Совершенствование технологии производства древесностружечных плит на основе модифицированных связующих с использованием некондиционной древесины

Россия является самой богатой в мире лесной державой. Лесопокрытая площадь занимает у нас более 700 млн. га, а запасы древесины составляют 82 млрд. м3 или 24% мировых ресурсов [17]. В среднем, это в 4 раза больше, чем в США, в 40 раз больше, чем в Швеции, ив 16 раз больше, чем в Финляндии.

Одним из основных потребителей деловой древесины является лесопильное производство. Отходы от лесопильного и шпалопильного производств вместе с корой составляют 83,6 млн. м3, от деревообрабатывающей промышленности — 20 млн. м3 и от фанерно-спичечного производства — 2,8 млн. м3 в год. Количество отходов в лесозаготовительной промышленности от всего объема вырубаемого леса составляет 117 млн. м3 и дров 90 млн. м3 [17]. Большое количество отходов остается в результате деятельности лесохимической промышленности, различные торгующие организации выбрасывают каждый год около 2 млн. 3 м деревянной тары, не подлежащей восстановительному ремонту. *.

Передовой отечественный и зарубежный опыт показывает, что кусковые отходы от деревообработки, лесопиления и лесозаготовок, стружка, опилки, кора, а также некоторые отходы производства лесохимической промышленности — прекрасное сырье для изготовления различных конструкционных, теплоизоляционных и отделочных строительных материалов и изделий для облицовки стен, перекрытий, полов, кровли, а также для стандартного домостроения и мебельной промышленности. По своим качествам и стоимости изготовления продукция из древесных отходов не уступает широко применяемым в настоящее время в строительстве материалам и изделиям из железобетона, натуральной древесины, пластмасс и т. д., а по некоторым технико-экономическим показателям даже превосходит их [58,59].

Однако, несмотря на то, что возможна утилизация до • 95% всех указанных выше отходов с использованием современных технологий, в нашей стране по-прежнему, перерабатывается лишь их малая часть. В этих условиях рациональное использование древесных отходов приобретает самое актуальное значение [6].

В настоящее время на территории России в отвалах, полигонах, шламохранилищах, на свалках накоплены десятки миллиардов тонн отходов производства. Основная масса промышленных отходов не подвергается переработке и лишь занимает громадные площади прилегающих территорий полигонов, предприятий и свалок. И сегодня проблема комплексного использования древесных отходов в лесной промышленности сохраняется и требует поиска новых путей ее решения. Деятельность лесопромышленного комплекса, в силу низкой степени развития производств по глубокой переработке древесины, базирующегося на крупнейшей в мире возобновляемой лесосырьевой базе, не обеспечивает в настоящее время государству как собственнику лесного фонда достаточной эффективности.

3].

Внедрение достижений научно-технического прогресса во все отрасли лесной промышленности нашей страны, коренное изменение технологии многих производств позволят наиболее полно использовать древесное сырье, получать широкий ассортимент продукции, превосходящей по потребительским характеристикам традиционные материалы. Одним из основных производств, способных перерабатывать низкосортную древесину в качестве технологического сырья считается производство древесностружечных плит, необходимость интенсивного развития которого обуславливается высокой эффективностью использования древесного сырья 3 3 з.

1 м древесностружечных плит эквивалентен 2,4 м пиломатериала или 3,8 м деловой древесины [38]).

Одним из первоочередных направлений развития производства древесностружечных плит (далее по тексту ДСтП) в настоящее время видится в более полном использовании низкосортной древесины и отходов сопутствующих производств, а также отходов заготовок, зачастую не используемых и гниющих на нижних складах. К тому же, предприятия по выпуску плитных материалов в настоящее время испытывают острый дефицит сырья. Поэтому расширение номенклатуры используемого сырья за счет вовлечения неиспользуемых отходов позволит не только разрешить проблемы обеспечения сырьем различных деревообрабатывающих производств, но и позволит улучшить экологическую обстановку в стране и снизить себестоимость полученной продукции деревообработки. Однако применение указанных отходов требует научного подхода, т.к. технология их использования должна обеспечивать не только качество, но и экологичность готовой продукции.

