Композиция для изготовления прессованных материалов из соломы злаковых сельскохозяйственных культур (варианты)

Изобретение относится к строительным и утеплительным материалам, а именно к композиции для изготовления прессованных плит из соломы злаковых сельскохозяйственных культур.

Известен способ изготовления плит из стеблей однолетних растений, включающий формирование ковра, смешивание со связующим - 50 %-ной древесно-полиэтиленовой порошковой смесью с последующим прессованием. Растения составляют 40-70 %, смесь - 30-60 %. Процесс включает послойную укладку растений с последующей засыпкой связующей смесью. Давление прессования 10-15 кг⋅с/см², температура нагрева 130-180 ºС, выдержка 0,9-1,6 мин/мм (SU 1825734, МПК В27N 3/02, опубл. 13.11.1989).

Недостатком известного решения является то, что технология подготовки ковра (пресс-массы) сложная и занимает длительное время до 20 суток.

Известен способ изготовления строительных и утеплительных плит из соломы. Тюки чистой, сухой, светлой соломы подаются в машину под действием силы тяжести через загрузочные люки. После измельчения солому набивают в туннели шириной около 1,2 м и высотой 5 см и спрессовывают под давлением около 1400 кН/м² при температуре от 150 до 250^oС. Никаких связующих веществ не применяют. На плиту наклеивают бумажную облицовку, после чего плите дают остыть и разрезают ее на куски нужной длины (Стейнифорт А.Р. Солома злаковых культур. - М., 1983).

Недостатком известного решения является низкая прочность и влагостойкость.

Известен способ изготовления прессованных материалов, включающий смешивание древесных и соломенных частиц с карбомидоформальдегидной или фенолформальдегидной смолой и хлористым аммонием, формирование однослойного ковра и горячее прессование (UK 21438, МПК В27N 3/00, опубл. 15.03.2007).

Недостатками известного решения является то, что в качестве связующего используют токсичные смолы, а плитный материал имеет низкую механическую прочность за счет добавления в солому древесных частиц.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ изготовления стружечных плит, включающий смешивание растительной массы, состоящей в основном из соломы с карбомидоформальдегидной или фенолформальдегидной смолой и хлористым аммонием, формирование трехослойного ковра и горячее прессование (Pavlo Bekhta, Suleyman Korkut, and Salim Hiziroglu. Effect of Pretreatment of Raw Material on Properties of Particleboard Panels Made from Wheat Straw // BioResources. 2013, 8(3), 4766-4774).

Недостатком известного способа является то, что в качестве связующего используют токсичные смолы.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в снижении токсичности и повышении прочности изготовленных прессованных материалов из соломы злаковых сельскохозяйственных культур за счет применения экологически безопасных связующих на основе природного сырья, которые также обладают высокими адгезивными свойствами.

Сущность изобретения заключается в том, что композиция для изготовления прессованных материалов из соломы злаковых сельскохозяйственных культур по первому варианту включает измельченную растительную массу – солому злаковых сельскохозяйственных культур и связующее - модифицированную биомассу остаточных дрожжевых отходов производства пива, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

измельченная солома злаковых сельскохозяйственных культур 58-60,

модифицированная биомасса остаточных дрожжевых отходов производства пива 40-42.

Композиция для изготовления прессованных материалов из соломы злаковых сельскохозяйственных культур по второму варианту включает измельченную растительную массу – солому злаковых сельскохозяйственных культур и связующее - культуральную жидкость, содержащую экзополисахарид леван, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

измельченная солома злаковых сельскохозяйственных культур 65-67,

культуральная жидкость, содержащая экзополисахарид леван 33-35.

В табл. 1 представлены составы композиций для изготовления прессованных материалов; в табл. 2 - показатели физико-механических свойств изготовленных прессованных плит толщиной 10 мм (табл. 1 и 2 даны в конце описания).

