CC BY
39
УДК 674.81
В. Г. Бурындин, О. В. Стоянов, А. В. Артёмов, Е. В. Масленникова, Ю. И. Рудневская
ВЛИЯНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТАВА КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ
НА СВОЙСТВА ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ.
ЧАСТЬ 1. ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТАВА КФС ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ХРАНЕНИИ
Ключевые слова: карбамидоформальдегидная смола, функциональный состав, магний хлористый.
Изучено изменение физико-химических свойств КФС марки КФ-МТ-15 при длительном хранении в присутствии хлористого магния, а также изменение функционального состава смолы.
Keywords: ureaformaldehyde resin, functional composite, magnesium chloride.
Change ofphysic-chemical properties UF resins of mark ХР-МТ-15 is studied at long-term storage in the presence of magnesium chloride, and also change offunctional composition of resin
Введение
Карбамидоформальдегидные смолы (КФС) широко применяются в качестве связующих при изготовлении древесных композиционных материалов, а в производстве древесностружечных плит (ДСтП) они составляют около 90% всех применяемых смол.
На кафедре ТППМ проводятся исследования по применению других связующих для изготовления ДСтП [1-5].
КФС обладают рядом недостатков: низкая гидролитическая стойкость; высокий уровень эмиссии формальдегида; достаточно небольшой срок их хранения (25-45 суток). Поэтому исследования, направленные на повышение срока хранения, являются актуальными [6].
Предварительные исследования показали, что введение хлористого магния в состав КФС марки КФ-МТ-15 приводит к медленному отверждению при повышенной температуре (95-100оС).
Целью данной работы является исследование изменения функционального состава и свойств КФ-МТ-15 при длительном хранении в присутствии М^С12.
Экспериментальная часть
Для изучения свойств КФС была использована промышленная смола марки КФ-МТ-15, изготовленная в ОАО «Уралхимпласт» г.Нижний Тагил со следующими характеристиками.
Расход хлористого магния составил 1 % от массы сухой смолы, применялся в виде 20 % раствора.
Расчет функционального состава КФ-МТ-15 с использованием ИК-Фурье спектроскопии проводился по работе [7].
Результаты и их обсуждение
С целью установления изменения свойств КФ-МТ-15 (с добавлением и без добавления хлористого магния) при хранении были проведены исследования, представленные в табл. 2.
Полученные результаты указывают, что при хранении КФ-МТ-15 в течение 60 сут. происходит увеличение времени желатинизации, условной вязкости и уменьшение предельной смешиваемости смолы с водой и свободного формальдегида.
Таблица 1 КФ-МТ-15
Физико-химические свойства
Наименование Норма Результаты
показателя ТУ 6-06-12-88 анализа
Массовая доля сухого остатка, % 66,0 + 2,0 68,0
Массовая доля свобод- 0,15 0,1
ного формальдегида, %
Вязкость условная при
20°С по вискозиметру ВЗ-246 (сопло 4 мм), с 50-80 61
Время желатинизации
при 100°С с 1% 50-70 50
хлористого аммония, с
Предельная
смешиваемость с водой,
при которой наблюдается 1:2 - 1:10 1:5
коагуляция, по объему
Однородная
суспензия т е
светло- у «
Внешний вид желтого цвета без т о н (D « т
механичес- О
ких О
включений
Поведение КФС при хранении можно объяснить следующими причинами. КФС относятся к термореактивным олигомерам, имеющие в своей структуре амидные и метилольные группы.
Наличие этих группировок приводит при хранении к протеканию следующих реакций:
^^мн-с-м-сн2-он + -НО-Н2С-М-С-МН-| "| ■
I |-ЫН-С-1|1-СН2-0-Н2С-М-С-МН-Р | -
I |-ЫН-С-1|1-СН2-у-С-МН-| | + сн2о
Таблица 2 - Физико-химические свойства смолы марки КФ-МТ-15 в зависимости от срока хранения
Параметры КФ-МТ-15 КФ-МТ-15 + М^СЬ
Срок хранения, сут. Срок хранения, сут.
7 21 35 60 7 21 35 60
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Время желатинизации при 1000С с 1% хлористого аммония, с 50 51 54 60 56 54 64 73
Вязкость условная при 200С по вискозиметру ВЗ-246, с 61 52 56 61 39 47 53 66
Предельная смешиваемость смолы с водой, при которой наблюдается коагуляция, по объему 1:5 1:4 1:3 1:3 1:5 1:4 1:3 1:3
Массовая доля сухого остатка, % 68 68 73 68 66 68 73 68
Массовая доля свободного формальдегида, % 0,1 0,6 0,6 0,6 0,1 0,9 0,5 0,5
^-МН-С-Ы-СНг-ОН + НЫ-С-ЫН-
Такое изменение содержания свободного формальдегида в КФ-МТ-15, по нашему мнению, связано с тем, что реакция карбамида с формальдегидом относится к обратимым реакциям:
| + сн2о (3)
Поэтому при хранении КФС стремится к равновесному состоянию с выделением формальдегида.
