RU2086518C1

RU2086518C1 - Binding agent for heat-insulating articles

Info

Publication number: RU2086518C1
Application number: RU95104249A
Authority: RU
Inventors: С.П. Горбач
Original assignee: Пензенский технологический институт (завод ВТУЗ)
Priority date: 1995-03-23
Filing date: 1995-03-23
Publication date: 1997-08-10
Also published as: RU95104249A

Abstract

FIELD: building industry. SUBSTANCE: binding agent has, wt.-%: carbamide resin, 60-70; concentrate of sulfite-yeast mash on ammonium base, 15-21; eurotropin, 2-5; hydrolytic lignin, 10-20. EFFECT: increased strength and water-resistance of heat-insulating articles. 2 tbl

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении теплоизоляционно-конструкционных изделий. The invention relates to the construction materials industry and can be used in the manufacture of thermal insulation and structural products.

Известно связующее для теплоизоляционных изделий, содержащее лигносульфонат, водорастворимую соль алюминия, щелочной реагент и воду [1] Недостатком связующего является то, что изделия, полученные на его основе, обладают низкой водостойкостью. Known binder for thermal insulation products containing lignosulfonate, water-soluble aluminum salt, alkaline reagent and water [1] The disadvantage of the binder is that the products obtained on its basis have low water resistance.

Наиболее близким решением к изобретению является связующее, включающее карбамидную смолу, сульфитно-дрожжевую бражку, ортофосфорную кислоту и воду [2] Однако применение этого связующего не позволяет получать изделия с высокими прочностными и гидрофобными показателями. Выделяющийся при взаимодействии сульфитно-дрожжевой бражки и формальдегида газообразный аммиак повышает загазованность рабочей зоны и токсичность технологического процесса в целом. The closest solution to the invention is a binder, including urea resin, sulfite-yeast mash, phosphoric acid and water [2] However, the use of this binder does not allow to obtain products with high strength and hydrophobic properties. Ammonia gas released during the interaction of sulfite-yeast mash and formaldehyde increases the gas contamination of the working area and the toxicity of the process as a whole.

Цель изобретения повышение прочности и водостойкости теплоизоляционных изделий на древесном сырье. The purpose of the invention is to increase the strength and water resistance of thermal insulation products on wood raw materials.

Поставленная цель достигается тем, что известное связующее для теплоизоляционных изделий, включающее карбамидную смолу и сульфитно-дрожжевую бражку, содержит в качестве сульфитно-дрожжевой бражки концентрат сульфитно-дрожжевой бражки на аммониевом основании и дополнительно уротропин и гидролизный лигнин дисперсностью 25-50 мкм, при следующем соотношении компонентов, вес. This goal is achieved by the fact that the known binder for heat-insulating products, including urea resin and sulphite-yeast mash, contains, as a sulphite-yeast mash, a concentrate of sulphite-yeast mash on an ammonium base and additionally urotropin and hydrolysis lignin with a dispersion of 25-50 microns, in the following ratio of components, weight.

Карбамидная смола 60-70
Концентрат сульфитно-дрожжевой бражки на аммониевом основании 15-21
Уротропин 2-5
Гидролизный лигнин 10-20
Такое соотношение компонентов в наибольшей степени способствует достижению поставленной цели, повышению прочностных и гидрофобных показателей.Urea Resin 60-70
Ammonium sulphite-yeast mash concentrate 15-21
Urotropin 2-5
Hydrolysis lignin 10-20
This ratio of components contributes to the greatest degree to achieve the goal, increase strength and hydrophobic indicators.

