Введение к работе
Актуальность проблемы
Одним из направлений использования растительных остатков является производство древесноволокнистых и древесностружечных плит (ДВП и ДСП), применяемых в строительстве и мебельной промышленности.V Однако производство подобных материалов обладает рядом недостатков, например:
в качестве адгезивов используются синтетические термореактивные смолы, оказывающие неблагоприятное воздействие на окружающую среду и человека;
синтетические связующие очень дороги -. их стоимость составляет большую часть стоимости готового изделия;
С 1993 года в Алтайском государственном университете разрабатывается способ получения плитных композиционных материалов -термобалитов из отходов древесины без использования вводимых извне связующих веществ, что значительно удешевляет их получение и придает им улучшенные технические характеристики. Основой этого способа является глубокая физико-химическая модификация лигиоуглеводного комплекса перегретым водяным паром, благодаря чему образуются вещества, способствующие «самосклеиванию» частиц в процессе последующего горячего прессования композита. В ходе исследований было показано, что превращения в древесине усиливаются в присутствии гидролизующих добавок.
Для внедрения этого способа в промышленное производство необходимо доказать преимущество термобалитов над ДВП и ДСП по уровню основных показателей и обосновать оптимальные режимы получения этих материалов. Для этого нужно выявить сущность превращений, происходящих в древесине на всех стадиях ее обработки. Варьируя температурой и временем баротермической обработки, температурой и давлением прессования, количеством химических добавок (гидролизующих агентов), и анализируя структуру и свойства получаемого материала, можно определить условия, при которых будет достигаться требуемый уровень свойств.
Цели и задачи исследования
Получение нового плитного материала -[термобалита путем горячего прессования гидролизованной древесной массы, полученной баротермической обработкой древесины в присутствии перекиси водорода. Исследование сущности и закономерностей физико-химических процессов, пгюисходящих в древесине березы при взрывном гидролизе и горячем прессовании. Обоснование режимов получения термобалита с заранее заданными свойствами.
Научная новизна *
-
Разработан способ получения нового строительного материала -термобалита из частиц древесины, гидролизбванной в присутствии перекиси водорода, со свойствами, не уступающими свойствам стандартных древесностружечных плит.
-
Устанбвлено, что при горячем прессовании гидролизованной древесной массы происходит реакция с участием альдегидных групп редуцирующих веществ с образованием легколетучих соединений. Образуются нерастворимые в воде смолоподобные соединения, выполняющие роль связующих веществ в образующемся материале. Предложена схема протекания реакции поликонденсации.
-
Установлено, что термобалит представляет собой композиционный материал аморфно-кристаллического строения, в котором наполнителем являются остатки древесных волокон, а связующее образовано из компонентов гидротермически обработанной древесины. Аморфную часть составляют полимеризованные остатки гемицеллюлоз и продукты их гидролиза, а также лигнин и продукты его деполимеризации. Кристаллическая структура ' древесной целлюлозы в термобалите остается неизменной.
-
Обнаружены экстремальные зависимости прочности и динамического модуля сдвига термобалитов от начального содержания гидроперекиси для различных режимов термобарообработки.
5. Доказано, что область стеклования аморфной компоненты термобалита
снижена по сравнению с аналогичной компонентой древесины па 72С.
Обнаружено линейное снижение температуры стеклования аморфной
части композиционного материала с ростом содержания гидроперекиси
на начальной стадии процесса взрывного гидролиза.
Практическая значимость работы
Разработан и обоснован способ получения новых строительных композиционных материалов из древесшш без использования синтетических связующих веществ. Оптимизированные режимы получения термобалита могут быть использованы при его промышленном производстве.
Реализация результатов работы
Материалы диссертации использованы на АООТ «Алтайторф» (г.
Новоалтайск) для составления технологического регламента и организации
производства древе_сноволокіїистьіх композитов - термобалитов.
Апробация работы т~~~ " " '~~ ,
Основные положения диссертационной работы докладывались и
обсуждались на 6 Всероссийских и Международных научно - технических
конференциях:
-
Всероссийской научно - технической конференции «Экспериментальные методы в физике структурно - неоднородных сред», 12-14 сентября 1996 г., Барнаул, Алтайский государственный университет.
-
Международной научно - технической конференции «Композиты - в народное хозяйство России», 10-12 сентября 1997 г., Барнаул, Алтайский государственный технический университет.
-
Международной научно - практической конференции «Композиционные материалы на основе древесины, их технология, структура, свойства и конструкции из них», 21-24 октября 1997 г., Москва - Мытищи, Московский государственный университет леса.
-
Всероссийской конференции «Перспективные материалы, технологии конструкции», 28-29 мая 1998 г., Красноярск, Красноярский государственный технический университет.
-
Пятом научном семинаре СНГ по акустике неоднородных сред, 26-30 мая 1998 г., Новосибирск, Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН.
-
Международной научно - технической конференции «Композиты - в народное хозяйство России», 9-11 сентября 1999 г., Барнаул, Алтайский государственный технический университет.
Публикации
Основное содержание диссертационной работы изложено в 6 тезисах и 5 статьях.
Структура н объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка использованной литературы. Она изложена на 135 страницах, включая 50 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 126 названий.
Основные положения, представляемые к защите
-
Способ получения новых композиционных материалов из отходов древесины, подвергнутых взрывному гидролизу в присутствии перекиси водорода для усиления гидролитических превращений.
-
Свойства опытных образцов термобалитов, превосходящие показатели стандартных древесностружечных плит на основе синтетических термореактивных смол.
-
Сущность превращений, происходящих в гидролизованной древесной массе при ее горячем прессовании (поликонденсация).
-
Экстремальные зависимости прочности и динамического модуля сдвига термобалитов от начального содержания гидроперекиси для различных-режимов термобарообработки.
5. Обоснование режимов получения термобалита с плотностью 1250 -1300 кг/м3 и прочностью ігри изгибе 45 - 55 МПа:
температура баротермической обработки - 180 С при длительности 15 минут, 190С при длительности 10 минут;
содержание перекиси водорода в замачивающем растворе - 6-9 м.ч.;
температура прессования - 110 - 120 С;
- давление прессования - 4j5 - 5,5 МПа.
