transportu. Opracowana płyta może także być wykorzystywana, jako materiał przeznaczony do pakowania ładunków.

Dotychczas, znane są różnego rodzaju sposoby wytwarzania płyt izolacyjnych, w tym także płyt pilśniowych stosowanych powszechnie w budownictwie.

Izolacyjne płyty pilśniowe z włókien lignocelulozowych znajdują wielorakie zastosowanie w przemyśle budowlanym, na przykład do tłumienia dźwięków dochodzących przez ścianę, dach czy ₃ też odgłosu kroków. Materiały te mają gęstość rzędu od 50 do 400 kg/m³ i produkowane są na ogól w włókien lignocelulozowych, uzyskiwanych poprzez termomechaniczne rozwłóknienie w ścieraku lub młynie stożkowym. Do produkcji płyt wykorzystuje się zręby rębarki lub inne surowce lignocelulozowe, takie jak słoma rzepakowa lub zbożowa, konopie, bambus, bagassa, itd., które przetwarzane są w procesie suchym lub mokrym. W trakcie procesu mokrego dochodzi do spęcznienia włókien w zawiesinie wodnej (z dodatkiem lub bez spoiwa). Włókna przenosi się następnie na taśmę sitową i tu pod wpływem siły ciężkości oraz stosując instalację zasysającą oraz prasowanie wstępne - doprowadza się do ich odwodnienia. Dalsza redukcja wody następuje poprzez owiewanie ich strumieniem przepływającego powietrza. Procedurę tę stosuje się do wytwarzania stosowanych w handlu miękkich płyt pilśniowych. Technologia ta, a zwłaszcza proces suszenia są bardzo energochłonne i kosztowne.

Poza tym grubość płyt możliwych do wykonania tą metodą nie przekracza 40 mm, a ich gęstość wy₃ nosi ponad 120 kg/m³. Natomiast w procesie suchym pojedyncze włókna suszy się w strumieniu powietrza, po czym powleka się je spoiwem. Jako spoiwa używa się żywic syntetycznych, np. żywicy mocznikowej, fenolowej, względnie melaminoformaldehydowej lub PMDI lub spoiw naturalnych (skrobia, białka proste) w różnych proporcjach. Po powleczeniu spoiwem następuje pneumatyczne formowanie włókniny, przebiegające stopniowo od prasowania wstępnego do prasowania na gorąco, które może odbywać się w sposób ciągły lub przerywany. W zależności od gęstości produkuje się płyty izolacyjne (ok. 200 do 400 kg/m³), średnio twarde płyty pilśniowe (od 350 do 800 kg/m³), MDF (od 650 do 900 kg/m³) i PDF (od 800 do 1200 kg/m³).

₃

W celu uzyskania gęstości poniżej 100 kg/m³ stosuje się jedno i wieloskładnikowe termoplastyczne włókna łączone, które pod wpływem przepływającego gorącego powietrza roztapiają się i powodują łączenie włókien ze sobą.

We wszystkich znanych i opisanych procesach, w celu utwardzenia spoiwa, poddaje się włókniny obróbce cieplnej w temperaturze powyżej 100°C, a czas prasowania, względnie suszenia wynosi ponad 9 sekund na 1 mm grubości płyty. Związana z tym niska wydajność produkcji jak również większe zużycie energii przyczyniają się do wysokich kosztów wytwarzania produktów wytwarzanych w tych procesach.

Zastosowanie spoiw na bazie poliuretanu do wytwarzania izolacyjnych płyt pilśniowych opisane zostało w niemieckim wynalazku nr EP 1110687. pt. „Process for producing a light weight fibre board with a closed surface, and board so produced”. W rozwiązaniu tym jedno lub dwuskładnikowych spoiwa nanosi się na włókna i za pomocą zespołu maszynowego mieszarko-otaczarki i urządzenia roztrząsającego usypuje się je w kształt maty. Maty włókienne zostają następnie sprasowane w zwykłych temperaturach prasowania powyżej 100°C, przy czym temperatura w środku korpusu formy wynosi przynajmniej 50°C. Udział spoiwa wynosi od 2,5 do 5 procent wagowych w odniesieniu do atro włókien drewna (teoretycznej masy suchych włókien drewna - bez wody) dla płyt izolacyjnych o gęstości ₃ od 60 do 250 kg/m³. Jako wartość czasu prasowania dla płyty izolacyjnej o grubości 100 mm i gęsto₃ ści 80 kg/m³ podaje się tu 240 sekund, co oznacza, że współczynnik czasu prasowania wynosi przynajmniej 2,4 sekundy na 1 mm grubości płyty.

