PL247306B1

PL247306B1 - Metoda wytwarzania płytowego kompozytu z wykorzystaniem celulozy i cząstek węglowych o zwiększonej ognioodporności

Info

Publication number: PL247306B1
Application number: PL442964A
Authority: PL
Inventors: Bartłomiej Mazela; Wojciech Grześkowiak; Waldemar PERDOCH; Waldemar Perdoch
Original assignee: Univ Przyrodniczy W Poznaniu
Priority date: 2022-11-28
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2025-06-09
Also published as: EP4389969C0; EP4389969A1; EP4389969B1; PL442964A1; EP4389969A8

Abstract

Metoda wytwarzania płytowego kompozytu z wykorzystaniem celulozy i cząstek węglowych o zwiększonej ognioodporności polega na tym, że dysperguje się w wodzie cząstki bogate w węgiel pierwiastkowy, tj. o zawartości węgla >90%, wybrane spośród grafitu ekspandującego (EG) i nanorurek węglowych (CNT), w stosunkach wagowych w zakresie od 0,2:1 do 1:0,2 w układzie wodnym, stosunek wagowy cząstek węglowych do wody wynosi od 1:1 do 100:1; wytwarza się pulpę celulozową o stężeniu 1% - 25% w wodzie; wprowadza się do pulpy celulozowej zdyspergowaną zawiesinę cząstek węglowych; formuje się kompozyt na maszynie papierniczej; suszy i prasuje się kompozyt, przy czym dyspersję EG/CNT utrzymuje się w wodzie przez okres 24 godzin, a następnie uzyskaną dyspersję cząstek homogenizuje się w czasie 30 - 45 s za pomocą homogenizatora o prędkości obrotowej od 400 do 4000 obr/min, aż do uzyskania homogenicznej dyspersji wodnej i homogeniczną dyspersję cząstek dodaje się do wytworzonej równolegle pulpy celulozowej w ilości 1% -75% wagowych w stosunku do całkowitej masy wyrobu i domiela się mieszaninę w czasie 10 s w rafinerze, a pulpę celulozową wytwarza się tak, że celulozę, w postaci arkuszy wstępnie rozdrabnia się na cząstki wielkości 1 - 4 cm<sup>2</sup>, moczy przez 24 godziny w dejonizowanej wodzie, stosunek wagowy celulozy do wody wynosi 1:10, a po 24 godzinach celulozę rozwłóknia się w rozwłókniaczu i dodaje się wodę, aż do uzyskania łącznego stosunku celulozy do wody na poziomie 1:50, po czym jednorodną pulpę przenosi się do aparatu formującego arkusze i rozcieńcza wodą do stężenia masy w zakresie od 2% - 20% i formuje się arkusze celulozowo-węglowe.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest metoda wytwarzania materiału kompozytowego z celulozy i cząstek węglowych, a w efekcie kompozyt płytowy o zwiększonej odporności na ogień.

Wynalazek może mieć zastosowanie w budownictwie (jako materiał okładzinowy), transporcie kołowym, wodnym i lotniczym (np. zabudowa przedziałów kolejowych, wyposażenie pojazdów turystycznych, łodzi, jachtów, statków powietrznych), a także jako specjalistyczny materiał opakowaniowy. Kompozyt może mieć zastosowanie w szczególności jako materiał okładzinowy ze względu na swoje unikatowe właściwości (np. niska gęstość, niewielkie wymiary przekroju poprzecznego, barierowość względem ognia, wody, dźwięku).

Z opisu CN205950916 (U) znane jest rozwiązanie warstwowo układanych elementów, gdzie wytworzono sklejkę ognioodporną w której warstwy zewnętrzne stanowią forniry z drewna impregnowanego ogniochronnie a warstwę wewnętrzną płyta pilśniowa. W rozwiązaniu tym do warstwy wewnętrznej wprowadzano wodorotlenek glinu w formie granulatu. Warstwy między sobą sklejano za pomocą żywicy aminowej ogniochronnej. Według opisu warstwy stanowić mogą również papier uodporniony na działanie ognia za pomocą melaminy.

Wzór użytkowy CN205369573 (U) ujawnia ognioodporną płytę o konstrukcji trój warstwowej, w tym uodpornione poszycie wewnętrzne. Warstwy między sobą są sklejane za pomocą kleju. Zewnętrzne warstwy mogą być okleinowane z obu stron.

