Легкий личкований деревинно-полімерний матеріал і спосіб його виготовлення

Реферат: Винахід належить до галузі будівництва і стосується легкого личкованого деревинно3 полімерного матеріалу, середня щільність якого становить від 500 до 700 кг/м і способу його виробництва. Матеріал включає принаймні три шари, два зовнішніх личкувальних шари і один внутрішній шар, і одержаний одночасним гарячим плоским пресуванням і личкуванням. Причому внутрішній шар являє собою деревинно-полімерну композицію і містить 30-70 мас. % деревинних частинок та 70-30 мас. % подрібненого вторинного поліетилену і 1-5 мас. % пінополістирольних гранул від загальної кількості деревинних частинок і вторинного поліетилену. А для формування зовнішніх шарів як личкувальний матеріал використовують листи декоративного ламінату високого тиску (HPDL). Технічний результат винаходу полягає в зменшенні маси з зберіганням міцності легкого личкованого деревинно-полімерного матеріалу. 4# UA 114687 C2 UA 114687 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується деревинно-полімерних матеріалів із подрібненої деревини і 3 термопластичних полімерів, середня щільність яких становить від 500 до 700 кг/м , які можуть бути використані для потреб меблевого виробництва, будівництва, оздоблювальних робіт, товарів побутового або промислового призначення тощо. Деревинні композиційні матеріали є економічною альтернативою масивній деревині, оскільки дозволяють заощаджувати природні ресурси. Як вихідні матеріали використовують деревинні частинки різної товщини, наприклад деревинна стружка або волокна різних порід деревини. Деревинні частинки, як правило в суміші з природними та/або синтетичними клеями і в разі потреби з іншими додатковими речовинами, спресовують для одержання деревинних композиційних матеріалів у формі плит чи смуг. Найпоширенішими деревинними композиційними матеріалами є фанера, стружкові та волокнисті плити, волокнисті плити середньої щільності (MDF), стружкові плити з орієнтованою стружкою (OSB) тощо. Однак, незважаючи на вагомі переваги таких матеріалів над масивною деревиною, суттєвим їх недоліком є токсичність, внаслідок використання для їх виготовлення синтетичних клеїв. Останнім часом, щоразу ширшого застосування знаходять деревинно-полімерні матеріали, для виготовлення яких не застосовують синтетичних клеїв. Однак, для забезпечення відповідних механічних параметрів деревинно-полімерних матеріалів, їхня щільність повинна становити 3 приблизно 1000 кг/м та більше. Користувачі, насамперед приватні споживачі, часто вважають деревинні композиційні матеріали такої щільності або виготовлені з них відповідні елементи, наприклад для меблів, занадто важкими. Тому в останні роки зросла промислова потреба у легких деревинних композиційних матеріалах, зокрема коли переносні меблі набули великої популярності. Крім того, зростання цін на нафтопродукти, що веде до значного зростання, наприклад, витрат на транспортування, збільшило зацікавленість легкими деревинними композиційними матеріалами. Таким чином, легкі деревинні композиційні матеріали мають велике значення, оскільки: (а) полегшують та спрощують використання продуктів кінцевими споживачами, наприклад, під час пакування, транспортування, розпакування та складання меблів; (б) зменшують витрати на транспортування та пакування; (в) крім того, під час їх виготовлення можна зменшити витрати на матеріали. Легкі деревинні композиційні матеріали, наприклад, при використанні у транспортних засобах можуть сприяти зменшенню споживання енергії цих засобів. Таким чином, існує потреба у одержанні легких деревинних композиційних матеріалів, які б були зручними у користуванні та мали вигідні технологічні властивості. Вищевикладені обставини, а також підвищення вимог щодо подальшого зменшення рівня виділення формальдегіду з деревинних композиційних матеріалів зумовлюють потребу розроблення легких деревинних композиційних матеріалів із нижчим рівнем виділення формальдегіду. Відомий спосіб виготовлення деревинно-полімерних плит, що включає фракціонування та сушіння деревинних частинок, перемішування