CC BY
51
УДК 674.815-41:613
Е.М. Разиньков, Л.В. Пономаренко
Разиньков Егор Михайлович родился в 1950 г., окончил в 1974 г. Воронежский лесотехнический институт, академик РАЕН, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой механической технологии древесины Воронежской государственной лесотехнической академии. Имеет более 100 печатных трудов в области структурообразования древесностружечных плит и совершенствования технологии производства плит с заданными физико-механическими свойствами.
Пономаренко Лариса Викторовна родилась в 1963 г., окончила в 1985 г. Воронежский лесотехнический институт, аспирант кафедры механической технологии древесины Воронежской государственной лесотехнической академии. Имеет около 10 печатных трудов в области совершенствования технологии древесностружечных плит.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРЕМНЕФТОРИСТОГО АММОНИЯ В КАЧЕСТВЕ ОТВЕРДИТЕЛЯ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ
Показана возможность замены хлористого аммония как отвердителя карбамидо-формальдегидных смол на кремнефтористый аммоний; установлены дозировки этого препарата; исследовано его влияние на основные свойства древесностружечных плит.
смолы карбамидоформальдегидные, отверждение кремнефтористым аммонием, антисептирование плит.
В настоящее время в деревообработке в основном используют карбамидоформальдегидные смолы (КФС), отвердителем которых служит хлористый аммоний. Количество отвердителя в КФС составляет 0,3 ... 1,0 % от массы рабочего раствора смолы (в пересчете на 60 %-ю концентрацию). При массовой доле хлористого аммония в смоле свыше 1,0 % его эффективность как отвердителя падает. Одновременно повышается хрупкость отвер-жденного клея, что приводит к снижению прочности склеивания.
Другим недостатком хлористого аммония является наличие хлора. В настоящее время хлорсодержащие соединения признаны канцерогенами и должны отсутствовать в материалах, используемых человеком [5].
Поскольку в технологии изготовления древесностружечных плит (ДСтП), особенно для покрытия полов, кроме отвердителя, используют и
антисептики (фтористый натрий, медный купорос и др.), целесообразно было бы подобрать взамен хлористого аммония такой препарат, который бы одновременно обладал свойствами как отвердителя, так и антисептика.
Нами предложено для этого использовать один из антисептиков, применяемых в технологии консервирования древесины, а именно кремнеф-тористый аммоний (КФА).
Цель нашей работы состояла в исследовании возможности использования кремнефтористого аммония как отвердителя карбамидоформальде-гидных смол в технологии ДСтП. Основные задачи исследования: установление эффективности действия КФА; определение дозировки КФА; исследование влияния КФА на основные свойства ДСтП (прочность, водо- и биостойкость).
Зависимость времени желати-низации смол КФ-НФП (1, 2) и ^ "" КФ-Ж (3, 4) от содержания в У них отвердителя: 1, 3 - хлористый аммоний; 2, 4 - кремне-
„ а т
фтористый аммоний ;'
4«
о
a Ц5 ¡J Ц9 IJ I.) V а 19 2,1 2,i 2.5 V 2,3 3,1 V MaccoSan Иш от!ердитем í сте, %
В опытах по установлению эффективности действия КФА как отвердителя КФС были выбраны следующие марки смол: КФ-НФП, применяемая в технологии ДСтП, и КФ-Ж, используемая в технологии фанеры, а также при облицовывании горячим способом мебельных щитов и т.п. По ГОСТ 14231-88 [4] определяли время желатинизации смол при температуре 100 °С с различным количеством хлористого или кремнефтористого аммония. Результаты приведены на рисунке, из которого видно, что КФА действует на смолы как отвердитель, хотя его эффективность несколько ниже, чем у хлористого аммония, особенно для смолы КФ-НФП. Так, при массовой доле отвердителей в смоле КФ-НФП 0,3; 0,7 и 1,0 % время желатинизации смолы с КФА в 1,9 - 2,1 раза ниже, чем с хлористым аммонием, в смоле КФ-ЖЛ - в 1,2-1,3 раза.
Из приведенных графических зависимостей видно, что эффективность действия обоих отвердителей на исследуемые смолы разная. Оба от-вердителя действуют на смолу КФ-Ж, имеющую пониженную реакционную способность (но повышенную жизнеспособность), менее эффективно, чем на КФ-НФП. Так, при массовой доле хлористого аммония в смолах 0,3; 0,7; 1,1 и 1,5 % время желатинизации у КФ-Ж в 1,2-1,8 раза выше, чем у КФ-НФП.
Действие хлористого аммония на исследуемые смолы таково, что чем выше его содержание в смолах, тем меньше разница во времени жела-тинизации. Так, при массовой доле хлористого аммония в смолах 0,3 % раз-
ница составляла почти 1,8 раза, а при 1,5 % - только 1,2 раза. Это подтверждают кривые 1 и 3, имеющие тенденцию к сближению при увеличении количества отвердителя в смоле.
С повышением содержания кремнефтористого аммония в смолах разница во времени желатинизации незначительна. Об этом можно судить по поведению кривых 2 и 4, которые почти параллельны и проходят на небольшом расстоянии друг от друга. Это показывает, что эффективность действия КФА на эти смолы почти одинаковая, несмотря на то, что реакционная способность КФ-Ж ниже.
