автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Разработка и исследование технологии прессованных строительных материалов с отходами химической переработки древесины

На правах рукописи

Горбач Сергей Петрович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕССОВАННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОТХОДАМИ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

Специальность: 05.23.05. строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

Пенза- 1996

Работа выполнена в Пензенском государственном архитектурно-строительном институте.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

член-корреспондент МАНЭБ кандидат технических нау! профессор В.В.Арбузов.

/

доктор технических наук, профессор В.Г.Хозин, кандидат технических нау] доцент В.И.Логанина.

Ведущее предприятие: - АОЗТ " Агростройпроект "

г. Пенза.

Защита состоится с/п^е/!X 1996 г. в "¿3." часов на засе дании диссертационного совета К 064.73.01 в Пензенском государс твенном архитектурно-строительном институте по адресу: г.Пенза ул. Титова, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенског государственного архитектурно-строительного института.

Автореферат разослан "¿в"февраля 1996 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные ^ пе чатыо, просим отправлять по адресу: 440028, г.Пенза, ул. Титова 28. Пензенский государственный архитектурно- строительный институ

Ученый секретарь диссертационного

совета К 064.73.01, канд. техн. наук В.А.Худяко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

____Актуальность__п_р1_о_б _л е_^_^._Как_известно,_раз^_

работка новых элективных материалов на основе побочных веществ (отходов) производства является одним из приоритетных направлений развития науки и техники. Одним из источников расширения сырьевой база местных строительных материалов являются отходы химической переработки древесины, к которым откосятся гидролизный лигнин и лигносульфонаты. В настоящее время в стране накоплены огромные количества таких веществ. Только третья часть из них используется, да и то, в основном, в качестве топлива. А остальные либо вывозятся в отвал (гидролизный лигнин), либо сбрасываются в водоемы (лигносульфонаты), что приводит к загрязнению природной окружающей среды и нерациональному использованию древесного сырья.

Накопленный опыт не позволяет разработать научно-обоснованные рекомендации по совместному использованию этих веществ в составе прессмасс и получать прессованные материалы с гарантированно высокими свойствами. Причина этого состоит не столько в отсутствии фактического материала, ко, в основном, в том, что нет единого подхода к природе процессов происходящих при изготовлении подобных материалов, рехимач их переработки и требованиям предъявляемым к исходным веществам. Это затрудняет сделать четкие выводы о возможности эффективного применения гидролизного лигнина и лигносульфонатов б производстве прессованных строительных материалов. Развитие полкРтруктурнои-теории композиционных строительных материалов создало предпосылки к созданию теоретической и методо^. логической базы разработки составов и технологии прессованных строительных материалов на различных вида-: сырья.

Цель р а .6 о т ы - исследование сзойств и состава связующего с использованием гидролизного лигнина и лигносульфонатов на' аммониевом основании, разработка прессмассы для изготовления прессозанных строительных материалов с таким связухмцим, а такхе создание технологии изготовления таких материалов опирающейся на основные положения полиструктурной теории композиционных строительных материалов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- установить зависимости свойств связующего от совместного влияния древесного гидролизного лигнина и лигносульфонатов;

-установить зависимости свойств прессованных строительных

г

материалов от состава прессмасс и режимов изготовления;

- оптимизировать составы и технологию их переработки.

На защиту выносятся:

-результаты экспериментально-теоретических исследований совместного влияния гидролизного лигнина и лигносульфонатов нг аммониевом основании на свойства связующего на основе карбамидоформальдегидной смолы;

- результаты экспериментально-теоретических исследований закономерностей взаимодействия компонентов полученного связующего с компонентами прессмасс, а также результаты оптимизации составог прессмасс и режимов льезотермического метода получения строительных материалов;

- результаты экспериментальных исследований влияния дисперсности гидролизного лигнина на' свойства связующего и прессмассы;

- связующее на основе карбамидоформальдегидной смолы, модифицированное лигносульфонатом на аммониевом основании и наполненное гидролизным лигнином, а также прессмасса на основе полидисперсного заполнителя, включающая древесную стружку и гидролизны? лигнин.

Научная новизна работы. Впервые выявленс совместное влияние отходов химической переработки древесины - гидролизного лигнина и лигносульфонатов на свойства связующего кг основе карбамидоформальдегидной смолы. Установлены зависимости свойств прессованных строительных материалов от состава пресс-масс, дисперсности заполнителя и режимов изготовления. Определена возможность активации и пластификации компонентов связующего у прессмасс непосредственно при пьезотермообработке. Выявлены у описаны основные закономерности взаимодействия компонентов пресс-масс при их подготовке, переработке и кондиционной выдержке. Предложен новый метод оценки дисперсности гидролизного лигнина, г также критерий, определяющий поведение его частиц при. формировании структуры и свойств связующего и материала.

