Теплоизоляционная плита

Предлагается древесноволокнистая теплоизоляционная плита, содержащая два наружных профилированных слоя и внутренний слой, объединенных с помощью связующего, в которой все слои выполнены из дефибрированных фрагментов хвойной зелени в виде измельченной хвойной лапки, в качестве связующего для внутреннего и наружных слоев использован лигнин, извлеченный из хвойной лапки, а наружные слои имеют волнообразный профиль, в котором высота волны H составляет от L/10 до L/3, где L - длина волны, причем каждый из наружных слоев профилирован в перпендикулярном направлении по отношению к другому наружному слою плиты. Технический эффект от использования плиты заключается в повышении надежности функционирования плиты и в экологичности, достигаемой за счет использования побочного продукта (отходов) переработки хвойной зелени в виде хвойной лапки, преимущественно сосновой лапки.

Предлагаемое техническое решение, а именно, теплоизоляционная плита, относится к классу теплоизоляционных материалов низкой плотности, получаемых с использованием растительного сырья. Предлагаемая плита предназначена для применения в качестве теплоизоляции жилых зданий и других объектов промышленного и гражданского строительства.

Известен теплоизоляционный гофрированный ламинат по патенту на полезную модель RU 86626 [1] для строительства зданий, включающий гофрированную плиту, плоскую армирующую плиту и теплоизоляционный пенопластовый слой, расположенный между гофрированной плитой и армирующей плитой, причем пенопластовый слой имеет гофрированную поверхность, примыкающую к гофрированной плите, и плоскую поверхность, примыкающую к армирующей плите. При этом гофрированный пенопластовый слой выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из полиамида, фенольной смолы и полистирола, а гофрированная плита выполнена из композита, включающего в себя смолу и множество слоев из джутового волокна.

Недостатки этого технического решения: сложность технологии изготовления; необходимость использования канцерогенных составляющих -полиамида, фенольной смолы и полистирола.

Известен гофрированный картон и плоский слой гофрированного картона по патенту на полезную модель RU 121512 [2], состоящий из плоских и гофрированных листов, в котором, по меньшей мере, один из листов проклеен и (или) пропитан в массе влагопрочной смолой и гидрофобным клеем, при этом в качестве влагопрочной смолы используют полиамидаминэпихлоргидриновые смолы или формальдегидные смолы, а в качестве гидрофобного клея используют димеры алкил- или алкенилкетена, канифоль, крахмал, малеиновый ангидрид, акриловую кислоту, акриламид.

Недостатки данного технического решения: сложность технологии; необходимость использования большого набора ингредиентов - формальдегидных или других смол, канифоли, крахмала, малеинового ангидрида, акриловой кислоты, акриламида.

Известен теплоизоляционный материал по патенту RU 2075206 [3], получаемый на основе льняной костры, включающий измельченную методом дефибрирования, очищенную и калиброванную через сито с диаметром отверстий 1-2 мм костру льна, подвергнутую гидролизу в водном растворе гидроксида натрия в течение 1-12 ч с концентрацией меньше 5% и температурой 288-300 К при следующем соотношении массовых долей компонентов: сухая льняная костра 15-17; водный раствор гидроксида натрия 83-85.

Технология получения данного теплоизоляционного материала на основе льняной костры достаточно сложна, т.к. требует длительного гидролиза в водном растворе гидроксида натрия в течение 1-12 ч при температуре от 288 до 300 К. Кроме того, для получения данного материала необходима льняная костра, не относящаяся к классу достаточно распространенного сырья, что ограничивает область применения данного технического решения.

Известна экологически чистая древесно-волокнистая плита высокой плотности мокрого способа получения по патенту на изобретение RU 2440235 [4], содержащая в качестве упрочняющих агентов от 0,05 до 2,0 вес. % акриловой смолы йот 0,1 до 2,0 вес. % эпоксидной смолы. Данная плита представляет собой древесно-волокнистую плиту, получаемую в основном из древесной стружки путем пропаривания волокон и превращения их в волокнистую массу с последующим диспергированием в большом объеме воды с получением суспензии волокнистого материала, добавления упрочняющего агента и вещества для повышения влагостойкости, удаления влаги и формования до постоянной толщины споследующим горячим прессованием до плотности 0,80 г/см³ или более.

