CC BY
161УДК 674.816.3
В.Е. ЦВЕТКОВ, д-р техн. наук ([email protected]), А.С. ПАСЬКО, инженер,
А.А. ТЕСОВСКИЙ, инженер, О.П. МАЧНЕВА, канд. техн. наук, Ю.А. СЕМОЧКИН, канд. техн. наук
Московский государственный университет леса (141005, Московская обл., г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, 1)
Особенности изготовления декоративных
бумажно-слоистых пластиков
на основе меламиноформальдегидных смол
В статье рассматриваются вопросы изготовления декоративных бумажно-слоистых пластиков на основе пропиточных меламиноформальдегидных смол марок СП-200, СП-300, синтезированных в лабораторных условиях с различной долей катализатора. Представлены технологические этапы получения пропиточных меламиноформальдегидных смол и декоративных бумажно-слоистых пластиков на их основе. Экспериментальным путем оценены свойства декоративных бумажно-слоистых пластиков, полученных из семнадцати слоев пропитанной крафт-бумаги и двух наружных слоев декоративной бумажно-смоляной пленки. Анализ полученных результатов показал, что декоративные бумажно-слоистые пластики на основе меламиноформальдегидных смол обладают повышенными физико-механическими характеристиками, их изготовление является экономически выгодным и более безопасным для окружающей среды. Полученный пластик по своим характеристикам соответствует нормативно-техническим требованиям, в настоящее время проводится работа по серийному освоению данной продукции.
Ключевые слова: декоративный бумажно-слоистый пластик, меламиноформальдегидная смола, катализатор, модифицирование, технология производства.
V.E. TSVETKOV, Doctor of Sciences (Engineering) ([email protected]), A.S. PAS'KO, Engineer, A.A. TESOVSKY, Engineer, O.P. MACHNEVA, Candidate of Sciences (Engineering), Yu.A. SEMOCHKIN, Candidate of Sciences (Engineering) Moscow State Forest University (1, 1st Institutskaya street, 141005, Mytischi, Moscow region)
Peculiarities of Producing Decorative Paper-Laminated Plastics on the Basis of Melamine-Formaldehyde Resins
The article considers the issues of producing decorative paper-laminated plastics on the basis of melamine-formaldehyde impregnating resins of SP-200, SP-300 brands, which are synthesized in the laboratory with different proportions of the catalyst. The technological stages of receiving melamine-formaldehyde impregnating resins and decorative paper-laminated plastics based on their basis are presented. Properties of the decorative paper-layered plastics derived from seventeen layers of impregnated Kraft paper and two outer layers of decorative paper-resin film have been experimentally evaluated. The analysis of results obtained shows that decorative paper-laminated plastics on the basis of melamine-formaldehyde resins have improved physical and mechanical properties, their manufacture is cost-effective and safer for the environment. Characteristics of the plastic produced correspond to normative and technical requirements; at present, the work on the serial development of this product is carried out.
Keywords: decorative paper-laminated plastic, melamine-formaldehyde resin, catalyst, modification, production technology.
Современные декоративные бумажно-слоистые пластики (ДБСП), являясь широко распространенным конструкционно-отделочным материалом, обладают высоким качеством поверхности, широкой гаммой расцветок и рисунков, износостойкостью и ударопрочностью, низкой сорбционной способностью. Они стойки к маслам, жирам, косметическим препаратам, пищевым продуктам, химическим реагентам, влагостойки и устойчивы к термическим воздействиям бытового характера [1, 2]. Однако применяемые в настоящее время ДБСП на основе фенольных смол имеют ряд недостатков, основным из которых является токсичность, большое время отверждения и окрашиваемость в черный цвет [3]. С целью устранения данных недостатков в работе были изучены возможности замены фенольных смол на меламиновые.
Для изготовления ДБСП в лабораторных условиях синтезировали модифицированную смолу, при этом часть меламина заменяли карбамидом. Модифицирование синтезированных олигомеров проводили на заключительной стадии добавкой модификатора.
Процесс получения меламиноформальдегидных смол осуществлялся по традиционной технологии [4, 5] и состоял из следующих этапов:
1. Загрузка формалина и воды для разбавления до 30%-й концентрации, загрузка присадок.
2. Установка уровня рН 7,8—8,5 добавлением раствора щелочи.
3. Загрузка меламина.
4. Подогрев реакционной смеси до 80—95оС, после чего начинается процесс гидроксиметилирования мела-мина.
5. Реакция поликонденсации меламина с различно метилированным меламином, которая дает линейную и слегка разветвленную меламиноформальдегидную смолу, конденсация завершается при водном числе 6—15.
6. Прерывание конденсации охлаждением, при этом смола содержит в основном ди- и тригидроксиметилме-ламины, либо разветвленные, либо линейные, связанные метиленовыми или диметиленэфирными мостиками.
7. Точная установка определенных свойств смолы с модификаторами (присадками), установка конечного уровня рН и содержания сухих веществ.