Znane jest rozwiązanie US 2019/0016958 A1, dotyczące zastosowania ekspandowanego grafitu do zmniejszania palności, w szczególności jego zastosowania jako środka ogni ochronnego, do materiałów i/lub produktów, składających się z, lub zawierających włókna drzewne, celulozę włókna, proszek drzewny, proszek celulozowy, granulaty drzewne, granulaty celulozy i/lub materiały na bazie poliolefin. Ponadto dotyczy materiałów i/lub produktów, składających się z, lub zawierających włókna drzewne, włókna celulozowe, proszek drzewny, proszek celulozowy, granulaty drzewne, granulaty celulozy i/lub materiały na bazie poliolefin. W celu zmniejszenia palności w materiałach i/lub produktach osadza się grafit ekspandowany. Wynalazek dotyczy również takiego środka, w szczególności środka ogniochronnego, w którym ekspandowany grafit stosuje się sam lub w połączeniu z mieszaniną kwas borowy/boraks/sól alkaliczna. Szczególnie korzystnym obszarem zastosowania są spoiwa, kleje i/lub materiały, produkty i/lub materiały, produkty i/lub półprodukty zawierające w szczególności materiały na bazie poliolefin, najlepiej do tłumienia (ściany, podłogi, sufity) i/lub do mocowania podłóg i ścian.

Metoda wytwarzania płytowego kompozytu z wykorzystaniem celulozy i cząstek węglowych o zwiększonej ognioodporności polega na tym, że

1. Dysperguje się w wodzie cząstki bogate w węgiel pierwiastkowy, tj. o zawartości węgla >90%, wybrane spośród grafitu ekspandującego (EG) i nanorurek węglowych (CNT), w stosunkach wagowych w zakresie od 0,2:1 do 1:0,2 w układzie wodnym. Stosunek wagowy cząstek węglowych do wody wynosi od 1:1 do 100:1.

2. Wytwarza się pulpę celulozową o stężeniu 1-25% w wodzie.

3. Wprowadza się do pulpy celulozowej zdyspergowaną zawiesinę cząstek węglowych.

4. Formuje się kompozyt na maszynie papierniczej.

5. Suszenie i prasowanie kompozytu.

Przy czym w pierwszym kroku wytwarza się dyspersję wodną cząstek bogatych w węgiel pierwiastkowy (>90%), tak, że cząstki grafitu ekspandującego (EG) i nanorurek węglowych (CNT) miesza się, w stosunkach wagowych w zakresie od 0,2:1 do 1:0,2 w układzie wodnym. Stosunek wagowy cząstek węglowych do wody wynosi od 1:1 do 100:1, dyspersję EG/CNT utrzymuje się w wodzie przez okres 24 godzin, a następnie uzyskaną dyspersję cząstek homogenizuje się w czasie 30-45 s za pomocą homogenizatora o prędkości obrotowej od 400 do 4000 obr/min, aż do uzyskania homogenicznej dyspersji wodnej. Otrzymaną homogeniczną dyspersję cząstek dodaje się do wytworzonej równolegle pulpy celulozowej w ilości 1-75% wagowych w stosunku do całkowitej masy wyrobu i domiela się mieszaninę w czasie 10 s w rafinerze.

Wielkość cząstek EG zawarta jest w zakresie 10-1000 mikrometrów, a średnia długość CNT wynosi 1,5 μm, a średnica 9.5 *10-9 m.

Przy czym pulpę celulozową wytwarza się tak, że celulozę, w postaci arkuszy, wstępnie rozdrabnia się na cząstki wielkości 1-4 cm², moczy przez 24 godziny w dejonizowanej wodzie, stosunek wagowy celulozy do wody wynosi 1:10, a po 24 godzinach celulozę rozwłóknia się w rozwłókniaczu i dodaje się wodę aż do uzyskania łącznego stosunku celulozy do wody na poziomie 1:50.

Jednorodną pulpę przenosi się do aparatu formującego arkusze i rozcieńcza wodą do stężenia masy w zakresie od 2-20% a w szczególności 7,5%, i formuje się arkusze celulozowo-węglowe. Formowanie arkuszy poprzedza się korzystnie intensywnym mieszaniem dyspersji metodą barbotażu, tj. przepuszczając przez sito formujące od spodu powietrze pod ciśnieniem 0,2-0,4 bar, a następnie odfiltrowuje się pulpę na sicie o wielkości oczek max. 0,25 mm. Następnie uformowane arkusze przenosi się do suszarki, gdzie jednocześnie odsysa się nadmiar wody i prasuje się arkusz w temperaturze max 97°C w czasie do 600 s przy ciśnieniu max. -97kPa.

Uzyskany w efekcie materiał kompozytowy na bazie włókien celulozowych inkrustowanych cząstkami węgla, pozwala uzyskać niskie wymiary przekroju poprzecznego oraz niską gęstość przy zachowaniu wysokich walorów uniepalniających. Cechy te są wysoce pożądane w przypadku specjalistycznych zastosowań.