При температуре более 35^oC в присутствии воды уротропин разлагается на аммиак и формальдегид. При отверждении карбамидной смолы также выделяется формальдегид. Он взаимодействует с лигносульфонатом с образованием лигносульфоновой кислоты и аммиака. Последний выполняет в сырьевой смеси двойную роль. Во-первых, он пластифицирует древесину и гидролизный лигнин, способствуя снижению давления горячего прессования. Во-вторых, активирует гидролизный лигнин. Известно, что активация лигнина наиболее эффективно происходит именно газообразным аммиаком. Повышенная температура и избыточное давление паровоздухоаммиачной смеси в изделии при пьезотермообработке интенсифицируют активацию. Имеющиеся в лигнине поры создают предпосылки к распространению этого процесса вглубь частиц. В активированном гидролизном лигнине образуются спиртовые и фенольные гидроксильные группы, способные взаимодействовать со смолой.At temperatures above 35 ^o C in the presence of water, urotropin decomposes into ammonia and formaldehyde. Upon curing of the urea resin, formaldehyde is also released. It interacts with lignosulfonate to form lignosulfonic acid and ammonia. The latter plays a dual role in the raw mix. Firstly, it plasticizes wood and hydrolysis lignin, helping to reduce the pressure of hot pressing. Secondly, it activates hydrolysis lignin. It is known that the activation of lignin most effectively occurs precisely with gaseous ammonia. The increased temperature and overpressure of the vapor-air-ammonia mixture in the product during piezothermal treatment intensify activation. The pores present in lignin create the prerequisites for the spread of this process deep into the particles. In activated hydrolytic lignin, alcohol and phenolic hydroxyl groups are formed that are able to interact with the resin.

При пьезотермической обработке происходят сложные химические и физические взаимодействия, приводящие к развитию в сырьевой смеси поликонденсационных процессов и образованию прочных и водостойких связей между связующим и древесным заполнителем. Сущность этих процессов состоит в следующем: лигносульфоновая кислота и карбамидоформальдегидная смола через активные метилольные группы образуют химические связи с целлюлозой древесины и активированным лигнином. Не прореагировавший по различным причинам концентрат сульфитно-дрожжевой бражки благодаря наличию аммониевого иона также имеет возможность вступать в подобное взаимодействие. Активированный гидролизный лигнин, кроме участия в химических реакциях, оказывает позитивное воздействие на качество отвержденного связующего, выполняя функции наполнителя. Он способствует релаксации внутренних напряжений, возникающих при усадке полимера, увеличивает количество точек склеивания в объеме изделия, препятствует трещинообразованию в клеевых швах. При смешении гидролизного лигнина с карбамидной смолой и концентратом сульфитно-дрожжевой бражки они вспениваются и увеличивают свой первоначальный объем, что облегчает процесс осмоления заполнителя и улучшает его качество. Частицы гидролизного лигнина, покрытые полимером, обладают высокой гидрофобностью. Равномерно распределяясь по поверхности заполнителя, они препятствуют доступу к ней воды. Все это позволяет изготавливать легкие и прочные теплоизоляционные изделия с высокой водостойкостью. During piezothermal processing, complex chemical and physical interactions occur, leading to the development of polycondensation processes in the raw material mixture and the formation of strong and water-resistant bonds between the binder and wood aggregate. The essence of these processes is as follows: lignosulfonic acid and urea-formaldehyde resin form chemical bonds through active methylol groups with wood cellulose and activated lignin. Due to the presence of an ammonium ion, the sulfite-yeast mash concentrate that did not react due to various reasons also has the opportunity to enter into such an interaction. Activated hydrolysis lignin, in addition to participating in chemical reactions, has a positive effect on the quality of the cured binder, acting as a filler. It promotes relaxation of internal stresses arising during polymer shrinkage, increases the number of bonding points in the product volume, and prevents cracking in glue joints. When mixing hydrolysis lignin with a urea resin and a concentrate of sulphite-yeast mash, they foam and increase their initial volume, which facilitates the process of grinding the aggregate and improves its quality. The polymer coated hydrolysis lignin particles are highly hydrophobic. Evenly distributed over the surface of the aggregate, they impede the access of water to it. All this allows the manufacture of light and durable heat-insulating products with high water resistance.

