Исследование влияния антисептической добавки на физико-механические свойства композиционных материалов

Пасько Юлия Вячеславовна; Армизонова Марина Андреевна; Юрочкин Никита Антонович; Карева Екатерина Игоревна

УДК 674

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АНТИСЕПТИЧЕСКОЙ ДОБАВКИ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Пасько Юлия Вячеславовна, кандидат технических наук, доцент, Армизонова Марина Андреевна, бакалавр, Юрочкин Никита Антонович, бакалавр, Карева Екатерина Игоревна, бакалавр, Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет), Мытищи, РФ

В работе проведено исследование влияния антисептической добавки на физико-механические свойства композиционных материалов (древесностружечных плит (ДСП), фанеры) на основе модифицированной смолыКФК-СФ.

Ключевые слова: биостойкость материалов; антисептики; клееные материалы; композиционные материалы; карбамидоформальдегидная смола; физико-механические свойства.

STUDY OF THE EFFECT OF ANTISEPTIC ADDITIVES ON THE PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIALS

Pas'ko Yrliya Vyacheslavovna, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor, Armizonova Marina Andreevna, bachelor, YUrochkin Nikita Antonovich, bachelor, Kareva Ekaterina Igorevna, bachelor, BMSTU, Mytishchi, Russia

The paper studies the effect of antiseptic additives on the physical and mechanical properties of composite materials (particle Board (Dstp), plywood) based on modified resin KPC-SF. Keywords: bio-resistance of materials; antiseptics; glued materials; composite materials; urea-formaldehyde resin; physical and mechanical properties.

Для цитирования: Исследование влияния антисептической добавки на физико-механические свойства композиционных материалов / Ю. В. Пасько, М. А. Армизонова, Н. А. Юрочкин, Е. И. Карева // Наука без границ. 2018. № 6 (23). С. 75-79.

При эксплуатации композиционных материалов на основе древесины, таких как древесностружечные плиты (ДСтП), фанеры и клееной древесины, они подвергаются негативному воздействию окружающей среды и различных микроорганизмов, в том числе грибов.

Древесина для поселяющихся на ней организмов является источником питательных веществ и местом существования. Развитие процесса гниения начина-

ется в древесине с влагосодержанием не ниже 18...20 % в присутствии воздуха и при положительной температуре в интервале от 5 до 45 °С. Но и сухая древесина так же подвержена воздействию дерево-разрушающих грибов и насекомых.

Увлажнение композиционных материалов и конструкций из них может происходить как снизу из почвы, так и сверху из-за неисправной кровли, неисправности водопроводных, отопительных и канали-

зационных коммуникаций. От проникновения спор грибов в жилища и другие помещения не спасают даже современные способы жизнеобеспечения, такие как вентиляция и кондиционирование воздуха, поэтому необходимо использовать строительные материалы, устойчивые к биоповреждению.

Продукты жизнедеятельности микробов изменяют среду в материалах, приводя к изменению их прочностных характеристик. Таким образом, в современном жилище могут концентрироваться непосредственно почвенные микроорганизмы (грибы, бактерии, водоросли) и микробы городской пыли. Следовательно, жилище, вместо защиты человека, может стать аккумулятором возбудителей инфекционных заболеваний, а значит и причиной их возникновения [1].

Поэтому возникает вопрос о решении применения биостойких композиционных материалов, чтобы предотвратить воздействие микроорганизмов.

Для решения описанных проблем предлагается ввести антисептическую добавку в смолу КФК-СФ в ходе синтеза и использовать ее в качестве связующего для производства древесно-стружечных плит. Это позволит нам равномерно распределить концентрацию антисептика на весь объ-

ем материала. Также использовалась модифицированная смола для производства фанеры и клееного бруса.

В качестве основы для связующего и клеевых композиций была выбрана карба-мидоформальдегидная смола марки КФК-СФ, которая является продуктом поликонденсации карбамида с формальдегидом в присутствии щелочного катализатора [4]. Мы предлагаем добавить в нее антисептик тетраборат натрия, который используется при музеефикации сооружений из древесины, пораженной множеством микроорганизмов, способствующих ее разрушению. Основной задачей использования буры при производстве древесно-стружеч-ных плит является защита древесины от гниения [2].