Kompozyt może stanowić materiał jednowarstwowy lub wielowarstwowy, składający się co najmniej z dwóch warstw, gdzie co najmniej jedną warstwę stanowi rzeczony materiał kompozytowy, a warstwy łączone są dowolnym znanym spoiwem lub biospoiwem. Materiał kompozytowy może również stanowić warstwy wewnętrzne, zewnętrzne lub obie równocześnie. Materiał kompozytowy może być również łączony z innymi warstwami wykonanymi z innych lub tych samych materiałów, lecz charakteryzujących się innymi proporcjami cząstek węgla do celulozy.

Istotą wynalazku jest zatem kompozyt w postaci warstwy, samej w sobie jako gotowy produkt, lub układ warstw wykonanych z celulozy inkrustowanej grafitem ekspandującym (EG) i nanorurkami węglowymi (CNT), razem stanowiący płytowy materiał kompozytowy, w którym włókna celulozowe zapewniają wytrzymałość mechaniczną produktu, a cząstki węglowe chronią je przed ogniem.

W tabeli 1 przedstawiono przykładowe warianty materiału celulozowego o różnej zawartości cząstek węglowych. Nieoczekiwanie stwierdzono, że nasycenie hydrofobowych cząstek węglowych wodą, zapewniło pełną homogeniczność i równomierną dystrybucję w masie celulozowej, co w kolejnych krokach wytwarzania materiału kompozytowego przekładało się na właściwości ogniochronne finalnego wyrobu.

PL 247306 Β1

Tabela 1

Udział poszczególnych komponentów w próbkach warstw celulozowo-węglowych

wariant	masa	masa	masa	masa	wilgotność	wilgotność	gramatura	Wartość	Ubytek
	celulozy	EG	CNT	EG/CNT	wzgl [%]	bezwzgl	[g/m²]	piku	masy
	[g]	[g]	[g]	[g]		[%]		HRR	(MFT)
								(MLC)	[%]
								[kW/m²]
C :	’ 10	1 0	: 0	0	1 3,81	^; 3,67	i 30,8 :	137,04	^; 98,80 1
							.i.r...............:_____________________1.		___uJ
cc	> 5	1 o	1 0	0	1,16	I 1,15	1 15,6 \|	48,44	1 98,99
—	------------	- - -	—	------------------	4__________________		-Ł----------------S-	—	J------------
A	i 10-	5	' 0	0	i 2,31	: 2,26	1 45,0 I	81,30	i 69,97
			-. - - -			f-----—-----	__1—L
B	1 10	1 3,75	1 0	0	1 2,08	1 2,03	52,5	70,63	55,10
	j 10
D ..	j 10	, 0	0	; ² _?24	2.19	। . 58,6 i	59,48	: 14,48
E	t 10	i ¹⁵	1 0	0	1,64	1,61	1 ^74,1	46.07	7,91
--------------.....	---- —		- - —	-----___----	< - - ---		38,06
F i·::·.··:.·:	} 10	20	. 0	0		1,44	' 87,1 ·	•i 6,36
				—	i.··.···:···:--=: ··.::::'·:··,: >·;·:
G	! 5	1 2,5	1 0	0	4,37	I 4,19	1 22,4 \|	60,39	1 76,76
. - ------		..........	-----	— ---------	-------------		— _ ----	.....- - - -
H	1 5		. 0	siew®	. l,/0	. 1.67	' l ' 29.3 i	44,44	47,25
							— - —
I	i 5	1 10	i 0	0	1 0,71	I 0,70	44,1 1	30,73	1 10,06
—	-i— --------------—	—r- ------	-l—.-------------—			.4-.—-------------------.---------	--------	- - _ -	4 ....^,— --------......
J .	‘ 10	i 0	, 0	2,5/2,5	' 2.48	2,42	48,4 I	98.29	i 50,17
		-λΰ,ΛΛΐ-ΛΛ.							iL-Ui-L™.
K	: 10	: 0	1 0	3,75/3,75	P⁹⁴	1 2,48	1 57,0 i	84,37	46,48
L Ł		i 0	• 0	5,0/5,0 :	. 2,32	2.27	63,3 i	68,93	1 '45,'59
-i. ----------:_u							J_ —-—'.'.11 „iLl-.J—2___J_
LL	T10	1 0	1 0	7,5/7,5	2,05	1 2,01	84,7	36,43	6,84
-..........................	—L—™-----—		- ...
	‘ 10	; 0	0	ώ,ο/ϊό,ό		1,52	i 103,4j	22,82	5,32
					1^7			.... -.....—
N	i ⁵	i 0	1 0	1,25/1,25	i 1,55	I 2271	64,83	53,36
	T? ΤΛ:·	i ⁰	0	2,5/2,5	Li,05:.-. ;.---/	1,04	j : : 30,4 J	58.01	; 53,36
\| P	i 5	i 0	1 0	5,0/5,0	i,97	1,93	44,5 I	34,72	7,15