Предлагаемое связующее для теплоизоляционных изделий получают следующим образом. Гидролизный лигнин дисперсностью 25-50 мкм смешивают с уротропином. Затем полученную массу последовательно соединяют в быстроходном смесителе с карбамидной смолой (например, марки КФ-МТ по ГОСТ 14231-78 50%-ной концентрации) и концентратом сульфитно-дрожжевой бражки на аммониевом основании по ОСТ 13-183-83 52% -ной концентрации. Тщательно перемешивают до 10-15%-ного увеличения первоначального объема. После чего контролируют кислотность (pH<4,8) и вязкость (по ВЗ-4 18-25 с). При необходимости добавляют воду и вновь перемешивают. The proposed binder for thermal insulation products is obtained as follows. Hydrolytic lignin with a dispersion of 25-50 microns is mixed with urotropine. Then, the resulting mass is sequentially combined in a high-speed mixer with a urea resin (for example, KF-MT grade according to GOST 14231-78 50% concentration) and a concentrate of sulphite-yeast mash on an ammonium base according to OST 13-183-83 52% concentration . Thoroughly mixed to a 10-15% increase in the initial volume. Then control acidity (pH <4.8) and viscosity (VZ-4 18-25 s). If necessary, add water and mix again.

Примеры
По описанной технологии готовят смеси семи составов. В табл. 1 приведены эти составы, состав известного связующего, соотношение компонентов в связующем, вес.Examples
According to the described technology, mixtures of seven compositions are prepared. In the table. 1 shows these compositions, the composition of the known binder, the ratio of components in the binder, weight.

Готовое связующие смешивают с древесным заполнителем 4-8%-ной влажности до получения однородной массы. Древесным заполнителем служили: стружка с размером частиц не менее 8 мм, толщиной не более 2 мм (примеры 1-6); дробленка, полученная измельчением кусковых отходов от механической обработки, с размерами частиц не более 10 мм по длине, 3 мм по ширине, 2,5 мм по толщине (пример 7); опилки с размером частиц не более 3 мм (пример 8). В примерах 1-8 количество связующего, как и в прототипе, 22 вес. Соотношение компонентов в связующем примеров 7-10 такое же, как в примере 3. В примерах 9 и 10 количество связующего в сырьевой смеси 12 и 17 вес. соответственно. Осмоление проводят в быстроходном смесителе. Полученные сырьевые смеси направляют на формовку, а затем подвергают горячему прессованию при температуре 160-180^oC, давлении 1,4-1,6 МПа и выдержке 0,4 мин на 1 мм готового изделия.Finished binders are mixed with wood aggregate of 4-8% moisture until a homogeneous mass is obtained. The wood filler was: shavings with a particle size of at least 8 mm, a thickness of not more than 2 mm (examples 1-6); a crusher obtained by grinding lumpy waste from machining, with particle sizes of not more than 10 mm in length, 3 mm in width, 2.5 mm in thickness (Example 7); sawdust with a particle size of not more than 3 mm (example 8). In examples 1-8, the amount of binder, as in the prototype, 22 weight. The ratio of components in the binder of examples 7-10 is the same as in example 3. In examples 9 and 10, the amount of binder in the raw mix 12 and 17 weight. respectively. Resin is carried out in a high-speed mixer. The resulting raw mixes are sent to molding, and then subjected to hot pressing at a temperature of 160-180 ^o C, a pressure of 1.4-1.6 MPa and a shutter speed of 0.4 min per 1 mm of the finished product.

Отпрессованные изделия кондиционируют в течение 10 сут при относительной влажности воздуха 60-70% и температуре 18-22^oC.The pressed products are conditioned for 10 days at a relative humidity of 60-70% and a temperature of 18-22 ^o C.

Физико-механические испытания теплоизоляционных изделий производили по ГОСТ 17177-87 и ГОСТ 10633-78 на образцах с размерами 100х100х15 мм и 250х50х15 мм. Каждый вид испытаний проводился на 10 образцах. Physico-mechanical tests of thermal insulation products were carried out according to GOST 17177-87 and GOST 10633-78 on samples with dimensions 100x100x15 mm and 250x50x15 mm. Each type of test was carried out on 10 samples.