їх у змішувачі з подрібненим поліетиленом, формування деревинно-полімерного брикету і його подальше гаряче пресування, подавання у змішувач додатково модифікувальної композиції за такого співвідношення компонентів (мас. %): деревинні частинки 75-85 подрібнений поліетилен 6,5-13,5 модифікувальна композиція 8,5-11,5, як модифікувальну композицію використовують суміш парафінової стружки та відходів полівінілхлориду суспензійного за масового співвідношення(1,5-2,8):(7,0-8,7) відповідно [1]. Недоліками відомого способу є високий тиск пресування (5-7 МПа) і високе набрякання плит за товщиною (26-30 %). Відомий спосіб одержання вологостійких композитних плит із рослинних відходів і поліетилену, згідно з яким перед гарячим пресуванням формування волокнистого килима здійснюють із використанням плівки поліетилену товщиною до 0,2 мм, яка використовується як компонент зовнішніх шарів прес-композиції, а пресування здійснюють за температури 120140 °C, тиску 5 МПа і тривалості пресування 1,0 хв./мм товщини плити [2]. Недоліками відомого способу є високий тиск пресування (5 МПа), висока щільність (12463 1338 кг/м ), а відповідно й значна перевитрата сировини. Відомий легкий одно- і багатошаровий деревинний матеріал і спосіб його виготовлення, 3 середня щільність якого становить від 200 до 600 кг/м , який містить деревинні частинки, наповнювач (вибраний з групи, що включає гомополімер стиролу, співполімер стиролу, С 2-С10гомополімер олефіну, співполімери С2-С10- олефінів, ПВХ (твердий і м'який), полікарбонат, поліізоціанурат, полікарбодіімід, поліакрилімід, поліметакрилімід, поліамід, поліестер, 1 UA 114687 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 поліуретан, амінопласти і фенопласти), зв'язувальний засіб (який містить амінопласт та органічний ізоціанат, що має принаймні дві ізоціанатні групи), в якому амінопласт вибраний з групи, що включає карбамідоформальдегідну смолу, меламіноформальдегідну смолу, меламіновмісну карбамідоформальдегідну смолу, добавки [3]. Недоліками відомого способу є високе водопоглинання та набрякання за товщиною, а також наявність і виділення формальдегіду. Відомий личкований деревинно-полімерний матеріал і спосіб його виготовлення, який одержують одночасним гарячим пресуванням деревинних частинок із подрібненим вторинним поліетиленом і личкуванням, що містить щонайменше один/два зовнішній(х) личкувальний(х) шар(и) і один внутрішній шар, де внутрішній шар являє собою деревинно-полімерну композицію, в якій частка деревинних частинок становить 60 %, а вторинного поліетилену - 40 %, а для формування зовнішнього(ніх) шару(ів) як личкувальний матеріал використовують листи лущеного шпону або струганого шпону або синтетичного шпону або поліетиленової плівки або подрібнені відходи вторинного поліетилену, а формування деревинно-полімерної композиції та завантаження її в прес для гарячого пресування здійснюють разом із личкувальним(и) шаром(ами), де піддаються одночасному пресуванню та личкуванню [4]. 3 Недоліками відомого способу є висока щільність (800 кг/м і більше), а відповідно й значна перевитрата сировини. Відомий спосіб виготовлення личкованих деревинно-полімерних матеріалів, що включає подрібнення та сушіння деревинних частинок, перемішування їх із подрібненим вторинним поліетиленом, формування деревинно-полімерної композиції, формування деревиннополімерного килима або брикету, його гаряче пресування і охолодження отриманого деревиннополімерного матеріалу, за яким одночасно з операцією гарячого пресування здійснюється операція личкування, а як личкувальний матеріал використовують листи лущеного або струганого шпону, а приклеювання личкувального матеріалу до шару деревинно-полімерної композиції здійснюють з однієї або двох сторін за допомогою синтетичного клею або поліетиленової плівки в процесі гарячого пресування [5]. 