Специалисты из Института химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук предложили новый состав древесно-стружечных плит из рисовой шелухи, древесных опилок, отходов металлургических производств и жидкого натриевого стекла. Такие ДСП отличаются повышенными характеристиками прочности, водо- и огнестойкости. Технология была отработана совместно с Далянским ООО по химическому материалу твердого тела «Кэсытэ» (г. Далянь, КНР).
Древесно-стружечные плиты широко используются в России для производства мебели, строительных конструкций и тары. Как правило, древесная стружка, прошедшая калибровку, служит наполнителем ДСП, а фенолформальдегидная смола выступает в роли связующего компонента. Этот материал обладает определенными недостатками: он уступает по прочности цельной и клеёной древесине и характеризуется ограниченной устойчивостью к воздействию влаги. ДСП классов эмиссии Е2, Е3 и Е4 непригодны для изготовления мебели из-за выделения формальдегида, опасного для здоровья человека.
Специалисты из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН разработали технологию производства древесно-стружечных плит (ДСП) с применением отходов сельского хозяйства (рисовая шелуха), деревообработки (древесные опилки и стружка) и металлургии (кремнеземные пылевидные отходы, такие как отходы производства ферросилиция). В качестве связующего компонента для изготовления данного ДСП используется жидкое натриевое стекло — водный раствор силиката натрия с определенным модулем.
Ученые стремились создать экологически безопасное ДСП, полностью отказавшись от токсичной фенолформальдегидной смолы и расширив возможности утилизации отходов. Также требовалось, чтобы разработанные составы отличались достаточной прочностью, водостойкостью, повышенной огнестойкостью и не выделяли опасные для здоровья вещества при горении.
Для повышения экологической безопасности при производстве древесно-стружечных плит (ДСП) ученые использовали водный раствор жидкого натриевого стекла. Его силикатный модуль составлял 2,5—3,6, а плотность — 1,3—1,5 г/см³. Жидкие стекла с указанными параметрами обычно применяются для изготовления различных строительных материалов.
Кремнеземные отходы и измельченная рисовая шелуха служат не только наполнителем для древесно-стружечных плит, но и выполняют роль модификатора жидкого стекла, повышая водостойкость и огнестойкость готового продукта. Хром, алюминий, цирконий и другие элементы, входящие в состав кремнезема, ускоряют процесс отверждения и повышают прочность материала.
Образцы древесно-стружечной плиты (ДСП) были проверены в соответствии с общепринятыми методиками, установленными ГОСТ. Результаты испытаний продемонстрировали, что они характеризуются хорошей водостойкостью (разбухание по толщине за 24 часа не превышает 3%) и значительными показателями прочности (предел прочности при статическом изгибе может составлять до 50 МПа, сопротивление выдергивания шурупа – 55—60 Н/мм). Кроме того, продукция успешно прошла испытания на соответствие требованиям пожарной безопасности.
«Огнестойкость — ключевое достоинство нашей древесно-стружечной плиты (ДСП), обусловленная использованием силикатного водного связующего. Тем не менее, из-за более высокой цены силикатного клея и технологических особенностей, производство таких ДСП обходится дороже, чем традиционные.» — пояснила старший научный сотрудник ИХТТМ СО РАН, кандидат химических наук Зоя Алексеевна Коротаева.
Зоя Коротаева отметила значительный вклад китайских коллег в осуществление данной работы. «Все этапы, необходимые для расширения наших лабораторных разработок, были выполнены в Китае. Экспериментальная часть, касающаяся получения ДСП, осуществлялась совместно с руководителем группы, доктором химических наук Владимиром Александровичем Полубояровым, в Институте железнодорожного транспорта, в лаборатории профессора Гао Хун. Проведение отдельных испытаний (по прочности, пожаробезопасности) было доверено Дальянскому ООО по химическому материалу твердого тела “Кэсытэ”, созданным китайской стороной для совместной разработки технологий и подготовки лабораторных разработок к промышленным испытаниям. Мы располагали очень комфортными условиями труда, включая наличие необходимого оборудования, методов исследования, сырья и реактивов, а на любой наш запрос отвечали в течение суток», — рассказала Зоя Коротаева.
Данный материал создан при финансовой поддержке гранта Министерства науки и инноваций Российской Федерации в рамках проведения Десятилетия науки и технологий.
Диана Хомякова
Фото Юлии Поздняковой