Впервые выполнен анализ структуры и свойств прессованны? строительных материалов с позиции полиструктурной теории. Этс позволяю не только объяснить закономерности образования ¿внутренней структуры материала , но и обеспечило возможность создали? нового материал в котором полностью реапизовачы потенциальные во; мощности ингридиентов к химическому взаимодействию.

Практическое значение. Разработаны составы связующего и прессмассы на основе_отходовфотохимической __ пере-_ работки древесины гидролизного лигнина и лигносульфонатоз на аммониевом основании, отличающиеся высокими физико-механическими свойствами и низкой токсичностью. Показана целесообразность использования вторичного сырья б производстве прессованных строительных материалов, что позволяет экономить сырьевые ресурсы, решает экономические и экологические задачи. Получены математические модели, позволяющие прогнозировать и оптимизировать составы связующего и прессмассы, а также режимы пьезотермообработки. Предложены номограммы для определения составов связующего и прессмасс в производственных уелозиях. Производственная апробация прессованных строительных материалов подтвердила эффективность их применения в качестве заменителей древесностружечных плит.

Реализация работы. Разработанные составы связующего и прессмасс на основе отходов от химической переработки древесины, получили промышленное внедрение в Кададинском опытно-произзодственном лесхозе (р.п. СоснозоОорск, Пензенской обл.)

Апробация работы. По основным положениям диссертации и полученным результатам сделаны доклада и сообщения на зонаяьных научно-технических конференциях и семинарах "Повышение эффективности и качества сельскохозяйственного строительства" (Саратов, 1932); "Производство и применение композиционных материалов на основе отходов промышленности с целью охраны окружающей среды" (Пенза, 1932); "Использование отходов промышленности в ка-*-честве модифицирующих добавок в технологии строительных материалов (Пенза, 1982) "Решение проблемы охраны окружающей среды путем использования отходов промышленности в композиционных материалах" (Пенза, 1983) "Композиционные строительные материалы с использованием отходов промышленности" (Пенза, 1984); II Международной научно-практической конференции "Вопросы планировки и застройки городов" (Пенза, 1935).

П у б л и к а ц и и. Основные положения работы опубликованы в 20 статьях и сообщениях, защищены 4 авторскими свидетельствами.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованных литературных источников и приложения; работа изложена на 232 машинописных страницах, она содержит 49 рисунков и 9 таблиц, биб-

лиогргфия включает 125 наименований, 8 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбрани темы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новиз и практическое значение работы.

В первой главе, приводится аналитический обз литературы, посвященной использованию отходов химической перер ботки древесины, гидролизного лигнина и лигносульфонатов в гехн логии связующих и прессованных строительных материалов и их вли нию на .физико-механические показатели. Излажен опыт использован гидролизного лигнина в качестве наполнителя связующих веществ заполнителя прессмасс, приведены сведения о применении лигносул фонатов для замещения карбамидоформальдегидных смол в связующи обобщены основные взгляды ка природу процессов, происходящих л формировании структуры и свойств материалов; выявлены основн тенденции и направления активации этих веществ, критически оцен практический опыт внедрения разработанных технологий. Здесь обобщены существующие теоретические взгляды на прессованные стр ительные материалы, как композиты.

Большой вклад в теория к практику создания и оптимизах составов и свойств прессозаняых и композиционных строительных к териалов внесли Арбузов В.В., Берлин A.A., Бобрышев А.Н., Иваще ко Ю.Г., Липатоз Ю.С., Пронин А.П., Рыбьев И.А., Селяев В.П., С ломатов В.И., Хозик В.Г., Хрулев B.W.,Шварцман Г.М. к другие oi чествекные и зарубежные ученые.

Анализ отечественных и зарубежных источников показывает, * в производстве прессованных строительных материалов древес} гидролизный лигнин используется в исходном и активированном сс тояниях для заполнения прессмасс и наполнение связующего. Г этом свойства материалов повышаются незначительно. Использова1 активированного аммиаком древесного гидролизного лигнина для г пол нения прессмасс позволяет улучшить физико-мехачическке пока; тели в большей степени. О-собекно ярко это проявляется в позыше! водостойкости. Однако, количество вводимого лигнина сравнитеш небольшое (4-10%).