Natomiast w niemieckim wynalazku nr DE 10338007, pt. ,,Formed products made of lightweight wood fibre insulating material, for use e.g. as constructional blocks, obtained by mixing fibres with isocyanate binder which is then cured e.g. by transporting the fibres with moist air” opisano nową

PL 212 677 B1 recepturę, której założeniem było obniżenie temperatury prasowania oraz wytworzenie lekkiego materiału izolacyjnego z włókien drzewnych przy zastosowaniu pianotwórczego spoiwa utwardzalnego na zimno na bazie poliuretanu. Utworzone z powleczonych włókien i wstępnie sprasowane włókniny umieszcza się w worku, który pomaga w utwardzeniu spoiwa oraz w jego formowaniu, a także służy jako jego opakowanie transportowe. W celu utwardzenia spoiwa stosuje się strumień gazu o temperaturze poniżej 100°C, względnie poniżej 50°C w celu stłoczenia włókien lub też przepuszcza się go ₃ przez włókniny. Czas utwardzenia dla materiałów izolacyjnych rzędu od 40 do 180 kg/m³ wynosi w tej metodzie od 2 do 17 godzin. Proces ten, ze względu jednak na długi czas twardnienia, charakteryzuje się bardzo małą wydajnością i możliwy jest do wykorzystania jedynie w krótkich seriach produkcyjnych. Oprócz tego problematyczne wydaje się wytwarzanie produktów zachowujących dokładne wymiary przy utwardzaniu w workach z tworzywa sztucznego.

Celem wynalazku jest opracowanie procesu wytwarzania płyt izolacyjnych, w szczególności płyt pilśniowych, a także płyt izolacyjnych, w szczególności płyt pilśniowych o nowych właściwościach.

Cel ten zrealizowano opracowując sposób wytwarzania płyt izolacyjnych, w szczególności płyt pilśniowych wytwarzanych z włókien lignocelulozowych, o średniej gęstości objętościowej wynoszącej ₃ mniej niż 200 kg/m³, produkowanych przy zastosowaniu spoiwa na bazie poliuretanu. Spoiwo to nanosi się na włókna, a następnie suche włókna formuje się na kształt maty włókiennej, którą wstępnie prasuje się i obustronnie zasila cieczą wodną, po czym kalibruje się ją pomiędzy dwoma powierzchniami grzejnymi do żądanej grubości. Opisany proces charakteryzuje się tym, że etap kalibracji zostaje zakończony bezpośrednio przed osiągnięciem temperatury 49°C w środku płyty, przy czym czas przebywania maty włókiennej pomiędzy powierzchniami grzejnymi wynosi mniej niż 1 s/mm grubości płyty. Dodatkowo istotne jest, ze obróbka cieplna prowadzona może być aż do osiągnięcia temperatury w przedziale od 35 do 50°C w środku płyty.

Opracowana płyta izolacyjna, w szczególności pilśniowa o gęstości w zakresie od 60 do ₃

200 kg/m³ wytwarzana opisanymi wyżej sposobami, charakteryzuje się tym, że jej gęstość objętościowa na górnej i dolnej stronie płyty pilśniowej jest wyższa w stosunku do jej średniej gęstości objętościowej.

