RU2404048C2 - Method of producing plate composite material from lignocelluloses - Google Patents
Method of producing plate composite material from lignocelluloses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2404048C2 RU2404048C2 RU2008120446/04A RU2008120446A RU2404048C2 RU 2404048 C2 RU2404048 C2 RU 2404048C2 RU 2008120446/04 A RU2008120446/04 A RU 2008120446/04A RU 2008120446 A RU2008120446 A RU 2008120446A RU 2404048 C2 RU2404048 C2 RU 2404048C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- raw materials
- lignocellulosic raw
- mats
- vegetable
- water
- Prior art date
Links
Landscapes
- Dry Formation Of Fiberboard And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологиям переработки лигноцеллюлозного растительного сырья в композитные материалы, такие как плитные строительные материалы, и может использоваться преимущественно в строительной и мебельной отраслях промышленности.The invention relates to technologies for processing lignocellulosic plant materials into composite materials, such as slab building materials, and can be used mainly in the construction and furniture industries.
Процессы изготовления плитных композитных материалов подразделяются на сухие, влажно-сухие и влажные. Сухой процесс включает сухое формирование древесно-волокнистого ковра или мата и сухое прессование, влажно-сухой процесс включает влажное формирование древесно-волокнистого ковра или мата и сухое прессование, влажный процесс включает влажное формирование древесно-волокнистого ковра или мата и влажное прессование.The manufacturing processes of plate composite materials are divided into dry, wet-dry and wet. The dry process includes the dry formation of a fiberboard or mat and dry pressing, the wet-dry process includes the wet formation of a fiberboard or mat and dry pressing, the wet process includes the wet formation of fiberboard or mat and wet pressing.
В типичном сухом процессе целлюлозные волокна в основном смешиваются со смолой, полученная смесь формируется в мат, который затем прессуется с получением плитного материала. Целлюлозные волокна могут вначале быть покрыты термореактивным смолистым связующим веществом, таким как фенолформальдегидная смола, а затем беспорядочно сформированы в мат посредством воздушного пенообразователя. Волокна либо до, либо после формирования мата могут быть подвергнуты предпрессовальной сушке в сушилке. Мат, обычно имеющий влажность ниже чем 30%, предпочтительно ниже 10%, прессуется при нагревании и давлении для вулканизации термореактивной смолы и сжимания материала в цельную композиционную структуру.In a typical dry process, cellulosic fibers are mainly mixed with resin, the resulting mixture is formed into a mat, which is then pressed to obtain a plate material. Cellulose fibers may be first coated with a thermosetting resinous binder, such as phenol-formaldehyde resin, and then randomly formed into a mat by means of an air blowing agent. The fibers, either before or after the formation of the mat, can be pre-dried in a dryer. The mat, typically having a moisture content lower than 30%, preferably lower than 10%, is pressed by heating and pressure to vulcanize the thermosetting resin and compress the material into an integral composite structure.
В типичном влажно-сухом процессе целлюлозный волокнистый материал смешивается с большим количеством воды, кислотностью - рН менее 7 или нейтральной, в результате чего получается суспензия. Суспензия далее перемешивается со смолой-соединителем и полученная смесь помещается в виде мата в водопроницаемый поддерживающий элемент, где большое количество воды удаляется посредством вакуумного дренажа и прессовочных валков, до влажности 40-60%. Далее из мата вода удаляется выпариванием, например с помощью тепла, до влажности менее 10%. Высушенный мат далее поступает на пресс и прессуется под действием давления и температуры, образуя композитный материал из древесного сырья, который может быть ровной плитой или фасонным изделием. Плитный материал может иметь различную желаемую форму, в зависимости от его дальнейшего применения.In a typical wet-dry process, the cellulosic fibrous material is mixed with a large amount of water, acidity - pH less than 7 or neutral, resulting in a suspension. The suspension is further mixed with the resin-connector and the resulting mixture is placed in the form of a mat in a permeable supporting element, where a large amount of water is removed by vacuum drainage and pressing rolls, to a moisture content of 40-60%. Further, water is removed from the mat by evaporation, for example using heat, to a moisture content of less than 10%. The dried mat then goes to the press and is pressed under the influence of pressure and temperature, forming a composite material from wood raw materials, which can be a flat plate or shaped product. The plate material may have a different desired shape, depending on its further use.
В типичном влажном процессе в основном целлюлозный наполнитель или волокна смешиваются с большим количеством воды с получением суспензии. Количество воды в такой суспензии не менее 90%, преимущественно 96-98.5%. Суспензия помещается вместе с синтетической смолой-наполнителем, например фенолформальдегидом, на водопроницаемый элемент, например тонкий экран, где большая часть воды удаляется. Сырой мат имеет около 110% воды относительно сухого материала. Далее сырой мат прессуется под давлением и сушится в сушилке с образованием композитного материала из древесного сырья.In a typical wet process, mainly the cellulosic filler or fibers are mixed with a large amount of water to form a suspension. The amount of water in such a suspension is not less than 90%, mainly 96-98.5%. The suspension is placed together with a synthetic filler resin, for example phenol formaldehyde, on a permeable element, for example a thin screen, where most of the water is removed. The raw mat has about 110% water relative to the dry material. Then the raw mat is pressed under pressure and dried in a dryer to form a composite material from wood raw materials.