В отношении лигносульфонатов, общепризнанно, что наиболы

химической активностью обладают^ лягносульфонаты- на аммониевом - ос— новании. Степень замещения карбачидоформальдегидной смолы лигно-сульфонзтами на аммониевом основании в исходном состоянии ограничивается пределом в 5-10£. Их модификация позволяет повысить эту величину до 20%. Наличие лигносульфояатоз в связующем приводит к повышения вязкости, снижению времени отверждения и жизнеспособности. В отношении влияния лигносульфонатов на физико-механические свойства готовых изделий единого мнения нет. При тепловой обработке лигкосульфокатоз на аммониевом основании они взаимодействуют с формальдегидом.. Побочным продуктом реакции является аммиак. Реакции протекает при содержание в лигносульфонате до 4% иона аммония и рН < 5. Предпосылкой повышения свойств материалов на основе гидролизного лигнина и лигносульфонатов является повышение ■ их реакционной способности. В этом случае естественно ожидать образования большего количества прочных химических связей между компонентами прессмасс.

Поэтому далькейиие исследования проводили в двух направлениях. Во-первых изучали связующее на основе карбамидоформальдегид-ного полимера и лигносульфоната, наполненное гидролизным лигнином. Во-вторых, исследовали прессмасс-ы с таким связующим, заполненные пол/дисперсным заполнителем (древесной стружкой к лигнином) .

В работах Арбузоза В.В. высказано предположение, что лолист-руктуркая теория композиционных строительных материалов является ; интегрирующей базой в закономерностях образования" материалов типа"' лигнопластиков, сырьевой базой которых является гидролизный лигнин. :

Однако, в литературных источниках отсутствуют сведения о совместном влиянии гидролизного лигнина и лигносульфонатов на свойства связующего на основе карбачидоформальдегидной смолы и прессованных строительных материалов, кэ установлены структурообразующее факторы, определяющие характеристики изделий на различных этапах технологического процесса. Отсутствие теоретической базы оптимизации составов, свойств и режимов изготовления, не поззоляет выработать системный подход к этой проблеме.

Во второй главе приведено обоснование применения методологии и оскозкых положений полиструктурной теории к прессованным строительны;.! материалам с использованием отходов хи-

- е -

мической переработки древесины.

Установлено, что прессованные строительные материалы по структурным признакам и последовательности задач, решаемых при их изготовлении, относятся к композитам. Поэтому оптимизация составов, структуры и разработка технологии может быть выполнена на базе основных положений полиструктурной теории композиционных строительных материалоз. Рассмотрение материалов на микро- и макроуровнях позволяет подвести теоретическую базу к проблемам разработки и оптимизации новых составов, формирования внутренней структуры и создания технологии изготовления строительных материалов из такого вида сырья.

Изучение путей оптимизации структуры прессованных материалов позволило выделить основные факторы, ее определяющие. Для микроструктуры - это выбор оптимального соотношения твердой и жидкой фаз, активация наполнителя, определение необходимой концентрации смолы. Для макроструктуры - уменьшение пустотности, уплотнение заполнителей, повышение интенсивности сцепления связующего и заполнителя.

Приложение полиструктурной теории к анализу физической модели этапов формирования макроструктуры материала на полифракционном заполнителе позволяет заключить, что кроме традиционных факторов, связанных с режимами пьезотермообработки и характеристиками прессмасс, на первый план выходят также факторы, обуславливающие способность частиц заполнителя заполнять мэжстружечные пустоты.

Анализ основных принципов "рациональной технологии", разработанной В.И.Соломатовым, показызает их универсальность. Поэтому они могут быть с успехом реализованы при изготовлении прессованных строительных материалоз, и из отходов химической переработки древесины. Однако, часть принципов требует определенной их адаптации и ^переосмысления применительно к особенностям получения прессованных материалов. Это касается прерывистой гранулометрии заполнителей, направленного формирования структуры, способоз получения каркасной структуры, применения термохимических методов на этапах изготовления материала и подготовки компокектоз. Однако, в лябом случае, эти положения можно рассматривать в качестве методологической базы при разработке технологии производства предлагаемых материалоз.

Исходя из вышеизложенного, в качестве рабочей гипотезы нами было принято_предположение,_что__выделенке—в-

структуре прессованных строительных материалов микро- и макроуровней и их анализ позволит разработать новую прессмассу, включающую гидролизный лигнин и лигносульфонат на аммониевом основании, а также создать технологта ее переработки, при которой направленная оптимизация составоз и структуры, обеспечивала бы .получение материала, обладающего высокими физико-механическими показателями.

