PL238744B1 - Sposób wytwarzania wielkowymiarowych drewnianych elementów konstrukcyjnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wielkowymiarowych drewnianych elementów konstrukcyjnych, zawierających struktury lignolitowe w postaci kompozytów drzewnych i polimerowo-drzewnych.

Cenionym i poszukiwanym surowcem drzewnym jest lite drewno pozbawione naturalnych wad strukturalnych takich jak zażywiczenia, sęki, zaburzenia strukturalne, zmienne własności zależne od miejsca lokalizacji w drewnie wyjściowym (rdzeń pnia, obszary powierzchniowe, obszary sęków itp.). Ograniczona dostępność zasobów surowca drzewnego z minimalną ilością naturalnych wad morfologicznych staje się barierą rozwoju budownictwa opartego na drewnie („Domy z bali”) wymagającego stosowania dużych elementów konstrukcyjnych z litego drewna. Zapotrzebowanie na surowiec drzewny o idealnej strukturze, dużej średnicy i wielometrowej długość rośnie, a jego zasoby maleją. Pożądane drewno wymaga ścinki drzew stuletnich i starszych o idealnych wymiarach i niezaburzonej strukturze na całej długości i przekroju. Konieczność pozyskiwania coraz dłuższych bali drzewnych o idealnej strukturze i wysokiej wytrzymałości w całych elementach konstrukcyjnych jest sprzeczna z ich naturalną budową. Powszechną wadą wielkowymiarowych drewnianych elementów konstrukcyjnych jest to, że im dłuższy element (belka), tym mniejsza wytrzymałość mechaniczna spowodowana naturalnym zróżnicowaniem jakości i struktury drewna uzależniona od części, z której została wycięta (dół, środkowe obszary czy korony), oraz miejsca w pniu, z którego pochodzi.

Badania wytrzymałościowe dużych elementów konstrukcyjnych z drewna wskazują, iż w miarę wzrostu długości wyciętego elementu następuje nieproporcjonalnie wysoki spadek jego parametrów wytrzymałościowych.

Popularne w przemyśle drzewnym rozwiązania polegające na wycinaniu fragmentów drzewnych o najwyższej jakości, a następnie łączenie ich metodą szczepów klejonych prowadzi do olbrzymiego marnotrawstwa surowca oraz uniemożliwia wytwarzanie belek i desek o jednolitej morfologii oraz parametrach wytrzymałościowych na całej długości i średnicy.

Popularnym rozwiązaniem są kompozyty drzewne tworzone z wcześniej pociętych lub rozszczepionych wzdłużnie włókien drzewnych zwłaszcza z drewna o silnie wykształconych strukturach włóknistych takiego jak bambus czy eukaliptus (produkty typu SCRIMBER) czy odpowiednio przygotowanych materiałów włóknistych. Pojawiają się na rynku liczne maszyny i urządzenia do kontrolowanego wzdłużnego cięcia lub rozszczepiania surowców drzewnych i włóknistych w celu wytwarzania z utworzonych drewienek lub igiełek mat przetwarzanych następnie na wyroby kompozytowe drzewno-polimerowe zwiększając zainteresowanie technologiami wytwarzania zamienników drewna litego kompozytami drzewno-polimerowymi wytwarzanymi z pociętych wzdłużnie drewienek lub igiełek z których uprzednio usunięto elementy składowe (drewienka, igiełki) o niepożądanej strukturze (zażywiczone, sękate), pochodzące z obszarów rdzenia pnia drzewnego często niskiej jakości układanych w sposób uporządkowany wzdłużnych wiązek lub mat nasycanych klejami i utwardzonych. Umożliwia to wytwarzanie bazujących na drewnie strukturalnych elementów konstrukcyjnych (deski, płyty, bale, belki) o uporządkowanej strukturze, podwyższonej wytrzymałości wzdłużnej i praktycznie nieograniczonych długościach. Wytwarzaniu wspomnianych wyrobów o podwyższonych parametrach jakościowych zwłaszcza wytrzymałościowych w jednym kierunku towarzyszy często pogorszenie innych cech użytkowych (wytrzymałość poprzeczna, na rozdzieranie, cięcie wzdłużne, skręcanie czy zginanie).

Większość dotychczasowych sposobów suszenia np. przedstawionych w opisach patentowych PL 218640, US 7,481,385 lub w PL 211808 z 29.06.2012 łączy suszenie z rozdrabnianiem przy dostępie do suszonych wilgotnych surowców włóknistych tlenu z powietrza suszącego grożącego zapłonem oraz wymaga dostarczania olbrzymich ilości energii cieplnej.

