PL213772B1 - Sposób wytwarzania drewnopochodnego kompozytu warstwowo-cząstkowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania drewnopochodnego kompozytu warstwowo-cząstkowego.

Znane są drewnopochodne kompozyty warstwowe produkowane w postaci płyt, takie jak sklejka lub lignofol, wytwarzane z cienkich piatów drewna, fornirów lub obłogów, klejonych pod podwyższonym ciśnieniem. Niezbędnym składnikiem tych materiałów jest spoiwo z syntetycznej żywicy, najczęściej polikondensacyjnej żywicy na bazie formaldehydu utwardzanej na gorąco. Przy produkcji ₃ sklejek stosuje się ciśnienie około 14-20 kG/cm³. Przy produkcji lignofolu stosuje się ciśnienie 50-200 ₃ kG/cm³. Gęstość sklejek jest zbliżona do drewna litego, natomiast gęstość lignofolu zależy od ciśnie₃ nia pracowania i wynosi od około 1,0 do około 1,45 g/cm³.

Znane są także drewnopochodne kompozyty cząstkowe typu WPC (kompozyty drewno-tworzywo) zawierające polimer o łańcuchu węglowym jako składnik podstawowy oraz składnik drzewny w postaci rozdrobnionej, a także inne dodatki typu proszki ceramiczne, wypełniacze i barwniki. Tworzywa te można kształtować metodami stosowanymi w przetwórstwie tworzyw sztucznych, a drewno nadaje im odpowiednią wytrzymałość właściwą. Wyroby z tych tworzyw łączą właściwości mechaniczne polimerów i drewna. Wśród wyrobów WPC nie ma odpowiednika sklejki, która jako płytowy materiał konstrukcyjny najbardziej przypomina drewno lite.

Wadą powszechnie stosowanych kompozytów drewno-polimerowych jest szkodliwość ekologiczna stosowanej w nich żywicy na bazie formaldehydu. Szkodliwość tej żywicy występuje na wszystkich etapach jej stosowania w wyrobach drewnopochodnych: przy produkcji, przy eksploatacji, przy składowaniu oraz podczas spalania i utylizacji.

Znane są rozwiązania polegające na zastąpienia żywicy na bazie formaldehydu niskoczasteczkowymi polisilikonami w płytach wiórowych lub pilśniowych oraz warstwami termoutwardzalnego kauczuku polisilikonowego w odpornych na wstrząsy laminatach podłogowych. Polisilikony są całkowicie ekologiczne, jednak zastosowaniu żywic polisilikonowyeh towarzyszy spadek wytrzymałości mechanicznej płyty. Podwyższenie wytrzymałości mechanicznej i ognioodporności uzyskuje się w kompozytach cząstkowych zawierających cząstki roślinne, w tym włókna drzewne, przez wprowadzenie nanocząstek twardych materiałów. W celu poprawy stabilności rozmiarowej i ognioodporności drewna litego została opracowana metoda impregnacji nanocząstkami SiO2. Impregnację prowadzi się przez syntezę nanocząstek „in statu nascendi” wewnątrz drewna lub przez infiltrację pod obniżonym ciśnieniem. Obie metody są kosztowne i mogą oddziaływać chemicznie na drewno prowadząc do niekorzystnych zmian jego właściwości.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania nowego ekologicznego materiału kompozytowego, przypominającego sklejkę lub drewno lite, o podwyższonych własnościach mechanicznych, odporności na działanie ognia i odporności na działanie wilgoci.

Sposób wytwarzania drewnopochodnego kompozytu warstwowo-cząstkowego, złożonego z cienkich płatów drewna w postaci forniru lub obłogów oraz środka wiążącego w postaci żywicy polisilikonowej z dodatkiem proszku ceramicznego w postaci krzemionki pylistej, w którym płaty drewna po naniesieniu środka wiążącego i skompletowaniu wsadu poddaje się prasowaniu przez czas wymagany do usieciowania żywicy, według wynalazku polega na tym, że przed naniesieniem środka wiążącego płaty drewna nasyca się przez kąpiel w hydrozolu ditlenku krzemu SiO2 i poddaje podsuszaniu do uzyskania wilgotności w zakresie od 5 do 12% wagowych. Jako środek wiążący stosuje się jednoskładnikowy kauczuk polisilikonowy, sieciujący w temperaturze pokojowej z udziałem wody, zawierający od 3 do 1% wagowych krzemionki pylistej.

Korzystnym jest, jeżeli proces nasycania prowadzi się przez okres od 3 do 8 godzin, zwłaszcza przez 5 godzin.

Korzystnym jest także, jeżeli proces suszenia warstw drewna prowadzi się w temperaturze pokojowej na powietrzu w warunkach normalnych.

