CC BY
18
УДК 678
Н. С. Баулина, О. Ф. Шишлов, В. В. Глухих, Н. Г. Чистова, О. В. Стоянов
ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ
СУХОГО СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЕНОЛКАРДАНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ
Ключевые слова: фенолкарданолформальдегидные смолы, древесноволокнистые плиты, сухой способ.
Приведены результаты исследований древесноволокнистых плит, полученных сухим способом на основе фе-нолкарданолформальдегидных смол с различным содержанием карданола. Определено влияние технологических параметров изготовления древесноволокнистых плит на их физико-механические свойства.
Keywords: Phenolcardanolformaldehyderesins, fiberboard, dry process.
The results of studies fiberboards produceddryprocess madeusing phenolcardanolformaldehyde resins with different contents of cardanolare presented. The influence of technological parameters on the physical and mechanical properties offiberboards were determined.
Введение
Известно, что использование карданола в составе фенолформальдегидных смол резольного типа позволяет:
1. Частично заменить синтетический фенол на возобновляемый фенол растительного происхождения - карданол [1,2], представляющий собой побочный продукт производства орехов кешью.
2. Получать древесностружечные плиты, фанеру, древесные слоистые пластики с высокими физико-механическими свойствами [3,4,5].
Сведения о получении древесноволокнистых плит сухим способом производства (ДВП) с карда-нолсодержащими связующими в литературе нами не найдены.
Целью данной работы являлось исследование влияния степени замещения фенола на карданол в составе резольных фенолформальдегидных смол на свойства древесноволокнистых плит сухого способа производстваи оценка влияния технологических параметров изготовления плит на их свойства.
Экспериментальная часть
Для изготовления древесноволокнистых плит использовали промышленный образец карбамидо-формальдегидной смолы марки КФ-МТ-15 по ГОСТ 14231-88 и лабораторные образцы резольныхфенол-карданолформальдегидных смол (ФКФС), синтезированных с заменой фенола на карданол от 0 до 20 мас. % при мольном соотношении фенолы (феноли карданол) к формальдегиду 1:2,33. Показатели полученных лабораторных образцов фенолкарданол-формальдегидных смол представлены в таблице 1.
В качестве древесногокомпонента ДВПприменя-ли древесноволокнистую массу хвойных пород (80% пихта, 20% сосна). Степень помола волокна определяли по методике ВНИИДРЕВ [6]. В составе для получения ДВП использовали в качестве гидрофо-бизатора расплав парафина в количестве 1 % от массы волокна (по сухим веществам).
Предварительно древесноволокнистую массу сушили в сушильном шкафу при 100°С до влажности 2-3%.Осмоление древесного волокна осуществ-
ляли с помощью лабораторного смесителя. Первоначально из пульверизатора распыляли на волокно расплав парафина, затем разбавленную водой до 2,5 % смолу. После перемешивания в смесителе полученную смесь (осмолённое волокно) подсушивали до влажности не более 10 %. Формование древесно-волокнистогополотна осуществляли вручную на глянцевом металлическом листе (поддоне), на котором была установлена специальная рамка размером 250х350 мм. Далее поддон помещали в пресс для холодной подпрессовки. Давление подпрессовки составляло 1-1,5 МПа. После холодной подпрессов-ки рамку убирали с поддона, полученный брикет накрывали сверху вторым поддоном и пакет помещали в пресс для горячего прессования. Горячее прессование проводилипри температуре 200°С, максимальном давлении 6,5 МПа и общей продолжительности выдержки 150 с. Получали ДВП толщиной 3-4ммс плотностью 820 - 860 кг/м3.
Таблица 1 - Свойства резольных фенолкарда-нолформальдегидных смол
Наименование показателя Степень замещения фенола на карданол, %
0 5 10 15 20
Вязкость по ВЗ-246, с 31 32 30 32 31
Массовая доля нелетучих веществ, % 41,8 41,4 41,5 41,8 41,7
Массовая доля щелочи, % 5,7 5,8 5,7 5,8 5,7
Массовая доля свободного фенола, % 0 0,01 0,01 0,01 0,03
Массовая доля свободного формальдегида, % 0 0 0 0 0
Массовая доля свободного карданола, % - 0 0 0 0
Результаты и их обсуждение
Для определения влияния содержания карданола в составе фенолформальдегидных смол на свойства древесноволокнистых плит были изготовлены по дваобразца плит с использованием фенолкарданол-формальдегидных смол, синтезированных с заменой
от 0 до 20% фенола на карданол. Расход смол составлял 3% смолы от массы волокна (по сухим веществам). Показатели предела прочности (Рг) и во-допоглощения за 24 ч (5) полученных ДВП толщиной 3-4 мм с плотностью 833-856 кг/м3 представлены на рис. 1.