Целлюлозные волокна используются в каждом описанном процессе и их источником является древесная щепа, или другое низкокачественное древесное сырье. При получении этих волокон древесная щепа вначале измельчается до частиц одинакового размера предварительным размалыванием, измерением, просеиванием или иным способом. Затем щепа очищается и умягчается, например, паровым термическим способом. Умягченная щепа затем механически обрабатывается путем размалывания и разделения с образованием в результате этого целлюлозных волокон более высокого качества.Cellulose fibers are used in every process described and their source is wood chips, or other low-quality wood raw materials. Upon receipt of these fibers, wood chips are first crushed to particles of the same size by preliminary grinding, measuring, sieving or otherwise. Then the chips are cleaned and softened, for example, by thermal steam. The softened chips are then mechanically processed by grinding and separation, resulting in higher quality cellulosic fibers.
Однако с истощением древесных ресурсов на планете продукция, основой которой являются древесные волокна, становится все более дорогой. В связи с этими обстоятельствами чрезвычайно актуальна задача снижения стоимости композитного плитного материала путем замены исходного древесного сырья в производстве различных композитных плит на более дешевое сырье.However, with the depletion of wood resources on the planet, products based on wood fibers are becoming more expensive. In connection with these circumstances, the task of reducing the cost of composite slab material by replacing the original wood raw material in the production of various composite slabs with cheaper raw materials is extremely urgent.
Так в мире в изобилии имеется другое растительное сырье: солома злаковых растений, стебли тростника, рисовая и подсолнечная шелуха и т.д., которое относится к быстро возобновляемым ресурсам, имеет низкую стоимость относительно древесного сырья и зачастую является отходами пищевого производства, или сельскохозяйственными отходами. Это сырье является очень привлекательным для производства материалов, где традиционно использовалось дерево.So in the world there is an abundance of other plant raw materials: straw of cereal plants, cane stalks, rice and sunflower husks, etc., which relates to rapidly renewable resources, has a low cost relative to wood raw materials and is often a waste of food production, or agricultural waste . This raw material is very attractive for the production of materials where wood has traditionally been used.
Например, известен способ производства целлюлозных волокон, используемых для производства волокнистых плитных материалов из соломы, включающий нарезание соломы на кусочки длиной 2-4 дюйма, умягчение соломы обработкой паром при повышенном давлении в течение 30 с-2 мин, механическую обработку умягченной соломы с получением волокон, пригодных для производства целлюлозных волокнистых плит [Патент США №5656129]. Используемая в этом процессе солома может быть соломой злаковых культур. Способ может включать стадию увлажнения соломы водой перед стадией умягчения.For example, there is a known method for the production of cellulose fibers used for the production of fibrous plate materials from straw, including cutting straw into pieces 2-4 inches long, softening the straw by steam treatment at elevated pressure for 30 s-2 min, machining the softened straw to produce fibers suitable for the production of cellulose fiber boards [US Patent No. 5656129]. The straw used in this process may be straw of cereal crops. The method may include the step of wetting the straw with water before the softening step.
Известен аппарат для сухого формирования прессованных листов из сырых растительных волокон, таких как солома из стеблей злаков. Волокнистый материал сначала сушится до влажности менее 15%, очищается и разрушается до мелких волоконных кусочков одинакового диаметра. Высушенный и измельченный материал поступает в виде листов по конвейеру в компактор. В компакторе периодически работает молот, который сжимает волокнистый материал и направляет в тоннель так, чтобы волокнистый материал формировался в лист определенной длины и ширины. После выхода из тоннеля лист поступает на пресс, где к его поверхности прикладываются тепло и давление для того, чтобы повысить механическое сцепление отдельных волокон в листе [Патент США №4451322].A known apparatus for dry forming pressed sheets from raw plant fibers, such as straw from cereal stems. The fibrous material is first dried to a moisture content of less than 15%, cleaned and destroyed to small fiber pieces of the same diameter. The dried and crushed material comes in the form of sheets through a conveyor to the compactor. A hammer periodically operates in the compactor, which compresses the fibrous material and directs it into the tunnel so that the fibrous material forms into a sheet of a certain length and width. After exiting the tunnel, the sheet enters the press, where heat and pressure are applied to its surface in order to increase the mechanical adhesion of individual fibers in the sheet [US Patent No. 4,451,322].
Известно использование соломы в сухом процессе производства плитного композитного материала. В этом процессе порубленная солома смешивается с искусственной смолой при не более чем 10% соломенного компонента, так как при большем количестве соломы плитный материал будет иметь чрезвычайно низкую прочность.It is known to use straw in a dry process for manufacturing a slab composite material. In this process, chopped straw is mixed with artificial resin at no more than 10% of the straw component, since with more straw the slab material will have extremely low strength.