Sposoby suszenia znane np. z opisów patentowych P.410970 i P.410771 ukierunkowane są na suszenie materiałów mineralnych lub biomasy o postaci wilgotnych pulp skłonnych do tworzenia wilgotnych granulek, mogą być stosowane po włączeniu do procesu operacji suszenia mikrofalowego. Większość wytwarzanych kompozytów polimerowo-drzewnych zawiera wypełniacze pochodzenia roślinnego i/lub mineralnego.

Z polskiego opisu patentowego PL 181739 znany jest sposób wytwarzania klejonych płyt drewnianych, w którym skleja się ze sobą deski z tarcicy tworząc klejony drewniany element, z którego następnie odcina się płyty drewniane w kierunku długości klejonego drewnianego elementu i prostopadle do sklejonych powierzchni desek z tarcicy, gdzie za pomocą liniowego brzeszczotu drewniany element przecina się w środku wzdłuż pierwszej linii na dwie połowy, po czym otrzymane dwie połówki elementu

PL 238 744 B1 ponownie przecina się w środku wzdłuż drugiej linii na cztery kawałki i ponownie te czwarte części elementu przecina się w środku wzdłuż trzeciej linii na ósme części i kontynuuje to postępowanie do chwili uzyskania płyt drewnianych o pożądanej grubości.

Z polskiego opisu patentowego PL 212320 znany jest sposób wytwarzania klejonych drewnianych części lub drewnianych elementów konstrukcyjnych z użyciem układów klejących, przy czym klejenie ogrzanych drewnianych części lub drewnianych elementów konstrukcyjnych prowadzi się przez oddzielne naniesienie żywicy klejącej i utwardzacza lub wymieszanego układu klejącego z żywicy klejącej i utwardzacza, gdzie przed klejeniem drewnianych części lub drewnianych elementów konstrukcyjnych prowadzi się równomierne ogrzewanie na wskroś całego przekroju poprzecznego drewnianych części lub drewnianych elementów konstrukcyjnych za pomocą promieniowania mikrofalowego.

Barierami technicznymi w technologiach wytwarzania klejonych elementów konstrukcyjnych zawierających rozdrobniony materiał z drewna lub materiałów drewnopochodnych, a także biomasy są:

• Konieczność uzyskania optymalnego i jednocześnie zmiennego na poszczególnych etapach procesu wytwarzania poziomu wysuszenia surowców drzewnych poddawanych rozcinaniu, miażdżeniu lub rozwłóknianiu wzdłużnemu.

• Wiążące się z tym koszty suszenia drewna przed operacjami ciecia lub rozwłókniania (czas suszenia, energia, skłonność do pękania itp.).

• Zmienność optymalnego poziomu suchości drewna na poszczególnych etapach wytwarzania mat drzewnych podczas formowania, nasycania klejami oraz utwardzenia.

• Konieczność modyfikowania powierzchni wzdłużnych drewienek (zwłaszcza wytwarzanych metodą cięcia) w celu nadania ich powierzchniom właściwości ułatwiających wiązanie się z klejami.

• Konieczność podwyższania odporności na palenia (powstające struktury kompozytowe zawierają łatwopalne substancje chemiczne pochodzące ze stosowanych klejów, co powoduje konieczność wprowadzania do ich struktur retardantów palenia).

• Zabezpieczenie wytwarzanych produktów przed atakami pleśni, grzybów i rozkładem mikrobiologicznym.

• Wynikające z dążeń do obniżenia kosztów materiałowych uzupełnianie wytwarzanych mat poddawanych utwardzaniu i klejeniu tanimi wypełniaczami mineralnymi (kreda, gipsy itp.).

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania wielkowymiarowych drewnianych elementów konstrukcyjnych, zawierających struktury lignolitowe w postaci kompozytów drzewnych i polimerowo-drzewnych.

Istota sposobu wytwarzania wielkowymiarowych drewnianych elementów konstrukcyjnych, zawierających struktury lignolitowe w postaci kompozytów drzewnych i polimerowo-drzewnych, według wynalazku, polega na tym, że po wzdłużnym rozdrobnieniu drewna, materiałów drewnopochodnych lub zdrewniałej włóknistej biomasy do postaci wydłużonych drewienek, patyczków, wiązek włóknistych, igiełek lub ścinków o długościach 0,5 do 50 cm i grubości od 0,2 do 5,0 mm suszy się je do poziomu wilgotności poniżej <10%, po czym rozdrobnione i wysuszone drewienka, patyczki, wiązki włókniste, igiełki lub ścinki nasyca się roztworem związków alkalicznych na głębokość od 10 do 30% przez okres od 10 min do 24 h. Następnie nadmiar roztworu alkalicznego odsącza się i poddaje się ich powierzchnie dwustopniowemu suszeniu, w pierwszym etapie suszy się w temperaturze od 40° do 50°C gorącym powietrzem, a następnie w drugim etapie kontynuuje się proces suszenia wirującym cyklicznie strumieniem promieniowania mikrofalowego w czasie od 10 sek. do 2 min w temperaturze od 140°do 160°C do osiągnięcia wilgotności na poziomie od 10 do 13%.