i r	Γ 5 '-μ	i 0	bś··	,Ό.	3.48	3,36	; ·- ^ 22,7 '	60.25	71,65
	-4---:--	-ii____Ł-			;te?-,łgaT-.:Ł,2.ja;s.		..-¾¾¾^		\|----
s	f 5	1 0	5	0	1,74	I 1,71	1 31,8 1	b3,3B	1 10,06
-------------------------	F . ----- .	,. ----- _	_T. _—---	------ —	_Ł _ __ _ _-----	-L_-----.—	,.,(-.-...3___________________—j~	— _	—π-π--->
T	i 5	0	10	0	[..1,48:.	; 1,46	j 49,5 1	59,38	50,17
				— -----L. ----Lj—		------·:-----i	_Ł--------------
V	1¹⁰	1 0	5	0	2,44	1 2.38	^49,51	126,56	61,78
w	1 10	i. 0 ,	1 3,75	0 ..„	l 1,91 %	1.88	I 57,7 j	: 119,66	: 50,20
		—X*-»—W—	Ib,—-„I- L -mwK—l ., —			ł ·..........
X	10	1 0	1 10	0	\| 1,89	1 1,86	^74,9	113,54	47,99
Y	10	¹ 0	1 15 .· -^!“	-.0..:..:		J^P⁷- 'z;		94,52	. 29,26


z	10	1 0	I 20	0	I 1,64	\| 1.62	111,9	88,05	I 27,44

WŁAŚCIWOŚCI PALNE SKŁADOWEJ KOMPOZYTU ORAZ KOMPOZYTU. JAKO FINALNEGO MATERIAŁU

Właściwości palne kompozytu płytowego wyznaczone metodą mini rury ogniowej (MFT)

Najniższą wartość ubytku masy (ML) i temperatury spalin wykazała warstwa celulozowo-węglowa zbudowana w układzie: celuloza:EG:CNT (M), z zachowaniem proporcji odpowiednio: 1:1:1. Ubytek masy i temperatura spalin u wylotu rury wyniosły odpowiednio: 5,3% i 115°C. W pozostałych wariantach ubytki masy były wyższe (6-70%), podobniejak w przypadku temp, spalin (96-315°C). Próbki kontrolne zawierające 5 i 10 g celulozy wykazały najwyższy ubytek masy (ok. 99%). Temperatura spalin u wylotu rury osiągnęła najwyższą wartość ok. 400°C.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że obecność obydwu rodzajów cząstek węglowych (EG i CNT) w warstwie celulozowej przełożyła się na efekt synergii pod względem zabezpieczenia przed ogniem.

Właściwości palne kompozytu płytowego wyznaczone metodą indeksu tlenowego (Ol)

Próbki warstw wykonane z celulozy inkrustowanej EG i CNT badane metodą indeksu tlenowego (Ol) wykazały wysoką odporność ogniową. Maksymalna wartość indeksu tlenowego dla próbki celulozy inkrustowanej EG (przy proporcji celulozy do EG 1:2) wyniosła 75%. Najniższą wartość (22,5%) wykazała próbka celulozy inkrustowanej EG i EG/CNT w stosunku 2:1. Próbki kontrolne wykazały wartość Ol 20%, przez co te ostatnie kwalifikują się jako palne.

Właściwości palne kompozytu płytowego wyznaczone metodą kalorymetru ubytku masy (MLC)

Próbki celulozy inkrustowanej CNT (w stosunku 2:1) badane metodą MLC uzyskały najwyższą wartość HRR ok. 126 kW/m², natomiast próbka kontrolna wykazała HRR na poziomie ok. 137 kW/m². Próbka celulozy inkrustowana EG lub EG/CNT (o stosunku celulozy do cząstek węgla 1:2) wykazała najniższą wartość wskaźnika HRR, niezależnie od masy celulozy (5 lub 10 g). Wartości były następujące: 35 i 38 lub 23 i 31 kW/m² odpowiednio dla celulozy 5 g: EG (1:2) i celulozy 10 g: EG/CnT (1:2).

Próbka celulozy 10 g z CNT (proporcje cząstek celulozy do węgla 1:2) wykazała najdłuższy czas do zapłonu - 18 sekund. Próbka celulozy inkrustowana cząstkami EG i CNT (celuloza 5 g: EG/CNT, 2:1) zapaliła się najszybciej, tj. po ok. 3 s.

Celuloza inkrustowana cząstkami węgla w proporcji 1:1,5 lub 1:2, gdzie cząstki węgla stanowiły układ EG/CNT w proporcji 1:1 wykazała wysokie właściwości ognioodporne.