При испытаниях определяли: плотность, пределы прочности при статическом изгибе и растяжении, водопоглощение за 2 ч, разбухание за 2 ч. Результаты испытаний сведены в табл. 2. During the tests, we determined: density, tensile strengths under static bending and stretching, water absorption in 2 hours, swelling in 2 hours. The test results are summarized in table. 2.

Из табл. 2 видно, что прочность и водостойкость теплоизоляционных изделий, изготовленных с использованием предлагаемого связующего, выше аналогичных показателей изделий известного состава. From the table. 2 shows that the strength and water resistance of heat-insulating products made using the proposed binder is higher than similar indicators of products of known composition.

Оптимальное соотношение компонентов в связующем (примеры 2-5, 7-10) определяется требованиями к продукции и обусловливает получение теплоизоляционных изделий с высокими эксплуатационными показателями. The optimal ratio of components in the binder (examples 2-5, 7-10) is determined by the requirements for the products and determines the receipt of heat-insulating products with high performance.

Низкое содержание жидкой фазы (пример 6) снижает качество осмоления и склеивания, полученные изделия имеют рыхлую структуру. Пониженное содержание уротропина (примеры 1, 6), активация гидролизного лигнина происходит не полностью. Он не принимает участия в химических процессах, происходящих при отверждении связующего, плохо осмоляется. Недостаток гидролизного лигнина (пример 1) даже при большом содержании газообразного аммиака не обеспечивает релаксацию внутренних напряжений в клеевых швах, количество вновь образовавшихся точек склеивания оказывается недостаточным для существенного улучшения свойств изделий. Исходя из этого, принятые соотношения ингредиентов в связующем можно считать оптимальными. The low content of the liquid phase (example 6) reduces the quality of resinification and gluing, the resulting product has a loose structure. The reduced content of urotropin (examples 1, 6), the activation of hydrolytic lignin does not occur completely. He does not take part in chemical processes that occur during curing of the binder, poorly tarred. The lack of hydrolytic lignin (example 1) even with a high content of gaseous ammonia does not provide relaxation of internal stresses in the adhesive joints, the number of newly formed bonding points is insufficient to significantly improve the properties of the products. Based on this, the accepted ratio of ingredients in the binder can be considered optimal.

Преимущества заявляемого связующего по сравнению с прототипом заключаются в возможности получения теплоизоляционных изделий с высокими физико-механическими показателями без значительного усложнения существующей технологии. The advantages of the claimed binder compared with the prototype are the ability to obtain insulating products with high physical and mechanical properties without significant complication of the existing technology.

Высокие свойства теплоизоляционных изделий, получаемых на предлагаемом связующем, позволяют расширить традиционную область их применения. Они могут использоваться, например, при изготовлении облицовочно-изолирующих элементов и деталей в качестве заменителя древесностружечных плит. High properties of heat-insulating products obtained on the proposed binder, allow to expand the traditional scope of their application. They can be used, for example, in the manufacture of cladding-insulating elements and parts as a substitute for chipboards.

Утилизация крупнотоннажных попутных продуктов гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности способствует охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов, создает предпосылки к внедрению ресурсосберегающих технологий на предприятиях указанных отраслей. Utilization of large-capacity by-products of the hydrolysis and pulp and paper industry contributes to the protection of the environment and the rational use of natural resources, creates the prerequisites for the introduction of resource-saving technologies at enterprises in these industries.

Claims

Binder for heat-insulating products, including urea resin and sulphite-yeast mash, characterized in that it contains a sulphite-yeast mash concentrate on a ammonium base and additionally urotropin and hydrolysis lignin with a dispersion of 25-50 microns in the following ratio of components, wt .

Urea Resin 60 70
Ammonium sulphite-yeast mash concentrate 15 21
Urotropin 2 5
Hydrolysis lignin 10 20v