3 Недоліками відомого способу є висока щільність (800 кг/м і більше), а відповідно й значна перевитрата сировини, а також використання клеїв для приклеювання личкувального матеріалу, що робить матеріал токсичним і збільшує його вартість. В основу винаходу поставлено задачу створити легкий личкований деревинно-полімерний матеріал і спосіб його виготовлення, в якому завдяки тому, що матеріал містить принаймні два зовнішніх шари і один внутрішній шар, причому внутрішній шар містить деревинні частинки, подрібнений вторинний поліетилен і пінополістирольні гранули, а для формування зовнішніх шарів як личкувальний матеріал використовують листи декоративного ламінату високого тиску (HPDL), і одержується одночасним гарячим плоским пресуванням і личкуванням, забезпечується одержання личкованих легких екологічно-чистих (відсутнє/низький рівень виділення формальдегіду) деревинно-полімерних матеріалів із меншою щільністю порівняно з стандартними деревинно-полімерними матеріалами і високими показниками міцності під час статичного згинання та водостійкості, а також високими декоративними властивостями. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі виготовлення легкого личкованого деревинно-полімерного матеріалу, згідно з винаходу, легкий, личкований деревинно3 полімерний матеріал щільністю 500-700 кг/м містить два зовнішніх личкувальних шари і один внутрішній шар, причому внутрішній шар являє собою деревинно-полімерну композицію і містить 30-70 мас. % деревинних частинок, 70-30 мас. % подрібненого вторинного поліетилену і 1-5 мас. % пінополістирольних гранул від загальної кількості деревинних частинок і вторинного поліетилену, а для формування зовнішніх шарів як личкувальний матеріал використовують листи декоративного ламінату високого тиску (HPDL), а формування деревинно-полімерної композиції та завантаження її в прес для гарячого пресування здійснюють разом із личкувальними шарами, де сформований килим/пакет піддають одночасному пресуванню та личкуванню при підвищеній температурі та підвищеному тиску, після чого охолоджують до одержання легкого личкованого деревинно-полімерного матеріалу. 3 Легкий личкований деревинно-полімерний матеріал щільністю 500-700 кг/м , який включає принаймні два зовнішніх шари і один внутрішній шар, причому внутрішній шар являє собою деревинно-полімерну композицію і містить 30-70 мас. % деревинних частинок, 70-30 мас. % подрібненого вторинного поліетилену і 1-5 мас. % пінополістирольних гранул від загальної кількості деревинних частинок і вторинного поліетилену, а для формування зовнішніх шарів як личкувальний матеріал використовують листи декоративного ламінату високого тиску (HPDL). Схему виготовлення легкого личкованого деревинно-полімерного матеріалу зображено на кресленні. 2 UA 114687 C2 5 10 15 20 25 30 35 Стружку, одержану подрібненням деревини різних порід, висушують. Після цього, у разі потреби, видаляють надто великі та дрібні частинки. Вторинний поліетилен у вигляді різноманітних відходів подрібнюють. Одержані частинки деревини і подрібненого вторинного поліетилену змішують у сухому стані за такого масового співвідношення; 30-70 мас. % деревинні частинки, 70-30 мас. % подрібнений вторинний поліетилен, до одержаної суміші додають 1-5 мас. % пінополістирольних гранул. Ретельно перемішана і приготовлена деревинно-полімерна композиція подається на наступні технологічні операції: формування деревинно-полімерного килима або пакета та його пресування з одночасним личкуванням. Для цього на основу прес-форми укладають нижній зовнішній шар декоративного ламінату високого тиску (HPDL), потім насипають перемішані компоненти у вигляді деревинно-полімерної композиції, насамкінець - верхній зовнішній шар декоративного ламінату високого тиску (HPDL). Утворений в такий спосіб деревинно-полімерний килим/пакет попередньо ущільнюють у "холодному" стані зазвичай за кімнатної температури, а потім піддають гарячому плоскому пресуванню з одночасним личкуванням. Одночасне плоске пресування і личкування можна здійснювати будь-яким відомим способом за температури від 140 до 230 °C. Тривалість процесу пресування і личкування становить від 0,8 до 1,2 хвилин на кожен міліметр товщини матеріалу, після чого матеріал піддається охолодженню до температури 30-40 °C між плитами холодного преса. Одержують легкий личкований деревинно-полімерний