Специальные составляющие пропиточной композиции Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ДЕРЕВООБРАБОТКА

смолах становится насущной и объективной необходимостью.

Промышленность в настоящее время использует импортный меламин, что значительно удорожает меламиносодержащие смолы, предназначенные для изготовления древесноплитной продукции и для импрегни-рования декоративной бумаги. В настоящее время проблема решается, началось создание мощностей по производству меламина. В ОАО «Невинномысский азот» в Ставропольской обл. компания «Еврохим» монтирует установку мощностью 50 тыс. т/год, в ОАО

«Тольяттиазот» готовится производство мощностью 20 тыс. т/год с последующим увеличением до 40 тыс. т/год. Освоение производств намечается на конец 2011 г.

Библиографический список

1. Романов, Н.М. Карбамидоформальдегидный концентрат и смолы на его основе. Расчет масс компонентов при производстве карбомидо- и меламино-карбомидоформальдегидных смол / Н.М. Романов, Б.К. Иванов. - М.: «Ключ», 2008. - 148 с.

2. Волынский, В.Н. Технология древесных плит и композиционных материалов: учеб. пособие / В.Н. Волынский. - СПб.: изд. «Лань», 2010. - 336 с.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРОПИТОЧНОЙ КОМПОЗИЦИИ

Д.В. КРУГЛОВ, асс. каф. технологии древесных плит и пластиков МГУЛ,

А.А. НИКИТИН, проф. каф. технологии древесных плит и пластиков МГУЛ, канд. техн. наук, С.П. ТРИШИН, проф. каф. технологии древесных плит и пластиков МГУЛ, канд. техн. наук

Совершенствование облицовочных материалов на основе бумаг для ламинирования древесных плит сопровождается расширением ассортимента применяемых декоративных бумаг-основ, пропиточных смол и компонентов пропиточных растворов.

В настоящее время для изготовления ламинатов широко используются декоративные бумаги с массой до 90 г на 1 м2 и толщиной до 100 мкм. Недостаточную укрывистость этих бумаг компенсируют увеличением плотности и повышением содержания в бумажном полотне минерального наполнителя (до 40 %). Современные декоративные бумаги отличает повышенная гладкость лицевой поверхности, что обеспечивает высокое качество печати декоративного рисунка. Отмеченные особенности декоративных бумаг во многом определяют технологию их переработки, особенно на стадии пропитки. Для проведения исследований были выбраны наиболее проблемные декоративные бумаги, использование которых затруднено из-за их низкой впитывающей способности. Широкому применению этих бумаг в производственных условиях мешает, кроме технических (необеспеченность оборудованием нужного вида), ряд причин технологического характера.

anikitin@mgul.ac.ru; trishin@mgul.ac.ru Цель данной работы заключается в оценке возможностей по улучшению качества пропитки и в изучении влияния специальных видов технологических добавок на процесс пропитки и качество получаемых покрытий.

В качестве объектов исследования использовали пропиточные составы, полученные на основе аминоформальдегидных смол промышленного производства ПКФ, АФБ-П, МПР и на основе разработанной на кафедре смолы марки АП (табл. 1).

Одним из способов, позволяющих влиять на показатель поверхностного впитывания, который характеризует способность бумаги поглощать пропиточный состав, является изменение температуры пропитки и использование в составе пропиточного раствора поверхностно-активных веществ (ПАВ). В табл. 2 представлены результаты сравнительной оценки влияния содержания ПАВ и температуры пропитки на поверхностное натяжение пропиточных растворов, скорость пропитки и содержание смолы в пленке после пенетрационной (односторонней) пропитки.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

- наиболее существенно на динамику пропитки влияют характеристики пропиточ-

146

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Таблица 1

Свойства пропиточных смол

Название смол Свойства смол АФБ-П ПКФ МПР АП АФБ-П 50:50 ПКФ АФБ-П 20:80 ПКФ МПР 30:70 ПКФ АП 30:70 ПКФ