Известен также способ получения композитного материала из рисовой шелухи и фенольной смолы специального состава для ее связывания [Патент США №3850677]. В соответствии с этим способом плиты из рисовой шелухи изготавливаются с добавлением от 8 до 10% не смешиваемой в воде, не содержащей каустической соды, термореактивной фенолформальдегидной смолы и предварительно обработанной рисовой шелухи. Предварительная обработка является существенной операцией, в результате которой кожура рисовой шелухи разрушается на отдельные частицы, удаляются свободносвязанные поверхностные материалы и отсортировываются мелкие частицы. Однако включение мелкозернистых материалов, полученных при предварительной обработке, увеличивает потребление смолы, а значит и стоимость материала, и увеличивает хрупкость плиты.There is also a method of obtaining a composite material from rice husks and phenolic resins of a special composition for its binding [US Patent No. 3850677]. In accordance with this method, rice husk boards are made with 8 to 10% water-immiscible, caustic-free, thermoset phenol-formaldehyde resin and pre-treated rice husk. Pre-treatment is a significant operation, as a result of which the peel of the rice husk is destroyed into separate particles, loose-bound surface materials are removed and small particles are sorted out. However, the inclusion of fine-grained materials obtained during pre-treatment increases the consumption of resin, and hence the cost of the material, and increases the fragility of the plate.
Как следует из приведенных данных, традиционное изготовление композитных плитных материалов из лигноцеллюлозного сырья основывается на использовании синтетических смол в качестве связующих веществ. Плитные материалы, такие как древесностружечная плита, ориентированно-стружечная плита и древесноволокнистая плита средней плотности, в качестве связующего материала содержат синтетические смолы для соединения волокон - фенолформальдегид, мочевиноформальдегид и другие. Эти смолы имеют высокую стоимость, так как их получают из продуктов нефтехимии. Затраты на такую смолу составляют до 60% расходов на сырье при изготовлении плитных материалов. Поэтому важной задачей является создание новых технологий производства композитных материалов без использования синтетических смол в качестве связующих веществ.As follows from the above data, the traditional manufacture of composite plate materials from lignocellulosic raw materials is based on the use of synthetic resins as binders. Plate materials, such as particle board, oriented particle board and medium density fiber board, contain synthetic resins for bonding fibers — phenol formaldehyde, urea formaldehyde and others — as a binder. These resins are expensive because they are obtained from petrochemicals. The cost of such a resin is up to 60% of the cost of raw materials in the manufacture of plate materials. Therefore, an important task is the creation of new technologies for the production of composite materials without the use of synthetic resins as binders.
Например, известен способ изготовления композитных плитных материалов из сахаросодержащего лигноцеллюлозного сырья, преимущественно из однолетних травянистых растений, таких как жом сахарного тростника, стебли злаков, сорго, подсолнечник, лен и др., без добавки клеящих связующих искусственного происхождения [Патент Канады №400405]. В этом способе растворимые в воде свободные сахара, содержащиеся сырье, химически преобразуются на месте посредством применения к ним теплоты и давления в нерастворимое и тугоплавкое полимерное вещество, действующее как связующий агент и наполнитель для композитных материалов, и обеспечивают хорошие механическую прочность и стабильность размеров. Считается, что свободные сахара, углеводы или сахариды и водорастворимые материалы химически превращаются в фурфурол и другие производные и далее - в термореактивный материал под действием тепла и давления во время операции горячей формовки. Однако этот способ применим только для лигноцеллюлозного сырья, содержащего свободные сахара, и не пригоден для лигноцеллюлозного сырья, не содержащего свободных сахаров, такому как древесина, солома хлебных злаков, рисовая шелуха и т.д.For example, there is a method of manufacturing composite plate materials from sugar-containing lignocellulosic raw materials, mainly from annual herbaceous plants such as sugarcane pulp, cereal stems, sorghum, sunflower, flax, etc., without the addition of adhesive binders of artificial origin [Canadian Patent No. 400405]. In this method, water-soluble free sugars contained in the raw materials are chemically converted in situ by applying heat and pressure to them into an insoluble and refractory polymer substance acting as a binding agent and filler for composite materials, and provide good mechanical strength and dimensional stability. It is believed that free sugars, carbohydrates or saccharides and water-soluble materials are chemically converted into furfural and other derivatives and further into thermosetting material under the influence of heat and pressure during the hot molding operation. However, this method is applicable only to lignocellulosic raw materials containing free sugars, and is not suitable for lignocellulosic raw materials not containing free sugars, such as wood, cereal straw, rice husks, etc.