С учетом вышеизложенного, настоящая работа посвящена исследованию возможности использования некондиционного сырья в производстве древесностружечных плит.

Актуальность темы

обусловлена необходимостью повышения эффективности производства древесностружечных плит за счет увеличения производительности оборудования и снижения себестоимости выпускаемой продукции при сохранении качественных показателей древесностружечных плит, что обуславливает повышение конкурентоспособности плит на внутреннем и внешнем (мировом) рынках, а также обеспечивает улучшение экологической обстановки на территории Российской Федерации и снижение пожароопасности прилегающих к заводам территорий.

Работа выполнена на кафедре технологии деревообработки Братского государственного университета, апробирована и в дальнейшем практически реализована в ООО «СибПромИнвест», г. Канск, Красноярский край.

Целью работы является повышение эффективности производства древесностружечных плит за счет вовлечения в технологию неиспользуемых отходов деревообрабатывающих производств, находившихся на открытом воздухе более года.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:

— обосновать состав древесной композиции и содержание в ней некондиционного сырья;

— обосновать составы растворов, обеспечивающих компенсацию кислотности некондиционного сырьяразработать оптимальные стружечно-ютеевые композиции, обеспечивающие получение древесностружечных плит, соответствующих требованиям отечественного и европейского стандартов;

— разработать рациональные технологические режимы производства плит;

— разработать математическую модель описания технологического процесса производства древесностружечных плит, позволяющую прогнозировать их качественные показатели и определять оптимальные параметры режимов прессования;

— рассчитать экономическую эффективность разработки.

Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:

1) Исследована и доказана возможность использования некондиционного сырья в производстве древесностружечных плит.

2) Установлены сырьевые составы и составы клеевых композиций, обеспечивающие компенсацию отрицательного влияния кислотности некондиционного сырья на качественные показатели древесностружечных плит.

3) Впервые разработаны математические модели описания процесса изготовления ДСтП с использованием некондиционного сырья, позволяющие определять оптимальные технологические режимы и прогнозировать качественные показатели плит.

На защиту выносятся: обоснование составов древесных композиций, содержащих некондиционное сырье;

— обоснование составов клеевых композиций, обеспечивающих компенсацию кислотности некондиционного сырьяобоснование составов стружечно-клеевых композиций, обеспечивающих получение древесностружечных плит, соответствующих требованиям ГОСТ 10 632–2007;

— обоснование рациональных технологических режимов изготовления ДСтП;

— математическая модель описания процесса изготовления ДСтП, позволяющие прогнозировать качественные показатели и определять оптимальные параметры режимов изготовления плит.

Апробация работы.

Результаты проведенных исследований докладывались на международных конференциях: «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте» (Украина, 2010), IV, V — й конференциях «Леса России в XXI веке», Санкт-Петербург, ЛТА, 2010; Всероссийских научно-технических конференциях: VII, IX, X — й конференциях «Естественные и инженерные науки — развитию регионов Сибири» (Братск, БрГУ, 2008;2011) — «Химико-лесной комплекс — проблемы и решения» (Красноярск, СибГТУ, 2010), а также городских научно-технических конференциях «Молодая мысль — развитию лесного комплекса» (Братск, 2010, 2011).

Публикации результатов исследований.

Основные результаты диссертационной работы изложены в 11 научных печатных работах, в т. ч. в 3-х рецензируемых ВАК. Получено положительное решение по заявке на изобретение в Роспатент.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается адекватностью разработанных уравнений регрессиисовременными средствами научных исследований, включая спектрофотометриюположительными результатами разработки, внедренными в производство [П-Б].

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, выводов, списка литературы из 112 наименований, 2 приложений, 78 страниц текста, содержит 37 рисунков и 39 таблиц.

6 Основные выводы и рекомендации.

1 Доказана возможность использования некондиционного сырья в производстве древесностружечных плит с обеспечением качественных характеристик, соответствующих требованиям ГОСТ 10 632–2007, Е1Ч-312−2,3. Использование некондиционного сырья в производстве древесностружечных плит возможно в составе стружечной композиции внутреннего слоя ДСтП до 20% включительно.