Po czym wysuszone pojedyncze drewienka, patyczki, wiązki włókniste, igiełki lub ścinki, o zmienionych strukturach i właściwościach powierzchniowych i podpowierzchniowych układa się w maty lub wiązki tak, aby zachodziły na siebie jedne na drugie na około 30 do 45% długości, a uformowane maty lub wiązki poddaje się nasycaniu związkami sieciującymi lub klejącymi, po czym odsącza się nadmiar kleju lub związków sieciujących i formuje się docelowe drewniane elementy konstrukcyjne w postaci mat, drągów, wiązek lub belek o określonych wymiarach, które poddawane są procesowi utwardzania promieniowaniem mikrofalowym, podczerwienią lub klasycznym ogrzewaniem przeponowym, korzystnie pod ciśnieniem od 2-8 atmosfer i temperaturze od 140 do 200°C w czasie od 20 min do 2 h.

Wydłużonym drewienkom, patyczkom, wiązkom włóknistym, igiełkom lub ścinkom nadaje się kształt zbliżony do komórki elementarnej plastra miodu.

PL 238 744 B1

W procesie sieciowania i utwardzania - stosuje się nasycone roztwory wodne kwasu cytrynowego lub mieszaniny kwasu cytrynowego i melasy o stężeniu od 10 do 30% wagowych, korzystnie 20%, uzupełnione od 2 do 7% wagowych kwasu fosforowego, korzystnie 3% wagowych.

Rozdrobnione drewienka, patyczki, wiązki włókniste, igiełki lub ścinki o uprzednio osuszonych powierzchniach nasącza się roztworem wodnym wodorowęglanu sodowego NaHCOs, lub wodorotlenku wapnia Ca(OH)2, lub wodorowęglanu amonowego NH4HCO3, lub mieszaniną tych substancji.

Po pierwszym etapie procesu suszenia, a przed operacjami sieciowania i utwardzania powierzchnie wydłużonych drewienek, patyczków, wiązek włóknistych, igiełek lub ścinków pokrywa się ciekłymi dodatkami zawierającymi cukry lub wielocukry, korzystnie melasę cukrową.

Po pierwszym etapie procesu suszenia, a przed operacjami sieciowania i utwardzania pokrywa się powierzchnie wydłużonych drewienek, patyczków, wiązek włóknistych, igiełek lub ścinków ciekłymi produktami zawierającymi produkty uboczne z procesów produkcji celulozy i papieru.

W trakcie formowania docelowych elementów konstrukcyjnych wprowadza się do nich zbrojenia w postaci nici, taśm litych lub tkanych, taśm lub linek z włókien bazaltowych.

W trakcie nasycania i/lub formowania docelowych elementów konstrukcyjnych wprowadza się dodatki grzybobójcze i/lub pigmenty, i/lub retardanty palenia, i/lub wypełniacze.

Wytwarzane drzewne elementy konstrukcyjne bazujące na naturalnych surowcach drzewnych po uformowaniu w uporządkowane struktury składające się z naturalnych ciętych wzdłużnie elementów (drewienek, igiełek) poddawane są następnie wiązaniu i utwardzeniu do postaci elementów konstrukcyjnych będących zamiennikami wyrobów z drewna litego, które przyjęto nazywać LIGNOLITEM.

Proponowany zgodnie z wynalazkiem sposób modyfikacji procesu wytwarzania elementarnych drewienek z powszechnie dostępnych surowców drzewnych, zwłaszcza sosnowych i świerkowych, korzystnie będących produktami ubocznymi z przeróbki tartacznej lub trzebieży upraw leśnych stanowi rozwiązanie większości wymienionych wcześniej problemów. Rozwiązanie to staje się szczególnie wartościowe ze względu na obserwowany wzrost częstotliwości zjawisk meteorologicznych powodujących wiatrołomy i w konsekwencji dostępność olbrzymich ilości drewna nie nadającego się do bezpośredniego przetwarzania na elementy konstrukcyjne, ale odpowiedniego do wytwarzania wyrobów drzewnych typu LIGNOLITU.