Известен также способ получения композитных материалов из лигноцеллюлозного сырья, включающий измельчение сырья, сушку, формирование в мат и горячее прессование, в котором лигноцеллюлозное измельченное сырье, не содержащее по существу свободных сахаров, предварительно обрабатывают паром под давлением при 190-260°С для высвобождения гемицеллюлозы в течение 15 с-10 мин, достаточным для разложения и гидролиза гемицеллюлозы на свободные сахара, полисахариды, дегидратированные углеводы, фурфуроловые продукты, органические кислоты и другие продукты разложения, с последующим превращением и термоотверждением свободных сахаров, полисахаридов, дегидратированных углеводов, фурфуроловых продуктов, органических кислот и других продуктов разложения лигноцеллюлозного сырья в полимерное вещество, которое связывается с лигноцеллюлозным материалом с образованием измененного по составу композитного продукта [Патент РФ №2075384].There is also known a method of producing composite materials from lignocellulosic raw materials, including grinding the raw materials, drying, forming into a mat and hot pressing, in which lignocellulosic pulverized raw materials that do not contain essentially free sugars are pre-treated with steam under pressure at 190-260 ° C to release hemicellulose for 15 s-10 min, sufficient for decomposition and hydrolysis of hemicellulose into free sugars, polysaccharides, dehydrated carbohydrates, furfural products, organic acids and other decomposition products, followed by conversion and thermosetting of free sugars, polysaccharides, dehydrated carbohydrates, furfural products, organic acids and other decomposition products of lignocellulosic raw materials into a polymeric substance that binds to lignocellulosic material with the formation of a modified composite product [RF Patent No. 2075384].
Этот способ получения композитных материалов из лигноцеллюлозного сырья является ближайшим аналогом предлагаемого и принят за прототип изобретения.This method of obtaining composite materials from lignocellulosic raw materials is the closest analogue of the proposed and adopted as a prototype of the invention.
К его недостаткам относится низкая прочность получаемой плиты, ее хрупкость при изгибающих усилиях.Its disadvantages include the low strength of the resulting plate, its fragility with bending efforts.
Изобретение решает задачу создания такого способа получения композитных материалов из натурального сырья, который позволял бы получать прочные плиты, способные сохранять свою целостность при изгибающих нагрузках.The invention solves the problem of creating such a method for producing composite materials from natural raw materials, which would make it possible to obtain durable plates capable of maintaining their integrity under bending loads.
Поставленная задача решается тем, что предлагается способ получения композитного плитного материала, включающий измельчение растительного лигноцеллюлозного сырья, обработку его водяным паром при повышенном давлении и формирование в маты, в котором растительное лигноцеллюлозное сырье с высоким содержанием лигнина и гемицеллюлозы обрабатывают водяным паром при давлении, не превышающем 1 МПа и температуре 150-250°С течение 15 с-10 мин, причем названную обработку водяным паром мгновенно прекращают, после чего обработанное паром растительное лигноцеллюлозное сырье смешивают с необработанным паром волокнистым растительным лигноцеллюлозным сырьем таким образом, чтобы содержание первого растительного лигноцеллюлозного сырья в полученной смеси составляло 20-60% массы, а полученную смесь формируют в маты.The problem is solved in that a method for producing a composite slab material is proposed, including grinding vegetable lignocellulosic raw materials, treating them with steam at elevated pressure and forming into mats, in which vegetable lignocellulosic raw materials with a high content of lignin and hemicellulose are treated with water vapor at a pressure not exceeding 1 MPa and a temperature of 150-250 ° C for 15 s-10 min, and the aforementioned treatment with water vapor is immediately stopped, after which the steam-treated vegetable lignocellulosic raw materials are mixed with untreated steam of fibrous plant lignocellulosic raw materials so that the content of the first plant lignocellulosic raw materials in the resulting mixture is 20-60% of the mass, and the resulting mixture is formed into mats.
В случае изготовления мягкого плитного материала после формирования матов вода из них может быть удалена естественным путем - отеканием, или принудительно - вакуумным дренажем, или выпариванием, или высушиванием.In the case of the manufacture of soft plate material after the formation of mats, water from them can be removed naturally - by swelling, or forcedly - by vacuum drainage, or by evaporation, or drying.
В случае изготовления твердого плитного материала растительное лигноцеллюлозное сырье после обработки водяным паром высушивают до 5-10% влажности, а сформированные из полученной смеси маты подвергают высокотемпературному прессованию.In the case of the manufacture of solid plate material, plant lignocellulosic raw materials are dried to 5-10% moisture after steam treatment, and the mats formed from the resulting mixture are subjected to high-temperature pressing.
В качестве растительного лигноцеллюлозного сырья с высоким содержанием лигнина и гемицеллюлозы можно использовать, например, измельченную древесину, или кору, или ветви деревьев преимущественно хвойных пород.As plant lignocellulosic raw materials with a high content of lignin and hemicellulose can be used, for example, chopped wood, or bark, or tree branches of predominantly coniferous species.
В качестве волокнистого растительного лигноцеллюлозного сырья, волокнистого по своей структуре, можно использовать, например, стебли тростника, или солому злаковых растений, или лен, или тонкую длинную стружку вдоль волокон древесины хвойных или лиственных пород деревьев.As a fibrous plant lignocellulosic raw material, fibrous in its structure, one can use, for example, reed stalks, or straw of cereal plants, or flax, or thin long chips along the wood fibers of coniferous or deciduous trees.
