CC BY
69
УДК 674.815
О. Ф. Шишлов, Н. С. Баулина, Д. П. Трошин,
А. А. Ковалев, В. В. Глухих, О. В. Стоянов
СВОЙСТВА ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ С КАРДАНОЛСОДЕРЖАЩИМИ СВЯЗУЮЩИМИ
Ключевые слова: древесностружечные плиты, карданолсодержащие связующие.
Получены однослойные древесностружечные плиты с фенолокарданолформальдегидными смолами при содержании в смолах карданола от 0 до 20 % мас. Установлено, что замещение в фенолформальдегидных смолах фенола на карданол в количестве не менее 10 % масс. приводит к заметному улучшению показателей разбухания ДСтП в воде. Результаты лабораторных исследований подтверждены промышленными испытаниями.
Keywords: particleboards, phenol-cardanol-formaldehyde resins.
Are received single-layered particleboards (PB) with phenol-cardanol-formaldehyde resins at the maintenance in resins cardanol from 0 to 20 % w.. It is established that replacement in phenol-cardanol-formaldehyde resins on carda-nol in number of not less than 10 % of weights leads to appreciable improvement of indicators of swelling PB in water. Results of laboratory researches are confirmed by industrial tests.
Фенолформальдегидные смолы (ФФС) широко используются в качестве основы связующих при получении водостойких древесностружечных плит [1-3]. К основным недостаткам ФФС относят: низкую скорость отверждения связующих, приводящую к уменьшению производительности технологической линии;
выделение токсичных веществ (фенола и формальдегида) в процессе изготовления ДСтП и при их эксплуатации.
С целью организации производства древесностружечных плит (ДСтП) повышенной водостойкости в ООО «Первая лесопромышленная компания» (г. Алапаевск, Свердловская область) было решено использовать для получения плит новое поколение ФФС, полученное по следующим принципам «зелёной химии»:
методы синтеза должны быть выбраны таким образом, чтобы используемые и синтезируемые вещества были как можно менее вредными для человека и окружающей среды;
при разработке новых химических продуктов, необходимо сохранить эффективность работы, достигнутую ранее, при этом токсичность должна уменьшаться;
исходные и расходуемые материалы должны быть возобновляемыми во всех случаях, когда это технически и экономически выгодно.
Анализ научно-технической и патентной информации показал, что для соблюдения данных принципов в синтезе ФФС для водостойких ДСтП можно использовать карданол - алкилфенол растительного происхождения [4-8].
Целью данной работы являлось исследование влияния на свойства ДСтП степени замещения фенола на карданол в фенолкарданолформальдегид-ных смолах (ФКФС).
Экспериментальная часть
Были синтезированы резольные водорастворимые ФКФС с различным содержанием в них карданола (условное обозначение смол 1-5). Свойства полученных смол приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Свойства фенольных смол
Наименование по- Величина показателя для смолы (со степенью замещения фенола на карданол, % масс.)
казателя 1 (0) 2 (5) 3 (10) 4 (15) 5 (20)
Массовая доля нелетучих веществ, % 50 49 49 50 50
Вязкость по ВЗ-246 (сопло 4 мм), с 5б б0 55 б0 б1
Вязкость динамиче- ская, мПа*с 325 404 319 349 391
Массовая доля, %: свободного фенола; 0,14 0,0б 0,0б 0,07 0
свободного карда-нола; 0 0 0 0
свободного фор-мальдеги- да; 0,10 0,0б 0,09 0,09 0,13
щелочи, % б,23 б,30 б,43 б,31 б,30
Время желатини-зации при 100 оС, мин. 40 35 38 37 32
Лабораторные образцы однослойных ДСтП толщиной 16 мм с расчетной плотностью 750 кг/м3 получали без применения отвердителей при расходе смол 12 % масс. абсолютно сухой смолы от массы абсолютно сухой стружки из смеси лиственных и хвойных пород древесины (90:10). При этом использовали традиционные для фенолформальдегидных
смол режимы горячего прессования плит [2]: температура греющих плит пресса 180-190оС, удельная продолжительность горячего прессования 0,5 мин./мм, максимальное давление двухступенчатого горячего прессования и продолжительность выдержки при максимальном давлении соответственно 2,5 МПа и 2 мин.
Результаты и их обсуждение
Полученные результаты показали, что замещение фенола на карданол в исследованной области не приводит к ухудшению прочности однослойных ДСтП при статическом изгибе. При этом с учетом ошибок измерений с вероятностью 0,95 можно считать, что данный показатель свойств плит не зависит от наличия карданола в составе смол.
Прочность ДСтП при растяжении перпендикулярно к пласти плиты (рис. 1) заметно возрастает при замене в составе смол не менее 5 % фенола на карданол.
При использовании для ДСтП в качестве связующего фенолкарданолформальдегидных смол (смолы 25) этот показатель плит после кипячения меняется незначительно.
Рис. 2 - Разбухание ДСтП в воде за 2 ч,%
О 5 !0 15
Степень замещения б смоле фекола на к&рдачол.'Л
Рис. 1 - Предел прочности ДСтП при растяжении перпендикулярно к пласти плиты
0,6 і
-
а и 0,4 ■
= =
о ^ 0,2 -
=
О
ІГкІГІП
12 3 5
Нсмго смолы □ до кппячгшія ■ послі кппячїшія
Рис. 3 - Прочность ДСтП при растяжении перпендикулярно к пласти
По показателю разбухания в воде по толщине за 2 ч (рис. 2) полученные ДСтП по ГОСТ 10632-2007 соответствуют плитам повышенной водостойкости марки П-А. При этом с вероятностью
0,95 следует, что при замещении 10 % и более фенола на карданол в ФКФС, этот показатель улучшается не менее чем на 30 %.