Известна древесностружечная плита по патенту на полезную модель RU 114331 [5], содержащая два наружных слоя и внутренний слой, наружные слои расположены со сторон плиты, имеющих большие площади, чем остальные ее поверхности, при этом внутренний слой расположен между наружными слоями и соединен с ними, наружные слои выполнены из мелких частиц древесины и связующего материала, причем внутренний слой содержит полистирол, отличающаяся тем, что мелкие частицы древесины выполнены в виде опилок, а во внутренний слой дополнительно введены стружка и связующий материал, при этом полистирол выполнен в виде гранул размером 0,3-1,5 мм. Таким образом, полезная модель по патенту RU 114331 [5] требует использования дополнительного связующего и гранулированного полистирола, что усложняет технологию изготовления и тем самым снижает конкурентоспособность плиты.

Данное техническое решение по патенту на полезную модель RU 114331 [5], как и названные выше технические решения [1-4], не предусматривают возможностей использования вторичного сырья, а именно, экологически безопасных отходов переработки хвойной зелени, образующихся на предприятиях по производству водорастворимых биологически активных веществ. Хвойная зелень в виде измельченной сосновой и (или) еловой лапки используется для получения водных растворов биологически активных веществ методом экстрагирования. При этом образуется большое количество продукта переработки в виде существенно дефибрированных фрагментов хвойной лапки. Содержащиеся в данном продукте растительные волокна могут служить теплоизоляционным материалом. В данном продукте содержится также лигнин, который может использоваться в качестве связующего для указанных волокон.

Технический результат от применения предлагаемого технического решения в виде древесноволокнистых теплоизоляционных плит заключается в следующем:

1) упрощается технология изготовления плиты, т.к. используется лигнин как сопутствующий продукт переработки измельченной хвойной лапки, преимущественно сосновой лапки;

2) содержащиеся в продукте переработки растительные волокна являются экологически безопасными, обеспечивают достаточную прочность и стабильность размеров теплоизоляционного элемента за счет использования эффекта сволачиваемости (данный эффект выражается в свойстве волокон образовывать механически прочные структуры и проявляется, например, при получении войлока);

3) обеспечивается равнопрочность плиты при изгибе в различных направлениях и повышается надежность эксплуатации плиты как следствие естественной вентиляции за счет пазов (каналов).

Технический результат достигается за счет того, что в теплоизоляционной плите наружные слои имеют волнообразный профиль, для которого высота волны H составляет от L/10 до /3, где L - длина волны, причем каждый из наружных слоев профилирован в перпендикулярном направлении по отношению к другому наружному слою плиты.

Техническая реализация теплоизоляционной плиты. Для изготовления плиты используется побочный продукт (отходы) переработки измельченной хвойной зелени в виде сосновой и (или) еловой лапки. Такой продукт образуется как отходы производства водорастворимых биологически активных веществ методом экстрагирования при температуре 373 К. В данном случае дефибрирование весьма эффективно происходит без использования дополнительных химических веществ, поскольку переработке подвергаются не одревесневшие части растений и по этой причине для их полного или частичного разделения на отдельные волокна (дефибрирования) не требуется больших затрат энергии. В данном случае дефибрирование происходит при тепловой обработке измельченной хвойной лапки в процессе экстрагирования биологически активных веществ. Такая обработка способствует выделению лигнина из фрагментов хвойной лапки, который в производстве биологически активных веществ является побочным продуктом. Однако в заявленном техническом решении лигнин является естественным связующим для измельченных и дефибрированных остатков хвойной лапки, а также для соединения внутреннего слоя с наружными слоями плиты.

Побочный продукт переработки в виде измельченных и дефибрированных остатков хвойной лапки имеет начальную температуру не более 373 К. В горячем состоянии (353-373 К) данный продукт подается в пресс-форму и подвергается прессованию. При прессовании уменьшается содержание влаги, интенсифицируются взаимодействия волокон остатков хвойной лапки и за счет указанного выше эффекта сволачиваемости формируется и фиксируется структура плиты. После набора достаточной прочности плита освобождается от пресс-формы. Плита в горизонтальном положении размещается на стеллажах для окончательного набора прочности, после чего реализуется потребителям.

Техническая реализация плиты представлена на фиг. 1. Плита содержит состоящие из измельченных и дефибрированных остатков хвойной лапки наружные слои 1 и 2. Между слоями 1 и 2 расположен соединенный с ними внутренний слой 3, также состоящий из измельченных и дефибрированных остатков хвойной лапки. Отличие структуры наружных слоев от структуры внутреннего слоя объясняется неодинаковыми механическим и тепловым воздействиями в процессе прессования на частицы и волокна остатков хвойной лапки. Наружные поверхности плиты имеют волнообразный профиль (рис. 2), в котором высота волны H не превышает одной трети толщины плиты, а длина волны L не превышает утроенной высоты волны H. Таким образом, в волнообразном профиле наружных слоев высота волны H составляет от L/10 до L/3 включительно.