Смешиваемость с водой 1:2 1:1 1:1,5 1:2 1:1,5 1:1,2 1:1 1:1,5

Вязкость по ВЗ-4, с 14 15 20 14,3 15 14,8 19 16

Время пенетрации: сетка/ пласть, с 1,1/2,1 1,0/2,4 5/15,3 1/2 1/2,1 1/2,2 1,7/ 3,3 1/2,5

Поверхностное натяжение, мДж/м2 51,2 45,46 57,35 57,31 62,33 62,7 66 60,59

Капиллярная впи-тываемость, мм 6 2,9 4,8 5,5 5,5 2,6 3,5 5,0

Время желатиниза-ции при 100 °С, мин 50 116 57 46,5 61 82 63 67

рН 7,9 7,67 7,58 7,7 7,8 7,6 7,6

Таблица 2

Влияние ПАВ на поверхностное натяжение пропиточных смол и скорость пропитки

Вид смолы ПАВ, м.ч. Поверхностное натяжение, мДж/м2 Время пенетрации, с Содержание смолы в пленке, %

20°С 40°С 20°С 40°С 20°С 40°С

АП (п = 14 с по ВЗ-4) Концентрация - 42 % ОП-7 0 49,2 45,5 4,2 3,6 56,2 56,1

0,05 34,1 32,4 3,2 3,0 56,5 -

0,12 33,4 32,4 2,4 1,9 57,9 -

0,20 33,3 32,4 1,8 1,6 58,3 58,2

АП (п = 14 с по ВЗ-4) Концентрация - 42 % Melpan А 0,1 45,7 42,3 3,6 2,4 56,0 55,8

0,4 42,4 37,5 2,0 1,8 56,7 -

3,0 33,0 32,0 1,6 1,6 58,1 58,0

ПКФ (п = 15 с по ВЗ-4) Концентрация - 46 % ОП-7 0 45,5 40,1 2,4 2,0 53,2 53,0

0,05 35,5 30,3 1,8 1,4 54,7 -

0,12 35,3 30,3 1,8 1,4 55,5 -

0,20 34,7 30,1 1,6 1,4 55,9 56

ПКФ (п = 15 с по ВЗ-4) Концентрация - 46 % Melpan А 0,1 43,9 39,2 2,2 2,0 54,8 54,8

0,4 34,8 30,3 1,6 1,4 - -

1,0 33,6 30,2 1,6 1,4 56,1 56,2

АФБП (п = 14 с по ВЗ-4) Концентрация - 54 % ОП-7 0 51,3 46,4 4,0 3,4 56,3 56,2

0,05 34,5 32,6 1,6 1,4 - -

0,20 34,3 32,5 1,6 1,4 58,1 58,0

АФБП (п = 14 с по ВЗ-4) Концентрация - 54 % Melpan A 0,2 45,9 39,7 2,2 1,8 56,2 56,1

0,7 39,6 35,1 1,8 1,6 - -

2,0 33,6 31,6 1,6 1,4 58,3 58,3

СПМФ (п = 20 с по ВЗ-4) ОП-7 0 57,4 51,2 5,0 4,2 52,0 52,0

0,20 39,1 34,8 3,6 2,0 54,3 54,2

СПМФ (п = 20 с по ВЗ-4) Melpan A 0,5 52,5 50,1 4,2 4,0 53,3 53,1

2,5 42,3 39,4 3,8 3,6 54,5 54,4

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

147

ДЕРЕВООБРАБОТКА

0х

а

(D

«

Н

О

л

и

(D

В

(D

н

О

100

95

90

85

80

75

70

1

2

3

4

5

6

Рис. 1. Степень отверждения пропиточных смол: 1 - ПКФ; 2 - АФБ-П; 3 - МПР; 4 - АП; 5 - АФБ-П (20 м.ч.)+ПКФ (80 м.ч.); 6 - АФБ-П (50 м.ч.)+ПКФ (50 м.ч.). Отвердитель - NH4Cl; время отверждения при 100 °С Тжел = = 6 мин; температура отверждения композиции Тотв = 180 °С; время отверждения композиции тотв =1,5 мин