Opisany proces polega na wytwarzaniu płyt izolacyjnych, w szczególności płyt pilśniowych na bazie włókien lignocelulozowych, w trakcie którego, dzięki znacznemu skróceniu czasu prasowania względem utwardzania można uzyskać poprawę wydajności produkcji płyt izolacyjnych. W sposobie zgłaszającego czas ten jest wielokrotnie mniejszy i wynosi 1 sekundę na 1 mm grubości płyty. Jest to tym bardziej istotne, iż przy produkcji izolacyjnych płyt pilśniowych to zazwyczaj proces prasowania i utwardzania określa szybkość produkcji i wydajność całego procesu technologicznego. Nieoczekiwanie, przy wymienionych niskich współczynnikach czasu prasowania i temperaturach prasowania możliwe okazało się wytworzenie płyt izolacyjnych o wysokiej trwałości. Skrócenie czasu trwania procesu ma bezpośrednie przełożenie na redukcję kosztów wytwarzania płyt oraz uzyskanie ich nowych, korzystnych właściwości.

Dzięki zastosowaniu niskich temperatur i krótkich czasów prasowania zredukowano w tej metodzie także do minimum ulatnianie się izocyjanianu, które zaczyna się w temperaturach powyżej 40°C. Dzięki temu można optymalnie wykorzystać skuteczność wiązania spoiwa, unikając mankamentów związanego z tym procesu. Dodatkowo ograniczono do minimum ryzyko zagrożenia zdrowia ze strony występujących w niezwiązanej formie bardzo szkodliwych izocyjanianów.

Opracowane płyty pilśniowe są wolne od formaldehydu, substancji kancerogennej zawartej w żywicach klejowych powszechnie stosowanych do produkcji płyt pilśniowych.

Opracowany sposób otrzymywania płyt pilśniowych wodoodpornych jest technologią energooszczędną, ekologiczną, a otrzymywany produkt posiada niespotykane dotychczas właściwości. Płyty pilśniowe zgłaszającego posiadają także bardzo niską przewodność cieplną, poniżej 0,04W/m.*K. Charakteryzują się wodoodpornością, która to cecha w konkurencyjnych rozwiązaniach występuje tylko w ograniczonym zakresie i przy zastosowaniu nieekologicznych, specjalistycznych technologii. W sposobie zgłaszającego cecha ta zachowywana jest standardowo dla całego przekroju asortymentowego sposobu produkcji, związanego z gęstością, twardością jak grubością. Sposób zgłaszającego ₃ umożliwia produkcję płyt o bardzo szerokim zakresie gęstości od 60 do 200 kg/m³, jak i grubościach w zakresie od 4 do 250 mm. Dla specjalistycznych zastosowań możliwa jest także produkcja płyt pilśniowych o zwiększonej odporności na działanie czynników biotycznych i ognia. Również utylizacja płyt nie zagraża środowisku.

PL 212 677 B1

Płyta izolacyjna, w szczególności pilśniowa według wynalazku zawiera różnokierunkowo ułożone włókna lignocelulozowe, przy czym jej gęstość objętościowa na górnej i dolnej stronie płyty jest wyższa w stosunku do jej średniej gęstości objętościowej, co zapewnia jej wyrównanie cech jakościowo-wytrzymałościowych, niezależnie od kierunku działania obciążeń. Dzięki wysokiej temperaturze prasowania i dużego nacisku, którym poddawana jest płyta w czasie jej wytwarzania, jej struktura jest silnie zwarta. Wykazuje ona dużą twardość, sztywność oraz stabilność, a także wytrzymałość na zginanie statyczne. Powierzchnia opracowanej płyty jest gładka i równa. Opracowana płyta jest lekka, łatwa w montażu i łatwo ją także obrabiać mechanicznie. Na jej powierzchni mogą zostać wykonane nadruki wzorów' drewnopodobnych, czy też innych ozdobnych motywów. Płyta ta może być również perforowana. Opracowana płyta charakteryzuje się wysoką estetyką, trwałością powłoki i łatwością w utrzymaniu czystości. Stanowi ona rewolucyjny drewnopochodny produkt termoizolacyjny. dzięki temu ze równocześnie wykazuje takie cechy, jak: wodoodporność i „oddychalność”. Ogólnie ma mniejszą gęstość, niż dotychczas znane płyty, ale jest ona porównywalnie twarda i wytrzymała.