В третьей главе приводятся характеристики используемых материалов и применяемые методы исследования.

Оптимизация состазоз прессмасс, дисперсности заполнителя и режимов пьезотермообработки выполнены с использованием полиномиальных математических моделей, адекватно отражающих поведение исследуемых систем.

В четвертой главе представлены результаты исследования свойстз связующего.

Основное внимание было уделено изучению влияния гидролизного лигнина, лигносульфонатоз и гексаметилентетрамина на технологические и эксплуатационные свойства связующего и определению оптимального их количества. Для этого в составе наполнителя варьировалось содержание компонентов, выявлялась их роль и функции в создании структуры на макроуровне, иселедозатея фнги.-;о-х)Смический механизм процессов, происходящих при приготовлении и отверждении связующего.

В качестве критериев оценки качества связующего приняли прочностные и гидрофобные показатели, как определяющие его эксплуатационную пригодность, и еезкосгв, как Фактор определяющий, качество и условия формирования макроструктуры при получении прессмасс. Основными направлениями исследований являлись выбор оптимального соотношения твердой и гадкой фаз, определение необходимой концентрации смолы, создание условий для активации наполнителя .

Установлено: наилучшими свойствами обладает связующее следующего состава; лигносульфонат - 15...20 вес.%, гидролизный лигнин - 10...20 вес.£, гексаметилентетрамин - 2...5 вес.%, карбамидо-формальдегидная смола - останьноё.'--'Связующее должно содержать сухой остаток в количес?зе 55-56% и наполняться гидролизным лигнином насыпной плотностью 305-325 кг/м3 (дисперсностью 20-45 мкм).

Для стимулирования начала физико-химических процессов и получения требуемой вязкости связующее'-необходимо нагревать до температуры 50 °С.

Такой состав связующего и режимы его подготовки обеспечивают развитие в связующем при термообработке химических взаимодействий между продуктами разложения гексаметилентетрамина (аммиаком и формальдегидом) и лигносульфонатом.на аммониевом основании, гидролизным лигнином, древесиной. Вновь образовавшаяся лигносульфоновая кислота взаимодействует с карбачидоформадьдегидной смолой и с целлюлозой древесины. Наличие этой реакции никоим образом не. сказывается на традиционно имеющей место реакции карбамидной смолы и целлюлозы, которая является предпочтительной. Побочным продуктом реакции этерификации является формальдегид, который вновь вступает во взаимодействие с лигносульфонатом.

Выделяющейся аммиак, во-первых, способствует повышению химической активности гидролизного лигнина за счет отделения меток-сильных групп от лигнкнового комплекса и образования нозых фе-нольных и карбоксильных групп, во-вторых, аммиак при повышенной температуре проникая в макромолекулы целлюлозы и нативного лигнина ослабляет химические связи между цепочками, повышает их подвижность, а при определенных температурных режимах - разрывает химические связи, тем самым обеспечивает пластификацию древесины.

Механизм химических взаимодействий исследовался на промежуточных продуктах реакций и модельных соединениях с привлечением методов Ж-спектроскопии и дифференциального термогравиметрического анализа.

В результате повышения реакционной способности гидролизного лигнина и древесины появляются дополнительные возможности к их химическому взаимодействию не только со смолою, лигкосульфоновой кислотой и формальдегидом, но и между собой. Вновь образовавшиеся связи, вероятно, и обеспечивают повышение прочности и водостойкости связующего в целом.

На следующем этапе работ разработана номограмма (рис.1), позволяющая определять состазы связующего по заданным прочностным показателям. Приложение полиструктурной теории^ композиционных строительных материалов позволяет получить частные уравнения, которые дают возможность прогнозирования свойств связующего в зависимости от отношения жидкой и твердой фаз,, содержания гидролизко-

lí

? s

cZ

•Ут"

Mil \ - А с-'-

■■■]•/ с; i у

4 ;К:»

-Л \,-/r г г,,-

■ Г / мм/

■/ А </

■lili

M\ 1>л! • ^

j Í -- (

i •> i м 1 ¡ , -И-

; i 11. .

Ч-г LijS ! ' I

i t i ММ'- . . .

