CC BY
18
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 2. ВЛИЯНИЕ СРОКОВ ХРАНЕНИЯ КФС НА СВОЙСТВА ДСТП
Ключевые слова: карбамидоформальдегидная смола, дифференциальная сканирующая калориметрия, древесностружечная
Методом дифференциальной сканирующей калориметрии изучен процесс отверждения КФ-МТ-15 в присутствии и отсутствии хлористого магния, а также влияние сроков хранения КФС на физико-механические свойства древесностружечных плит и их токсичность.
Keywords: ureaformaldehyde resin, differential scanning calorimetry, particle board.
The method by differential scanning calorimetry studies process curing of the К^-МТ-15 at presence and absence of chloride magnesium, and also influence ofperiods of storage UF resin on physic-mechanical properties particle board and their toxicity.
Введение
Карбамидоформальдегидные смолы (КФС) широко применяются в производстве древесностружечных плит (ДСтП) несмотря на ряд недостатков (низкая гидролитическая стойкость; высокий уровень эмиссии формальдегида; достаточно небольшой срок их хранения) [1].
На кафедре ТППМ проводятся исследования по химической модификации КФС и изучение их реакционной способности, которые применяются для изготовления ДСтП [2-4].
В работе В.Г. Бурындина и др. (2014, Часть 1) установлено влияние хлористого магния на изменение функционального состава КФ-МТ-15 при хранении.
Целью данной работы является влияние сроков хранения КФ-МТ-15 в присутствии хлористого магния на физико-механические свойства древесно-стружечных плит (ДСтП).
Экспериментальная часть
Для изготовления ДСтП использовалась промышленная карбамидоформальдегидная смола марки КФ-МТ-15 (ОАО «Уралхимпласт» г. Нижний Тагил) с добавлением 1 % хлористого магния и без него с различными сроками хранения.
Условия изготовления ДСтП: время горячего прессования - 6,5 мин, температура прессования - (175-180)0С, давление прессования -2,5 МПа, расход КФ-МТ-15 - 12 % масс. Отвердитель - 1% хлористого аммония.
Для определения кинетических параметров отверждения КФ-МТ-15 использовали
дифференциальный сканирующий калориметр фирмы Mettler Toledo марки DSC 823e/700. Образцы массой 5-10 мг помещали в стандартные алюминиевые тигли с выпуклой крышкой, тигель герметизировали. Измерения проводили в потоке газообразного аргона [5, 6]. Скорость теплового потока нагрева составляла 5, 10 и 20 К/мин.
Результаты и их обсуждение
С целью уточнения процесса отверждения КФ-МТ-15 в присутствии хлористого магния с использованием метода дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) были рассчитаны кинетические параметры при различных сроках хранения КФС (табл. 1).
Таблица 1 - Кинетические отверждения КФ-МТ-15
параметры
КФ-МТ-15 КФ-МТ-15 +
1 % MgCl2
Параметры Срок Срок
хранения, сут. хранения, сут.
7 35 7 35
Log A, с-1 16,4 7,5 9,3 12,0
Е, кДж / моль 75,8 130,8 85,2 103,8
Порядок реакции 2,1 2,0 2,2 2,3
Log kcat 1,7 2,3 1,9 1,8
Примечание: Log A - логарифм предъэкспо-ненциального множителя; Е1 - энергия активации реакции отверждения; Log kcat - логарифм константы автоускорения.
Наилучшей моделью описывающей процесс отверждения КФ-МТ-15 является реакция второго порядка с автоускорением.
Используя рассчитанные кинетические параметры процесса отверждения КФ-МТ-15 были найдены времена 50%-й и 90%-й степени отверждения (табл. 2).
Полученные кинетические исследования указывают, что введение хлористого магния в КФС не требуют изменения технологических режимов изготовления ДСтП.
Результаты изучения физико-механических свойств ДСтП, изготовленных с использованием КФ-МТ-15 и КФ-МТ-15 с добавкой хлористого магния с различными сроками хранения, представлены в табл. 3.
плита.
Таблица 2 - Времена достижения 50 и 90 % степени отверждения КФ-МТ-15 (температура 1100С)
КФ-МТ-15 +
1% ]^С12
Параметры Срок Срок хранения,
хранения, сут. сут.
7 35 7 35
t5o, мин 0,10 0,63 0,38 0,46
t90, мин. 0,28 1,35 0,74 1,28
Примечание: выбор температуры 1100С связан с тем, что температура среднего слоя при изготовлении ДСтП не превышает этого значения.
Таблица 3 -ДСтП
Физико-механические свойства
Параметры ДСтП (на основе КФ-МТ-15) ДСтП (КФ-МТ-15 + 1 % ]^С12 )
Срок хранения, сут. Срок хранения, сут.
7 21 35 60 7 21 35 60
Предел прочности при изгибе, МПа 12,7 14,7 14,3 13,7 12,8 11,4 12,8 14,5
Плотность, кг/м3 659 688 704 708 692 679 688 668
Водопогло-щение, % 75 69 70 78 71 74 71 84
Разбухание по толщине, % 24 25 23 22 24 26 23 22
Влажность, % 4,4 5,1 6,0 7,6 5,8 4,3 5,5 5,7
Выделение формальдегида из плиты, мг/100 г 23,5 18,0 18,6 16,9 19,5 22,0 15,8 15,1
Зависимость прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты от срока хранения КФС представлена на рис.1.
20 30 40 50 Срок хранения КФС, еуг.
Рис. 1 - Зависимость прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты от срока хранения КФС: 1 - ДСтП на основе КФ-МТ-15; 2 - ДСтП на основе КФ-МТ-15 и MgCl2
По результатам проведенных исследований свойств КФ-МТ-15 и физико-механических свойств ДСтП можно сделать следующие выводы:
- значения показателя суммы первичных и вторичных амидогрупп к метилольным группам на основе модифицированной смолы КФ-МТ-15 хлористым магнием больше, чем у чистой КФ-МТ-15 [7]. Увеличение значения этого показателя приводит к снижению уровня эмиссии формальдегида из ДСтП;
- предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты в зависимости от сроков хранения КФ-МТ-15 уменьшается, что свидетельствует о старении КФС. Причем для не модифицированной смолы в большей степени;
- влияние сроков хранения КФ-МТ-15 на водопоглощение и разбухание по толщине ДСтП не установлено.
Литература
1. Э. Роффаэль, Выделение формальдегида из древесностружечных плит. Экология, Москва, 1991. 159 с.
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 технологических факторов на свойства древесностружечных плит с фенолкарданолформальдегидными 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. В.А. Берштейн, Дифференциальная сканирующая калориметрия в физикохимии полимеров. Химия, Ленинград, 1990. 254 с.
6. А.В. Савиновских, А.В. Артемов, В.Г. Бурындин. Закономерности образования древесных пластиков без добавления связующих с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии. Вестник Казанского технол. ун-та, 3, 37-40 (2012).
7. Бурындин В.Г., Стоянов О.В., Артёмов А.В., Масленникова Е.В., Рудневская Ю.И. Влияние функционального состава карбамидоформальдегидной смолы на свойства древесностружечных плит. Часть 1. Изменение функционального состава КФС при длительном хранении. Вестник Казан. технол. ун-та. 6, 164-166 (2014).
© 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.