Первое растительное сырье предварительно измельчается до технологически приемлемого размера, если это необходимо. Также и второе растительное сырье может при необходимости предварительно измельчаться таким образом, чтобы была сохранена его волокнистая структура.The first plant material is pre-crushed to a technologically acceptable size, if necessary. Also, the second plant material can, if necessary, be pre-crushed so that its fibrous structure is preserved.
Как известно, любое лигноцеллюлозное сырье включает в себя три основных компонента: целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин.As you know, any lignocellulosic feedstock includes three main components: cellulose, hemicellulose and lignin.
Целлюлоза является главным структурным компонентом стенок клетки всех растений и составляет около 40-60 мас.% лигноцеллюлозного сырья. Она является кристаллическим веществом - линейным полисахаридом общей формулы (C6H10O5)n.Cellulose is the main structural component of the cell walls of all plants and makes up about 40-60 wt.% Lignocellulosic raw materials. It is a crystalline substance - a linear polysaccharide of the general formula (C 6 H 10 O 5 ) n .
Гемицеллюлозой называются нецеллюлозные полисахариды с малым молекулярным весом, общей формулой (C5H8O4)n1 (C6H10O5)n2, связанные в тканях растений с целлюлозой в лигноцеллюлозные материалы. Гемицеллюлоза составляет около 20-35% лигноцеллюлозного сырья и, как правило, является аморфным веществом.Low molecular weight non-cellulose polysaccharides are called hemicellulose, with the general formula (C 5 H 8 O 4 ) n1 (C 6 H 10 O 5 ) n2 bound in plant tissues with cellulose in lignocellulosic materials. Hemicellulose makes up about 20-35% of lignocellulosic raw materials and, as a rule, is an amorphous substance.
Лигнин (от лат. lignum - дерево, древесина) - это природный полимер, который входит в состав почти всех растений суши и по распространенности среди природных высокомолярных соединений уступает только полисахаридам. По количеству лигнин занимает второе место после целлюлозы в составе высокоорганизованных растений. Например, его содержание в древесине хвойных и лиственных пород соответственно 23-38 и 14-25 мас.%. Лигнин расположен в клеточных стенках и межклеточном пространстве растений, скрепляя целлюлозные волокна. Вместе с гемицеллюлозой он определяет механическую прочность стволов и стеблей. Кроме того, лигнин снижает проницаемость клеточных стенок для воды.Lignin (from lat. Lignum - wood, wood) is a natural polymer that is part of almost all land plants and is second only to polysaccharides in prevalence among natural high-molar compounds. By the number of lignin, it takes the second place after cellulose in highly organized plants. For example, its content in coniferous and deciduous wood is 23-38 and 14-25 wt.%, Respectively. Lignin is located in the cell walls and intercellular space of plants, holding cellulose fibers together. Together with hemicellulose, it determines the mechanical strength of the trunks and stems. In addition, lignin reduces the permeability of cell walls to water.
В предлагаемом способе используются природные свойства названных компонентов растительного сырья. Способ осуществляют следующим образом.The proposed method uses the natural properties of these components of plant materials. The method is as follows.
Первое растительное сырье с высоким содержанием лигнина и гемицеллюлозы, например щепу из древесины хвойных пород деревьев, которая содержит, как указано выше, большое количество лигнина и гемицеллюлозы, измельчают до однородного состава. Далее измельченное сырье помещают в автоклав и обрабатывают паром при давлении до 1 МПа и температуре 150-250°С в течение 15 с-10 мин. В конце этой стадии давление пара резко сбрасывают, в результате чего высвобождается лигнин, который является природным полимером, и гемицеллюлоза, которая подвергается разложению и гидролизу. Поскольку гемицеллюлоза является в большей части аморфной по природе, то она имеет большую растворимость в воде. Так, гемицеллюлоза разлагается примерно в 100 раз быстрее, чем целлюлоза, и, следовательно, гемицеллюлоза может гидролизоваться селективно без разрушения целлюлозы. Общая реакция гидролиза представляет собой: (C5H8O4)n1 (C6H10O5)n2+n1(H2O)+n2(CH2On1) C5H10O5+n2C6H12O6, давая на выходе 5- и 6-углеродные сахара. Эти свободные сахара могут быть разложены воздействием тепла на фурфурол и другие продукты разложения, которые далее могут быть преобразованы в полимерное вещество, обеспечивающее связывание лигноцеллюлозного сырья посредством, например, приложения тепла и давления при операции прессования.The first plant material with a high content of lignin and hemicellulose, for example wood chips from coniferous trees, which contains, as indicated above, a large amount of lignin and hemicellulose, is crushed to a homogeneous composition. Next, the crushed raw materials are placed in an autoclave and treated with steam at a pressure of up to 1 MPa and a temperature of 150-250 ° C for 15 s-10 minutes. At the end of this stage, the vapor pressure is sharply released, resulting in the release of lignin, which is a natural polymer, and hemicellulose, which undergoes decomposition and hydrolysis. Since hemicellulose is largely amorphous in nature, it has a high solubility in water. Thus, hemicellulose decomposes about 100 times faster than cellulose, and therefore, hemicellulose can be hydrolyzed selectively without destroying the cellulose. The general hydrolysis reaction is: (C 5 H 8 O 4 ) n1 (C 6 H 10 O 5 ) n2 + n 1 (H 2 O) + n 2 (CH 2 O n1 ) C 5 H 10 O 5 + n 2 C 6 H 12 O 6 , yielding 5- and 6-carbon sugars. These free sugars can be decomposed by the action of heat on furfural and other decomposition products, which can then be converted into a polymeric substance, which provides binding of lignocellulosic raw materials through, for example, the application of heat and pressure during the pressing operation.