Rozwiązania według wynalazku mogą być modyfikowane w zależności od lokalnej dostępności surowców i nie ograniczają się tylko do surowca drzewnego, ale obejmują także inne materiały włókniste pochodzenia naturalnego takie jak sizal, konopie, len, włókno kokosowe i wiele innych.

W opcjach sposobu zgodnie z wynalazkiem przewiduje się także wykorzystanie w procesie wytwarzania produktów typu LIGNOLIT innych naturalnych surowców włóknistych i/lub włókien i tkanin z surowców mineralnych takich jak włókna i tkaniny bazaltowe.

Sposób według wynalazku umożliwia:

• Nadanie elementarnym drewienkom i igiełkom wykorzystywanym do wytwarzania mat i wiązek optymalnego wydłużonego kształtu i wymiarów (długości 10 do 50 cm korzystnie 15 do 50 cm, średnic korzystnie od 0,3 do 3,0 mm i przekrojów poprzecznych o kształtach zbliżonych do komórek plastra miodu).

• Modyfikacja powierzchni i stref podpowierzchniowych w kierunkach wzdłużnych ułatwiających klejenie, sieciowanie i utwardzanie.

• Uzupełnianie składu mat i wiązek wytwarzanych z drewienek i igiełek elementarnych dodatkami uszlachetniającymi i wypełniaczami.

• Wykorzystanie innowacyjnej technologii suszenia drewienek do poziomów optymalnych dla kolejnych operacji technologicznych (w tym suszenie i zmiana struktur powierzchniowych i podpowierzchniowych) impulsowym promieniowaniem mikrofalowym i innym o wysokich energiach i zdolnościach wnikania do wnętrza drewienek. Niezależnie od rodzaju i pochodzenia surowego drewna wyjściowego (rozdrobnione drewno iglaste, drewno liściaste lub alternatywnie włókna roślin włóknistych takich jak sizal, len, konopie, łupiny kokosa, bagassa z trzciny cukrowej czy frakcje włókniste z upraw paulowni i innych) podstawową wadą uzyskiwanych drewienek, igiełek i/lub struktur włóknistych z rozdrobnionego surowca jest wysoka i zmienna wilgotność na poziomie 30 do 70% wagowych wymagająca przed przystąpieniem do każdego kolejnego etapu wytwarzania suszenia utrudnianego przez zmienne wymiary i kształty. W sposobie według wynalazku zakłada się początkowe cięcie wzdłużne i suszenie do wilgotności poniżej 20% korzystnie poniżej 12-15%. Większość znanych dotychczaso

PL 238 744 B1 wych sposobów suszenia łączy suszenie z rozdrabnianiem przy dostępie do suszonych wilgotnych surowców włóknistych tlenu z powietrza suszącego grożącego zapłonem oraz wymaga dostarczania olbrzymich ilości energii cieplnej.

Przykład 1

Z drewna sosnowego pozyskanego z wiatrołomów wycina się najmniej uszkodzone odcinki korzystnie o uporządkowanej strukturze morfologicznej z minimalną ilością zaburzeń morfologicznych i wycina się z nich kloce o długości do 50 cm, koruje, usuwa zewnętrzne uszkodzenia i sęki, tnie wzdłużnie na deszczułki o grubości 3 mm, a uzyskane deszczułki tnie się lub miażdży wzdłużnie prostopadle do poprzedniego cięcia celem uzyskania wydłużonych drewienek lub patyczków o długościach do 50 cm i przekrojach poprzecznych 3 x 3 mm. Opcjonalnie kloce miażdży się lub tnie znanymi metodami piłami tarczowymi tak, aby uzyskać drewienka o przekroju poprzecznym w kształcie komórki elementarnej plastra miodu. Tak przygotowane drewienka podaje się taśmociągami na taśmach siatkowych nie będących absorberami promieniowania mikrofalowego do wielostopniowej suszarni tunelowej korzystnie wspomaganej mikrofalami, w której na I stopniu obróbki termicznej ogrzewanej znanymi metodami suszy się powierzchnię drewienek do wilgotności <10% w celu zwiększenia chłonności stosowanych na dalszych etapach roztworów nasycających.