Рис. 2. Стойкость покрытий к циклическим температурно-влажностным воздействиям: 1 - ПКФ; 2 - АФБ-П; 3 - МПР; 4 - АП; 5 - АФБ-П (20 м.ч.)+ПКФ (80 м.ч.); 6 - АФБ-П (50 м.ч.)+ПКФ (50 м.ч.). Отвердитель - NHCl; при 100 °С Т = 6 мин; Т = 180 °С; т =1,5 мин

4 7 А жел 7 отв 7 отв ^

0х

s'

н

о

о

S

в

s

н

о

СЗ

4

л

5

<D

В

<D

5

60 -Т

50 -40 -30 -20 -10 -0 -

1

2

3

4

5

6

Рис. 3. Степень эластичности отвержденных пропиточных смол: 1 - ПКФ; 2 - АФБ-П; 3 - МПР; 4 - АП; 5 -АФБ-П (20 м.ч.)+ПКФ (80 м.ч.); 6 - АФБ-П (50 м.ч.)+ПКФ (50 м.ч.). Отвердитель - NH4Cl; при 100 °С Т = 6 мин; Т = 60 °С; т = 6 часов

жел отв отв

4 14000 1 12000

10000

5 8000

^ 6000

4000

ч

2000

0

1

2

3

4

5

6

Рис. 4. Модуль упругости отвержденных пропиточных смол: 1 - ПКФ; 2 - АФБ-П; 3 - МПР; 4 - АП; 5 - АФБ-П (20 м.ч.)+ПКФ (80 м.ч.); 6 - АФБ-П (50 м.ч.)+ПКФ (50 м.ч.). Отвердитель - NH4Cl; при 100 °С Тжел = 6 мин; Т = 60 °С; т = 6 часов

отв отв

148

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

ДЕРЕВООБРАБОТКА

0х

S'

н

о

о

S

в

s

н

о

СЗ

4 m л

5

<D

В

(D

5

80

70

60

50

40

30

20

10

0

I I I I I I I I I I

I 2 3 4 5 6 7 8 ч |0 ||

Рис. 5. Зависимость степени эластичности отвержденных пропиточных смол от вида катализатора: 1. - АФБ-П (NH4Cl); 2. - АФБ-П (мур. к-та); 3. - АФБ-П (п-ТСК); 4. - АФБ-П (Melpan 486); 5. - АП (NH4Cl); 6. - АП (мур. к-та); 7. - АП (Melpan 486); 8. - ПКФ (мур. к-та); 9. - ПКФ (Melpan H-310); 10. - МПР (Melpan 486); 11. - МПР (п-ТСК)

0х

s'

н

о

о

в

н

о

§

m

в

в

(D

В

(D

5

80

70

60

50

40

30

20

10

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Рис. 6. Зависимость степени эластичности отвержденных пропиточных смол от вида и количества пластификатора: 1. - АП (Melpan ТМ, 0,5 м.ч.); 2. - АП (Melpan А, 0,5 м.ч.); 3. - АП (Melpan A, 3 м.ч.); 4. - АП (ПВС, 2 м.ч.); 5. - АП (Глицерин, 0,5 м.ч.); 6. - АП; 7. - МПР; 8. - МПР (Melpan А, 3 м.ч.); 9. - МПР (ПВС, 2 м.ч.); 10. - МПР (АКК, 0,5 м.ч.); 11. - ПКФ; 12. - ПКФ (Melpan А, 3 м.ч.); 13. - ПКФ (АКК, 0,5 м.ч.); 14. - АФБ-П; 15. - АФБ-П (Melpan А, 3 м.ч.). Отвердитель - NHCl при 100 °С Т = 6 мин; Т = 60 °С; т = 6 часов

Vi? / 1 4 А отв " отв " отв

ных смол, такие как вязкость, концентрация, средний размер молекул олигомера. Увеличение вязкости пропиточных смол с 14 до 20 с по ВЗ-4 приводит к увеличению времени пропитки в 2 раза;

- температура пропитки в заданном диапазоне (20-40 °С) практически не влияет на динамику процесса;

- использование ПАВ позволяет повысить скорость пропитки в 1,5-2 раза и увеличить содержание смолы в пленке в среднем на 2 %.

