Ученые из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН 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 очень популярны в России: они применяются для изготовления мебели, строительных элементов и в производстве тары. Обычно древесный наполнитель ДСП состоит из калиброванной стружки, а в качестве связующего вещества чаще всего используется фенолформальдегидная смола. Такой материал имеет ряд недостатков. Во-первых, он менее прочный, чем цельная или клеёная древесина, во-вторых, имеет ограниченную влагостойкость. ДСП класса эмиссии Е2, Е3, Е4 не подходят для производства мебели, поскольку выделяют вредный для человека формальдегид.
Ученые из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН предложили использовать для создания ДСП отходы сельскохозяйственного (рисовая шелуха), деревообрабатывающего (древесные опилки, стружка) и металлургического производств (кремнеземные пылевидные отходы, например, производства ферросилиция). Связующим звеном такого ДСП выступает жидкое натриевое стекло — водный раствор силиката натрия определенного модуля.
Основной задачей ученых было получить экологически чистый ДСП за счет полной замены токсичной фенолформальдегидной смолы, а также расширить диапазон утилизируемых отходов. Кроме того, необходимо было сделать так, чтобы новые составы обладали достаточной прочностью, водостойкостью, повышенной огнестойкостью и при горении не выделяли вредные для человека вещества.
Для обеспечения экологической безопасности в качестве связующего звена ДСП ученые применили водный раствор жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2,5—3,6 и плотностью 1,3—1,5 г/см³. Жидкие стекла с такими характеристиками стандартно используются для получения различных строительных материалов.
Пылевидные отходы кремнезема и измельченная рисовая шелуха не только выступают наполнителем для ДСП, но также выполняют функцию модифицирующей добавки к жидкому стеклу, увеличивая водостойкость и огнестойкость конечного изделия. В состав кремнезема могут входить хром, алюминий, цирконий и многие другие компоненты — они ускоряют отвердевание и делают материал прочнее.
Полученные образцы ДСП были испытаны с помощью стандартных методик по ГОСТ. Опыты показали, что эти образцы обладают достаточной водостойкостью (разбухание по толщине за 24 часа менее 3%) и высокими прочностными характеристиками (предел прочности при статическом изгибе может достигать 50 МПа, удельное сопротивление выдергиванию шурупа 55—60 Н/мм). Также изделия прошли успешное тестирование на пожарную безопасность.
«Главное свойство нашей ДСП — это огнестойкость, которая достигается за счет применения силикатного водного связующего. Однако из-за высокой стоимости силикатного клея и особенностей технологии такие ДСП получаются дороже традиционных аналогов», — рассказала старший научный сотрудник ИХТТМ СО РАН кандидат химических наук Зоя Алексеевна Коротаева.
Ученая подчеркнула большую роль китайских коллег в реализации этой работы. «Всё, что было сделано, необходимо для масштабирования наших лабораторных разработок, сделано в Китае. Экспериментальную часть по получению ДСП мы с руководителем группы доктором химических наук Владимиром Александровичем Полубояровым делали в Институте железнодорожного транспорта в лаборатории профессора Гао Хун. Отдельные испытания (по прочности, пожаробезопасности) проводило Далянское ООО по химическому материалу твердого тела “Кэсытэ”, организованное китайской стороной для совместного освоения технологий и доведения лабораторных разработок до промышленных испытаний. У нас были очень комфортные условия работы: наличие необходимого оборудования, методов исследования, сырья и реактивов, на любой наш запрос давали ответ на следующий день», — отметила Зоя Коротаева.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Диана Хомякова
Фото Юлии Поздняковой