Drewienka z wysuszonymi obszarami powierzchniowymi i podpowierzchniowymi przenosi się transporterami taśmowymi z taśm siatkowych do pierwszej wanny wypełnionej nasyconym roztworem wodorowęglanu sodowego o temperaturze nie przekraczającej 40°C. W trakcie wędrówki drewienek trwającej co najmniej 10 minut następuje nasączenie powierzchni i warstw podpowierzchni owych drewienek zastosowanym roztworem na głębokość od 10 do 30% grubości. Drewienka opuszczające wannę nasączającą odsącza się znanymi metodami z nadmiaru roztworu nasączającego, a następnie wprowadza do wielostopniowej suszarni tunelowej mikrofalowej wyposażonej w co najmniej trzy zespoły głowic mikrofalowych wytwarzających wirowe pole mikrofalowe o kontrolowanej intensywności. Zespoły głowic mikrofalowych generujące pole wirowe posiadają układy czujników temperaturowych pozwalając na sterowanie intensywnością promieniowania, a suszarnie tunelowe układy regulacji szybkości wędrówki drewienek przez strefy promieniowania tak, aby doprowadzać strefy powierzchniowe i podpowierzchniowe drewienek do gwałtownego ogrzania do temperatur co najmniej 150°C w ciągu 20 sekund i utrzymywać je w tych strefach przez okres co najmniej 2 minut. Układy kontroli mają także za zadanie zapobieganie ogrzaniu drewienek do temperatur przekraczających 180°C, aby nie dopuścić do procesów pirolizy autogenicznej tlenem zawartych w substancjach chemicznych tworzących struktury drewienek (celuloza, hemiceluloza, lignina). Pierwszy stopień suszenia suszarni tunelowej wykorzystuje przedmuch ciepłego powietrza korzystnie spalin o niskiej zawartości tlenu, bogatych w dwutlenek węgla ma za zadanie wysuszyć powierzchnie drewienek w temperaturach <60°C, tak aby nie spowodować przedwczesnego rozkładu termicznego substancji, którymi nasączone zostały powierzchnie i strefy podpowierzchniowe drewienek.

Drugi etap obróbki termicznej realizowany jest z wykorzystaniem co najmniej dwóch zespołów mikrofalowych głowic suszących. Zadaniem pierwszego zespołu jest gwałtowne podgrzanie w ciągu 20 sekund nasączonych i osuszonych powierzchni i stref podpowierzchniowych drewienek do temperatury przekraczających o co najmniej 50°C temperaturę rozkładu substancji zawartej w zastosowanym roztworze nasączającym. W przypadku wodorowęglanu sodowego jest to 120°C, wodorowęglanu amonowego 130°C, a hydratu wapnia 150°C. W wyniku tej operacji gazowe produkty rozkładu termicznego uwalniając się w strefach podpowierzchniowych rozrywają włókienka i struktury powierzchniowe drewienek tworząc na powierzchni drewienek i warstwach podpowierzchniowych do niej przylegających luźne rozwinięte i zdeformowane struktury ułatwiające nasycanie ich klejami i sklejanie i utwardzanie w struktury lignolitowe. W przypadku stosowania do nasączania nasyconego roztworu wodnego wodorowęglanu sodowego NaHCO3 na etapie jego rozkładu termicznego uwalniany jest dwutlenek węgla i para wodna. W przypadku nasączania nasyconymi roztworami węglanów amonu NH4HCO3 lub (NH4)2CO3 uwalniana jest para wodna, dwutlenek węgla i amoniak. W przypadku nasączania wodorotlenkiem wapnia Ca(OH)2 produktem gazowym rozkładu termicznego jest para wodna. Po utworzeniu na drewienkach elementarnych rozwiniętych struktur powierzchniowych proces suszenia kontynuuje się korzystnie z wykorzystaniem omiatających drewienka wirujących cyklicznie strumieni promieniowania mikrofalowego w czasie od 10 sek. do 2 min w temperaturze od 140°C do 160°C do osiągnięcia maksymalnego poziomu rozwinięcia powierzchni oraz obniżenia wilgotności drewienek do 10 do 13% korzystnie uwzględniając na tym etapie także wysuszenie rdzeni drewienek. Wysuszenie porowatych