-Г+Г тЖ-г: MÍ-

ссдеэжоч'-'е л^г-ссу i»o3-

fC-os. гг:с . •<

i 1СПР 550ч WV •

p - 250 p - £">0 кг/V p m 3DD кг/и

ПРИ П/ЮТНЭСТИ

лигк1-ч5

• - i.cc

г - l,f?

p y 310 УГ/М P « 350 K<-/M p » кг/л

k s 1.06

к = l ,06

- И -

го лигнина. Установлено, что критерием характеризующим размеры частиц______гидролизного _

лигнина может служить плотность после уплотнения. Предложены эмпирические зависимости плотности после уплотнения (г) от дисперсности Ш): г = А'О2 + В'О + С + + Е'Б / (0 - П. (1) При размерах частиц лигнина 20...45 мкм коэффициенты имеют следующие значения: А- = =-0,03286, В=1,19286, С=317,5, Е=Г=0. При размерах более 45 мкм, А=В=С = О, Е = 253,021, 77457.

Зту зависимость рекомендовано применять в производстве для определения гранулометрических характеристик исходного лигнина. Используя зависимость (1), а также частные уравнения для прогнозирования прочностных свойств связующего была рассчитана плотность лигнина-после уплотнения, обеспечивающая максимальную*проч-т ность связующего.

В п я т_о й главе приводятся результаты исследования свойств прессованных строительных материалов.

Исследовалось влияние содержания связующего, дисперсности полидисперского заполнителя и состава прессмасс в целом на основные Физико-механические показатели материалов. Токсичность материалов изучат/ по изменению содержания свободного формальдегида.

Анализ влияния содержания связующего на свойства материалов показал, что увеличение количества предлагаемого связующего приводит к значительному повышению прочности и водостойкости. Так уже при плотности 600 кг/м3 водопоглащение достигает 17 %, в то время, как у материала традиционного состаза этот показатель составляет 50-60 %..

coótc^g со°jy.'jí

Установлено, что зависимость предела прочности на изгиб (б) от содержания связующего (к) имеет экспоненциальный характер и описывается уравнением вида:

б = бтах( 1 - В-е"Ак). (2)

Используя результаты экспериментов и полученную формулу, предлагается методика определения оптимального содержания связующего, базирующаяся на том принципе, что требуемая прочность должна достигаться за счет повышения плотности материала, а не расхо-" да связующего. 3тот метод реализован с помощью номограмм, которые представляют собой графическую интерпретацию уравнения (2) при различной плотности материалов.

Влияние размеров частиц полидисперсного заполнителя изучалось путем исследования математических моделей, построенных с ' привлечением методов планирования эксперимента и их графических интерпретаций. Анализ уравнений регрессии показывает, что, в исследуемом диапазоне, на плотность, предел прочности при статическом изгибе и разбухании по толщине влияют толщина стружки и плотность лигнина после уплотнения. Численные значения коэффициентов математических регрессий показывают, что толщина стружки влияет в большей степени. Причем, с увеличением толщины стружки плотность, прочность и водостойкость уменьшаются, с увеличением плотности лигнина плотность и прочность возрастают, а водостойкость - понижается. Наибольшую плотность и прочность имеют материалы при' плотности лигнина 290 кг/м3 и толшине стружек 0,2 мм, а наименьшее разбухание при"- 260 кг/м3 и 1 мм соответственно.

После математических преобразований получено уравнение для определения плотности гидролизного лигнина после уплотнения (р), обеспечивающей требуемую прочность материала (б) в зависимости от толщина древесной стружки (5ДР):

р = (б + 13,0486 - 46,3542-5др)/(0,1631 - 0,1792^). (3) Преобразовав уравнение (3) к виду 5ДР = Г(р) можно получить выражения для расчета требуемой толщины стружек.

Токсичность прессованных материалов на карбамидоформальде-гидных смолах определяется содержанием формальдегида. Серией экспериментов подтверждено, что прн кондиционной выдержке имеет место реакция образования уротропина из свободных формальдегида и ашиача. В таблице 1 приведено содержание формальдегида в образ-

цах материалов, отличающихся составом связующего и режимами кондиционирования. ------------------Содержание- формальдегида- в" материалах

Таблица 1

I

Номер образ да Свойства гидролизного лигнина Содержание компонентов в связующем,вес.% Содержание формальде да.мг на 100 г абс. сухого материала

К р,кг/м3 ЛСФ ГЛ У

после кондиц. после обдувки П

1 0,78 290 15,0 10,0 2,0 73,0 14,0 9,0 35,7

2 2,20 330 16,0 12,5 2,3 69,2 14,7 9,8 33,3

3 3,85 320 17,0 19,1 4,2 59,7 16,3 10,4 36,2

4 2,20 310 18,0 17,2 3,0 61,8 15,3 10,3 <->о 'У о<-, 1

5 0,78 300 19,0 16,1 2,8 62,1 15,0 10,0 33,3

б 0,78 290 20,0 20,0 5,0 55,0 17,0 11,0 35,3

7 ---- — ---- ---- — 100,0 35,0 34,0 2,9

Условные обозначения: К - общач кислотность в % к обеззоленному веществу,р - насыпная • плотность, ЛОг - лигносульфонаты, ГЛ - гидролизный лигнин, У - у;- уротропин, КФС - карбамид оформальдегидная смола, П - процент снижения содержания формальдегида.