Wyniki potwierdziły nieoczywistość wynikającą z analizy MFT, gdzie stwierdzono efekt synergii w przypadku celulozy inkrustowanej EG i CNT w stosunku 1:0,75:0,75 i 1:1:1.

Właściwości palne kompozytu warstwowego wyznaczone metodą kalorymetru ubytku masy (MLC)

Kompozyt trójwarstwowy, w którym rdzeń stanowiła warstwa zawierająca różną ilość EG: stosunek masy celulozy do EG wynosił 1:5 (8 BV), wykazała najlepsze rezultaty, tj. maksymalny pik HRR wyniósł 212 kW/m² w czasie 290 s, podczas gdy wariant kontrolny (F) osiągnął wartość 282 kW/m²w czasie 260 s.

Kompozyt trójwarstwowy, w którym rdzeń stanowiła warstwa celulozy inkrustowanej EG/CNT w stosunku do celulozy 1:1:1 (10EG10CNT10C) charakteryzowała się najwyższą ognioodpornością z pośród przebadanych materiałów. Wartość maksymalna piku szybkości wydzielania ciepła (HRR heat release rate) wyniosła 154.07 kW/m², podczas gdy pik HRR kompozytu zawierającego jedynie EG wynosił 282 kW/m².

Przykład 0

1. Dysperguje się w wodzie cząstki bogate w węgiel pierwiastkowy (>90%), przy czym cząstki bogate w węgiel pierwiastkowy stanowi mieszanina grafitu ekspandującego (EG) i nanorurek węglowych (CNT), w stosunkach wagowych w zakresie 0,2:1 w układzie wodnym. Stosunek wagowy cząstek węglowych do wody wynosi od 1:1.

2. Wytwarza się pulpę celulozową o stężeniu 1% w wodzie.

4. Formowanie kompozytu na maszynie papierniczej.

5. Suszenie i prasowanie kompozytu.

Przy czym w pierwszym kroku wytwarza się dyspersję wodną cząstek bogatych w węgiel pierwiastkowy (>90%), tak, że cząstki grafitu ekspandującego (EG) i nanorurek węglowych (CNT) miesza się, w stosunkach wagowych w zakresie 0,2:1 w układzie wodnym. Stosunek wagowy cząstek węglowych do wody wynosi 1:1, dyspersję EG/CNT utrzymuje się w wodzie przez okres 24 godzin, a następnie uzyskaną dyspersję cząstek homogenizuje się w czasie 30-45 s za pomocą homogenizatora o prędkości obrotowej od 400 do 4000 obr/min, aż do uzyskania homogenicznej dyspersji wodnej. Otrzymaną homogeniczną dyspersję cząstek dodaje się do wytworzonej równolegle pulpy celulozowej w ilości 75% wagowych w stosunku do całkowitej masy wyrobu i domiela się mieszaninę w czasie 10 s w rafinerze.

Przy czym pulpę celulozową wytwarza się tak, że celulozę, w postaci arkuszy wstępnie rozdrabnia się na cząstki wielkości 1-4 cm², moczy przez 24 godziny w dejonizowanej wodzie, stosunek wagowy celulozy do wody wynosi 1:10, a po 24 godzinach celulozę rozwłóknia się w rozwłókniaczu i dodaje się wodę aż do uzyskania łącznego stosunku celulozy do wody na poziomie 1:50.

Jednorodną pulpę przenosi się do aparatu formującego arkusze i rozcieńcza wodą do stężenia masy 7,5%, i formuje się arkusze celulozowo-węglowe. Formowanie arkuszy poprzedza się korzystnie intensywnym mieszaniem dyspersji metodą barbotażu, tj. przepuszczając przez sito formujące od spodu powietrze pod ciśnieniem 0,2-0,4 bar, a następnie odfiltrowuje się pulpę na sicie o wielkości oczek max. 0,25 mm. Następnie uformowane arkusze przenosi się do suszarki, gdzie jednocześnie odsysa się nadmiar wody i prasuje się arkusz w temperaturze max 97°C w czasie do 600 s przy ciśnieniu max. -97 kPa.

Przykład 0’

1. Dysperguje się w wodzie cząstki bogate w węgiel pierwiastkowy (>90%), przy czym cząstki bogate w węgiel pierwiastkowy stanowi mieszanina grafitu ekspandującego (EG) i nanorurek węglowych (CNT), w stosunkach wagowych w zakresie 1:0,2. w układzie wodnym. Stosunek wagowy cząstek węglowych do wody wynosi 100:1.

