CC BY
26УДК 674.816.3
С.А. УГРЮМОВ, д-р техн. наук (ugr-s@yandex.ru), А.В. ОСЕТРОВ, инженер
Костромской государственный технологический университет (156005, Кострома, ул. Дзержинского, 17)
Древесно-стружечные плиты на основе модифицированных фенолформальдегидных связующих
Экспериментальным путем определены термодинамические свойства клеевых составов на основе фенолформальдегидной смолы с модификацией фурфуролацетоновым мономером ФА на стадии смешивания компонентов. Представлены физико-механические свойства древесно-стружечных плит на основе модифицированного клеевого состава и технологические особенности производства. Установлено, что наилучшие физико-механические свойства древесно-стружечных плит достигаются при введении в фенолформальдегидную смолу 2-4 мас. ч. фурфуролацетонового мономера ФА, при этом возрастает прочность, снижаются разбухание, водопоглощение, а также потеря массы плит при горении. Древесные плиты на основе модифицированной фенолформальдегидной смолы по физико-механическим характеристикам удовлетворяют требованиям ГОСТ 10632-2014 «Плиты древесно-стружечные. Технические условия», превосходят аналоги на основе фенолформальдегидных смол. При незначительных затратах на модификацию клеевого состава и незначительных изменениях технологического процесса повышается конкурентоспособность плит.
Ключевые слова: древесно-стружечная плита, физико-механические свойства, фенолформальдегидная смола, фурфуролацетоновый мономер ФА, модификация.
S.A. UGRYUMOV, Doctor of Sciences (Engineering) (ugr-s@yandex.ru), A.V. OSETROV, Engineer Kostroma State Technological University (17, Dzerzhinskogo Street, 156005, Kostroma, Russian Federation)
Wood Chipboards on the Basis of Modified Phenol-Formaldehyde Binders
Thermodynamic properties of adhesive compounds on the basis of phenol-formaldehyde resin modified with the furfural-acetone monomer FA at the stage of mixing of the components have been determined. Physical-mechanical properties of wood chipboards on the basis of the modified adhesive compound and technological features of production are presented. It is established that the best physical-mechanical properties of wood chipboards are achieved with the introduction of 2-4 weight fractions of furfural-acetone monomer FA into the phenolformaldehyde resin with significant increase in strength, reduction in swelling, water absorption and the mass loss of plates during combustion. Physical-mechanical characteristics of wood boards on the basis of modified phenol-formaldehyde resin meet the requirements of GOST 10632-2014 "Wood Chipboards. Technical Specifications"; these boards surpass analogues on the basis of phenol-formaldehyde resins. At low expenditures for modification of the adhesive compound and insignificant changes in the technological process, the competitiveness of these boards improves.
Keywords: wood chipboard, physical and mechanical properties, phenol formaldehyde resin, furfural-acetone monomer FA, modification.
Деревянное домостроение в последнее время стало развиваться ускоренными темпами, что обусловлено повышенным интересом потребителей к комфортному и экологически чистому жилью с особым микроклиматом, достаточной и постоянно возобновляемой сырьевой базой, развитием технологий производства домов как из рубленого, оцилиндрованного или клееного бруса, так и каркасных и панельных домов с использованием древесных плитных материалов [1].
Крупноформатные древесно-стружечные плиты широко применяются как при формировании каркасов домов, так и при отделке больших площадей — обшивки стен и потолка, устройства обрешетки крыш, настилки полов, облицовки фасадов.
В настоящее время в отечественном производстве древесно-стружечных плит, применяемых в строительстве, наиболее широко применяются карбамидофор-мальдегидные (для плит, используемых внутри помещений) и фенолформальдегидные смолы (для плит, используемых внутри и снаружи помещений) [2]. Однако основная часть выпускаемых плит имеет недостаточные физико-механические свойства, и прежде всего недостаточную водостойкость, что ограничивает их применение в условиях с переменными температурно-влаж-ностными условиями.
