Исследование влияния модифицирования дифенилолпропаном смолы КФК-СФ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 674

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ДИФЕНИЛОЛПРОПАНОМ СМОЛЫ КФК-СФ

Пасько Юлия Вячеславовна, кандидат технических наук, доцент; Янтурина Нэркас Ильдаровна, бакалавр; Скрипкин Вадим Дмитриевич, бакалавр, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный

исследовательский университет), Мытищи, РФ

В работе приводятся результаты исследований влияния дифенилолпропанана на карбамидо-формальдегидную смолу КФК-СФ и результаты испытаний древесностружечных плит на физико-механические свойства.

Ключевые слова: дифенилолпропан; древесностружечные плиты; карбамидоформальдегидная смола; физико-механические свойства.

STUDY OF THE EFFECT OF MODIFYING BY DIPHENYLOLPROPANE

KFK-SF ON THE RESIN

Pas'ko Yulia Vyacheslavovna, PhD (Cand Tech. Sci.), associate professor, Yanturina Nerkas Il'darovna, bachelor, Skripkin Vadim Dmitrievich, bachelor; BMSTU, Mytishchi, Russia

The article presents the results of studies of the effect of diphenylolpropane on urea-formaldehyde resin KFK-SF and the results of tests of particle boards on physical and mechanical properties. Keywords: diphenylolpropane; particle board; urea-formaldehyde resin; physical and mechanical properties.

Для цитирования: Пасько Ю.В., Янтурина Н.И., Скрипкин В.Д. Исследование влияния модифицирования дифе-нилолпропаном смолы КФК-СФ // Наука без границ. 2019. № 6(34). С. 41-45.

Введение

Использование синтетических олигоме-ров в качестве связующих, клеев и пропиточных растворов имеет решающее значение для подъема технического уровня мебельной промышленности, строительства, вагоно- и судостроения, тарного производства, товаров широкого потребления и других областей применения клееной древесины. Производство клееных материалов из древесины, фанеры, древесностружечных плит, древесных слоистых пластиков, гнуто-клееных изделий является одной из основных областей деревоо-

брабатывающей промышленности.

Склеивание позволяет значительно увеличить полезный выход древесины, а также изменить и улучшить ее физико-механические свойства, повысить прочность, био-, термо-, атмосферостойкость, уменьшить анизотропию, понизить водо- и вла-гопоглощение.

Деревообрабатывающая промышленность использует 75% выпускаемых в стране синтетических клеев. Наиболее широкое применение имеют клеи на основе Карбамидоформальдегидных, Мелами-ноформальдегидных и Фенолоформальде-

наука без границ • № 6 (34) • 2019

гидных олигомеров.

Для снижения токсичности необходимо использовать модификаторы, выполняющие функцию реакционного поверхностно-активного вещества по отношению к клеям и древесным материалам, т. е. веществами, способными понижать поверхностное натяжение клея до уровня критического поверхностного натяжения древесины, способными создавать в клеевой композиции набор времен отверждения [3].

В ранее проведенных исследованиях приводится описание возможного синтеза смолы с применением дифенилолпропана для изготовления бумажнослоистого пластика [9].

В описании этой работы является экспериментальное исследование возможности замены пропиточных фенолоформальде-гидных смол олигомерами, полученными путем взаимодействия дифенилолпропана и формальдегида [9].

Исходя из возможности получения смолы на основе дифенилолпропана для получения бумажнослоистого пластика, было принято решение рассмотреть возможность модифицирования дифенилол-пропаном карбамидоформальдегидную

технические науки

смолу для получения древесных композиционных материалов. За основу связующего в данном исследовании была взята смола КФК-СФ, ранее исследованная для производства древесных композиционных материалов [2].

Реакционная способность модифицированного дифенилолпропаном карбами-доформальдегидных смол зависит как от их количества, так и дисперсности частиц, изменяющей их удельную поверхность. Увеличение количества модификатора приводит к существенному снижению содержания свободного формальдегида в клее или связующем.

Дифенилолпропан [2,2-бис-(4-гидрок-сифенил)пропан, бисфенол А] относится к фенолам, (СН3)2С(С6Н4ОН)2; бесцветные кристаллы, ^л157°С, хорошо растворим в эфире, ацетоне, хлороформе, спиртах, кар-боновых кислотах, в водных растворах щелочей, плохо - в углеводородах, воде [4].