Рациональные дозировки КФА определены нами графически (см. рисунок), исходя из времени желатинизации, регламентированного [3]: для внутреннего слоя ДСтП - 60 с, для наружного - 110 с. Они соответственно составляют 2,90 и 1,65 %. При использовании смолы КФ-Ж в производстве мебели (облицовка мебельных щитов и пр.) рациональная дозировка КФА составляет 1,5 %; при этом достигается такое же время желатиниза-ции, что и при 1 %-м расходе хлористого аммония.
Исследованы физико-механические свойства древесностружечных плит, изготовленных на смоле КФ-НФП, содержащей в качестве отвердите-ля хлористый или кремнефтористый аммоний. Были изготовлены плиты плотностью 700 кг/м3 и толщиной 16 мм. Температура прессования составляла 170 °С. Давление и продолжительность прессования соответствовали требованиям технологической инструкции [7]. По стандартным методикам ГОСТов 10635-88, 10636-90 и 10634-88 [1-3] определены пределы прочности плит при изгибе и растяжении перпендикулярно пласти, а также разбухание по толщине после 24-часовой выдержки в воде.
Результаты физико-механических испытаний показали, что КФА, содержащийся в ДСтП в количестве до 3,0 % от массы рабочего раствора смолы, отрицательного влияния на исследованные свойства не оказывает.
Биологические испытания плит проводили на культуре деревораз-рушающего пленчатого домового гриба Соторкога свгвЬвПа в течение трех месяцев. Для опытов были изготовлены плиты, содержащие КФА в количестве 0,2 ... 2,0 % от массы абс. сухой стружки, что соответствует 2,0 ... 20,0 % от массы рабочего раствора смолы марки КФ-НФП (примерно в 10 раз больше, чем при расчете от массы абс. сухой стружки). Режим изготовления плит был таким же, как и при получении плит для физико-механических испытаний. Размер образцов 20 х 20 х 16 мм.
В качестве контрольных опытов были проведены испытания образцов ДСтП, отвердителем смолы в которых служил хлористый аммоний, а также инокулятов древесины заболони сосны для подтверждения эффективности действия культуры гриба. Массовая доля хлористого аммония в смоле для внутреннего слоя составляла 1,35 %, для наружных слоев - 0,45 % от массы рабочего раствора смолы.
Результаты биологических испытаний, продолжавшихся 3 месяца, показали, что потеря массы у древесной заболони сосны составила 30 %, у контрольных плит - 20 % (при такой потере массы прочность при изгибе
снижается более чем на 65 % [6]), а у ДСтП, содержащих 0,2 и 2,0 % КФА от массы абс. сухой стружки, - соответственно 16,0 и 1,1 %. Необходимое (защищающее) количество КФА в плите, когда потеря массы ДСтП должна быть не более 3 % [2], равно 1,5 % от массы абс. сухой стружки.
Важным технологическим вопросом является введение КФА в плиту. Дело в том, что при необходимой для биозащиты ДСтП дозировке КФА 1,5 % от массы стружки (или 15 % от массы смолы) полное его растворение во влаге смолы не достигается, поэтому добавлять весь КФА непосредственно в смолу нельзя из-за опасения забивания трубопровода. Возможны два варианта:
а) часть КФА в пределах его растворимости в смоле (по установленным нами данным она составляет 3,3 % от массы смолы) вводят непосредственно в смолу, остальные 11,7 % в виде 12.15 %-го водного раствора - в стружку опрыскиванием;
б) 3,3 % КФА растворяют в смоле и 15,2 % (11,7 % от массы смолы с учетом 30 %-го увеличения) вводят в виде порошка в сухую стружку.
Выводы
1. Кремнефтористый аммоний можно использовать в качестве от-вердителя карбамидоформальдегидных смол взамен хлористого аммония. Его дозировка по отношению к смоле КФ-НФП для наружных слоев ДСтП должна составлять1,65, а для внутреннего - 2,90 %. В технологии облицовывания мебельных щитов горячим способом необходимо использовать рабочие растворы смолы КФ-Ж, содержащие 1,50 % КФА.
2. Кремнефтористый аммоний обладает свойствами антисептика. Для биозащиты ДСтП массовая доля его в плите должна составлять 1,5 % от массы абс. сухой стружки (15 % от массы рабочего раствора смолы).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 10634-88. Плиты древесностружечные. Методы определения физических свойств.
2. ГОСТ 10635-88. Плиты древесностружечные. Методы определения предела прочности на изгиб.
3. ГОСТ 10636-90. Плиты древесностружечные. Методы определения предела прочности при растяжении перпендикулярно пласти.
4. ГОСТ 14231-88. Смолы карбамидоформальдегидные жидкие.
5. Поляков Н.С., Петухова Г.Н. Защита окружающей среды от диоксинов: Сб. материалов Междунар. научно-практ. конф. - Воронеж, 2000. - Том 1. - 295 с.
6. Разиньков Е.М. Исследование защитных средств и способов их введения для защиты древесностружечных плит от биоразрушения: Дис. ... канд. техн. наук. - Балабаново, 1980. - 204 с.
7. Технологическая инструкция на производство древесностружечных плит на отечественных линиях СП-25 и СП-35. - Балабаново, 1989. - 100 с.
Воронежская государственная лесотехническая академия
Поступила 09.12.2000 г.
E.M. Razinkov, L. V. Ponomarenko
Using Fluosilicate Ammonium as Hardener of
Urea-formaldehyde Resins
The possibility of replacing ammonium chloride as the hardener of urea-formaldehyde resins by fluosilicate ammonium is shown. The dosage of fluosilicate ammonium is set; its influence on the main features of particleboard is investigated.
