CC BY
27ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 674.815
ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТВЕРДИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ
Мачнева Ольга Павловна, кандидат технических наук, доцент; МФ Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Мытищи, РФ
В статье изучено влияние различных отверждающих систем на физико-механические показатели древесностружечных плит, изготовленных с применением карбамидоформальдегидньж смол, модифицированных параформальдегидом, который применялся в обычном виде и в виде растворов.
Ключевые слова: карбамидоформальдегидные смолы (КФС); хлорид аммония; сульфат аммония; фосфат аммония; древесностружечные плиты (ДСтП); физико-механические показатели.
EFFECTS OF VARIOUS HARDENERS ON THE PROPERTIES OF PARTICLE
BOARDS
Machneva Ol'ga Pavlovna, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor, BMSTU, Mytishchi, Russia
The article deals with the influence ofvarious curing systems on the physical and mechanical properties of particle boards made with the use of urea-formaldehyde resins modified with paraformaldehyde, which was used in the usual form and in the form of solutions.
Keywords: urea-formaldehyde resins (UFR); ammonium chloride; ammonium sulfate; ammonium phosphate; particle board (PB); physical and mechanical properties.
Для цитирования: Мачнева О. П. Влияния различных отвердителей на свойства древесностружечных плин // Наука без границ. 2018. № 10 (27). С. 57-61.
Известно, что отвердители синтетических смол оказывают огромное влияние не только на скорость их отверждения, но и на физико-механические показатели древесных плитных материалов, для изготовления которых применялись эти смолы.
Цель данной работы - исследование влияния различных отвердителей на время желатинизации модифицированных карбамидоформальдегидных смол и на свойства древесностружечных плит на их основе.
Исследования были проведены на примере олигомеров КФ-ПС с 15 % обычного параформальдегида и КФ-РП-2 с 20% растворенного параформальдегида. В качестве отвердителей были использованы аммониевые соли сильных кислот - хлорид аммония (КН4С1), сульфат аммония ((КН4)^04), фосфат аммония ((КН4)2НР04), а также лимонная кислота (в дальнейшем - ЛК).
При отверждении КФС является необходимым наличие высокой скорости отверждения и одновременно с этим длительной жизнеспособности олигомера в присутствии отвердителя. Отверждение КФС преимущественно происходит в кислой среде, поэтому предпочтение отдается кислотным катализаторам. Скорость отверждения возрастает по мере снижения рН среды (возрастания кислотности среды).
Скорость отверждения является решающим фактором при определении экономичности и целесообразности применения смолы. Максимальное количество отвердителя, которое можно добавить к смоле, обусловлено тем, какая требуется жизнеспособность смолы в условиях хранения или переработки при обычной или повышенной температуре. Количество от-вердителя зависит от вида отвердителя и смолы, а также условий отверждения [1, 2,
3].
Очень большое значение, особенно для процесса прессования ДСтП при повышенных температурах, имеет летучесть компонентов отвердителя. В качестве от-вердителей используют соединения, которые при определенных условиях способны разлагаться с выделением кислот. Обладающие такими качествами отвер-дители называются латентными. Эти вещества при повышенных температурах или в присутствии некоторых соединений (воды, формальдегида, кислорода) распадаются с выделением кислот. Эти
кислоты и способствуют протеканию процесса отверждения олигомеров. Распад латентных катализаторов может протекать по-разному. Это связано с их строением и с условиями применения, при которых происходит их распад. К таким катализаторам могут быть отнесены аммониевые соли сильных кислот [4, 5, 6].
При введении латентного отвердителя уже при комнатной температуре начинается процесс отверждения олигомеров, но этот процесс идет не резко, а постепенно, что является несомненным преимуществом данных отвердителей. При повышении температуры отверждение происходит гораздо быстрее. Чаще всего при отверждении карбамидных смол применяется хлорид аммония [7, 8, 9]. Полученные значения времени желатинизации КФС с использованием различных отвердителей при 20 и 100 °С представлены в табл. 1.