Одним из способов повышения водостойкости древесных плит является применение при их изготовлении модифицированных клеев, обладающих высокой адгезией, когезионной прочностью, стойкостью при воздействии агрессивных сред [3, 4], или применение альтернативных связующих с повышенными свойствами, например олигомеров фуранового ряда [5].
Известно, что для удешевления фурановых смол и повышения их водостойкости, а также для придания большей щелочестойкости фенолформальдегидным смолам возможно смешение или совмещение некоторых фенольных и фурановых смол [2, 6]. Основным представителем фурановых олигомеров, достаточно широко применяемых в промышленности, является фурфуролацетоновый мономер ФА, получаемый при синтезе фурфурола и ацетона. В отвержденном состоянии он обладает повышенной водостойкостью и прочностью [7].
Представляет интерес модификация фенолформальдегидной смолы фурановой с целью повышения свойств древесных плит, изготовленных на ее основе. В табл. 1. представлены сводные результаты определения термодинамических свойств клеевых составов на основе фе-нолформальдегидного олигомера СФЖ-3014, модифицированного фурфуролацетоновым мономером ФА путем совмещения.
При увеличении доли добавки фурфуролацетоново-го мономера ФА в клеевом составе на основе фенолфор-мальдегидной смолы поверхностное натяжение и краевой угол смачивания на поверхности березовых древесных частиц несколько снижаются, что способствует повышению равномерности распределения клея в процессе осмоления древесных частиц, хотя полного смачивания не происходит. Несмотря на снижение величины поверхностного натяжения, вязкость модифицированных клеевых составов возрастает за счет снижения величины рН и начальных процессов желатинизации в процессе взаимодействия кислого фурфуролацетонового мономера со щелочным фенолформальдегидным
74
научно-технический и производственный журнал
июль 2016
Ш^улг&иш
Materials and structures
Таблица 2
Физико-механические свойства плит на основе модифицированных клеевых составов
Таблица 1
Термодинамические свойства модифицированных клеевых составов
Доля добавки фурфуролацетонового мономера, мас. ч. Поверхностное натяжение клеевого состава, мН/м Косинус краевого угла смачивания, cos 6 Краевой угол смачивания 6, град Вязкость, с Кислотность, рН Время желатинизации при 150оС, с
0 66 0,333 70о30' 91 8,06 70
2 57 0,342 70о00' 92 7,89 47
4 54 0,355 69о12' 108 7,84 35
6 53 0,438 64о00' 117 7,80 29
8 50 0,537 57о30' 127 7,77 24
10 49 0,567 56о06' 140 7,68 22
Доля добавки фурфуролацетонового мономера, мас. ч. Прочность при статическом изгибе, МПа Прочность при растяжении перпендикулярно к пласти плиты, МПа Разбухание по толщине, % Объемное разбухание, % Водопогло-щение, % Потеря массы при горении, %
0 19,02 0,67 32,87 36,61 62,35 12,67
2 23,67 0,71 24,10 26,93 52,09 11,55
4 26,81 0,72 23,15 25,87 48,03 11,08
6 23,18 0,69 27,56 32,06 55,54 12,28
8 21,2 0,68 28,74 32,53 58,1 12,42
10 20,22 0,68 29,07 32,97 59,23 12,59
олигомером. С увеличением доли добавки фурфурола-цетонового мономера время желатинизации модифицированного клеевого состава снижается, что позволяет снижать время пьезотермообработки при производстве древесных плит и повышать производительность работы прессового оборудования.
Для производства образцов однослойных древесностружечных плит толщиной 16 мм использовалась специальная резаная стружка лиственных пород древесины с отбором фракции 10/2 и клеевые композиции на основе фенолформальдегидной смолы СФЖ-3014 с добавкой в различном соотношении фурфуролацетонового мономера ФА. Физико-механические свойства плит представлены в табл. 2.