2. Wytwarza się pulpę celulozową o stężeniu 25% w wodzie.

4. Formowanie kompozytu na maszynie papierniczej.

5. Suszenie i prasowanie kompozyt.

Przy czym w pierwszym kroku wytwarza się dyspersję wodną cząstek bogatych w węgiel pierwiastkowy (>90%), tak, że cząstki grafitu ekspandującego (EG) i nanorurek węglowych (CNT) miesza się, w stosunkach wagowych w zakresie 1:0,2. w układzie wodnym. Stosunek wagowy cząstek węglowych do wody wynosi 100:1, dyspersję EG/CNT utrzymuje się w wodzie przez okres 24 godzin, a następnie uzyskaną dyspersję cząstek homogenizuje się w czasie 30-45 s za pomocą homogenizatora o prędkości obrotowej od 400 do 4000 obr/min, aż do uzyskania homogenicznej dyspersji wodnej. Otrzymaną homogeniczną dyspersję cząstek dodaje się do wytworzonej równolegle pulpy celulozowej w ilości 1% wagowych w stosunku do całkowitej masy wyrobu i domiela się mieszaninę w czasie 10 s w rafinerze.

Jednorodną pulpę przenosi się do aparatu formującego arkusze i rozcieńcza wodą do stężenia masy w zakresie 7,5%, i formuje się arkusze celulozowo-węglowe. Formowanie arkuszy poprzedza się korzystnie intensywnym mieszaniem dyspersji metodą barbotażu, tj. przepuszczając przez sito formujące od spodu powietrze pod ciśnieniem 0,2-0,4 bar, a następnie odfiltrowuje się pulpę na sicie o wielkości oczek max. 0,25 mm. Następnie uformowane arkusze przenosi się do suszarki, gdzie jednocześnie odsysa się nadmiar wody i prasuje się arkusz w temperaturze max 97°C w czasie do 600 s przy ciśnieniu max. -97 kPa.

PRZYKŁADY WYKONANIA WARSTWY SKŁADOWEJ KOMPOZYTU (PRZYKŁAD 1-6) ORAZ KOMPOZYTU (PRZYKŁAD 7-19)

Przykład 1

Dodano 10 g EG oraz 10 g CNT do 10 g rozdrobnionej i wstępnie zmielonej celulozy. Otrzymanie materiału wykonano jak w przykładach 0 i 0’. Wyniki uzyskane metodą MFT dla ubytku masy wyniosły 5,32% w 60 s pomiaru. Również temperatura spalin dla tego wariantu była porównywalna do pozostałych przykładów i wyniosła w 60 s pomiaru 114,87°C. Analiza wyników uzyskanych metodą LOI wskazuje na bardzo wysoką skuteczność uzyskanego materiału. Wartość indeksu tlenowego wyniosła 58,97%, co daje w porównaniu do wariantu kontrolnego niemal 3-krotny wzrost co klasyfikuje materiał do niezapalnego. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, że średnia wartość piku HRR wyniosła 22,81 kW/m², czas do zapłonu wyniósł 15,67 s. W przypadku wariantów zawierających 10 g celulozy i 20 g EG oraz 10 g celulozy i 20 g CNT wartości ubytków masy i temperatur spalin mierzonych metodą MFT wyniosły odpowiednio 6,35% (111,36°C) oraz 27,44% (211,32°C). Również wartości piku HRR w obu przypadkach były wyższe aniżeli dla wariantu zawierającego 10 g celulozy i 20 g dodatków węglowych (w stosiku EG do CNT 1:1). Wartości tych pików wyniosły odpowiednio 38,06 kW/m² oraz 88,05 kW/m². Wartości te świadczą o pozytywnym współdziałaniu zastosowanych dodatków węglowych.

Przykład 2

Dodano 7,5 g EG oraz 7,5 g CNT do 10 g rozdrobnionej i wstępnie zmielonej celulozy. Otrzymanie materiału wykonano jak w przykładach 0 i 0’. Przy zastosowaniu metody badawczej jak w przykładzie pierwszym uzyskano wysoką skuteczność. Wyniki uzyskane metodą MFT dla ubytku masy wyniosły 6,84% w 60 s pomiaru. Temperatura spalin dla tego wariantu była znacząco niższa w porównaniu do przykładu 1 i wyniosła w 31 s pomiaru 98,99°C. Analiza wyników uzyskanych metodą LOI wskazuje na bardzo wysoką skuteczność uzyskanego materiału. Wartość indeksu tlenowego wyniosła 46,15%, co klasyfikuje materiał do niezapalnego. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, że wartość piku HRR wyniosła 36,43 kW/m², czas do zapłonu wyniósł 9,33 s. W przypadku wariantów zawierających tą samą ilość celulozy oraz tą samą ilość pojedynczych dodatków węglowych, dla wariantu zawierającego 15 g EG ubytek masy mierzony metodą MLC wyniósł 7,91% osiągając maksymalną temperaturę spalin 102,6°C. Dla wariantu zawierającego 15 g CNT wartości te wyniosły odpowiednio 29,26% i 202,09°C. Wartości LOI również klasyfikowały te materiały do niezapalnych. W przypadku wartości piku HRR dla poszczególnych dodatków były wyższe aniżeli dla wariantu zawierającego 15 g dodatków węglowych (stosunek 1:1) i wyniosły 46,07 kW/m² dla wariantu 10 g celulozy z 15 g EG oraz 94,52 kW/m² dla wariantu 10 g celulozy i 15 g CNT.