Далее обработанное первое сырье извлекают из автоклава в горячем и влажном состоянии и смешивают со вторым растительным лигноцеллюлозным сырьем - не обработанным паром и волокнистым, таким образом, чтобы содержание первого растительного сырья в смеси было не менее 20 мас.% и не более 60 мас.%. Вторым растительным сырьем может быть, например, солома, предварительно измельченная на кусочки определенной длины, например 5-20 мм.Next, the processed first raw material is removed from the autoclave in a hot and wet state and mixed with the second plant lignocellulosic raw material - not treated with steam and fibrous, so that the content of the first plant raw material in the mixture is not less than 20 wt.% And not more than 60 wt.% . The second plant material may be, for example, straw, pre-crushed into pieces of a certain length, for example 5-20 mm
Полученную смесь формируют в маты, выравнивают и сушат. Сушка может быть принудительной, например, потоком горячего воздуха, или маты могут формироваться на проницаемой для влаги поверхности, через которую вода естественным образом стекает, покидая композитный материал, или с помощью вакуумного дренажа. Полимерные вещества в плите, образованные при гидролизе и высвободившиеся при резком сбросе давления, затвердевают и скрепляют волокна второго растительного сырья между собой.The resulting mixture is formed into mats, leveled and dried. Drying can be forced, for example, by a stream of hot air, or mats can form on a moisture-permeable surface through which water flows naturally, leaving the composite material, or using vacuum drainage. Polymeric substances in the plate, formed during hydrolysis and released during a sharp pressure relief, harden and fasten the fibers of the second plant material to each other.
Высушенный композитный материал разрезают на плиты необходимого размера. Полученные плиты относятся к мягким плитным композитным материалам и в основном предназначены для теплоизоляции.The dried composite material is cut into slabs of the required size. The resulting plates belong to soft plate composite materials and are mainly intended for thermal insulation.
Для получения твердых плитных материалов первое растительное сырье после обработки паром высушивают до влажности 5-10% и только потом смешивают со вторым растительным сырьем. Далее смесь укладывают в маты и подвергают горячему прессованию, чтобы повысить механическое сцепление отдельных волокон в плите со связующим полимерным веществом и получить прочный консолидированный материал.To obtain solid plate materials, the first plant material after steam treatment is dried to a moisture content of 5-10% and only then mixed with the second plant material. Next, the mixture is placed in mats and subjected to hot pressing in order to increase the mechanical adhesion of individual fibers in the plate with a polymer binder and to obtain a strong consolidated material.
Лигноцеллюлозное сырье, прошедшее обработку паром, является основным источником свободных радикалов для процессов полимеризации, происходящих, прежде всего на основе лигнина, гемицеллюлозы, свободных сахаров. Высвободившийся лигнин, как природное полимерное вещество, является основным связующим агентом для наполнителя - второго растительного сырья. Выход связующего вещества из лигнина больше, чем из целлюлозы (13-14% против 4-5% для целлюлозы при обычных условиях).Steam-treated lignocellulosic raw materials are the main source of free radicals for polymerization processes, which take place primarily on the basis of lignin, hemicellulose, and free sugars. Released lignin, as a natural polymer substance, is the main binding agent for the filler - the second plant material. The output of the binder from lignin is greater than from cellulose (13-14% versus 4-5% for cellulose under ordinary conditions).
Также свободные сахара в лигноцеллюлозном сырье, растворимые в воде, химически преобразуются посредством воздействия температуры и давления в нерастворимое и тугоплавкое полимерное вещество, действующее как связующий агент для формирования композиционного материала с хорошей механической прочностью и стабильностью размеров. В качестве первого сырья предпочтительнее использовать сырье с высоким содержанием лигнина и гемицеллюлозы. Волокнистое растительное сырье, не прошедшее обработку паром, - второе растительное сырье, является основным материалом, который обеспечивает прочностные характеристики, а именно - прочность на изгиб, прочность на растяжение и твердость, а также стабильность геометрических размеров композиционного плитного материала.Also, free sugars in lignocellulosic raw materials, soluble in water, are chemically converted by the action of temperature and pressure into an insoluble and refractory polymer substance that acts as a bonding agent to form a composite material with good mechanical strength and dimensional stability. As the first raw material, it is preferable to use raw materials with a high content of lignin and hemicellulose. Fibrous vegetable raw materials that have not been steamed, the second vegetable raw material, is the main material that provides strength characteristics, namely bending strength, tensile strength and hardness, as well as the geometric stability of the composite plate material.