й С
48 47 46
2 45 IX 44
Рис. 1 - Свойства ДВП с ФКФС: • - Рг, ♦ - Э
Максимальныезначения предела прочности ДВПпри изгибе (Рг) были выявлены у образцов плит, изготовленных на основе смол с заменой 1015% фенола на карданол.
Минимальные значения водопоглощения ДВП за 24 ч были определены у плит, изготовленных с использованием фенолкарданолформальдегидных смол, содержащих не менее 10 % карданола.
Исходя из полученных результатов, самые высокие физико-механические показатели были выявлены у плит, изготовленных на основе смолы, синтезированной с заменой 15% фенола на карданол (ФКФС-15).По сравнению с традиционно используемой при получении ДВП сухим способом карба-мидоформальдегидной смолой КФ-МТ-15, использование в качестве связующего смолы ФКФС-15 приводит к получению плит с более лучшими показателями их прочности при изгибе и водопоглоще-нияпри различной степени помола волокна (табл. 1). Поэтому в дальнейших исследованиях использовали данную смолу.
Из данных табл. 2 следует, что ДВП, полученные с ФКФС-15, превосходят плиты с КФ-МТ-15 по показателю прочности при изгибе на 2-5 %, а по водо-поглощению - на 10-19 %. При этом зависимости этих показателей от степени помола волокна для обеих смол аналогичны.
С целью определения влияния основных технологических факторов (расхода ФКФС-15 и степени помола волокна) на физико-механические свойства ДВП проводили двухфакторный эксперимент из восьми опытов по В-плану второго порядка [7].
Таблица 2 - Физико-механические свойства ДВП
Значение свойств ДВП, полу-
Степень помо- ченных со смолой
ла волокна, ед. КФ-МТ-15 ФКФС-15
ПВ Рг, 5, % Рг, 5, %
МПа МПа
180 41,9 29,5 43,9 24,0
195 43,9 28,2 45,0 23,9
210 45,0 27,1 46,9 22,5
225 45,2 24,6 47,6 22,1
240 44,8 26,3 45,6 22,3
В данной работе было исследовано влияние следующих входных факторов:
- расход смолы (М), % абсолютно сухой смолы от массы абсолютно сухого волокна (% а. с. см. от а.с.в.);
- степень помола древесного волокна (единицы ПВ).
Уровни и интервалы варьирования исследуемых факторов для В-плана второго порядка представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Уровни и интервалы варьирования исследуемых факторов
Фактор Обозначение фактора Натуральное значение фактора при его нормализованном значенииХ/
натуральное, 2] нормализованное, X - 1 0 + 1
Массовая доля ФКФС 21, % а.с.см. от а. с. в. Х1 2 4 6
Степень помола волокна 22, ед. ПВ Х2 180 210 240
За отклики исследуемого объекта (у) брали предел прочности при изгибе и водопоглощение ДВП за 24 ч.
В качестве регрессионной моделиоткликов объекта был выбран полином второго порядка вида
У]=Ь0 + Ь121 + Ь222 +Ь1221-22 + Ь1212 + Ь22222.
Регрессионный анализ и оценку степени влияния каждого входного технологического фактора на отклики объекта осуществляли с применением программы пакета программ 8ТЛТ18Т1СЛ6 [8,9]. Для доверительной вероятности 0,95 были получены следующие адекватные уравнения регрессии:
Рг = 0,396522 - 0,00088222 (Р2 = 0,998); 5 = 334,16 - 9,692, - 2,822+ 1,20212 + + 0,006575222 (Р2 = 0,956).