Чтобы обеспечить прочность плиты, каждый из наружных слоев профилирован в ортогональном (перпендикулярном) направлении по отношению к другому наружному слою плиты (фиг. 3 и 4). На фиг. 3 показано профилирование верхнего наружного слоя, на фиг. 2 - профилирование нижнего наружного слоя.

Функционирование плиты. В процессе функционирования плита подвергается воздействию собственного веса, тепла и влаги. Эти воздействия изменяются с течением времени. Изменение влажности приводит к соответствующим изменениям веса плиты. Температура и влажность могут стать причиной деформаций плиты. Если теплоизоляционная плита по всей своей поверхности приклеена к более жесткой конструкции, например, к железобетонной стене, то различия в деформациях теплоизоляционной плиты и железобетонной стены могут привести к разрушению клеевого соединения и к отслоению теплоизоляционной плиты. Чтобы предотвратить разрушение, необходимо предусмотреть возможность компенсации указанных различий в деформациях. Такая компенсация обеспечиваются волнообразным профилем наружных слоев теплоизоляционной плиты в одном направлении или в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. При этом предлагаемая теплоизоляции плита в процессе функционирования контактирует с плоской поверхностью изолируемой конструкции только своими выступающими частями 4 (фиг. 1), т.е. гребнями волн, между которыми находятся пазы глубиной H (фиг. 2), функционирующие как каналы указанной выше естественной вентиляции, что способствует повышению долговечности и надежности функционирования плиты.

При этом, если высота волны будет превышать третью часть толщины плиты, то существенно уменьшится в локальной области толщина плиты, что ухудшит теплоизоляционные свойства плиты. Если высота волны будет меньше десятой част толщины плиты, то уменьшится прочность при изгибе (изгиб плиты возможен при транспортировке и монтаже плиты). Поэтому высота волны наружного слоя плиты должна находиться в интервале от L/10 до L/3. Если длина волны будет превышать три высоты волны, то эффект от волнообразного профиля окажется незначительным, поскольку в этом случае уменьшится различие между плитой с профилированными наружными слоями и плитой с не профилированными (плоскими) наружными слоями. Таким образом, профилирование наружных слоев плиты повышает надежность функционирования плиты.

Указанное профилирование наружных слоев имеет целью не только надежности функционирования плиты. Очевидно, по сравнению с плоскими наружными слоями уменьшается расход клея, необходимого для соединения теплоизоляционной плиты с несущими конструкциями.

Надежность функционирования плиты повышается за счет профилирования каждого из наружных слоев в ортогональном направлении по отношению к другому наружному слою плиты.

1. Патент на полезную модель RU 86626. МПК E04D 1/02 (2006.01). Теплоизоляционный гофрированный ламинат для строительства зданий. Опубликовано: 10.09.2009.

2. Патент на полезную модель RU 121512. Гофрированный картон и плоский слой гофрированного картона. D21H 27/18, D21H 27/30 (2006.01). Опубликовано: 27.10.2012.

3. Патент на изобретение RU 2075206. МПК 6 C04B 18/24, C04B 111:20. Способ получения органического теплоизоляционного материала на основе льняной костры. Опубликовано: 10.03.1997.

4. Патент на изобретение RU 2440235. МПК B27N 3/04 (2006.01). Экологически чистая древесно-волокнистая плита высокой плотности мокрого способа получения. Опубликовано: 20.01.2012.

5. Патент на полезную модель RU 114331. МПК E04C 2/10 (2006.01); B27N 3/02 (2006.01). Древесно-стружечная плита. Опубликовано: 20.03.2012.

Теплоизоляционная плита, содержащая два наружных профилированных слоя и внутренний слой, объединенные с помощью связующего, в которой все слои выполнены из дефибрированных фрагментов хвойной зелени в виде измельченной хвойной лапки, в качестве связующего для внутреннего и наружных слоёв использован лигнин, извлечённый из хвойной лапки, а наружные слои имеют волнообразный профиль, отличающаяся тем, что высота волны H составляет от L/10 до L/3, где L - длина волны, причем каждый из наружных слоев профилирован в перпендикулярном направлении по отношению к другому наружному слою плиты.