Анализ данных табл.1 показывает, что после обработки предлагаемых материалов теплым воздухом содержание свободного формаль-" ■ дегида в них снижается на 32,7- 36,2 %, а в материале на чистой смоле - только на 2,9 %.

IÍ3 таблицы видно, что содержание формальдегида в исследованных материалах после кондиционирования соответствует классу эмис-. j сии Е2. После обработки теплым воздухом материалы могут быть отнесены к классу El (кроме опыта 6).

В качестве параметров оптимизации*составов прессмасс принимали предел прочности при статическом изгибе (б) и разбухание по |

i

¡

г I

толщине (ЛЬ), а независимыми переменными являлись содержание связующего (Ксв). гидролизного лигнина (Кгд) и древесных частиц (КдР). Обработка данных симплекс-решетчатого плана экспериментов позволяет получить адекватные модели параметров оптимизации: б = 17,2 - 30-Ксв + 458,33'Кгл + 4000-Ксв'Кгл -

- 666,6?'Ксв2 " 10166,67-Кг/, (4)

Ah = 52,8 - 1073,33'Ксв + ЮОЗ.ЗЗ'Кгд - 26666,67"Ксв"Кгл + + 8888,88'Ксв2 + 27666,67'Кг/. (5)

Поиск составов обеспечивающих наилучшие физико-механические показатели прессованных материалов состоял в исследовании поверхностей второго порядка, описываемых уравнениями (4) и (5). Определение вида поверхности и координат точек оптимума проводили после приведения полученных уравнений к каноническому виду. Математическая обработка, выполненная в сервисной оболочке Windows 3.1 с использованием программного продукта Excel 4,0 показывает, 'что максимальная прочность достигается при следующем соотношении компонентов: древесный заполнитель - 85 вес.Х, гидролизный лигнин . - 4 вес.Х, связующее - 11 Z, а минимальное разбухание - при соотношении: древесный заполнитель - 84 вес.Х, гидролизный лигнин - 4 вес.%, связующее - 12 Z. Диаграммы "состаз - свойство" представлены на рис.2 и 3.

о.* с,г о

СОДЕРХОК>£ л»е6есн0г0 запол -игтспя , вгс./С <кооодикага Z»?

НотЕгкттушгская hoде/v

-Ш,677)i-ID lii.i7X;

0,8 0,6 0,4 о,г о

Cojepxcwie дреьесмого эапол -

НИ7Е/1Я , ьсс.х (кооод1**гга 2i> Натежэтжлсмая модель

¿Ь=5г.8-1073,ЗЗХгНООЭ,ЗЗХ,--2£ь66, 67Х.Х, »8993,85Х/+г7ь£6.67X1

Уоонулу rzccsoao кооодмиат X =100-xt-yv Хе = С403-1002, V33,33j X, = C150H002tV50.

г. дисгоачма 'состсз-сйойстэо' лл* Рис. 3. Сиогвоппо 'сосгоа-свокстк)-

ЗСВ.КипяСП псочмсс7и ст СССЮЗО э05ис'ипссти разбяхсни* по to/ui^e

ГГ-ЕССГССС " о t CCCTCiO ГХЗЕССпаССы

3 последнем разделе пятой главы приводятся результаты исследования влияния режимных параметров пъеготермообработ{^на_фи_зи^_ - -- Ko-MsxaHiívecKJíe"свойства"7ф'&сс0^Ш^5ройтельных мзтериалоз.

Целью исследований ка этом этапе является определение математических моделей зависимостей основных эксплуатационных показателей - прочности (б), Бодопоглащения по массе (&S), разбухание по толщине (Дп) от давления прессования (р), температуры (Т) и выдержки под давлением (t), а также определение режимов пьезотер-мосбработки, обеспечивающих получение наилучших характеристик.