Следует отметить, что композиционный плитный материал, получаемый по описанному способу, не содержит дорогостоящих искусственных смол, связанных с нефтехимией и поэтому экологически небезопасных. Он является полностью натуральным и экологически чистым, что относится к его исключительным преимуществам в сравнении с существующими плитными материалами, применяемыми в строительстве и мебельном производстве. Кроме того, поскольку при производстве плитного материала существенная часть исходного сырья не подвергается термической обработке под давлением, значительно снижается расход энергии на его получение. Также полученный описанным способом плитный материал имеет большую прочность при изгибах, поэтому его предпочтительнее использовать при строительстве.It should be noted that the composite plate material obtained by the described method does not contain expensive artificial resins associated with petrochemistry and therefore environmentally unsafe. It is completely natural and environmentally friendly, which refers to its exceptional advantages in comparison with existing plate materials used in construction and furniture production. In addition, since in the production of plate material a significant part of the feedstock is not subjected to heat treatment under pressure, the energy consumption for its production is significantly reduced. Also, the plate material obtained by the described method has great bending strength, therefore it is preferable to use it in construction.
Так как обработанное лигноцеллюлозное сырье почти совершенно свободно от гемицеллюлозы, то полученные по этому способу материалы гораздо менее гигроскопичными и, следовательно, имеют хорошую стабильность размеров.Since the processed lignocellulosic raw material is almost completely free of hemicellulose, the materials obtained by this method are much less hygroscopic and, therefore, have good dimensional stability.
Пример 1Example 1
Сосновую щепу размалывают на волокна в две ступени. Первая ступень размола производится на дефибраторах. В этом случае получается древесноволокнистая масса грубого помола. Вторая ступень размола выполняется на рафинаторах, где происходит более полное разделение древесной массы на волокна и ее выравнивание.Pine chips are milled into fibers in two steps. The first grinding stage is performed on defibrators. In this case, a coarse wood pulp is obtained. The second stage of grinding is performed on refiners, where there is a more complete separation of the wood pulp into fibers and its alignment.
Размолотое древесное сырье помещают в автоклав и обрабатывают паром высокого давления при 250°С в течение 15 секунд и затем давление резко сбрасывают. Образовавшаяся пульпообразная масса содержит высокую пропорцию сахаров, лигнина и водорастворимых веществ. Древесное сырье смешивают с порезанной на кусочки длиной 6 мм соломы, количество которой составляет 40 мас.%, и тщательно перемешивают. Далее формируют мат с помощью отливной машины в результате последовательного проведения следующих операций: истечения массы на формирующую сетку, свободной фильтрации воды через сетку, отсоса воды с помощью вакуумной установки. Далее полученную плиту выдерживают на воздухе в течение 30 мин. Полученный плитный материал имеет предел прочности на изгиб 3,2 МПа.The ground wood raw material is placed in an autoclave and treated with high pressure steam at 250 ° C for 15 seconds and then the pressure is sharply released. The resulting pulp-like mass contains a high proportion of sugars, lignin and water-soluble substances. Wood raw materials are mixed with straw chopped into 6 mm long pieces, the amount of which is 40 wt.%, And mixed thoroughly. Next, a mat is formed using a casting machine as a result of successive carrying out the following operations: mass expiration to the forming mesh, free filtration of water through the mesh, and water suction using a vacuum installation. Next, the resulting plate is kept in air for 30 minutes. The resulting plate material has a flexural strength of 3.2 MPa.
Пример 2Example 2
Сосновую щепу размалывают на волокна в две ступени. Первая ступень размола производится на дефибраторах. В этом случае получается древесноволокнистая масса грубого помола. Вторая ступень размола выполняется на рафинаторах, где происходит более полное разделение массы на волокна и ее выравнивание.Pine chips are milled into fibers in two steps. The first grinding stage is performed on defibrators. In this case, a coarse wood pulp is obtained. The second stage of grinding is performed on refiners, where there is a more complete separation of the mass into fibers and its alignment.
Размолотое древесное сырье помещают в автоклав и обрабатывают паром высокого давления при 150°С в течение 70 секунд и затем давление резко сбрасывают. Образовавшаяся пульпообразная масса содержит высокую пропорцию сахаров, лигнина и водорастворимых веществ. После высушивания до 10% влажности древесное сырье смешивают с порезанной на кусочки длиной 2 мм соломы, количество которой составляет 50 мас.%, и тщательно перемешивают. Далее формируют мат путем помещения смеси на формирующую сетку и подвергают его горячему прессованию при 210°С и давлении 100 кг на кв.см, в течение 8 минут. Далее полученную плиту выдерживают на воздухе в течение 30 мин. Полученный плитный материал имеет предел прочности на изгиб 3,3 МПа.The milled wood raw material is placed in an autoclave and treated with high pressure steam at 150 ° C for 70 seconds and then the pressure is sharply released. The resulting pulp-like mass contains a high proportion of sugars, lignin and water-soluble substances. After drying to 10% moisture, the wood raw material is mixed with straw chopped into pieces 2 mm long, the amount of which is 50 wt.%, And mixed thoroughly. Next, a mat is formed by placing the mixture on a forming mesh and subjected to hot pressing at 210 ° C and a pressure of 100 kg per square cm for 8 minutes. Next, the resulting plate is kept in air for 30 minutes. The resulting plate material has a bending strength of 3.3 MPa.
