Коллектив ученых из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН в содружестве с Далянским ООО по химическому материалу твердого тела “Кэсытэ” (Китай) разработал инновационный рецепт древесно-стружечных плит (ДСП). Новый материал создается из рисовой шелухи, древесных опилок, кремнеземных отходов металлургии и специального связующего на основе жидкого натриевого стекла. Эти плиты демонстрируют высокую механическую прочность, устойчивость к воздействию воды и огня, а также отвечают строгим экологическим критериям безопасности.
Современные вызовы для производства ДСП
ДСП остаются одним из самых востребованных материалов в мебели, строительстве и упаковке по всей России и за её пределами. Однако классические виды плит базируются на фенолформальдегидных клеях, которые, уступая массиву по экологичности, имеют ограничения по влагостойкости и способны выделять формальдегид, опасный для здоровья человека, особенно в низкоклассных плитах (E2-E4). Неудивительно, что поиск замен токсичным компонентам и расширение спектра используемого сырья становятся приоритетами для ученых во всем мире.
Уникальная рецептура с участием вторичного сырья
Специалисты Института химии твердого тела и механохимии СО РАН предложили использовать вместо традиционного наполнителя смесь экологически безопасных отходов: рисовую шелуху (продукт аграрного производства), древесные опилки (деревообработка), а также пылевидные остатки кремнезема, образующиеся в металлургии. Основное связующее — жидкое натриевое стекло — известно стройиндустрии благодаря своим адгезивным и огнезащитным свойствам.
Эта научная разработка позволяет утилизировать многочисленные промышленные отходы, минимизируя нагрузку на окружающую среду, и полностью отказаться от классических смол, постепенно изживающих себя вследствие их токсичности и роста требований к “зеленым” технологиям.
Повышенная прочность и защита от влаги и огня
Рисовая шелуха и кремнеземные отходы не только служат наполнителями, но и усиливают свойства ДСП как модификаторы жидкого стекла. Сложный состав кремнеземного остатка (присутствие алюминия, хрома, циркония) способствует ускоренной полимеризации и придает конечному продукту выдающиеся прочностные характеристики.
Тесты по ГОСТ продемонстрировали: при толщине плит разбухание за сутки не превышает 3%, предел изгиба составил до 50 МПа, а сопротивление выдергиванию шурупа — до 60 Н/мм. Также были успешно пройдены испытания на пожаробезопасность, что особенно ценно для строительной индустрии.
Экологическая безопасность в основе концепции
Главная задача, над которой работала команда под руководством доктора химических наук Владимира Александровича Полубоярова совместно с кандидатом химических наук Зоей Алексеевной Коротаевой, заключалась в создании ДСП нового уровня экологической чистоты. Вместо фенолформальдегидной смолы введено жидкое натриевое стекло с оптимизированным силикатным модулем (2,5—3,6) и плотностью до 1,5 г/см³, что гарантирует отсутствие выделения опасных для человека веществ даже при взаимодействии с огнем.
Кроме высокой функциональности, новые ДСП безопасны для человека и окружающей среды на всех этапах — от производства и эксплуатации до возможной утилизации.
Успешное международное сотрудничество и комфортные условия для науки
Исследовательская работа вышла на уровень международного партнерства. В экспериментальной части принимали активное участие не только российские специалисты, но и команда лаборатории профессора Гао Хун из Института железнодорожного транспорта, а испытания на прочность и пожаростойкость проводила компания “Кэсытэ”, специализирующаяся на новых материалах. Такое сотрудничество позволило оперативно масштабировать лабораторные достижения и проверить их пригодность для крупного промышленного производства.
Зоя Алексеевна Коротаева особо отметила отличные условия, созданные китайскими коллегами: к услугам российских ученых были предоставлены все необходимые ресурсы, оборудование и сырье, что позволило оперативно двигаться по всем этапам технологических испытаний и исследований.
Перспективы внедрения на рынок и вклад в устойчивое развитие
Новая технология получения ДСП — это шаг к устойчивому развитию строительной отрасли и совершенствованию мебельного производства. Использование доступных и возобновляемых ресурсов, наряду с высокими экологическими и механическими характеристиками, открывает широкие перспективы для промышленного применения таких плит.
Несмотря на то, что производство с применением жидкого натриевого стекла обходится несколько дороже стандартных решений, преимущества в долговечности, огнестойкости и «зелености» материала окупают эти издержки в долгосрочной перспективе.
Работа поддержана грантом Минобрнауки РФ в рамках федеральной программы по декаде науки и технологий, что подтверждает актуальность и значимость проекта для будущего отечественного научно-технического прогресса.
Фото Юлии Поздняковой
Источник: scientificrussia.ru