матеріал. Жодного клею в процесі виготовлення легкого личкованого деревинно-полімерного матеріалу, тобто, як в процесі приготування деревинно-полімерної композиції, так і в процесі приклеювання декоративного ламінату високого тиску (HPDL), не використовується. Одержання матеріалу ґрунтується у такому випадку на властивостях частинок вторинного поліетилену склеюватися). Властивості одержаного легкого личкованого деревинно-полімерного матеріалу наведено в Таблиці. У табл. також наведено для порівняння властивості стружкових плит (EN 312), легких стружкових плит (EN 16368) і деревинних композиційних матеріалів личкованих HPDL (ISO EN 13894-2). Визначали міцність і модуль пружності під час статичного згинання (ДСТУ EN 310), межу міцності під час розтягування перпендикулярно до площини плити (ДСТУ ISO 16984) та набрякання за товщиною (ДСТУ 4761) легкого личкованого деревинно-полімерного матеріалу. Легкі личковані деревинно-полімерні матеріали за водостійкістю відповідають вимогам, які 3 ставляться до стружкових плит типу РЗ (згідно з EN 312) за щільності 600 та 700 кг/м та вмісту пінополістирольних гранул 3 мас. %. За механічними показниками (міцністю під час згинання) повністю - вимогам, які ставляться до легких стружкових плит типу LP1 та LP2 (згідно з EN 3 16368) та стружкових плит типу РЗ (згідно з EN 312), окрім щільності 500 кг/м та вмісту пінополістирольних гранул 3 %. Зокрема, межа міцності під час статичного згинання у легких личкованих деревинно-полімерних матеріалах у 3,4-7,4 разу вища порівняно з вимогами для легких стружкових плит типу LP1; у 1,7-3,7 разу вища порівняно з вимогами для легких стружкових плит типу LP2. 40 Таблиця Властивості легкого личкованого деревинно-полімерного матеріалу Показник Легкий личкований деревинно-полімерний Вимоги для 3 матеріал за щільності (кг/м ) деревинних Вимоги композидля 500 600 700 ційних стружкоі вмісту (мас. %) пінополістирольних гранул матеріалів вих плит личкованих типу РЗ HPDL згідно 1 2 3 1 2 3 1 2 3 згідно з ISO EN 312 EN 13894-2 Міцність під час статичного 16,4 19,6 13,5 22,3 26,6 20,2 25,1 29,5 23,1 згинання, МПа Модуль пружності під 2923 3256 2711 3394 3844 3286 3675 4445 3783 час статичного згинання, МПа 3 Вимоги для стружкових плит згідно з EN 16368 типу LP1 типу LP2 35,0 15,0 4,0 8,0 4500 2050 550 1000 UA 114687 C2 Продовження Таблиці Міцність під час розтягування перпендику0,18 0,21 - 0,22 0,27 0,24 0,27 0,34 0,25 лярно до площини плити, МПа Набрякання за товщиною 21,4 19,2 18,4 19,1 18,2 16,5 18,2 16,0 14,4 (24 год.), % 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0,35 0,45 0,28 0,4 15 17 Якщо ж порівнювати показники міцності запропонованого легкого личкованого деревиннополімерного матеріалу із вимогами для деревинних композиційних матеріалів личкованих декоративним ламінатом високого тиску (HPDL) згідно ISO EN 13894-2, то у запропонованого матеріалу вони є дещо нижчими, що можна пояснити більшою товщиною HPDL (0,7 мм) і застосуванням карбамідо-формальдегідного клею для приклеювання ламінату відповідно до ISO EN 13894-2. Однак у такому разі для матеріалу згідно з ISO EN 13894-2 зростає його вартість (завдяки застосуванню карбамідо-формальдегідного клею) і підвищується токсичність такого матеріалу (знову ж таки, завдяки застосуванню карбамідо-формальдегідного клею). У запропонованому легкому личкованому деревинно-полімерному матеріалі жодного клею для приклеювання HPDL не застосовано, а використано властивості поліетилену склеювати(ся). Додавання до композиції пінополістирольних гранул по-різному впливає на механічні показники та водостійкість матеріалу. Збільшення вмісту пінополістирольних гранул до 2 мас. % сприяє підвищенню показників міцності. Незначний вміст пінополістирольних гранул (до 2 мас. %) дає змогу заповнювати порожнини між деревинними частинками та зберігати формостабільність деревинно-полімерного килима/пакета під час його гарячого пресування. Подальше збільшення вмісту пінополістирольних гранул призводить до зменшення міцності як під час статичного згинання, так і під час розтягування перпендикулярно до площини