Дифенилолпропан представляет собой кристаллическое вещество белого цвета. Дифенилолпропан плохо растворим в воде.

Его эмпирическая формула С15Н18О2. Структурная формула бисфенола А представлена на рис. 1.

СН3

Рис. 1. Структурная формула дифенилолпропана

При взаимодействии дифенилол-пропана с формальдегидом при разных соотношениях компонентов могут образовываться моно-, ди-, три- и те-

траметилольные производные дифени-лолпропана. Реакция поликонденсации бисфенола А с формальдегидом представлена на рис. 2:

но^ургу он + н-с^

но

он

снюн

Рис. 2. Реакция поликонденсации дифенилолпропана и формальдегида

Дифенилолпропан получают в основном конденсацией фенола с ацетоном; применяют в производстве эпоксидных смол, полиарилатов, поликарбонатов и некоторых других полимеров, антиоксидан-тов, дубителей, гербицидов [4].

Дифенилолпропан обладает слабо выраженным кислотным характером. Он хорошо растворим в водных растворах щелочей; при этом образуется соответствующее металлическое производное (например, динатриевое). При подкислении растворов подобных производных даже такими слабыми кислотами, как угольная, происходит осаждение дифенилолпропана. Кислотные свойства дифенилолпропана выражены несколько сильнее, чем у фенолов и алкилфенолов, что доказано потенциоме-трическим титрованием [6].

При добавлении модификатора в пределе от 0,5 до 30 массовых частей поверхностное натяжение смолы падает до значения поверхностного натяжения 40-50 мДж/м2, что соответствует поверхностному натяжению древесины. При этом соответствии достигается наилучшая адгезия смолы и древесины. Дальнейшее увеличение количества модификатора нецелесообразно. Это было подтверждено

изучением свойств КФ смолы с разным количеством модификатора [3].

Синтез модифицированной дифенилол-пропаном смолы КФК-СФ ведется согласно регламенту для смолы КФК-СФ [3]. Модификатор добавляется после растворения и перемешивания основных компонентов при температуре Т=90-95°С, рН среды 8,59,0. Модификатор добавляется в виде мелкодисперсного порошка. Качество дисперсии достигается в размольной ступке.

Свойства смолы КФК-СФ сравниваются со свойствами смолы КФК-15, данные представлены в табл. 1.

Анализ представленных данных позволяет заключить, что при введении 8 % модификатора достигаются свойства смолы, соответствующие требованиям для смол, которые применяются для изготовления древесностружечных плит.

Дальнейшее увеличение количества модификатора приводит к незначительному снижению содержанию метилольных групп и свободного формальдегида в смоле [1].

На синтезированной смоле КФК-СФ с модификатором (дифенилолпропаном) были изготовлены древесностружечные плиты в лабораторных условиях. Режимы

наука без границ • № 6 (34) • 2019

технические науки

прессования: Температура прессования = плиты = 150x300мм.

180 °С, Время прессования = 0,4 мин/мм Результаты физико-механических ис-

плит, толщина плиты к = 16 мм , размеры следований представлены в табл. 2.

Таблица 1

Свойства смол КФК-15 и КФК-СФ с модификатором

Показатель Содержание модификатора, 0% Содержание модификатора, 8%

рН 7,75-8,0 8,0-8,2

Вязкость по ВЗ-4,с 50 58,02

Показатель преломления 1,468 1,482

Концентрация, % 66±5 66±5

Время желатинизации при 100 °С 64 57

Содержание свободного формальдегида, % 0,15 0,08

Плотность, кг/м3 1230 1258

Таблица 2

Физико-механические показатели плит

Показатель Значение показателя

Плотность, кг/м3 719

Предел прочности при изгибе, МПа 40

Разбухание, % 0,6

Разрыв перпендикулярно пласти, МПа 0,34

Водопоглащение, % 10,4

Влажность, % 9,8

Содержание свободного формальдегида, мг/100 мг плиты 4,0-4,5

Добавление модификатора приводит к существенному снижению содержания свободного формальдегида в клее. Свойства модифицированной смолы позволяют сказать, что смола соответствует технологическим условиям для изготовления клееных материалов и древесно-стружечных плит.

Разработанная и исследованная модифицированная дифенилолпропаном кар-бамидоформальдегидная смола КФК-СФ позволяет получить древесно-стружечные плиты с эмиссией формальдегида по клас-

су Е-1 и Супер-Е.