В лабораторных условиях были синтезированы пропиточные смолы с различным содержанием меламина и катализатора марок СП-200, СП-300, физико-механические свойства которых представлены в табл. 1.
Технология производства слоистых пластиков предусматривает пропитку специальных видов пропиточных бумаг связующими, в качестве которых используют ами-ноформальдегидные и фенолоформальдегидные смолы. Пропитка производится в специальных пропиточных линиях, управляемых электронными компьютерными системами. В этих линиях предусмотрены сушка, нарезка бумаги на заданный размер или намотка в рулоны. В результате этих процессов получается пропитанная и высушенная бумага, пригодная для прессования.
Структура лицевой поверхности пластика может быть любой по желанию заказчика. Она образуется с помощью текстурированных лент или специальных тек-стурированных бумаг, имитирующих структуру различных пород древесины, натурального камня, матового или глянцевого блеска, кристалла, жемчуга и т. п.
fj научно-технический и производственный журнал
июль 2016
Ма териалы и конструкции
Таблица 1 Основные свойства пропиточных смол
Наименование Значения показателей для смол марок
СП-200 СП-300
Плотность, г/мл 1,21 1,21
Вязкость по ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, с 14 15
Пенетрация, с 3 3,5
рН 9,7 9,8
Водное число 1,8 2,04
Показатель преломления 1,459 1,456
Времяжелатинизации,с 64 65
Содержание сухого остатка, % 53 54
Содержание свободного формальдегида, % 0,36 0,21
Нелицевая сторона пластика может быть шероховатой или гладкой также в зависимости от требований заказчика. Тонкий слоистый пластик (ТСП) используют для горизонтальных и вертикальных поверхностей, для отделки фасадов, для рабочих поверхностей столешниц, подоконных досок, облицовки дверей, офисной мебели, строительной отделки помещений. Применение специальных покрывных бумаг позволяет изготовлять высокоустойчивые к истиранию слоистые пластики, которые применяют и для покрытия полов. Стойкость к истиранию может составлять более 15 тыс. оборотов.
Пропитка крафт-бумаги осуществлялась пропиточным составом, содержащим 100 мас. ч. смолы, 0,15 мас. ч. отвердителя (20%-го раствора хлористого аммония), 10 мас. ч. пластификатора. Скорость пропитки составляла 50 м/мин, температура сушки бумажно-смоляной пленки 110—140оС.
Анализ свойств бумажно-смоляной пленки показал, что содержание летучих веществ в ней составляет 5—6%, содержание смолы — 32—34%.
Набор пакета — весьма трудоемкий процесс, так как его производят вручную.
Пакеты-заготовки представляют собой комплекты уложенных в определенной последовательности листов пропитанной бумаги, нарезанной на формат. Количественный состав пакета зависит от необходимой толщины пластика и массы исходной бумаги.
Для получения образцов декоративного бумажно-слоистого пластика толщиной 4 мм набирался пакет из семнадцати слоев пропитанной крафт-бумаги плюс два наружных слоя декоративной бумажно-смоляной пленки.
При прессовании пропитанных бумаг под воздействием высокой температуры и давления смола расплавляется, растекается, заполняет поры между волокнами бумаги, склеивает листы бумаги между собой и отверждается, образуя монолитные листы. При этом аминоформальдегидная смола образует на поверхности листов прозрачную пленку.
Температура в процессе прессования — величина переменная. После загрузки материала в пресс происходит смыкание плит пресса, затем по достижении нужного давления их нагрев до температуры прессования, выдержка материала при этой температуре и охлаждение готового изделия. Температура, при которой происходит прессование, зависит прежде всего от типа связующего. Для меламиноформальдегидных смол она рекомендована в пределах 145—150оС [6, 7]. От температуры прессования зависят продолжительность выдержки и необходимое давление.
Прессование образцов осуществлялось при температуре 140оС, удельном давлении 8 МПа.
Физико-механические свойства полученных пластиков в сравнении с предъявляемыми требованиями
Таблица 2
Свойства декоративного бумажно-слоистого пластика
Наименование показателя Норма показателя Значения показателей для пластиков на основе смол СП-200/СП-300
Гидротермическая стойкость лицевой поверхности Не должно быть трещин, вздутий, расслоения, потери блеска нет/нет
Термическая стойкость лицевой поверхности при 180оС Не должно быть изменений поверхности и цвета, за исключением незначительной потери блеска нет/нет
Стойкость к загрязнению веществами бытового и хозяйственного назначения Не должно быть изменения внешнего вида лицевой поверхности нет/нет
Стойкость к кипячению в воде: - увеличение массы,% - увеличение толщины, % - изменение внешнего вида Не более 6 Не более 6 Не должно быть вздутий, расслоений, заметных невооруженным глазом 1/1 0,2/0,2 микрорасслоения/микрорасслоений нет
Водопоглощение: - увеличение массы,% - увеличение толщины, % - изменение внешнего вида Не более 6 Не более 5 Не должно быть вздутий, расслоений, заметных невооруженным глазом 3,1/0,7 0,1/0,6 нет/нет
Стабильность линейных размеров, % Не более 0,4 около 0
Твердость декоративного покрытия, Н Не менее 2 3,5/5
Стойкость к истиранию: - количество оборотов, необходимое для истирания декоративного слоя - скорость износа, мг/100 оборотов Не менее 300 Не более 80 290/370 89,1/89,1
Ударная прочность поверхности Не должно быть трещин и расслоения лицевой поверхности в местах падения шарика. Диаметр отпечатка не более 9 мм Трещин и расслоения лицевой поверхности не наблюдается 7,3/7,3
Разрушающее усилие при изгибе, МПа Не менее 117,6 129,2/137
72
научно-технический и производственный журнал
июль 2016
Ш^улг^иш
(ГОСТ 9590—76 «Пластик бумажно-слоистый декоративный») представлены в табл. 2.