Анализ полученных результатов показал, что наилучшие физико-механические свойства древесно-стру-жечных плит достигаются при введении 2—4 мас. ч. фурфуролацетонового мономера ФА в фенолформаль-дегидный олигомер, при этом значимо возрастает прочность, значительно снижаются разбухание, водопогло-щение, а также потеря массы плит при горении.
Повышение прочности и водостойкости плит связано с ускорением процесса отверждения в более кислой среде модифицированного клея с образованием более жестких структур сетчатого типа с фенольными компонентами лигниновой части древесины [8].
Отличие технологического процесса производства древесных плит на модифицированном фенолформаль-дегидном связующем от традиционного производства начинается на стадии приготовления связующего и осмоления древесного наполнителя.
На первой стадии необходимо приготовить модифицирующую добавку путем смешивания в смесителе с водяной рубашкой фурфуролацетонового мономера ФА и отвердителя до однородного состояния. Из смесителя подготовленная модифицирующая добавка подается в расходную емкость.
Исходные компоненты модифицированного клея смешивают в установках приготовления связующего непрерывного действия, например ДКС-1. Компоненты связующего (раствор фенолформальдегидной смолы и модифицирующая добавка на основе фурфуролацето-нового мономера ФА) подаются раздельно насосами-дозаторами в лабиринтную мешалку, где происходит смешивание компонентов клея между собой и образование однородного клеевого состава. Из лабиринтной мешалки подготовленное связующее подается в смеситель на стадию осмоления древесного наполнителя.
На стадии смешивания древесной стружки со связующим рабочий раствор подготовленного модифицированного клеевого состава перистальтическим насосом подается в камеру смешивания высокоскоростного смесителя. Связующее через полый вал смесителя и форсунки подается в рабочую камеру смесителя, где при помощи лопаток, расположенных под определенным углом к оси вала, происходит перемешивание древесной стружки со связующим и перемещение смеси в сторону разгрузочного аппарата. Осмоленная стружечная масса транспортируется в формирующую машину для формирования стружечного ковра.
С целью придания пакету транспортабельности, обеспечения свободной загрузки его в горячий пресс, а также повышения качества плит производится холодная подпрессовка стружечного пакета в холодном прессе. Подпрессованные брикеты направляются в загрузочную этажерку и далее в горячий многоэтажный гидравлический пресс. Режимы прессования определяются особенностями технологии, рекомендуется температура плит пресса в пределах от 180 до 200оС, удельное давление прессования 2—2,5 МПа, время выдержки под давлением 0,5 мин/1 мм толщины плиты. Спрессованные плиты вместе одновременно выгружаются разгрузчиком в этажерку и поступают на стадию послепрессовой обработки.
научно-технический и производственный журнал июль 2016
Основной вывод.
Древесные плиты на основе модифицированной фенолформальдегидной смолы по физико-механическим характеристикам удовлетворяют требованиям ГОСТ 10632—2014, превосходят аналоги на основе фе-нолформальдегидных смол. При незначительных затратах на модификацию клеевого состава и незначительных изменениях технологического процесса значимо повышается конкурентоспособность плит.
Список литературы
1. Чемоданов А.Н., Матвеев Н.М. Малоэтажное деревянное домостроение // Наука и Мир. 2014. Т. 1. № 3 (7). С. 215-218.
2. Кондратьев В.П., Кондращенко В.И. Синтетические клеи для древесных материалов. М.: Мир, 2004. 520 с.
3. Малышева Г.В. Физическая химия адгезивных материалов // Материаловедение. 2005. № 6. С. 38-40.
4. Малышева Г.В. Прогнозирование ресурса клеевых соединений // Клеи. Герметики. Технологии. 2013. № 8. С. 31-34.
5. Маматов Ю.М. Полимерные материалы на основе фурановых смол и их применение. М.: Химия, 1975. 89 с.
6. Глухих В.В., Шкуро А.Е., Мухин Н.М., Останина Е.И., Григоров И.Г., Стоянов О.В. Свойства дре-весно-полимерных композитов с полимерной матрицей, содержащей сэвилены // Клеи. Герметики. Технологии. 2013. № 10. С. 22-26.