Из полученных уравнений регрессии следует, что в исследованном факторном пространстве прочность ДВП пристатическом изгибе при заданной доверительной вероятности зависит только от степени помола волокна. Рассчитанное по уравнению регрессии максимальное значение Рг= 44,7 достигается при степени помола 225 ед. ПВ, также, как и при однофакторном экспериментепри расходе смолы ФКФС-15 в количестве 3 % (табл. 1).
Уравнение регрессии для водопоглощения ДВП за 24 ч показывает, что на это свойство влияние оказывают оба технологических фактора. Зависимость 5от расхода смолы ФКФС-15 и степени помола волокна имеет нелинейный характер (рис. 2) с минимальным значением 5=16,5% при 2= 4 % и 22= 213 ед. ПВ.
Z2, ед. ÜB 220
2«0
Рис. 2 - Поверхность зависимости водопоглоще-ния ДВП от технологических факторов
Таким образом, исходя из полученных результатов исследований, следует, что фенолкарданолфор-мальдегидная резольная водорастворимая смола ФКФС-15 пригодна для получения древесноволокнистых плит сухого способа производства.
Выводы
1. Определено влияние содержания карданола в составе фенолкарданолформальдегидных смол на прочность при изгибе и водопоглощение за 24 ч древесноволокнистых плит сухого способа производства.
2. Получены и проанализированы регрессионные модели влияния расхода смолы и степени помола древесного волокна хвойных породна физико-механические свойства ДВП сухого способа произ-
водства с использованием фенолкарданолформаль-
дегидной смолыФКФС-15.
Литература
l.J.Talbiersky, J.Polaczek, R.Ramamoorty,
0.5hishlov,OILGASEuropeenMagazine, 1, 33-39(2009).
2.О.Ф.Шишлов, В.В.ГлухихДимия растительного сырья,
1, 5-16 (2011).
3 О Ф Шишлов Дисс. докт. техн. наук, Урал.госуд. лесо-техн. ун-т, 2015. 385 с.
4. О.Ф. Шишлов, Н.С. Баулина, Д.П. Трошин, А.А. Ковалев, В.В. Глухих, О. В. Стоянов Вестник Казанского технол. у-та, 19, 30-32 (2012).
5.О.Ф. Шишлов, Д.П. Трошин, Н.С. Баулина, В.В. Глухих, О.В. Стоянов .Клеи. Герметики. Технологии, 7, 9-14 (2014).
6. В.И.Бирюков, М.С.Лащевер, А.М.Козаченко, В.Г.Евдокимов, Е.Д.Мерсов, В.Д.Бекетов, В.П.Стрелков, Г.Б.Элькина, С.И.Усольцев, Н.В.Липцев, Справочник по древесноволокнистым плитам. Лесная пром-сть, М., 1981. 184 с.
7. Р.З. Пен, Планирование эксперимента в Statgraphics, Красноярск, СибГТУ-Красноярский писатель, 2012. 270 с.
8. А.А.Халафян, STATISTICA 6. Статистический анализ данных. М., ООО «Бином-Пресс, 2008. 512 с.
9. В.П.Боровиков^ТАГКПСА - Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. «Филинъ», М., 1998. 605 с.
© Н. С. Баулина - вед. инж. центральной лаборатории ОАО «Уралхимпласт», n.baulina@ucp.ru; О. Ф. Шишлов - канд. техн. наук, дир. по науке и развитию ОАО «Уралхимпласт», olegshishlov@rambler.ru; В. В. Глухих - д-р техн. наук, проф. каф. технологии переработки пластических масс, Уральский государственный лесотехнический университет, vvg@usfeu.ru; Н. Г. Чистова - д-р техн. наук, проф. каф. технологии лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств Лесо-сибирского филиала Сибирского госуд. технол. ун-та, info@lfsibgtu.ru; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ.
© N. S. Baulina - Leading engineer of the central laboratory of JSC "Uralchimplast", n.baulina@ucp.ru; O. F. Shishlov - Dr, Director of Research and Development of JSC "Uralchimplast", о.shishlov@ucp.ru; V. V. Glukhikh - Dr, Professor of the department of technology processing plastics USFEU, vvg@usfeu.ru; N. G. Chistova - Dr, Professor Department of Technology logging and wood processing industries Lesosibirsky branch of SSTU, info@lfsibgtu.ru; O. V. Stoyanov - doctor of technology, professor of department "Technology of plastic masses" of KNRTU, stoyanov@mi.ru.
