Способ получения декоративных изделий из отходов деревьев хвойных пород

Способ получения декоративных изделий из отходов деревьев хвойных пород

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области производства прессованных изделий из отходов переработки деревьев хвойных пород, а именно к способам получения декоративных изделий с оздоровительным эффектом из шишек, шелухи шишек, скорлупы, которые могут использоваться в качестве сувениров, а также для отделки внутренних поверхностей помещений.

Известен способ получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев (шишечной шелухи и остовов шишек) (RU 2235023 С2, МПК В44С 1/24, опубл. 27.08.2004) путем прессования при нагреве под давлением и фиксации изделия по плоскостям без давления в течение 20-24 ч при комнатной температуре. Отходы шишек хвойных деревьев стабилизируют по влажности на уровне 5-6%, затем вводят поливинилацетатную дисперсию. Полученную шихту перед прессованием подвергают сушке при температуре 80-90°C в течение 30 мин, а прессование проводят при нагреве от 140 до 150°C под давлением 60-100 кг/см².

Несмотря на то что известный способ позволяет получать изделие с высокими эксплуатационными свойствами (прочность, влагостойкость, долговечность), он имеет ряд недостатков: при осуществлении способа в качестве связующего используют поливинилацетатную дисперсию, являющуюся полимером, что свидетельствует о том, что изделие не является на 100% экологичным и натуральным. Кроме того, прессование проводят при достаточно высоких температурах (от 140 до 150°C), при которых улетучиваются ценные эфирные масла и снижается качество изделия.

Известен способ получения декоративных изделий из отходов кедровых шишек (RU 2343078 С2, МПК В44С 5/04, В44С 1/24, опубл. 10.01.2009) путем прессования при нагреве до 120-130°C под давлением 100-125 кг/см² с выдержкой и фиксацией поверхности изделия под грузом 10-20 кг/м² при комнатной температуре в течение 30 дней. Несомненным достоинством известного способа является то, что получение декоративных изделий пластин или плиток осуществляется только из кедровых составляющих: шелухи кедровой шишки, скорлупы кедрового ореха, остовов шишек, благотворно влияющих на здоровье человека.

К недостаткам данного способа следует отнести применение в процессе изготовления изделий достаточно высоких температур (120-130°C), при которых ухудшаются защитные и оздоровительные свойства кедра за счет потерь ценных эфирных масел, а также длительную фиксацию поверхности изделия - около месяца.

Известен способ получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев (RU 2229389, МПК В44С 1/24, опубл. 27.05.2004), заключающийся в том, что отходы шишек хвойных деревьев (шелуха шишек, остовы шишек, ореховая скорлупа) обрабатывают отвердителем, в качестве которого используют водный раствор поливинилацетата или его производных в концентрации 10 мас.% по отношению к массе сырья, прессуют при нагреве от 150 до 170°C под давлением 20-40 кг/см² с выдержкой под давлением от 1,1 до 1,7 мин/мм на толщину изделия. Затем полученный материал выдерживают в течение 12 ч при комнатной температуре под грузом 100-150 кг/м². После прессования проводят фиксацию поверхности изделия без давления и выдерживают в течение 20-24 ч при комнатной температуре.

Недостатком данного способа является продолжительность процесса, использование в качестве отвердителя полимерных соединений поливинилацетата или его производных, обработка которыми натурального сырья и наличие их в составе изделий отрицательно влияют на оздоровительные свойства изделия из кедровых шишек - кедропласта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения декоративных изделий из отходов деревьев (RU 2121925 С1, МПК B44C 1/24, опубл. 20.11.1998), заключающийся в том, что отходы деревьев (шишечная шелуха, остовы шишек, измельченная шишечная шелуха, измельченные остовы шишек) прессуют при нагреве от 60 до 75°C под давлением 30-50 кг/см² с выдержкой под давлением от 8 до 12 мин. После прессования проводят фиксацию поверхности изделия без давления и выдерживают в течение 20-24 ч при комнатной температуре.

Недостатками данного способа являются длительность технологического цикла, получение готовых изделий с невысокими эксплуатационными свойствами, так как структура изделий получается рыхлой, с воздушными включениями, а готовые изделия подвержены деформации и быстрому разрушению.