Анализ полученных результатов показал, что декоративные бумажно-слоистые пластики на основе меламиноформальдегидных смол обладают повышенными физико-механическими характеристиками, их изготовление является экономически выгодным и более безопасным для окружающей среды. Полученный пластик по своим характеристикам соответствует нормативно-техническим требованиям; в настоящее время проводится работа по серийному освоению данной продукции.
Список литературы
1. Бараш Л.И. Слоистые пластики, декоративные поверхности. СПб.: Химиздат, 2007. 256 с.
2. Бараш Л.И. Современное производство декоративных слоистых пластиков. СПб.: Химиздат, 2004. 200 с.
3. Ищенко Т.Л., Лавлинская О.В., Похиленко М.В. Изучение смачиваемости поверхности декоративного бумажно-слоистого пластика // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. Т. 2. № 2-1. С. 136-142.
4. Плоткин Л.Г. Технология и оборудование пропитки бумаги полимерами. М.: Лесная промышленность, 1975. 144 с.
5. Азаров В. И., Цветков В.Е. Технология связующих и полимерных материалов. М.: Лесная промышленность, 1985. 216 с.
6. Плоткин Л. Г., Шалун Г.Б. Декоративные бумажно-слоистые пластики. М.: Лесная промышленность, 1978. 328 с.
7. Цветков В.Е., Пасько Ю.В., Кремнев К.В., Мачне-ва О.П. Полимеры в производстве древесных материалов. М.: МГУЛ, 2007. 55 с.
References
1. Barash L.I. Sloistye plastiki, dekorativnye poverkhnosti [Laminates, decorative surfaces]. SPb.: Khimizdat, 2007. 256 p. (In Russian).
2. Barash L.I. Sovremennoe proizvodstvo dekorativnykh sloistykh plastikov [Modern production of decorative laminated plastics]. SPb.: Khimizdat, 2004. 200 p. (In Russian).
3. Ishchenko T. L., Lublinskaya O. V., Pokhilenko V. M. Study of the wettability of the surface of the decorative laminate. Aktual'nye napravleniya nauchnykh issledovanii XXI veka: teoriya i praktika. 2014. Vol. 2. No. 2-1. pp. 136—142. (In Russian).
4. Plotkin L.G. Tekhnologiya i oborudovanie propitki bu-magi polimerami [Technology and equipment for impregnation of paper with polymers]. M.: Lesnaya pro-myshlennost', 1975. 144 p. (In Russian).
5. Azarov V.I., Tsvetkov V.E. Tekhnologiya svyazuyush-chikh i polimernykh materialov [Technology binders and polymeric materials]. M.: Lesnaya promyshlennost'. 1985. 216 p. (In Russian).
6. Plotkin L.G., Shalun G.B. Dekorativnye bumazhno-sloistye plastiki [Decorative laminates]. M.: Lesnaya promyshlennost', 1978. 328 p. (In Russian).
7. Tsvetkov V.E., Pas'ko Yu.V., Kremnev K.V., Machne-va O.P. Polimery v proizvodstve drevesnykh materialov [Polymers in the production of wood-based materials]. M.: MGUL, 2007. 55 p. (In Russian).
24-27 января 20171 Красноярск
I
ПРИГЛАШАЕМ ПРИНЯТЬ УЧАСТИЕ В XXV СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ВЫСТАВКЕ
СТРОИТЕЛЬСТВО
АРХИТЕКТУРА
в
ВЕДУЩАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ И ИНТЕРЬЕРНАЯ ВЫСТАВКА СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
Одновременно пройдет выставка строительной и складской техники и оборудования «Тех Строй Экспо. Дороги»
В ПРОГРАММЕ:
VI Архитектурно-строительный форум Сибири
Сибирский фестиваль архитектуры
0(ханкчяж - Wt «Кактргдо ч««л w
^ Г ufa Jpb KSI
МВДЦ «Сибирь», ул. Авиаторов, 19 тел.: (391) 22-88-405, 22-88-611 [email protected], iSftîrti.krasfaißfu
\ j научно-технический и производственный журнал
ш
Д/^Ж^-Ы® июль 2016 73