При длительной выдержке в воде до 168 ч ДСтП сохраняют свою водостойкость и влияние степени замещения фенола на карданол в ФКФС при этом не изменяется.
В Европейском стандарте БМ 312, в отличие от ГОСТ 10632-2007, предусматриваются ускоренные испытания ДСтП в условиях, имитирующих многолетние погодно-климатические воздействия на плиты, эксплуатируемые на открытом воздухе. С целью оценки по экспресс-методике [1] атмосферо-стойкости полученных однослойных ДСтП для них были определены значения прочности при растяжении перпендикулярно к пласти после кипячения плит в воде в течение 2 ч (рис. 3).
Данные рисунка 3 показывают, что при использовании при получении ДСтП фенолформаль-дегидной смолы без карданола (смола 1) плиты после кипячения почти в 2 раза теряют свою прочность при растяжении перпендикулярно к пласти.
Для промышленных испытаний в ОАО «Уралхимпласт» была выпущена опытно-
промышленная партия фенолкарданолформальде-гидной смолы с заменой при синтезе фенола на кар-данол в количестве 10 % масс. (СФЖ 3014К-П). На действующей технологической линии производства ДСтП ООО «Первая лесопромышленная компания» с 16-этажным прессом поддонного прессования со смолой СФЖ-3014К-П была выпущена опытнопромышленная партия однослойных ДСтП при существующих на предприятии технологических режимах получения плит с карбамидоформальдегид-ными смолами. Свойства ДСтП опытной партии и ДСтП, изготовленной с использованием традиционно применяемой на данном предприятии карбамио-доформальдегидной смолой КФМТ-10М, приведены в таблице 2.
В акте промышленных испытаний смолы СФЖ 3014К-П отмечается, что полученные плиты по требованиям ГОСТ 10632-2007 относятся к плитам повышенной водостойкости марки А класса эмиссии формальдегида Е1.
Таблица 2 - Свойства ДСтП
Наименование показателя Единица измерения Марка смолы
КФМТ -10М СФЖ 3014К- П
Количество слоев шт. 3 1
Плотность кг/м3 750 731
Разбухание по толщине за 2 ч (размер образцов 25 х 25мм) % 10
Разбухание по толщине за 24 ч (размер образцов 50 х 50мм) % 15
Предел прочности при изгибе МПа 18 33
Предел прочности при растяжении перпендикулярно к пласти плиты МПа 0,40 0,58
Содержание формальдегида по перфораторному методу мг/100 г абсолютно сухой плиты 10 5
Выводы
1. Показана возможность получения водостойких древесностружечных плит с использованием в качестве связующего фенолкарданолформаль-дегидных смол.
2. Установлено, что замещение в фенол-формальдегидных смолах фенола на карданол в количестве не менее 10 % масс. приводит к заметному улучшению показателей разбухания ДСтП в воде.
3. Фенолкарданолформальдегидная смола с 10 % -ным замещением фенола на карданол рекомендована для промышленного производства водостойких ДСтП в ООО «Первая лесопромышленная компания».
Литература
1. Волынский, В.Н. Технология стружечных и волокнистых древесных плит: Учебн. пособие для вузов / В.Н.Волынский - Таллин: Дезидерата, 2004. - 192 с.
2. Кондратьев, В. П. Синтетические клеи для древесных
материалов. / В. П.Кондратьев,
В. И.Кондращенко. - М.: Научный мир, 2004. - 520с.
3. Phenolic Resins: A Century of Progress
/ Ed.: L.Pilato. Heidelberg, Dordrecht, London, New York: Springer, 2010. - 545 p.
4. Talbiersky, J. Phenols from Cashew Nut Shell Oil as a Feedstock for Making Resins and Chemicals / J.Talbiersky, J.Polaczek, R.Ramamoorty, O.Shishlov // OIL GAS Europeen Magazine - 2009. - No 1. - Р. 33-39.
5. Шишлов, О.Ф. Синтез, свойства и применение продуктов поликонденсации карданола с формальдегидом (обзор) / О.Ф.Шишлов , В.В.Глухих // Химия растительного сырья. - 2011. - № 1. - С. 5-16.
6. Пат. 2448123 Российская Федерация, МПК C08G8/00. Способ получения жидких резольных фенолформальде-гидных смол / Шишлов О.Ф. и др.; заявитель и патентообладатель ОАО "Уралхимпласт". - № 2011101061/04; заявл. 12.01.2011; опубл. 24.04.2012.
7. Балашкина, А.Ю. Влияние технологических факторов на свойства древесностружечных плит с фенолкарда-нолформальдегидными связующими / Балашкина А.Ю., Баулина Н.С., Шишлов О.Ф., Глухих В.В. // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т. 15. - № 3. - С. 76-78.
8. Шишлов, О.Ф. Влияние содержания карданола в фе-нолкарданолформальдегидных смолах на изменение их свойств при хранении / Шишлов О.Ф., Баулина Н.С., Глухих В. В. // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т. 15. - № 3. - С. 91-93.
О. Ф. Шишлов - канд. техн. наук, дир. по науке и развитию ОАО «Уралхимпласт». г. Нижний Тагил; Н. С. Баулина - вед. инж. центральной лаборатории ОАО «Уралхимпласт»; Д. П. Трошин - нач. центральной лаборатории ОАО «Уралхимпласт»; А. А. Ковалев - зам. нач. центральной лаборатории ОАО «Уралхимпласт»; В. В. Глухих - д-р техн. наук, проф. каф. технологии переработки пластических масс инженерно-экологического факультета Уральского госуд. лесотехнического ун-та; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, [email protected].