Техническим результатом изобретения является получение декоративного изделия с повышенным оздоровительным эффектом, улучшение качества готовых изделий, сокращение длительности и упрощение процесса производства.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения декоративных изделий из отходов деревьев хвойных пород путем прессования при нагреве сырья под давлением с выдержкой изделия при комнатной температуре, согласно изобретению нагрев сырья с исходной влажностью 5-8% осуществляют в СВЧ-поле, мощность которого составляет 650-750 Вт при температуре 80-90°C в течение 2-4 мин, при этом прессование проводят в холодной пресс-форме после нагрева сырья в СВЧ-поле.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются новые условия осуществления процесса нагрева, а именно в СВЧ-поле и его режимы: мощность 650-750 Вт, температура 80-90°C, продолжительность 2-4 мин. Отличием также является последовательность выполнения операций, а именно осуществление прессования после нагрева в СВЧ-поле в холодной пресс-форме.

Использование СВЧ-поля для нагрева сырья позволяет сократить длительность технологического цикла и улучшить качество готовых изделий за счет применения щадящих режимов СВЧ-обработки.

Оптимальные параметры СВЧ-обработки: мощность СВЧ-поля, температуру, время нахождения сырья в СВЧ-поле устанавливали опытным путем (табл.1). Экспериментально была установлена температура внутри сырья, которая составила 80-90°C. При температуре более 90°C резко ухудшаются качественные характеристики изделия - снижается оздоровительный эффект за счет уноса ценных эфирных масел, происходят необратимые изменения химического состава, органолептических и физико-химических свойств сырья - изделие становится темным (практически черным), имеет резкий запах гари, структура становится рыхлой, снижаются эксплуатационные свойства сырья за счет выгорания смолы. При обработке сырья в СВЧ-поле при температуре менее 80°C снижаются эксплуатационные характеристики готового изделия, т.е. температура ниже 80°C не позволяет сформовать изделие требуемого качества, так как не обеспечивает необходимого для сцепления частиц изделия перемещения смол, содержащихся в шелухе шишки и шишке, из внутренних слоев к внешним.

Таблица 1
Оптимальные параметры СВЧ-обработки кедрового сырья
СВЧ-мощность, Вт	Время нагрева, мин	Температура внутри сырья, °C
500	2	63
600	2	72
650	4	87
750	2	80
750	2,5	85
750	3	90
800	1	94
800	1,5	101
800	2	112
900	3	190, дымление
1000	2	224, активное дымление

При мощности СВЧ-поля 900-1000 Вт и времени нахождения сырья в СВЧ-поле в течение 2-3 мин происходит моментальный прогрев сырья до 190-224°C, начинается дымление образца, переходящее в активное дымление, ведущее к возгоранию, что отрицательно сказывается на качестве сырья, так как ухудшаются его органолептические и физико-химические показатели. При мощности СВЧ-поля 800 Вт и времени обработки сырья 1-2 мин температура внутри сырья составляет 94-112°C, что также отрицательно сказывается на качественных характеристиках изделия - снижаются оздоровительный эффект и эксплуатационные характеристики за счет интенсивного испарения и выгорания эфирных масел. При СВЧ-обработке мощностью 500-600 Вт время нагрева образца составляет 2 мин. Однако температура внутри сырья при данных параметрах составляет 63-72°C и является недостаточной для максимального сцепления шишек и шелухи шишек при прессовании, что отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках изделия. Для достижения более высокой температуры внутри сырья при мощности 500-600 Вт необходимы дополнительные затраты электроэнергии, удлинение технологического цикла, что экономически не выгодно. Нами был выбран диапазон мощности СВЧ-поля в пределах 650-750 Вт, время обработки при котором составляет 2-4 мин, так как при данных режимах обработки температура расплавленной основы составляет 80-90°C, что соответствует оптимальной температуре, необходимой для обеспечения максимального сцепления частиц образца (см. выше).

Во всех известных способах при прессовании изделия помещают в нагретую пресс-форму. А в заявляемом способе не требуется прогрева пресс-формы: сырье после нагрева в СВЧ-поле помещают в холодную пресс-форму, что упрощает производство.

Кроме того, во время проведения экспериментальных исследований было установлено, что одним из основных параметров, влияющих на качество изделий, является исходная влажность сырья. Оптимальная влажность сырья должна составлять 5-8%. Если сырье имеет влажность больше указанных пределов (например, шелуха свежей шишки имеет влажность 12-14%), то его необходимо предварительно подсушить до влажности 5-8% или увеличить время пребывания в СВЧ-камере.