W opisanym procesie, jako spoiwo stosowany jest poliuretan z niewielkim dodatkiem utwardzacza. Natomiast jako surowiec wstępny służą włókna, przy czym zaleca się stosowanie włókien drzewnych, ale mogą to być także włókna z innych lignocelulozowych materiałów takich jak słoma rzepakowa, len. konopie, słoma zbożowa, włókna kokosowe, bambus, słoma ryżowa, bagassa i inne. Surowiec ten, np. zręby ze zrębarki można poddać rozwłóknieniu, np.: konwencjonalnie w ścieraku, w procesie termomechanicznym, korzystnie w temperaturze od 160 do 180°C. Rośliny włókniste takie jak słoma rzepakowa, lniana i słoma zbożowa można poddawać rozwłóknieniu także bez termicznej obróbki wstępnej w sposób czysto mechaniczny w młynie stożkowym lub w wytłaczarce ślimakowej. Defibrowanie włókien może odbywać się także, jak to ma zazwyczaj miejsce w przemyśle celulozowym, jako kombinacja wstępnej obróbki termicznej, mechanicznego rozwłóknienia i chemicznego roztwarzania za pomocą siarczynu, siarczanu lub organozolu. Wstępnie przygotowane, rozdrobnione włókna suszy się do poziomu wilgotności od 3 do 6% (w odniesieniu do masy atro rozumianej jako teoretyczna masa suchych włókien drewna - bez wody). Przed, lub w trakcie suszenia, włókna mogą zostać opcjonalnie nasączone środkami przeciwpożarowymi lub hydrofobizacyjnymi oraz biokatalizatorami przeciwgrzybicznymi lub substancjami odpornymi na insekty. Te dodatki modyfikujące nie mają negatywnego wpływu na proces produkcji i własności wytrzymałościowe produktu.

W urządzeniu do powlekania rozpyla się na włókna spoiwo na bazie poliuretanu. Możliwe jest zastosowanie spoiwa jedno-, lub dwuskładnikowego, złożonego z PMDI i poliolu. Nanoszenie spoiwa może odbywać się w mieszalniku za pomocą wirujących elementów mieszających lub w strumieniu powietrza. Następnie opcjonalnie można przeprowadzić czasowe składowanie produktu, przy czym nie wolno przekroczyć czasu wiązania spoiwa. W urządzeniu roztrząsającym następuje wytworzenie włókniny. Wilgotność włókniny nie powinna przekroczyć 7% (w odniesieniu do masy atro). Następnie spryskuje się szersze powierzchnie włókniny cieczą wodną, przy czym ilość cieczy przypadająca na jedną stronę powinna wynosić od 4 do 6% (w odniesieniu do masy włókna atro). Po czym szersze powierzchnie włókniny kalibruje się, tj. wygładza pomiędzy dwoma powierzchniami grzejnymi do żądanej grubości, a przy tym poddaje się je krótkotrwałemu działaniu temperatury ponad 100°C. Zaleca się stosowanie temperatur w zakresie od 180 do 220°C. Doprowadzenie ciepła i kalibrowanie może odbywać się w sposób ciągły lub też w prasie krótkotaktowej, przy czym profil gęstości objętościowej w płycie można regulować poprzez odpowiednią regulację prasy. Czas prasowania powinien być tak dobrany, aby płyta była wyjmowana z prasy już po osiągnięciu temperatury między 40 a 45°C w środku płyty. Czas prasowania nie powinien przekroczyć współczynnika czasu prasowania wynoszącego 1 sekundę na 1 mm grubości płyty. Przy wyjmowaniu z prasy na gorąco - płyty cechują się już stabilnością kształtu i dokładnością wymiarów, która umożliwia ich dalszą obróbkę lub dystrybucję w zwykłym obrocie handlowym. Po około 10-minutowym procesie klimatyzacji materiały te można obciążać aż do 6-krotnej wartości ich ciężaru własnego bez ryzyka wystąpienia utraty grubości. Po procesie klimatyzacji trwającym około 60 minut - płyty można profilować, pakować lub dalej obrabiać.