Одним из наиболее эффективных ПАВ, по нашему мнению, является ОП-7, так как его использование в количестве до 0,2 м.ч. позволяет существенно повысить скорость пропитки. Аналогичные результаты могут быть получены при использовании импортного ПАВ (Melpan A) при расходе 3 м.ч., а использование добавки Melpan NU861 в количестве, рекомендованном фирмой-изготовителем, несмотря на наблюдаемое снижение поверхностного натяжения, не позволяет увеличить скорость пропитки более чем на 20 %.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

149

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Необходимо отметить, что пропитка высоконаполненных декоративных бумаг должна проводиться растворами с вязкостью не более 15 с по ВЗ-4 и концентрацией не выше 45 %, при этом желательно использовать пропиточные растворы, содержащие ПАВ в оптимальных количествах.

Однако целый ряд вопросов, связанных с технологией получения пленочных материалов на основе высококачественных декоративных бумаг, требует дополнительного изучения.

Полученные результаты не позволяют сделать окончательного заключения о пригодности конкретной пропиточной смолы или рецептуры для получения покрытия в процессе ламинирования по интенсифицированным режимам.

Качество получаемых покрытий можно оценить, используя следующие критерии: степень отверждения пропиточных композиций, устойчивость к циклическим температурновлажностным воздействиям и с помощью деформационных характеристик, таких как модуль упругости и степень эластичности.

Выбор этих критериев оценки обусловлен тем, что ранее проведенными на кафедре исследованиями было установлено следующее: для достижения необходимого уровня износостойкости получаемого покрытия значение модуля упругости отвержденной пропиточной смолы должно быть не менее 7000 МПа; при этом степень эластичности смолы должна быть не ниже 40 %, что в совокупности с высокой степенью отверждения является гарантией длительной работоспособности покрытия в условиях эксплуатации.

Результаты, полученные при определении выбранных критериев оценки, представлены на рис.1-4.

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

- карбамидоформальдегидная пропиточная смола (ПКФ) не обеспечивает устойчивости покрытий к температурно-влажностным воздействиям и характеризуется низкой степенью отверждения при высокой жесткости;

- меламиноформальдегидная смола (МПР) в отвержденном состоянии характеризуется высокой степенью отверждения при

высокой жесткости, что в результате приводит к относительно невысокой устойчивости к циклическим температурно-влажностным воздействиям;

- лучшие результаты получены для смолы марки АП.

Повлиять на деформационные и прочностные характеристики пропиточных смол в отвержденном состоянии можно за счет состава пропиточной композиции, катализаторов и пластификаторов, позволяющих снизить жесткость отвержденных олигомеров.

Оценку влияния катализаторов и пластификаторов проводили с использованием деформационной характеристики отвержденных композиций - степени эластичности. Результаты представлены на рис. 5, 6.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

- для получения покрытий с высокой работоспособностью в составе пропиточной композиции необходимо использовать пластификаторы типа аминокапроновой кислоты и водорастворимого поливинилового спирта;

- в качестве катализатора отверждения желательно использовать органические кислоты, которые позволяют повысить эластичность отвержденных олигомеров в среднем на 13 - 15 %;

- использование пластифицирующих добавок импортного производства Melpan A и Melpan TM и катализаторов Melpan 486 не позволяет существенно улучшить деформационные характеристики отвержденных пропиточных смол.

Таким образом, полученные результаты подтверждают возможность получения пленочных покрытий на основе высоконаполненных декоративных бумаг с высокими эксплуатационными характеристиками.

Библиографический список

1. Коростылев, П.П. Лабораторная техника химического анализа / П.П. Коростылев. - М.: Химия, 1981. - 312 с.

2. Цветков, В.Е. Технология и применение полимеров в деревообработке: лабораторный практикум для студентов / В.Е. Цветков, А.Ю. Комаров, С.А. Рыженкова. - М.: МГУЛ, 2000. - 48 с.

150

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011