Адекватные модели параметров оптимизации составленные, в результате обработки данных плана полнофакторкого эксперимента, получены б виде:

5 = -24,3053 + 2,7817'р + 0.2154"Т + 5,5278't, (6)

да = 21,4833 - 1,7317"р - 7,0833"t, (7)

Д11 = 7,9292 + 2,0694"р - 6,0333"t. .(8)

Анализ моделей (6) - (8) показал, что наиболее влияющим фактором, в исследуемом интервале варьирования, является давление прессования. Лля повышения прочности прессованных строительных материалов необходимо увеличивать давление, температуру и продолжительность прессования, для уменьшения водопоглащения надо повышать только давление и продолжительность, а для снижения pasöyxa-ния требуется уменызать давление и повышать продолжительность прессования. ¿

Б результате оптимизации режимов пьезотермообработки были получены следящие теоретические режимы прессования и ожидаемые отклики для режимов:

при игах = '22,7 bula - р = 2,16 МПа, Т = 175 °С, t .= 0,58 мин/мм; пол Д'Зтш = 13,51 Я - о = 2,04 Ша, Т = 170 °С, t = 0,61 мин/мм; При tomín = 8,54 % - р = 2,04 МПа, Т = 170 °С, t = 0,59 мин/мм.

Результаты расчетов по уравнениям регрессии были сопоставлены с фактическими значениями для 25 запрессовок, выполненных по тем же режимам. Относительные отклонения рассчитанных величин достаточно малы (1,3 - 2,3 %) и не превышает обычных погрешностей измеоений. Следовательно, с достаточно высокой степенью надежкос-

г

ти в качестве оптимальных принимаем: давление - 2,04-2,16 Ша, температура - 170-175 °С, продолжительность - 0,58-0,61 мин/мм.

Б шестой главе изложены практические рекомендации по производству прессованных строительных материалов, описывает-

ся технологическая схема производства, приведена оценка экономической эффективности их внедрения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые установлены закономерности совместного влияния гидролизного лигнина и лигносульфонатов на свойства связующего на основе карбамидоформальдегидной смолы и прессованного строительного материала из древесной стружки.

2. Определена характер физико-химических процессов происходящих при переработки и приготовлении прессмасс с полидисперсным заполнителем на основе древесной стружки и гидролизного лигнина.

3. На основе полиструктурной теории композиционных строительных материалов разработаны составы связующего и прессмассы, а также создана технология получения новых прессованных строитель-•ных материалов из древесной стружки и отходов химической переработки древесины.

4. Разработаны составы связующего на основе карбамидоформальдегидной смолы с использованием гидролизного лигнина и лигно-сульфоната на аммониевом основании, позволяющие использовать потенциальные возможности этих веществ к активации в условиях их переработки и получать прессозанные строительные материалы - с улучшенными физико-механическими показателями и пониженной токсичностью.

5. Полученные номограммы, аналитические и эмпирические зависимости, а также математические модели, позволяющие прогнозировать свойства связуощего и материала в зависимости от отношения жидкой и твердой фаз, плотности и содержания гидролизного лигнина в связующем, количества связующего, дисперсности заполнителя, состава прессмасс и режимов пьезотермообработки.

6. Разработаны рекомендации по производству прессованных строительных материалов с отходами химической переработки древесины опирающиеся на основные принципы "рациональной технологии". Проведено внедрение предложенных составов и технологии в Кададинском опытно-производственном лесхозе (р.п. Сосновоборск, Пензенской обл.).

Основные положения и результаты диссертационной работы опуб-

ликованы в следующих работах:

____1... Арбузов-В. В.., - Горбач-G. П.-,-Липелис-НтИ-^Овчинников-АтИ-.-;---------

Тюрин H.H. Использование концентрата СДВ в производстве ДСП. На-учко-технический сборник "Плиты и фанера", 1981, вып. 2, с. 11.

2. Арбузов В.В.,Горбач С.П., Моисеев М.И., Бабушкин C.B., Тюрин H.H. Производство ДСП с гидролизным лигнином. Научно-технический сборник "Плиты и фанера",1S81, вып.6, с.13.

3. Арбузов В.В., Горбач С.П., Липелис Н.И., Овчинников А.И., Тюрин H.H. Использование непрядомых отходов в производстве ДСП. Научно-технический сборник "Плиты и фанера", 1981, вып.6,с. 13-14.

4. Арбузов В.В., Горбач С.П. Модифицированные древесностружечные плитные материалы. В книге: Повышение эффективности и качества сельскохозяйственного строительства. Саратоз, 1982, с. 38-39.

5. Арбузов В.В..Горбач С.П., Тюрин H.H. Получение прессмасс для изготовления ДСП, модифицированных гидролизным лигнином. Научно-технический сборник "Плиты и фанера", 1982, вып.4, с.13-14.