Пример 3 (прототип)Example 3 (prototype)
Сосновую щепу размалывают на волокна в две ступени. Первая ступень размола производится на дефибраторах. В этом случае получается древесноволокнистая масса грубого помола. Вторая ступень размола выполняется на рафинаторах, где происходит более полное разделение массы на волокна и ее выравнивание.Pine chips are milled into fibers in two steps. The first grinding stage is performed on defibrators. In this case, a coarse wood pulp is obtained. The second stage of grinding is performed on refiners, where there is a more complete separation of the mass into fibers and its alignment.
Размолотое древесное сырье помещают в автоклав и обрабатывают паром высокого давления при 150°С в течение 70 секунд и затем давление резко сбрасывают. Образовавшаяся пульпообразная масса содержит высокую пропорцию сахаров, лигнина и водорастворимых веществ. Далее формируют мат путем помещения смеси на формирующую сетку, который выдерживают на воздухе в течение 30 мин. Полученный плитный материал имеет предел прочности на изгиб 2,3 МПа.The milled wood raw material is placed in an autoclave and treated with high pressure steam at 150 ° C for 70 seconds and then the pressure is sharply released. The resulting pulp-like mass contains a high proportion of sugars, lignin and water-soluble substances. Next, a mat is formed by placing the mixture on a forming mesh, which is held in air for 30 minutes. The resulting plate material has a bending strength of 2.3 MPa.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008120446/04A RU2404048C2 (en) | 2008-05-22 | 2008-05-22 | Method of producing plate composite material from lignocelluloses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008120446/04A RU2404048C2 (en) | 2008-05-22 | 2008-05-22 | Method of producing plate composite material from lignocelluloses |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008120446A RU2008120446A (en) | 2009-11-27 |
| RU2404048C2 true RU2404048C2 (en) | 2010-11-20 |
Family
ID=41476335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008120446/04A RU2404048C2 (en) | 2008-05-22 | 2008-05-22 | Method of producing plate composite material from lignocelluloses |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2404048C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115349734B (en) * | 2022-08-19 | 2024-04-30 | 大自然科技股份有限公司 | Plant fiber mattress hot pressing process |
-
2008
- 2008-05-22 RU RU2008120446/04A patent/RU2404048C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008120446A (en) | 2009-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2075384C1 (en) | Method of manufacturing composite materials from lignocellulose raw material | |
| US5017319A (en) | Method of making composite products from lignocellulosic materials | |
| Laemsak et al. | Development of boards made from oil palm frond II: properties of binderless boards from steam-exploded fibers of oil palm frond | |
| Vitrone et al. | Binderless fiberboards for sustainable construction. Materials, production methods and applications | |
| CN101544010B (en) | Cotton stalk artificial boards and its production method | |
| JP3018295B2 (en) | Cellulose fibrous aggregate and method for producing the same | |
| AU621965B2 (en) | Cellulosic fibrous aggregate and a process for its preparation | |
| JP2007021972A (en) | Binderless board | |
| CN105082302A (en) | Manufacturing method of high-strength chipboard | |
| JP2003200407A (en) | Binderless board and its manufacturing method | |
| EP3135811B1 (en) | Production method of pulp derived from biomass for producing composite boards | |
| JP2001001318A (en) | Method for manufacturing lignocellulose molding from lignocellulose material | |
| US20130199743A1 (en) | Binderless panel made from wood particles and cellulosic fibers | |
| EP0934362A1 (en) | Treatment of lignocellulosic material | |
| Magzoub et al. | Comparative evaluation of mechanical and physical properties of particleboard made from bagasse fibers and improved by using different methods | |
| WO2023095463A1 (en) | Fiber board production method | |
| RU2404048C2 (en) | Method of producing plate composite material from lignocelluloses | |
| RU2381244C2 (en) | Moulding material, method of obtaining thereof and method of obtaining plate materials on its basis | |
| Yusuf et al. | Review on bamboo utilization as biocomposites, pulp and bioenergy | |
| Widyorini et al. | Some of the properties of binderless particleboard manufactured from bamboo | |
| Asfaw et al. | Case study for the construction of particleboard using sugarcane bagasse: A review | |
| RU138680U1 (en) | THERMAL INSULATION WOOD FIBER BOARD | |
| Luo et al. | Binderless particleboard from steam exploded wheat straw | |
| JPH10183500A (en) | Cellulosic molding product | |
| CN1683129A (en) | Artificial board and its producing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110523 |