Введение хлористого магния в состав карбамидной смолы незначительно изменяет ее макропоказатели (см. табл.2).
Для уточнения процессов, происходящих при хранении карбамидной смолы, проведены дополнительные исследования с использованием ИК-Фурье спектроскопии и был определен функциональный состав КФС при различных сроках хранения (табл.3).
Таблица 3 - Функциональный состав КФ-МТ-15 при различных сроках хранения по данным ИК-Фурье спектроскопии
КФ-МТ-15
КФ-МТ-15 + 1 %
МйСЬ
Параметры Срок Срок
хранения, хранения,
сут. сут.
7 35 7 35
Содержание общего азота, % 22,1 22,1 22,0 22,0
Массовая доля сухого остатка КФ-МТ-15 0,68 0,76 0,67 0,74
Содержание общего
азота в пересчете на сух. ост. КФС 32,5 29,1 33,0 29,9
Содержание общего азота, моль/кг 23,2 20,8 23,6 21,3
абс.сух.смолы
Содержание
метилольных групп, 6,9 7,1 5,5 5,5
моль/кг абс.сух.смолы
Абсолютное
содержание третичных 10,6 9,5 10,7 9,7
амидогрупп, %
Содержание третичных амидогрупп, моль/кг 7,6 6,8 7,7 6,9
абс.сух.смолы
Сумма первичных и
вторичных амидогрупп, моль/кг абс.сух.смолы 15,7 14,0 15,9 14,4
Мольное соотношение
суммы первичных и вторичных амидогрупп 2,3 2,0 2,9 2,6
к метилольным группам
Введение хлористого магния в КФ-МТ-15 приводит к снижению содержания свободных метилольных групп (см. табл.3) за счет образования координационных связей с М^2+ , при этом их содержания не изменяется при хранении.
Наоборот, показатель мольное соотношение суммы первичных и вторичных амидогрупп к метилольным группам в присутствии хлористого магния имеет большее значение, что увеличивает вероятность реакции (2), тем самым должно приводить к снижению эмиссии формальдегида из древесных композиционных материалов.
Таким образом, введение хлористого магния в состав КФ-МТ-15 приводит к повышению стабильности при хранении и снижению ее токсичности.
Литература
1. О.Ф. Шишлов, С.А. Дождиков, В.В. Глухих, О.В. Стоянов. Изучение влияния содержания карданола на свойства фенолкарданолформальдегидных новолачных смол. Клеи. Герметики. Технологии, 5, 15-18 (2013).
2. О.М. Подковыркина, В.Г. Бурындин, О.В. Стоянов, А.В. Артемов. Изучение процесса отверждения олигомерной системы: карбамидоформальдегидная смола - кислые ортофосфаты. Вестник Казанского технол. ун-та, 14, 134-136 (2013).
3. А.Ю. Балашкина, Н.С. Баулина, О.Ф. Шишлов, В.В. Глухих. Влияние техно-логических факторов на свойства древесно-стружечных плит с
фенолкарданолформаль-дегидными связующими.
Вестник Казанского технол. ун-та, 3, 76-78 (2012).
4. О. Ф. Шишлов, Н. С. Баулина, В. В. Глухих. Влияние содержания карданола в фенолкарданолформальдегидных смолах на изменение их свойств при хранении. Вестник Казанского технол. ун-та, 3, 91-93 (2012).
5. О.Ф. Шишлов, Н.С. Баулина, В.В. Глухих. Влияние отвердителей на кинетику отверждения резольных фенолкарданолфор-мальдегидных смол. Вестник Казанского технол. ун-та, 6, 38-41 (2012).
6. Э. Роффаэль, Выделение формальдегида из древесностружечных плит.- Экология, Москва, 1991. 159 с.
7. Н. Н. Молоткова. Функциональный состав олигомеров и его влияние на химическую структуру отвержденных мочевиноформальдегидных смол. Дисс. канд. хим. наук. Москва, 1988. 148 с.
© В. Г. Бурындин - д.т.н., проф., зав. каф. технологии переработки пластических масс УГЛТУ, vgb@usfeu.ru; О. В. Стоянов - д.т.н., проф., зав. каф. технологии переработки пластических масс КНИТУ, ov_stoynov@mail.ru; А. В. Артёмов - к.т.н., доцент каф. технологии переработки пластических масс УГЛТУ; Е. В. Масленникова - магистрант той же кафедры; Ю. И. Рудневская - студ. той же кафедры.