Sposób według wynalazku prowadzi do wytworzenia nanocząstek krzemionki w warstwach strukturalnych arkuszy forniru lub obłogów przez nasycenie drewna hydrozolem ditlenku krzemu SiO2, a następnie częściowe odparowanie wody. Nanoczastki tlenkowe, takie jak ditlenek krzemu SiO2 wykazują silną chemosorpcję do powierzchni ścian komórek drzewnych. Sposób wytwarzania nowego materiału wykorzystuje zjawisko infiltracji hydrozolu nanocząstek tlenkowych materiałów ceramicznych w głąb struktury drewna w wyniku kąpieli w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem normalnym. Na tak przygotowane arkusze jest nanoszony środek wiążący z dodatkiem krzemionki pylistej. ZastosoPL 213 772 B1 wany środek wiążący - neutralny, jednoskładnikowy kauczuk polisilikonowy sieciujący w temperaturze pokojowej z udziałem wody - doskonale zwilża i penetruje strukturę drewna ulegając przy tym chemosorpeji na wcześniej osadzonych w strukturze drewna nanocząstkach SiO2. W rezultacie, wytworzona płyta zawiera w całej objętości nanocząstki krzemionki, zarówno w drewnie, jak i w warstwie polimeru, przez co jest zarówno kompozytem warstwowym, jak i cząstkowym.

Wytworzona płyta zachowuje podwyższone własności mechaniczne przy stosunku grubości płytek drewna do grubości warstwy kauczuku silikonowego w zakresie od 1:1 do 1:3. Przez zmianę stosunku grubości obu warstw można regulować właściwości mechaniczne kompozytu. Wytworzony kompozyt obrabia się jak drewno, wytrzymałość właściwą na zginanie ma jak sklejka, wytrzymałość na uderzenie ma większą niż sklejka i tworzywa WPC oraz jest bardziej ognioodporny, hydrofobowy i ekologiczny. Sposób otrzymywania nowego materiału jest przy tym energooszczędny, ekologiczny i niskonakładowy. Wszystkie operacje prowadzi się w warunkach normalnych, w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym.

Rozwiązanie jest objaśnione w przykładzie jego stosowania.

Płytki obłogów sosnowych o grubości 1,5 mm poddano kąpieli w hydrozolu ditlenku krzemu SiO2 przez 5 godzin w warunkach normalnych. Hydrozol otrzymano przez zmieszanie nanocząstek ditlenku krzemu SiO2 z wodą w takiej proporcji, aby z żelu przeszedł w zol. Żywicę polisilikonową typu jednoskładnikowy kauczuk sieciujący w temperaturze pokojowej wobec wody wymieszano mechanicznie z krzemionką pylistą, w postaci dostępnej na rynku krzemionki Orisil, w stosunku 5% wagowych. Obłogi nasycone ditlenkiem krzemu SiO2 suszono na powietrzu w warunkach normalnych, a po wysuszeniu pokryto warstwą żywicy o grubości 0,5 mm i kompletowano wsady, które pozostawiano ₃ w prasie pod naciskiem 10 kg/cm^{1 2 3} przez 4 godziny.

Otrzymane płyty kompozytowe posiadały średnią wytrzymałość właściwą na zginanie 50 Nmm^-2, -2 wartość generacji ciepła HRR mierzona kalorymetrem stożkowym wynosiła 248,10 kW/m^-2, a szyb-1 kość ubytku masy przy paleniu MLR wy nosiła 12,1 gs^-1. Otrzymany materiał kompozytowy posiadał właściwości hydrofobowe i w obecności wilgoci zachowywał stabilność wymiarową.

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania drewnopochodnego kompozytu warstwowo-cząstkowego, złożonego z cienkich płatów drewna w postaci forniru lub obłogów oraz środka wiążącego w postaci żywicy polisilikonowej z dodatkiem proszku ceramicznego w postaci krzemionki pylistej, w którym płaty drewna po naniesieniu środka wiążącego i skompletowaniu wsadu poddaje się prasowaniu przez czas wymagany do usieciowania żywicy, znamienny tym, że przed naniesieniem środka wiążącego płaty drewna nasyca się przez kąpiel w hydrozolu ditlenku krzemu SiO2 i poddaje podsuszaniu do uzyskania wilgotności w zakresie od 5 do 12% wagowych, przy czym jako środek wiążący stosuje się jednoskładnikowy kauczuk polisilikonowy, sieciujący w temperaturze pokojowej z udziałem wody, zawierający od 3 do 7% wagowych krzemionki pylistej.

2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że proces nasycania prowadzi się przez okres od 3 do 8 godzin, zwłaszcza przez 5 godzin.

3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, proces suszenia warstw drewna prowadzi się w temperaturze pokojowej na powietrzu w warunkach normalnych.