матеріалу. Це пояснюється значним збільшенням об'ємної частки гранул, оскільки гранули мають досить низьку насипну щільність. Внаслідок цього утворюється значна кількість когезійних неміцних зв'язків між пінополістирольними гранулами. Окрім того, збільшення частки пінополістирольних гранул призводить до зменшення частки деревинних частинок, що надають матеріалу армувальної дії. Щодо водостійкості, то з підвищенням частки пінополістирольних гранул набрякання за товщиною прямопропорційно зменшується. Це пояснюється тим, що гранули не здатні набрякати під дією води. Заповнивши порожнини між частинками композиції, гранули не дають змогу воді проникати у внутрішні шари матеріалу, взаємодіяти із деревинними частинками і відповідно їм набрякати. Перевагою винаходу є те, що відповідний винаходові легкий личкований деревиннополімерний матеріал має невелику масу, але попри це зберігає достатню механічну стабільність і має високі декоративні властивості. Крім цього, процес виготовлення відповідного винаходу легкого личкованого деревинно-полімерного матеріалу є нескладним; немає потреби в переоснащенні існуючих установок для виготовлення відповідних винаходу легких личкованих деревинно-полімерних матеріалів. Джерела інформації: 1. Патент України № 36997 А. Спосіб виготовлення деревинно-полімерних плит /Ященко Г.М., Пешкова О.І., Гурустримба С.М., Ковальський І.В., Кравченко О.Г. Заявл. 07.03.2000; Опубл. 16.04.2001. Бюл. № 3. 2. Патент Российской Федерации № 2314195. Способ получения влагостойких композитных плит из растительных отходов и полиэтилена /Скурыдин Ю.Г., Скурыдина Е.М. Заявл. 14.02.2005; Опубл. 20.07.2006. 3. Патент України на винахід № 95384. Легкий деревовмісний матеріал, спосіб його виготовлення, багатошаровий деревний матеріал та їх застосування /Вайнкьотц Штефан, Фінкенауер Міхаель, Шмідт Міхаель, Перетольчін Максім. Заявл. 16.09.2008; Опубл. 25.07.2011; Бюл. № 14. 4. Патент України на винахід № 101550. Личкований деревинно-полімерний матеріал і спосіб його виготовлення /Бехта П.А., Лютий П.В. Заявл. 02.09.2011, Опубл. 10.04.13. Бюл. №7. 5. Патент України на винахід № 102724. Спосіб виготовлення личкованих деревиннополімерних матеріалів /Бехта П.А., Лютий П.В. Заявл. 02.09.2011, Опубл. 12.08.13. Бюл. № 15. 4 UA 114687 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 1. Легкий личкований деревинно-полімерний матеріал, середня щільність якого становить від 3 500 до 700 кг/м , який включає принаймні три шари, два зовнішніх личкувальних шари і один внутрішній шар, і одержаний одночасним гарячим плоским пресуванням і личкуванням, причому внутрішній шар являє собою деревинно-полімерну композицію і містить 30-70 мас. % деревинних частинок та 70-30 мас. % подрібненого вторинного поліетилену і 1-5 мас. % пінополістирольних гранул від загальної кількості деревинних частинок і вторинного поліетилену, а для формування зовнішніх шарів як личкувальний матеріал використано листи декоративного ламінату високого тиску (HPDL). 2. Спосіб виготовлення легкого личкованого деревинно-полімерного матеріалу, що включає змішування компонентів внутрішнього шару, а саме 30-70 мас. % деревинних частинок і 70-30 мас. % подрібненого вторинного поліетилену і додавання до цієї кількості деревинних частинок і вторинного поліетилену від 1 до 5 мас. % пінополістирольних гранул, подавання перемішаних компонентів на формування килима або пакета, для цього укладають один шар поверх іншого, причому спочатку укладають нижній зовнішній шар декоративного ламінату високого тиску (HPDL), потім насипають перемішані компоненти у вигляді деревинно-полімерної композиції, насамкінець - верхній зовнішній шар декоративного ламінату високого тиску (HPDL), сформований деревинно-полімерний килим або пакет попередньо ущільнюють у холодному стані зазвичай за кімнатної температури та після цього при підвищеній температурі та підвищеному тиску піддають гарячому плоскому пресуванню з одночасним личкуванням, після чого охолоджують до одержання легкого личкованого деревинно-полімерного матеріалу. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5