6. Горбач С.П. Использование гидролизного лигнина в производстве прессмасс. Научно-технический сборник "Гидролизное производство", 1982, N5, с.20.

7. Тюрин H.H., Горбач С.П., Донцов И.М., Патрикеев П.К. Улучшение качества ссмоления древесной стружки. Научно-технический сборник "Плиты и фанера",1982, вып. 10, с. 13.

8. Арбузов В.В., Горбач С.П., Применение СДБ пониженной кон-' центрации в производстве плитных материалов. Научно-технический сборник "Целлюлоза, бумага, картон", 1982, вып.6, с.6-7.

9. Горбач С.П. Каталитическое действие гидролизного лигнина на процесс отверждения карбамидных смол. В книге: Производство и применение композиционных материалов на основе отходов промышленности с целью охраны окружающей среды. Пенза, 1982, с.18-19.

10. Горбач С.П., Арбузов В.В. Древесностружечные плиты на модифицированном связующем. В книге: Использование отходов промышленности предприятий в качестве модифицирующих добавок в технологии строительных материалов. Пенза, 1982, с.6.

И. Липелис Н.И., Горбач С.П. Направленная модификация компо- . зиционных материалов на основе древесины. В книге: Производство и применение композиционных материалов на основе отходов промышленности с целью охраны окружающей среды. Пенза, 1982, с.29-30.

IE. Липелис H.H., Горбач С.П., Арбузов В.В. Древесностружечные плиты с повышенными физико-механическими свойствами. В книге: Использование отходов промышленности предприятий в качестве модифицирующих добавок в технологии строительных материалов. Пенза,

1982, с.31-32.

13. Арбузов В.В., Горбач С.П. Теплоизоляционный материал из отходов химической переработки древесины. Экспресс-информация "Технология строительных материалов", 1983, серия 11, вып.8, с.15-16.

14. Арбузов В.В., Горбач С.П., Тюрин H.H. Пресс-композиция на основе гидролизного лигнина. Авторское свидетельство N 1014865,

1983, B.Ii. N 16.

15. Арбузов В.В., Горбач С.П., Тюрин H.H. Пресс-композиция на основе гидролизного лигнина. Авторское свидетельство N 1017705, 1983, Б.И. N 18.

16. Горбач С.П., Камшилов В.П. Свойства плит, облицованных прессмассой на основе гидролизного лигнина! В книге: Решение проблемы охраны окружающей среды'путем использования отходов промышленности в композиционных материалах. Пенза, 1983, с.84-85.

17. Горбач С.П. Теплоизоляционные плитные материалы с гидролизным лигнином. В книге: Композиционные строительные материалы с использованием отходов промышленности. Пенза, 1984, с.57-58.

18. Горбач С.П., Арбузов В.В. Прессмасса для изготовления облицовочного слоя древесностружечных плит. Авторское свидетельстве N 1065450, 1984, Б.И. N 1.

19. Соломатов В.И., Горбач С.П., Арбузов В.В. Сырьевая снесъ для изготовления теплоизоляционных изделии. Авторское свидетельство N 1131856. 1984, Б.И. N 48.

20. Горбач С.П., Арбузов В.В. Технология производства конструкционных теплоизоляционных изделий. Пенза, ЦНТИ, 1986, Инф. листок N 302-86.

21. Горбач С.П. Добавка на основе гидролизного лигнина дл? изготовления теплоизоляционных изделий. Пенза, ЦНТИ, 1987, Инф. листок N 42-87. , -22. Горбач С.П. Добавка для изготовления теплоизоляционны)

изделий. Пенза, ЦНТИ, 1993, Инф. листок N 198-93.

23. Горбач С.П. Особенности уплотнения заполнителей в прессованных материалах. Материалы II международной научно-практическо;

конференции "Вопросы планировки и застройки городов", Пенза,

______1995, с.82-83.-----------------------------------------------------------------------------

24. Горбач С.П., Когушов A.B. Исследование влияния режимных параметров на прочность прессованных материалов. Материалы II международной научно-практической конференции "Вопросы планировки и застройки городов", Пенза, 1995, с.96-97.

Горбач Сергей Петрович

Разработка и исследование технологии прессованных строительных материатов с отходами химической переработки древесины

Специальность: 05.23.05 - строительные материалы и изделия

Автореферат 4

Подписано к печати . Бумага газетная.

Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Объем 1 печ. л. Тираж 80 экз. Заказ N 390. Бесплатно.

Множительный участок Пензенского государственного архитектурно-строительного института. 440028, г. Пенза, ул. Титова, 28.