При загрузке компонентов в ходе синтеза смолы так же были введены отходы спиртового производства в количестве 30 мас. %, в качестве модификатора [3]. Перед началом кислой стадии синтеза вместе с дополнительной порцией карбамида ввели 1 мас. % тетрабората натрия.

Рецептура смолы представлена в табл.

1.

В ходе исследование было отмечено, что для отверждения карбамидоформаль-дегидной смолы без добавки требуется 1 % хлористого аммония, в то время как для

Компонент Количество, г.

КФК-СФ с добавкой

Карбамидоформальдегидный концентрат 230

Вода 86

Основная порция карбамида 80

Дополнительная порция карбамида 82,4

Модификатор 6

Тетраборат натрия 4,8

Таблица 1

Рецептура смолы КФК-СФ с тетраборатом натрия

Таблица 2

Сравнение свойств полученных смол

Показатели Ед. изм. Значение показателей

КФК-15 КФК-СФ с добавкой

Внешний вид - однородная суспензия от белого до светло-желтого цвета без посторонних включений

Массовая доля сухого остатка % 62 58

Условная вязкость при 20°С по ВЗ-4 с 27,3 30

Концентрация водородных ионов рН 7,5...8 8,5.9

Время желатинизации при 100°С с 74 75

Показатель преломления - 1,469 1,456

Плотность г/см3 1,28 1,27

модифицированной необходимо увеличить до 3 % (по массе). Стоит отметить, что дальнейшее увеличение расхода от-вердителя не приводит к сокращению времени желатинизации.

В результате исследования были получены характеристики, которые позволяют нам подтвердить соответствие смолы и ее технологических параметров для производства древесно-стружечных плит [3]. Сравнение свойств полученных смол представлены в табл. 2.

Для исследования влияния антисепти-

ческой добавки на физико-механические свойства плиты были изготовлены образцы плит, с антисептиком и без, размерами 300x130x16 мм.

Режимы прессования составляли: время прессования - 380 с, температура греющих плит пресса - 190 °С. Результаты физико-механических испытаний ДСтП представлены в табл. 3.

Как видно из испытаний, прочностные характеристики плит с добавкой улучшились, количество формальдегида осталось в пределах нормы и соответствует классу

Таблица 3

Результаты физико-механических испытаний ДСтП

Показатель Ед. изм. Значения показателя

ДСтП ДСтП-б

Плотность кг/м3 800

Предел прочности при изгибе МПа 13,74 17,37

Предел прочности при растяжении перпендикулярно к пласти МПа 0,28 0,52

Разбухание по толщине % 43,67 51,59

Водопоглощение % 83,43 79,38

Кол-во формальдегида мг/100 г 2,33 5,42

Таблица 4

Результаты на скалывание фанеры

Образец Ртах, Н В, мм L, мм т, МПа т по ГОСТу, МПа

Ф3 60 15 25 1,57 1,5

Ф4 70 15 25 1,83 1,5

ФМ3 70 15 25 1,83 1,5

ФМ4 80 15 25 2,1 1,5

эмиссии формальдегида Е-1.

Самым важным пунктом при использовании фанеры в мебельном производстве или строительстве являются антисептические свойства фанеры. Фанера нуждается в защите от внешних факторов и воздействий. Это необходимо для того, чтобы продлить срок службы фанеры.

Самые распространённые способы обработки фанеры от гнили и влаги - покрытие фанеры лаками, красками, олифой или стеклотканями.

В этой статье предложено применять антисептическую добавку в смоле, используемую в качестве клея, и проанализированы показатель физико-механических свойств фанеры.

Для достижения поставленных целей были поставлены следующие задачи:

• исследовать новую смолу КФК-СФ, модифицированную отходами спиртового производства, в которую был введен тетраборат натрия в качестве антисептика;

• изучить влияние новой смолы на процесс изготовления фанеры, физико-механические свойства фанеры и гигиенические свойства фанеры.