Таким образом, экспериментальные исследования по выявлению оптимальных параметров СВЧ-обработки сырья показали, что изделия с высокими качеством и эксплуатационными свойствами, максимальным оздоровительным эффектом получены при следующих технологических параметрах: СВЧ-мощности 650-750 Вт, температуре внутри сырья 80-90°C, продолжительности СВЧ-обработки 2-4 мин, исходной влажности сырья 5-8%. При этом сокращается длительность процесса производства.

Ниже описана суть изобретения.

Для осуществления заявляемого способа в емкость насыпают сырье (шишки, шелуху шишек, скорлупу) с исходной влажностью 5-8%. Емкость помещают в СВЧ-поле мощностью 650-750 Вт на 2-4 мин до полного прогрева сырья до температуры 80-90°C. Прогретое сырье помещают в холодную пресс-форму и проводят прессование в течение 8-10 мин. Готовое изделие вынимают из пресс-формы и дают остыть при комнатной температуре в течение 50-60 мин.

Заявляемое изобретение подробнее объясняется на примерах.

Пример 1. Сырье (шелуху шишек кедра, шишки), начальная влажность которого 7%, в количестве 0,5 кг засыпали в емкость. Емкость с сырьем поместили в микроволновую печь «Samsung» на 4 мин при мощности СВЧ-поля 650 Вт. После полного прогрева вороха до 87°С сырье помещали в холодную пресс-форму и проводили прессование с помощью гидравлического пресса (давление 40 кг/см²) в течение 10 мин. Затем полученный образец вынимали из пресс-формы и давали остыть при комнатной температуре 50 мин. Биологическая ценность, характеризующая оздоровительный эффект полученного образца, а также его эксплуатационные характеристики представлены в таблице 2.

Пример 2. Сырье (шелуху шишек кедра, скорлупу), начальная влажность которого 8%, в количестве 0,5 кг засыпали в емкость. Емкость с сырьем поместили в микроволновую печь «Samsung» на 3 мин при мощности СВЧ-поля 750 Вт. После полного прогрева вороха до 90°C сырье помещали в холодную пресс-форму и проводили прессование с помощью гидравлического пресса (давление 40 кг/см²) в течение 8 мин. Затем полученный образец вынимали из пресс-формы и давали остыть при комнатной температуре 55 мин. Биологическая ценность, характеризующая оздоровительный эффект полученного образца, а также его эксплуатационные характеристики представлены в таблице 2.

Пример 3. Сырье (шелуху шишек кедра), начальная влажность которого 6%, в количестве 0,5 кг засыпали в емкость. Емкость с сырьем поместили в микроволновую печь «Samsung» на 2 мин при мощности СВЧ-поля 750 Вт. После полного прогрева вороха до 80°C сырье помещали в холодную пресс-форму и проводили прессование с помощью гидравлического пресса (давление 40 кг/см²) в течение 9 мин. Затем полученный образец вынимали из пресс-формы и давали остыть при комнатной температуре 60 мин. Биологическая ценность, характеризующая оздоровительный эффект полученного образца, а также его эксплуатационные характеристики представлены в таблице 2.

Пример 4. Сырье (шелуху шишек кедрового стланника, шишки кедрового стланника), начальная влажность которого 6%, в количестве 0,5 кг засыпали в емкость. Емкость с сырьем поместили в микроволновую печь «Samsung» на 2 мин при мощности СВЧ-поля 750 Вт. После полного прогрева вороха до 80°C сырье помещали в холодную пресс-форму и проводили прессование с помощью гидравлического пресса (давление 40 кг/см²) в течение 9 мин. Затем полученный образец вынимали из пресс-формы и давали остыть при комнатной температуре 57 мин. Полученный образец отличается от образцов 1-3 более мелким растительным рисунком (так как шишки и шелуха кедрового стланника меньшего размера, чем шишки и шелуха кедра сибирского) и более светлым цветом, характерным для кедрового стланника.

Как видно из таблицы 2, данное изобретение позволяет получить изделие с максимальным оздоровительным эффектом (хорошее сохранение эфирных масел) и высокими эксплуатационными характеристиками (прочность на изгиб, влагостойкость). Полученное изделие отличается оригинальным внешним видом, имеет натуральные органолептические характеристики.

Способ получения декоративных изделий из отходов деревьев хвойных пород путем прессования при нагреве сырья по давлением с выдержкой изделия при комнатной температуре, отличающийся тем, что нагрев сырья с исходной влажностью 5-8% осуществляют в СВЧ-поле при мощности СВЧ-поля 650-750 Вт, температуре внутри сырья 80-90°С в течение 2-4 мин, при этом прессование проводят в холодной пресс-форме после нагрева сырья в СВЧ-поле.