PL 238 744 B1 i zdeformowanych powierzchni drewienek ma za zadanie ułatwienie ich późniejszego nasycania substancjami sieciującymi i utwardzania żywicami. Wysuszone pojedyncze drewienka i/lub ich wiązki o zmienionych strukturach i właściwościach powierzchniowych układa się w maty lub wiązki tak, aby drewienka zachodziły wzdłużnie na siebie korzystnie na długości 40%. Uformowane maty lub wiązki poddaje się znanymi sposobami kolejnemu nasycaniu substancjami sieciującymi lub klejącymi, korzystnie nasyconym roztworem wodnym kwasu cytrynowego, po czym nadmiar substancji sieciujących lub klejów odsącza się, a z mat i wiązek nasyconych substancjami sieciującymi lub klejami formuje się docelowe elementy w postaci mat, płyt, drągów, wiązek lub belek o określonych wymiarach, kształtach i profilach. Uformowane elementy lignolitowe poddaje się procesom sieciowania i utwardzania przez ogrzewanie promieniowaniem mikrofalowym, podczerwienią lub klasycznym ogrzewaniem przeponowym, korzystnie pod ciśnieniem od 2-8 atmosfer i w temperaturach od 140° do 200°C w czasie od 20 min do 2 h.

Przykład 2

Proces prowadzi się zgodnie z przykładem 1 z tą różnicą, że operację nasączania powierzchni i warstw podpowierzchniowych drewienek prowadzi się opisanymi wcześniej sposobami dwukrotnie najpierw zawiesiną mleka wapiennego, a następnie po wysuszeniu nasyconym roztworem wodorowęglanu sodowego wywołując w ten sposób w warstwach powierzchniowych i podpowierzchniowych drewienek proces hydrolizy alkalicznej doprowadzający do wytworzenia w rozwiniętych strukturach podpowierzchniowych i powierzchniowych drewienek aktywnych grup hydroksylowych. Uaktywnione powierzchnie wewnętrzne z obecnymi grupami hydroksylowymi -OH (pochodzącymi z procesów hydrolizy alkalicznej występujących w strukturach drewna spolimeryzowanych cukrów i wielocukrów tworzących hemicelulozę, celulozę i ligninę) w kontakcie z występującymi w substancjach sieciujących grupami karboksylowymi ze stosowanych w procesie sieciowania kwasów wielokarboksylowych korzystnie kwasu cytrynowego ulegają w etapach sieciowania estryfikacji tworząc między powierzchniami wzdłużnymi drewienek struktury wiążące o charakterze poliestrów.

Przykład 3

Z drewna potrzebieżowego, prostych gałęzi świerkowych lub sosnowych o minimalnej ilości sęków korzystnie o średnicach powyżej 5 cm wycina się elementy o długości co najmniej 30 cm, a następnie koruje i poddaje cięciu na podłużne drewienka i wykorzystuje w dalszym procesie wytwarzania tworzyw lignolitowych zgodnie z przykładem 1.

Przykład 4

Pocięte zgodnie z przykładem 1 drewienka suszy się znanymi metodami do wilgotności <13%, aby ułatwić proces nasączania ich powierzchni i warstw podpowierzchniowych nasyconym w temperaturze poniżej 60°C roztworem wodorowęglanu sodowego NaHCOs lub wodorotlenku wapnia Ca(OH)2 o temperaturze <50°C lub wodorowęglanu amonowego NH4HCO3 o temperaturze <40°C osobno lub w postaci mieszanin tych substancji.

Nasycone roztwory wymienionych substancji przed wykorzystaniem ich w procesach nasączania odfiltrowuje się znanymi metodami w celu usunięcia zanieczyszczeń. Proces nasącza nia realizuje się poprzez przemieszczanie w sposób ciągły pociętych drewienek umieszczonych na taśmociągach przez wannę z roztworem nasączającym o odpowiedniej dla zastosowanego rodzaju substancji temperaturze maksymalnej z szybkością zapewniającą przebywanie drewienek w roztworze przez okres 20 minut. Nasączone drewienka opuszczające wannę nasączającą odsącza się z nadmiaru roztworów nasycających na przenośnikach taśmowych sitowych i suszy powierzchniowo znanymi metodami korzystnie w suszarni tunelowej i po uzyskaniu wilgotności <15% w trakcie dalszej wędrówki przez suszarnię tunelową poddaje napromieniowaniu promieniowaniem mikrofalowym generowanym przez trzy lub więcej zestawy głowic mikrofalowych składających się z umieszczonych obwodowo generatorów promieniowania włączanych sekwencyjnie w celu nadania promieniowaniu charakteru wirowego. Zadaniem pierwszego zestawu głowic jest wysuszenie warstw powierzchniowych i podpowierzchniowych drewienek tak, aby po przemieszczeniu drewienek w obszar promieniowania drugiego zestawu wywołać gwałtowny wzrost temperatury w nasączonych strefach drewienek do temperatur większych o co najmniej 30°C od temperatur termicznego rozkładu substancji zawartych w roztworach nasączających. W wyniku gwałtownego wzrostu temperatury następuje rozkład termiczny wspomnianych substancji z uwolnieniem gazowych produktów rozkładu, które uchodząc na zewnątrz drewienek powodują rozerwanie powierzchniowych włókien drzewnych, wzrost porowatości stref powierzchniowych i podpowierzchniowych, a dodatkowo w wyniku procesów hydrolizy alkalicznej uaktywnione zostają grupy hydroksylowe ułatwiające w następnych etapach procesy sieciowania korzystnie estryfikacji z użyciem