Для склеивания фанеры используется горячий гидравлический пресс. Давление пресования 2.. .3 МПа и температуре прессования 130 °С на 4 минуты. После прессования остужаем фанеру и приступаем к испытаниям.

Обработка результатов испытаний на

скалывание. ГОСТ 9624-93 «Древесина слоистая клееная. Метод определения предела прочности при скалывании»

Данные по испытанию фанеры представлены в табл. 4.

Разрыв фанеры по древесине, клеевой шов не затронут.

Сравнив результаты, можно сказать, что показатель предела прочности фанеры с добавление антисептика не уступает показателю предела прочности фанеры без добавления антисептика.

Одним из самых существенных показателей фанерной продукции является класс эмиссии свободного формальдегида. Для того, чтобы отнести фанеру к классу эмиссии Е1 или Е2, необходимо определить содержание формальдегида в продукции. ГОСТ 27678 - 88 с 01.07.90 г. распространяется не только на фанеру, но и на ДСтП.

По расчётным данным среднее значение показателя выделения свободного формальдегида составляет 6,5, что соответствует классу эмиссии свободного формальдегида Е1.

На основании результатов испытаний композиционных материалов на основе модифицированной смоле КФК-СФ с антисептической добавкой, тетраборатом натрия, можно сделать вывод, что прочностные характеристики с добавкой повысились, по сравнению со значениями ГОСТа, количество формальдегида осталось в пределах нормы и соответствует классу эмиссии формальдегида - Е-1.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Токач Ю. Е., Рубанов Ю. К., Василенко М.И., Гончарова Е. Н. К решению вопроса о создании строительных композиционных материалов с высокой активной защитой от микробиологического воздействия.

2. Никитин М. К., Мельникова Е. П. Химия в реставрации. Справочное пособие. Л., 1990 г.

3. Пасько Ю. В., Екимов В. О., Щеглов М. А. Исследование физико-механических свойств композиционных материалов на основе КФК-СФ. Июнь, 2017. Красноярск: 2017. С. 152153.

4. Пасько Ю. В., Цветков В. Е., Романова М. С. Исследование технологических свойств КФК-СФ // Наука без границ. 2017. № 12 (17). С. 46-49.

5. Пасько Ю. В. Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных смесью одноатомных спиртов: дис. ... канд. техн. наук, Москва. 2003. 164 с.

REFERENCES

1. Tokach Yu. E., Rubanov Yu. K., Vasilenko M.I., Goncharova E. N. K resheniyu voprosa o sozdanii stroitel'nyh kompozitsionnyh materialov s vysokoi aktivnoi zashchitoi ot mikrobiologicheskogo vozdeistviya [To the solution of the question of creation of construction composite materials with high active protection from microbiological influence].

2. Nikitin M. K., Mel'nikova E. P. Himiya v restavratsii. Spravochnoe posobie [Chemistry in restoration. Reference book]. L., 1990.

3. Pas'ko Yu. V., Ekimov V. O., Shcheglov M. A. Issledovanie fiziko-mekhanicheskih svoistv kompozitsionnyh materialov na osnove KFK-SF [Study of physical and mechanical properties of composite materials based on CPK-SF]. June 2017, Krasnoyarsk, 2017, pp. 152-153.

4. Pas'ko Yu. V., Tsvetkov V. E., Romanova M. S. Issledovanie tekhnologicheskih svoistv KFK-SF [Research of technological properties of KFK-SF]. Nauka bez granic, 2017, no. 12 (17), pp. 4649.

5. Pas'ko Yu. V. Drevesnostruzhechnye plity na osnove karbamidoformal'degidnyh smol, modifitsirovannyh smes'yu odnoatomnyh spirtov [Particle Board based on urea-formaldehyde resins modified by a mixture of monoatomic alcohols]. Ph. D. thesis. Moscow, 164 p.

Study of the effect of antiseptic additives on the physico-mechanical properties of composite materials

Текст научной работы на тему «Исследование влияния антисептической добавки на физико-механические свойства композиционных материалов»