2 С целью нейтрализации кислотности некондиционного сырья рекомендовано в состав связующего внутреннего слоя ДСтП вводить парафиновую эмульсию, состоящую из парафина и буроугольного воска в соотношении 60/40 в количестве 6−7 масс.ч. на 100 масс.ч. связующего.

3 Для обеспечения качества древесностружечных плит, соответствующих марке П-А по ГОСТ 10 632–2007 состав стружечно-клеевой композиции должен состоять из следующих компонентов: сырьевой состав внутреннего слоя:

— стружка, полученная из щепы марки ПС ГОСТ 15 815–83 — 60%.

— стружка, полученная из некондиционного сырья — 20%.

— стружка-отход от оцилиндровки круглых сортиментов — 20% состав клеевой композиции внутреннего слоя на 100 м.ч. связующего:

— карбамидоформальдегидная смола, К=65% - 88−89 м.ч.

— р-р аммония хлористого, К=20% - 5 м.ч.

— парафино-буроугольная эмульсия в соотношении компонентов 60/40, К=36% ' - 6−7 м.ч.

4 Оптимальными режимами изготовления древесностружечных плит, толщиной 16 мм. с использованием некондиционного сырья являются: -температура прессования — 190±5 С.

— удельное давление прессования — 2,3 МПапродолжительность прессования — 4,5 мин.

5 Полученная математическая модель описания процесса изготовления древесностружечных плит позволяет с высокой степенью достоверности.

Пб прогнозировать их качественные показатели и определять оптимальные параметры режимов прессования.

6 Экономическая эффективность предлагаемых технологических решений на примере завода по производству ДСтП ООО «СибПромИнвест», г. Канск, Красноярский край от снижения себестоимости составила 5,4 млн.

Л ^ руб. при мощности предприятия 80 тыс. м /год или 67,5 руб./м .

Анализ представленных на рис. 2.5−2.6 зависимостей позволяет сделать, заключение о том, что увеличение содержания стружки-отхода в общей" пресскопозиции приводит к небольшому снижению прочности древесностружечных плит при изгибе на 4−6%, но при этом положительно влияет на прочность при растяжении перпендикулярно к пласти плиты и разбухание по толщине за 24 ч (при количестве ее введения до 30%). Эти выводы хорошо согласуются с результатами, полученными Шварцманом Г. М, Щедро Д. А. [74]. Они объясняют это тем, что «неплоская (закругленная) стружка-отход от оцилиндровки частично располагается не в плоскости плиты, а под углом. В результате этого, сопротивление растяжению плит перпендикулярно пласти оказывают не только клеевые швы, но и волокна древесины». При большем содержании стружки-отхода снижение прочности связано, по-видимому, с ухудшающимися условиями контактирования и качества склеивания частиц между собой по причине наличия в общем объеме стружки-отхода серповидной стружки (27%) (см. табл. 2.5).

Прочность ДСтП при растяжении перпендикулярно к пласти плиты и разбухание ее по толщине за 24 час. определяются, большей частью, характеристиками стружечно-клеевой композиции внутреннего слоя, что дает основание выдвинуть предположение о возможности некоторой компенсации отрицательного влияния некондиционного сырья в составе внутреннего слоя на качественные показатели ДСтП введением стружки из здоровой древесины (стружки-отхода от оцилиндровки круглых сортиментов).

2.3 Характеристика связующего внутреннего слоя ДСтП.

Наиболее распространенными связующими веществами, применяемыми для изготовления ДСтП' различного назначения, являются карбамидоформальдегидные олигомеры благодаря ряду преимуществ: относительной дешевизне по сравнению с фенолформальдегидными (примерно 2 раза дешевле), хорошей адгезии к древесине, способности к быстрому отверждению в присутствии ускорителей, сочетанию сравнительно высокой концентрации с пониженной вязкостью.

Они обеспечивают высокую прочность ДСтП, уступая другим смолам, главным образом, в стойкости к одновременному и длительному воздействию влаги и повышенной температуре (более 60°С) [16,20−21,64].

В соответствии с отработанной технологией производства ДСтП бесподдонным способом смолы должны соответствовать показателям, указанным в табл. 2.6.

К связующему внутреннего слоя предъявляют требования, указанные в табл. 2.7.