Наиболее важно повысить физико-механические свойства плит, что возможно за счёт использования модифицированных или новых похожих связующих, обладающих большей реакционной способностью. Древесно-стружечные плиты, изготовленные с применением альтернативных связующих, обладают хорошей прочностью, водостойкостью, существенно меньшим содержанием свободных токсичных веществ, что позволяет их эффективно применять в строительстве, в том числе в

технические науки

наука без границ • № 6 (34) • 2019

условиях с использованием температур- мебели, авто-, вагоно-, контейнерострое-

но-влажностных условий, производстве нии и в других сферах и направлениях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пасько Ю.В. Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных смесью одноатомных спиртов: дис. канд. тех. Наук. Москва, 2003. 164 с.

2. Пасько Ю.В., Екимов В.О., Щеглов М.А. Исследование физико-механических свойств композиционных материалов на основе КФК-СФ. - Красноярск, 2017. С. 152-153.

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

4. Огибин Ю.Н. Дифенилолпропан // Большая российская энциклопедия. - Москва. 2007. Том 9. с. 85

5. ГОСТ 12138-86. Дифенилолпропан ДФП [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// biohim-nn.ru/Katalog/Difenilolpropan-DFP (дата обращения: 10.06.2019).

6. Верховская З.Н. Дифенилолпропан. - М., Издательство «Химия», 1971. - 196 с.

7. ГОСТ 12138-86. Дифенилолпропан технический. Технические условия. ИПК издательство стандартов. М.

8. Цветков В.Е. Полимеры в производстве древесных материалов: практикум / В.Е. Цветков, Ю.В. Пасько, К В. Кремнев, О.П. Мачнева. - М. : ФГБОУ ВПО МГУЛ, 2012. 21 с.

9. Цветков В.Е. «Малотоксичные ДБСП на диановых смолах» Технология и оборудование для переработки древесины / В.Е. Цветков, Ю.А. Сёмочкин, Т.С. Калашникова, А.С. Пасько // Науч. тр. М.: МГУЛ, 2016. Вып. 381. с. 160-164.

REFERENCES

1. Pas'ko Yu.V. Drevesnostruzhechnye plity na osnove karbamidoformal'degidnyh smol, modificirovannyh smes'yu odnoatomnyh spirtov [Particle board based on urea-formaldehyde resins modified by a mixture of monatomic ethanol]. Ph. D. thesis. Moskva, 2003, 164 p.

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

3. Pas'ko Yu.V., Cvetkov V.E., Romanova M.S. Issledovanie tekhnologicheskih svojstv KFK-SF [Research of technological properties of KFK-SF]. Nauka bez granic, 2017, no. 12 (17), pp. 46-49.

4. Ogibin Yu.N. Difenilolpropan [Diphenylolpropane]. Bol'shaya rossijskaya enciklopediya. Moskva, 2007, vol. 9, p. 85

5. GOST 12138-86. Difenilolpropan DFP [GOST 12138-86. Diphenylolpropane DFP]. Available at: http://biohim-nn.ru/Katalog/Difenilolpropan-DFP (accessed 10 June 2019).

6. Verhovskaya Z.N. Difenilolpropan [Diphenylolpropane]. Moscow, Izdatel'stvo «Himiya», 1971, 196 p.

7. GOST 12138-86. Difenilolpropan tekhnicheskij. Tekhnicheskie usloviya [GOST 12138-86. Diphenylolpropane technical. Technical conditions]. IPK izdatel'stvo standartov, Moscow.

8. Cvetkov V.E., Pas'ko Yu.V., Kremnev K.V., Machneva O.P. Polimery v proizvodstve drevesnyh materialov: praktikum [Polymers in the production of wood-based materials]. Moscow, FGBOU VPO MGUL, 2012, 21 p.

9. Cvetkov V.E., Syomochkin Yu.A., Kalashnikova T.S., Pas'ko A.S. «Malotoksichnye DBSP na dianovyh smolah» Tekhnologiya i oborudovanie dlya pererabotki drevesiny [«Low-toxic DBSP on Diane resins» Technology and equipment for wood processing]. Nauch. tr. Moscow, MGUL, 2016, iss. 381, p. 160-164.

Материал поступил в редакцию 25.06.2019 © Пасько Ю.В., Янтурина Н.И., Скрипкин В.Д., 2019