7. Глущенко А.И. Низкотоксичная фурановая смола для производства древесно-стружечных плит // Деревообрабатывающая промышленность. 2000. № 2. С. 15-16.
8. Муравицкая Т.П., Ивлев А.Г., Гурусова А.А. Теоретическое обоснование процессов структурирования смол на основе фурфуролацетонового мономера // Вестник КГТУ. 2010. № 1. С. 98-100.
References
1. Chemodanov A.N., Matveev N.M. Low-rise wooden housing construction. Nauka i mir. 2014. Vol. 1. No. 3 (7), pp. 215-218. (In Russian).
2. Kondrat'ev V.P., Kondrashchenko V.I. Sinteticheskie klei dlya drevesnykh materialov [Synthetic adhesives for wood materials]. Moscow: Mir. 2004. 520 p.
3. Malysheva G.V. Physical chemistry of adhesive materials. Materialovedenie. 2005. No. 6. pp. 38-40. (In Russian).
4. Malysheva G.V. Forecasting of a resource of the adhesive compounds. Klei. Germetiki. Tekhnologii. 2013. No. 8, pp. 31-34. (In Russian).
5. Mamatov J.M. Polimernye materialy na osnove fura-novykh smol i ikh primenenie [Polymeric materials based on furan resins and their application]. Moscow: Khimiya. 1975. 89 p.
6. Glukhikh V.V., Shkuro A.E., Mukhin N.M., Ostani-na E.I., Grigorov I.G., Stoyanov O.V. Properties of wood-plastic composites with a polymer matrix that contains and some kinds of rubbers. Klei. Germetiki. Tekhnologii. 2013. No. 10, p. 22-26. (In Russian).
7. Glushchenko A.I. low-toxic furan resin for the production of particle Board. Derevoobrabatyvayushchaya pro-myshlennost'. 2000. No. 2, pp. 15-16. (In Russian).
8. Muravitskaya T.P., Ivlev A.G., Gurusova A.A. Theoretical justification of the processes structuring resins on the basis of the furfural-acetone monomer. Vestnik KGTU. 2010. No. 1, pp. 98-100. (In Russian).
!Х Международная конференция
in /Т\ пп ПНП
[И
ГИИ
гг
C-201
17-21 марта 2017 г.
Организаторы конференции
Национальный исследовательский центр жилья и строительства (HBRC) Египетско-российский университет ^^ Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова Египетский союз инженеров
Шарм-эль-Шейх, Египет
Тематика конференции
Нанокомпозиты в строительных материалах Нанотехнологии в строительстве Защита от пожара с помощью наночастиц Нанотехнологии в кондиционировании воздуха Наноструктурирующие материалы в архитектуре
Производство лакокрасочных материалов с нанодобавками Нанотехнологии стеклах и керамики Нанотехнологии для энергоэффективности в зданиях Моделирование нанокомпозитов Модификация минеральных вяжущих наносистемами
Информационная поддержка - журнал «Строительные материалы»®
Строительные
материалы"
Сайт конференции: http://inter.istu.ru/russian/nano_r.html
Контактная информация в России
Профессор Григорий Иванович Яковлев ИжГТУ им. М.Т. Калашникова 426069 Ижевск, ул. Студенческая, 7 E-mail: gyakov@istu.ru Тел.: 8-91285666688. Факс: +7(3412)59 25 55
Тел.
Контактная информация в Египте
Профессор Шериф Солиман Хелми Египетско-российский университет Cairo High Road, Bard City-Suez E-mail: president@eruegypt.com +20(02)28643349, (02)28643341. Факс:+20(02)28643332
Подписано в печать 19.07.2016 Отпечатано в ООО «Полиграфическая компания ЛЕВКО» Набрано и сверстано
^«й^»8 Москва, Холодильный пер., д. 3, кор. 1, стр. 3 в РИФ «С^йма^алы»
Печать офсетная Верстка Д. Алексеев,
Общий тираж 5000 экз. Н. Молоканова
