Введение 8
1 Общая характеристика древесины и плитных материалов 11
1.1 Химические свойства древесины 11
1.2 Физические свойства древесины 12
1.3 Древесные композиционные материалы 14
1.4 Связующие в производстве древесноволокнистых и
древесностружечных плит 16
1.4.1 Виды связующих 16
1.4.2 Магнезиальные вяжущие 19
1.5 Кавитационная обработка древесины 20
1.5.1 Сущность явления кавитационной обработки древесины 20
1.5.2 Стадии развития кавитации 22
2 Получение и определение физико-механических свойств плитных
материалов 24
2.1 Кавитационная предобработка лигноуглеводного материала 24
2.2 Определение химического состава исходного и кавитированного сырья 24
2.2.1 Определение легкогидролизуемых полисахаридов 24
2.2.2 Определение трудногидролизуемых полисахаридов 25
2.2.3 Определение лигнина по Комарову 26
2.2.4 Определение целлюлозы 27
2.3 Получение плитных материалов 27
2.3.1 Приготовление пресс-массы 28
2.3.2 Процесс горячего прессования 28...
Производство древесных композиционных материалов является сравнительно новой и динамично развивающейся отраслью химической переработки древесины. Возникла эта отрасль в связи с дефицитом и ростом стоимости лесоматериалов, а также стремлением максимально использовать отходы древесины. Наравне с другими мероприятиями по сокращению отходов переработки древесины начались работы, в первую очередь за рубежом, по получению из древесных отходов полноценных заменителей древесины. Необходимой предпосылкой для широкомасштабного промышленного освоения процессов производства древесных
композиционных материалов (плит и пластиков) явилось развитие химии вообще и химии древесины и синтетических полимеров в особенности.
Одной из задач совершенствования плитного производства является создание экологически чистых технологий, требующих эффективное воздействие на процессы сокращения количества отходов в источнике их образования.
Существующие методы химической переработки древесины во многом несовершенны. Большинство из них использует только целлюлозу, превращая тем самым в отходы такие компоненты, как гемицеллюлозы и лигнин. Подобным образом обрабатывается высокосортная древесина, не говоря о многочисленных отходах, образующихся при вырубке и транспортировке леса.
Вовлечение же веток и сучьев в производство плитных материалов способствует рациональному использованию древесного сырья. С вводом качественных связующих материалов снижается требование к армирующим материалам (наполнителям).
На сегодняшний день существуют производства, которые позволяют перерабатывать весь биокомплекс древесины, например, производство древесностружечных и древесноволокнистых плит. В данном случае древесная щепа или мука перемешивается с синтетической смолой (фенолоформальдегидной, мочевиноформальдегидной и др.). Получаемые изделия с течением времени выделяются в атмосферу такие токсичные соединения, как формальдегид, фенол и др. [1-3].
Для улучшения свойств древесины используют различные добавки. В этом случае происходит химическое взаимодействие функциональных групп на поверхности древесины с реагентами. Древесина обладает развитой морфологической поверхностью, но проникновение реагента внутрь волокна затруднено. Для преодоления этого необходимо разрушить клеточную структуру древесины, по возможности не разрушая компоненты до газообразных веществ.
Также, на сегодняшний день, очень остро стоит проблема
экологической безопасности композиционных материалов. В целях минимизации эмиссии вредных веществ из плит, как в процессе
изготовления, так и особенно в процессе эксплуатации в виде изделий в рецептуры связующих вводят модифицирующие добавки, уменьшают количество связующего.
В настоящее время ассортимент связующих для получения композиционных материалов в России невелик и, в основном, ограничивается термореактивными резольными феноло-, мочевино-, карбамидо-, меламиноформальдегидными и эпоксидными смолами [1].
Поэтому существует необходимость в получении новых связующих на основе биомассы растительных материалов, позволяющая более эффективно использовать отходы и снизить токсичность получаемых материалов [3].
Проблемы получения плитных материалов на основе растительного сырья без использования синтетических связующих веществ издавна привлекала внимание исследователей.
Целью работы является: литературный обзор на тему исследования, получение композиционных плитных материалов из древесины сосны, подвергнутой кавитационной предобработке, на основе магнезиального связующего, изучение их физико-механических свойств и влияние условий прессования на эти свойства. Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:
1. Проведение кавитационной обработки исходного сырья;
2. Получение композиционных плитных материалов на основе кавитированной древесины сосны и магнезиального связующего и определение их физико-механических свойств;
3. Изучение влияния продолжительности прессования на физикомеханические свойств полученных плитных материалов;
4. Изучение влияния температуры прессования на физикомеханические характеристики полученных плитных материалов.
Работа выполнена на кафедре органической химии Алтайского государственного университета.
В ходе исследования после кавитацтонной предобработке были получены пресс-массы древесины сосны и получены композиционные плитные материалы с магнезиальными вяжущими. Определены физикомеханические характеристики полученных плитных материалов: прочность на изгиб, влагопоглощение и разбухание по толщине за 2 и 24 ч.
Выводы:
1. Впервые получены плитные материалы на основе опилок сосны, подвергнутых кавитационной предобработке и магнезиального вяжущего, плотностью 1180-1570 кг/м3. Прочностные характеристики плитных материалов, полученных при температуре 165 °С и давлении 10 МПа до 2,9 раза выше, чем без применения кавитационной предобработки.
2. Установлено оптимальное соотношение наполнитель : связующие - 3 : 1. Прочность на изгиб уменьшается при увеличении массовой доли связующего до 1 : 3 с 22,5 до 19,8 МПа вследствие повышения хрупкости полученного материала. Разбухание по толщине за 24 ч с увеличением содержания связующего увеличиваются с 4,9 до 24,0 %.
3. Увеличение продолжительности прессования (от 5 до 15 мин) при давлении 10 МПа и температуре 165 °С приводит к увеличению прочности на изгиб в 1,45 раза и к незначительному ослаблению гидрофобных свойств (с
2.2 до 6,3 %) плитных материалов.
4. Определено, что уменьшение температуры прессования со 165 до 125 °С снижает физико-механические характеристики плитных материалов: в
1.2 раза прочность на изгиб, в 5,4 раза разбухание по толщине за 24 ч, что обусловлено недостаточными процессами стеклования магнезиального связующего и малой скоростью поликонденсации основных компонентов древесины.