P r z y k ł a d 1

Włókna drzewne poddaje się wstępnej obróbce, procesowi rozwłóknienia i dodaje się do nich spoiwo 1 K PU w ilości 6% (w odniesieniu do masy drzewnej atro), a następnie przetwarza je na płyty ₃ izolacyjne o grubości 100 mm i gęstości 100 kg/m³. Powierzchnia posypanej maty zostaje spryskana wodą i następnie wprowadza się ją do prasy na gorąco, gdzie poddaje się ją krótkotrwałemu działaniu temperatury (temperatura płyty 180°C). Czas przebywania płyty w prasie na gorąco wynosi 50 sekund (0,5 s/mm grubości płyty). Płyta po wyjęciu z prasy ma tak stabilny kształt, że nie występuje żadne jej

PL 212 677 B1 sprężynowanie. Po czasie klimatyzacji wynoszącym 10 minut w normalnym klimacie płytę można obciążać w pakiecie płyt 6-krotną wartością ciężaru własnego. Wytrzymałość na ściskanie płyty przy 10% odkształcenia wynosi 33 kPa.

P r z y k ł a d 2

Wstępną obróbkę włókien poddaje się procesowi jak w przykładzie 1. Do włókien drzewnych dodaje się spoiwo 1 K PU w ilości 6% (w odniesieniu do masy drzewnej atro) i przetwarza się je na ₃ płyty izolacyjne o grubości 100 mm i gęstości 80 kg/m³. Płytę pilśniową sporządza się jak w przykładzie 1, jednakże czas jej prasowania wynosi 40 sekund. Także tutaj po czasie klimatyzacji wynoszącym 10 min w normalnym klimacie płytę można obciążyć 6-krotną wartością ciężaru własnego. Wytrzymałość na ściskanie wynosi 15 kPa.

P r z y k ł a d 3

W procesie opisanym wyżej, otrzymuje się produkt w postaci płyty izolacyjnej, w szczególności płyty pilśniowej, która przy nadaniu jej odpowiedniego kształtu wykazuje następujące właściwości:

grubość:

wymiary:

wilgotność:

gęstość:

spęcznienie na grubości po 2h (%) ₂ wytrzymałość na zginanie (N/mm²):

emisja formaldehydu klasa d przepuszczalność; pary wodnej:

przewodniość cieplna (W/mK) odporność biologiczna:

4-500 mm

2500x600/800 mm

1-30%

60-200 kg/m³ < 3% > 1,0 dla malej wilgotności powietrza μ=5, dla dużej μ=2 <0,04 klasa I.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania płyt izolacyjnych, w szczególności płyt pilśniowych wytwarzanych z włó₃ kien lignocelulozowych, o średniej gęstości objętościowej wynoszącej mniej niż 200 kg/m³, produkowanych przy zastosowaniu spoiwa na bazie poliuretanu, przy czym spoiwo to nanosi się na włókna, następnie suche włókna formuje się na kształt maty włókiennej, a następnie matę włókienną wstępnie prasuje się i obustronnie zasila cieczą wodną, po czym kalibruje się ją pomiędzy dwoma powierzchniami grzejnymi do żądanej grubości, znamienny tym, że proces kalibracji zostaje zakończony bezpośrednio przed osiągnięciem temperatury 49°C w środku płyty, przy czym czas przebywania maty włókiennej pomiędzy powierzchniami grzejnymi wynosi mniej niż 1 s/mm grubości płyty.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbka cieplna prowadzona jest aż do osiągnięcia temperatury w przedziale od 35 do 50°C w środku płyty.

   ₃
3. 3. Płyta izolacyjna, w szczególności pilśniowa o gęstości w zakresie od 60 do 200 kg/m³ wytwarzana według zastrz. 1 i/lub 2, znamienna tym, że gęstość objętościowa na górnej i dolnej stronie płyty pilśniowej jest wyższa w stosunku do jej średniej gęstości objętościowej.