Вариант 1. Прессованный материал из соломы (например, плиты) изготавливают следующим образом. В качестве основного сырья для изготовления прессованного материала используют измельченную растительную массу - солому злаковых сельскохозяйственных культур (ячмень, пшеница, рожь) размером около 5–10×2–4×0,5–1,0 см. Измельчение соломы длиной 5-10 см проводят на планетарной шаровой мельнице Retsch PM 400 («RETSCH», Хаан, Германия) при 380 об/мин в течение 40 сек. В качестве связующего используют модифицированную биомассу остаточных дрожжевых отходов производства пива, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

измельченная солома злаковых сельскохозяйственных культур 58-60,

модифицированная биомасса остаточных дрожжевых отходов производства пива 40-42.

Модифицированную биомассу остаточных дрожжевых отходов производства пива получают обработкой раствором гидроксида натрия остаточных пивных дрожжей в соотношении 1:1 в течение 30 мин, после чего полученную массу центрифугириюут при 6000 об/мин в течение 15 мин. Надосадочную жидкость сливают. Модифицированные таким образом отходы используют в дальнейшем для приготовления биосвязующих, в которые добавляют пластификатор глицерин и антисептик – борную кислоту (RU 2493001, МПК B27N 3/00, опубл. 20.09.2013).

Вариант 2. В качестве основного сырья для изготовления прессованного материала используют измельченную растительную массу - солому злаковых сельскохозяйственных культур (ячмень, пшеница, рожь) размером около 5–10×2–4×0,5–1,0 см. В качестве связующего используют культуральную жидкость, содержащую экзополисахарид леван, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

измельченная солома злаковых сельскохозяйственных культур 65-67,

культуральная жидкость, содержащая экзополисахарид леван 33-35.

Культуральную жидкость получают в результате выращивания штамма A. vinelandii Д-08 с использованием питательной среды, содержащей отходы пищевых производств – мелассу, барду и молочную сыворотку при внесении посевного материала (маточного раствора бактерий) в количестве 10 %. В полученную культуральную жидкость вносят антисептик – борную кислоту в количестве 1 % по массе (RU 2574211, МПК C12P 19/04, C12N 1/20, опубл. 10.02.2016).

Для приготовления композиций используют 100 г мелкоизмельченной соломы злаковых сельскохозяйственных культур, которую смешивают со связующим с 70 мл модифицированной биомассой остаточных дрожжевых отходов производства пива или с 50 мл культуральной жидкости. Высушивание композиций проводят в сушильном шкафу при температуре 70 ºС до влажности 6–8 % (табл. 1).

Полученные композиции загружают в пресс-форму (5×15 см), проводят холодную подпрессовку, а затем горячее прессование на термогидравлическом прессе при температуре 140-160 ºС и давлении 3-5 МПа на 1 мм толщины плиты, время прессования 10 мин.

После нагрева и выдержки при заданной температуре осуществляется охлаждение сформированных изделий прессованных плит до температуры 50-60 ºС. Из предлагаемых композиций можно изготовить плитный материал любых размеров и различной конфигурации.

На основе предлагаемых композиций для изготовления прессованных материалов из соломы злаковых сельскохозяйственных культур получают плиты без добавления специальных упрочняющих добавок и органических смол. Исключение связующих на основе органических смол позволяет сократить выделение формальдегида из готовых изделий, обеспечивая экологическую чистоту материала и технологического процесса изготовления плит, а также снизить их себестоимость.

Из данных табл. 1 видно, что составы 2 и 3 варианта 1 являются оптимальными, так как при добавлении в 58-60 % измельченной соломы модифицированной биомассы остаточных дрожжевых отходов производства пива 40-42 % повышается прочность на 11 %. В варианте 2 составы 2 и 3 являются оптимальными, так как при добавлении в 65-67 % измельченной соломы культуральной жидкости, содержащей экзополисахарид леван 33-35 %, повышается прочность на 10 %.

Из данных табл. 2 видно, что содержание формальдегида на 100 г абсолютно сухой прессованной плиты снижается до 2 мг, что позволяет отнести предлагаемый прессованный материал к классу токсичности Е₁ (ГОСТ 10632 - 2014).

По сравнению с известным решением предлагаемое изобретение позволяет снизить токсичность и повысить прочность изготовленных прессованных материалов из соломы злаковых сельскохозяйственных культур за счет применения экологически безопасных связующих на основе природного сырья, которые обладают высокими адгезивными свойствами, а также снизить их себестоимость.