Przykład 3

Wytworzono sklejkę trójwarstwową zawierającą arkusz modyfikowanego materiału celulozowego o zawartości EG i celulozy w stosunku 1:1 jako warstwę wewnętrzną. Warstwy zewnętrzne stanowiły obłogi z drewna sosny zwyczajnej. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, maksymalną wartość piku HRR wyniosła 214.40 kW/m² w czasie 335 sekund, czas do zapłonu wyniósł 71 s. Dla próby kontrolnej zawierającej dwie warstwy obłogów bez warstwy środkowej i zaklejanej ta samą żywicą wartość piku HRR wyniosła 330,96 kW/m² w czasie 210 sekund, czas do zapłonu wyniósł 54 s.

Przykład 4

Wytworzono sklejkę dwuwarstwową, zawierającą arkusz modyfikowanego materiału celulozowego o zawartości EG, CNT i celulozy w stosunku 1:1:1 jako jedną warstwę zewnętrzną. Drugą warstwę zewnętrzną stanowił obłóg z drewna sosny zwyczajnej. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, maksymalną wartość piku HRR wyniosła 41.27 280 kW/m² w czasie 280 sekund, czas do zapłonu wyniósł 207 s.

Przykład 5

Wytworzono sklejkę trójwarstwową zawierającą arkusz modyfikowanego materiału celulozowego o zawartości EG, CNT i celulozy w stosunku 1:1:1 jako warstwę wewnętrzną. Warstwy zewnętrzne stanowiły obłogi z drewna sosny zwyczajnej. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, maksymalną wartość piku HRR wyniosła 154.07 kW/m² w czasie 160 sekund, czas do zapłonu wyniósł 48 s. Próba kontrolna była ta sama jak w przykładzie 7.

Przykład 6

Wytworzono sklejkę trójwarstwową zawierającą arkusz modyfikowanego materiału celulozowego o zawartości EG i celulozy w stosunku 1:1 jako warstwę wewnętrzną. Warstwy zewnętrzne stanowiły obłogi z drewna sosny zwyczajnej. Arkusz zawierał połowę mniej składników jak w przypadku przykładu 7. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, maksymalną wartość piku HRR wyniosła 194.35 kW/m² w czasie 265 sekund, czas do zapłonu wyniósł 51 s. Próba kontrolna była ta sama jak w przykładzie 7.

Przykład 7

Wytworzono sklejkę trójwarstwową zawierającą arkusz modyfikowanego materiału celulozowego produkowanego w skali przemysłowej (w oparciu o opis wytwarzania warstwy kompozytu) o zawartości EG i celulozy w stosunku około 1:5 jako warstwę wewnętrzną.

Warstwy zewnętrzne stanowiły obłogi z drewna sosny zwyczajnej. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, maksymalną wartość piku HRR wyniosła 241.88 kW/m² w czasie 285 sekund, czas do zapłonu wyniósł 113 s. Próba kontrolna była ta sama jak w przykładzie 7.

Przykład 8

Wytworzono sklejkę czterowarstwową zawierającą arkusze modyfikowanego materiału celulozowego produkowanego w skali przemysłowej (w oparciu o opis wytwarzania warstwy kompozytu) o zawartości EG i celulozy w stosunku około 1:5 jako dwie warstwy wewnętrzne. Warstwy zewnętrzne stanowiły obłogi z drewna sosny zwyczajnej. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, maksymalną wartość piku HRR wyniosła 231.19 kW/m² w czasie 345 sekund, czas do zapłonu wyniósł 52 s. Próba kontrolna była ta sama jak w przykładzie 7.

Przykład 9

Wytworzono sklejkę dwuwarstwową zawierającą arkusz modyfikowanego materiału celulozowego produkowanego w skali przemysłowej (w oparciu o opis wytwarzania warstwy kompozytu) o zawartości EG i celulozy w stosunku około 1:5 jako jedną warstwę zewnętrzną. Drugą warstwę zewnętrzną stanowił obłóg z drewna sosny zwyczajnej. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, maksymalną wartość piku HRR wyniosła 163.01 kW/m² w czasie 190 sekund, czas do zapłonu wyniósł 36 s.