PL 238 744 B1 nasyconych roztworów kwasu cytrynowego. Temperatury, w których następuje rozkład termiczny dodatków, kontroluje się mocą promieniowania emitowanego przez drugi zestaw głowic oraz czasem przebywania w strefach ich oddziaływania. Zadaniem trzeciego zestawu głowic o niższej mocy i korzystnie niższej częstotliwości promieniowania mikrofalowego jest końcowe wysuszenie powierzchni oraz nie nasączanych wcześniej rdzeni drewienek przed poddaniem ich traktowaniu substancjami sieciującymi lub klejącymi.

P rzy kła d 5

Wysuszone pojedyncze drewienka i rozdrobnione elementy drzewne poddane obróbce sposobem według wynalazku o zmienionych strukturach i właściwościach powierzchniowych układa się w maty lub wiązki tak, aby zachodziły na siebie na około 30 do 45% długości, a następnie uformowane maty lub wiązki poddaje się nasączaniu substancjami sieciującymi lub klejącymi, korzystnie nasyconym roztworem wodnym kwasu cytrynowego, po czym nadmiar kleju lub substancji sieciujących odsącza się, a z uzyskanych drewienek formuje docelowe elementy w postaci mat, drągów, płyt, wiązek lub belek, a następnie sieciuje i utwardza przez ogrzewanie promieniowaniem mikrofalowym, podczerwienią lub klasycznym ogrzewaniem przeponowym, korzystnie pod ciśnieniem od 2-8 atmosfer i w temperaturach od 140° do 200°C w czasie od 20 min do 2 h.

Przykład 6

Opcjonalnie na etapach formowania z drewienek i struktur elementarnych docelowych elementów wprowadza się znanymi metodami w ich struktury zbrojenie w postaci nici, taśm korzystnie tkanych lub linek z włókien bazaltowych mające za zadanie zwiększenie ich wytrzymałości mechanicznej i odporności ogniowej. Zbrojenie wykonuje się jako element wewnętrznej struktury podwyższającej wytrzymałość mechaniczną lub jako oplot powierzchniowy poprawiający właściwości estetyczne końcowych wyrobów.

Przykład 7

W trakcie nasączania wyjściowych drewienek, a także formowania docelowych elementów przed ich sieciowaniem i utwardzaniem wprowadza do roztworów nasączających lub między drewienka tworzące struktury końcowe przed sieciowaniem i klejeniem dodatki grzybobójcze i/lub pigmenty, i/lub retardanty palenia, i/lub wypełniacze. Proces kontrolowanego uzupełniania składu łatwi fakt, iż elementy składowe, z których wytwarza się wyroby końcowe, mają postać rozdrobnioną, a wspomniane dodatki mogą być wprowadzane do struktur wyrobów na poszczególnych etapach procesu na drodze nasycania elementów zawiesinami lub roztworami takich dodatków.

Przykład 8

Proces prowadzi się zgodnie z podanymi przykładami z tą różnicą, iż po pierwszym etapie procesu dwustopniowego suszenia nasączonych elementów drzewnych, a przed operacjami ich sieciowania i utwardzania ich powierzchnie pokrywa się znanymi metodami substancjami ciekłymi bogatymi w cukry lub wielocukry korzystnie melasą cukrową lub ciekłymi produktami ubocznymi z procesów produkcji celulozy i papieru. Substancje takie mające formę syropów wodnych, bogatych w cukry, wielocukry lub produkty częściowej hydrolizy alkalicznej składników strukturalnych drewna (węglowodanów, skrobi, hemicelulozy, celulozy i ligniny) wnikają w utworzone wcześniej porowate struktury powierzchniowe i podpowierzchniowe drewienek elementarnych ułatwiając procesy ich późniejszego sieciowania lub utwardzania.