Przykład 10

Wytworzono sklejkę trójwarstwową zawierającą arkusz modyfikowanego materiału celulozowego produkowanego w skali przemysłowej (w oparciu o opis wytwarzania warstwy kompozytu) o zawartości EG i celulozy w stosunku około 1:5 jako warstwę wewnętrzną. Warstwy zewnętrzne stanowiły obłogi z drewna sosny zwyczajnej. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, maksymalną wartość piku HRR wyniosła 338.37 kW/m² w czasie 255 sekund, czas do zapłonu wyniósł 83 s. Dla próby kontrolnej zawierającej dwie warstwy obłogów bez warstwy środkowej i zaklejanej tym samym klejem skrobiowym wartość piku HRR wyniosła 229,71 kW/m² w czasie 295 sekund, czas do zapłonu wyniósł 82 s.

Przykład 11

Warstwy zewnętrzne stanowiły obłogi z drewna sosny zwyczajnej. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, maksymalną wartość piku HRR wyniosła 212.31 kW/m² w czasie 290 sekund, czas do zapłonu wyniósł 81 s. Próba kontrolna była ta sama jak w przykładzie 3.

Przykład 12

Wytworzono sklejkę trójwarstwową zawierającą arkusz modyfikowanego materiału celulozowego produkowanego w skali przemysłowej (w oparciu o opis wytwarzania warstwy kompozytu) o zawartości EG i celulozy w stosunku około 1:7,5 jako warstwę wewnętrzną. Warstwy zewnętrzne stanowiły obłogi z drewna sosny zwyczajnej. Badania z wykorzystaniem MLC pokazują, maksymalną wartość piku HRR wyniosła 260.95 kW/m² w czasie 360 sekund, czas do zapłonu wyniósł 70 s. Próba kontrolna była ta sama jak w przykładzie 3.

Claims

1. Metoda wytwarzania płytowego kompozytu z wykorzystaniem celulozy i cząstek węglowych o zwiększonej ognioodporności znamienna tym, że

1.1. dysperguje się w wodzie cząstki bogate w węgiel pierwiastkowy, tj. o zawartości węgla >90%, wybrane spośród grafitu ekspandującego (EG) i nanorurek węglowych (CNT), w stosunkach wagowych w zakresie od 0,2:1 do 1:0,2. w układzie wodnym, stosunek wagowy cząstek węglowych do wody wynosi od 1:1 do 100:1.

1.2. wytwarza się pulpę celulozową o stężeniu 1-25% w wodzie

1.3 wprowadza się do pulpy celulozowej zdyspergowaną zawiesinę cząstek węglowych.

1.4. formuje się kompozyt na maszynie papierniczej

1.5 suszy i prasuje się kompozyt przy czym dyspersję EG/CNT utrzymuje się w wodzie przez okres 24 godzin, a następnie uzyskaną dyspersję cząstek homogenizuje się w czasie 30-45 s za pomocą homogenizatora o prędkości obrotowej od 400 do 4000 obr/min, aż do uzyskania homogenicznej dyspersji wodnej i homogeniczną dyspersję cząstek dodaje się do wytworzonej równolegle pulpy celulozowej w ilości 1-75% wagowych w stosunku do całkowitej masy wyrobu i domiela się mieszaninę w czasie 10 s w rafinerze, a pulpę celulozową wytwarza się tak, że celulozę, w postaci arkuszy wstępnie rozdrabnia się na cząstki wielkości 1-4 cm², moczy przez 24 godziny w dejonizowanej wodzie, stosunek wagowy celulozy do wody wynosi 1:10, a po 24 godzinach celulozę rozwłóknia się w rozwłókniaczu i dodaje się wodę aż do uzyskania łącznego stosunku celulozy do wody na poziomie 1:50, po czym jednorodną pulpę przenosi się do aparatu formującego arkusze i rozcieńcza wodą do stężenia masy w zakresie od 2-20% i formuje się arkusze celulozowo-węglowe.

2. Metoda według zastrz. 1 znamienna tym, że wielkość cząstek EG zawarta jest w zakresie 10-1000 mikrometrów.

3. Metoda według zastrz. 1 znamienna tym, że średnia długość CNT wynosi 1,5 μm, a średnica 9.5 *10-9 m.

4. Metoda według zastrz. 1 albo 2 albo 3 znamienna tym, że pulpę rozcieńcza się wodą w ilości 7,5%.

5. Metoda według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 znamienna tym, że formowanie arkuszy poprzedza się intensywnym mieszaniem dyspersji metodą barbotażu, tj. przepuszczając przez sito formujące od spodu powietrze pod ciśnieniem 0,2-0,4 bar, a następnie odfiltrowuje się pulpę na sicie o wielkości oczek max. 0,25 mm, a następnie uformowane arkusze przenosi się do suszarki, gdzie jednocześnie odsysa się nadmiar wody i prasuje się arkusz w temperaturze max 97°C w czasie do 600 s przy ciśnieniu max. -97kPa.