Przykład 9

Drewienka o zmodyfikowanej sposobami opisanymi w poprzednich przykładach strukturze powierzchniowej i podpowierzchniowej po nadaniu im form docelowych nasącza się środkami sieciującymi korzystnie nasyconym roztworem wodnym kwasu cytrynowego lub mieszaniną kwasu cytrynowego z melasą będącą roztworem cukrów i wielocukrów w wodzie zawierającą kwas cytrynowy w ilości 10 do 30% wagowych korzystnie 20% wagowych i kwas fosforowy jako aktywator sieciowania w ilości 2 do 7% korzystnie 3% wagowymi kwasu fosforowego w roli aktywatora procesu sieciowania.

Claims (8)

1. Sposób wytwarzania drzewnych elementów konstrukcyjnych, zawierających struktury lignolitowe w postaci kompozytów drewnianych i polimerowo-drzewnych, polegający na rozdrabnianiu, nasycaniu klejami i ich formowaniu, znamienny tym, że po wzdłużnym rozdrobnieniu drewna, materiałów drewnopochodnych lub zdrewniałej włóknistej biomasy do postaci wydłużonych drewienek, patyczków, wiązek włóknistych, igiełek lub ścinków o długościach 0,5 do

PL 238 744 B1

50 cm i grubości od 0,2 do 5,0 mm suszy się je do poziomu wilgotności poniżej <10%, po czym rozdrobnione i wysuszone drewienka, patyczki, wiązki włókniste, igiełki lub ścinki nasyca się roztworem związków alkalicznych na głębokość od 10 do 30% przez okres od 10 min do 24 h, a następnie nadmiar roztworu alkalicznego odsącza się i poddaje się ich powierzchnie dwustopniowemu suszeniu, w pierwszym etapie suszy się w temperaturze od 40° do 50°C gorącym powietrzem, a następnie w drugim etapie kontynuuje się proces suszenia wirującym cyklicznie strumieniem promieniowania mikrofalowego w czasie od 10 sek. do 2 min w temperaturze od 140° do 160°C do osiągnięcia wilgotności na poziomie od 10 do 13%, po czym wysuszone pojedyncze drewienka, patyczki, wiązki włókniste, igiełki lub ścinki, o zmienionych strukturach i właściwościach powierzchniowych i podpowierzchniowych układa się w maty lub wiązki tak, aby zachodziły na siebie jedne na drugie na około 30 do 45% długości, a uformowane maty lub wiązki poddaje się nasycaniu związkami sieciującymi lub klejącymi, po czym odsącza się nadmiar kleju lub związków sieciujących i formuje się docelowe drewniane elementy konstrukcyjne w postaci mat, drągów, wiązek lub belek o określonych wymiarach, które poddawane są procesowi utwardzania promieniowaniem mikrofalowym, podczerwienią lub klasycznym ogrzewaniem przeponowym, korzystnie pod ciśnieniem od 2-8 atmosfer i temperaturze od 140 do 200°C w czasie od 20 min do 2 h.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wydłużonym drewienkom, patyczkom, wiązkom włóknistym, igiełkom lub ścinkom nadaje się kształt zbliżony do komórki elementarnej plastra miodu.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w procesie sieciowania i utwardzania stosuje się nasycone roztwory wodne kwasu cytrynowego lub mieszaniny kwasu cytrynowego i melasy o stężeniu od 10 do 30% wagowych, korzystnie 20%, uzupełnione od 2 do 7% wagowych kwasu fosforowego, korzystnie 3% wagowych.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdrobnione drewienka, patyczki, wiązki włókniste, igiełki lub ścinki o uprzednio osuszonych powierzchniach nasącza się roztworem wodnym wodorowęglanu sodowego NaHCO3 lub wodorotlenku wapnia Ca(OH)2, lub wodorowęglanu amonowego NH4HCO3 lub mieszaniną tych substancji.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po pierwszym etapie procesu suszenia, a przed operacjami sieciowania i utwardzania powierzchnie wydłużonych drewienek, patyczków, wiązek włóknistych, igiełek lub ścinków pokrywa się ciekłymi dodatkami zawierającymi cukry lub wielocukry, korzystnie melasę cukrową.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po pierwszym etapie procesu suszenia, a przed operacjami sieciowania i utwardzania pokrywa się powierzchnie wydłużonych drewienek, patyczków, wiązek włóknistych, igiełek lub ścinków ciekłymi produktami zawierającymi produkty uboczne z procesów produkcji celulozy i papieru.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w trakcie formowania docelowych elementów konstrukcyjnych wprowadza się do nich zbrojenia w postaci nici, taśm litych lub tkanych, taśm lub linek z włókien bazaltowych.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w trakcie nasycania i/lub formowania docelowych elementów konstrukcyjnych wprowadza się dodatki grzybobójcze i/lub pigmenty, i/lub retardanty palenia, i/lub wypełniacze.