Из табл. 1 видно, что при всех отверди-телях с увеличением их количества до 1 % характерно уменьшение времени желати-низации КФС при 100 °С.
Из таблицы также видно, что дальнейшее увеличение количества отвердителя (до 1,5 %) приводит к увеличению времени желатинизации, что является нежелательным, следовательно, дальнейшее увеличение количества отвердителя не имеет смысла. При использовании в качестве отвердителя лимонной кислоты наблюдается слишком быстрое (преждевременное) отверждение смол при 100 °С и слишком малая их жизнеспособность при 20 °С. Следовательно, использование для полученных смол в качестве отвердителя ЛК является нецелесообразным. Результаты отверждения для смолы КФ-ПС с разными отвердителями (КН4С1, (КН4)^04, (КН4)2НР04) являются сопоставимыми, а для смолы КФ-РП-2 наилучшие результаты были получены с использованием [1, 2].
Таблица 1
Время желатинизации карбамидных смол
Количество Время желатинизации Время желатинизации
Отвердитель отвердителя, при 20 °С, ч при 100 °С, с
% КФ-ПС КФ-РП-2 КФ-ПС КФ-РП-2
Ж4С1 0,5 34 37 77 125
1,0 30 33 60 76
1,5 27 33 64 78
(Ш<)2Ю4 0,5 29 36 74 195
1,0 26 33 60 108
1,5 28 33 66 121
(ШДНР04 0,5 26 39 69 204
1,0 20 33 57 121
1,5 21 28 59 99
Лимонная 0,5 2,5 4 24 32
кислота (ЛК) 1,0 1,5 2,5 18 27
1,5 0,25 1 16 23
Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что 1 % - это оптимальное количество отвердителей КН4С1, (ШД^, (Ж4)2НР04 для смолы КФ-ПС, и 1 % ЩС - для смолы КФ-РП-2 [1, 2, 3].
Известно, что для изготовления ДСтП одним из требований к связующему является обеспечение времени желатинизации для наружных слоев около 110-120с, а для внутреннего слоя - около 40-50 с. Исходя из этих требований, при прессовании ДСтП с использованием смолы КФ-ПС для всех слоев количество отвердите-лей ЩС (ШД^, (ШДЫР04 может
быть равным 1 %. А для изготовления плит на основе смолы КФ-РП-2 использование в качестве отвердителей (КН4)^04 и (ЫНДНР04 является нежелательным.
ДСтП на основе смол КФ-РП-2 и КФ-ПС изготавливались при следующих режимах прессования: толщина плиты -16 мм; время прессования - 0,35 мин/мм; плотность плиты - 700 кг/м3; температура прессования - 170 °С; давление прессования - 2,3 МПа; влажность стружки - 2 %.
Свойства плит на основе КФ-РП-2 с использованием 1 % МН4С1 представлены в табл. 2.
Таблица 2
Физико-механические свойства ДСтП на основе КФ-РП-2 с 1 %
Наименование показателей Количество РП-2 от количества формалина, %
Предел прочности при: - статическом изгибе, МПа - разрыве перпендикулярно пласти, МПа 16,2 0,31
Разбухание по толщине, % 24,9
Содержание формальдегида, мг/100 г а. с. п. 7,04
Основные физико-механические по- ПС с отвердителями КН4С1, (КН4)^04 и казатели ДСтП на основе смолы КФ- (КНДНР04 представлены в табл. 3.
Таблица 3
Физико-механические свойства ДСтП на основе КФ-ПС с различными отвердителями
(NH4Cl, (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4)
Наименование показателя Смола КФ-ПС
NH4Cl (NH4)2SO4 (NH4)2HPO4
Предел прочности при изгибе, МПа 21,0 19,4 22,7
Предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти, МПа 0,50 0,47 0,49
Разбухание по толщине, % 21,6 25,4 25,0
Содержание свободного формальдегида мг/100 г а. с. п. 7,8 8,1 7,89
Из данных табл. 3 видно, что показатели качества плит при использовании различных отвердителей являются сопоставимыми. Следовательно, любой из исследуемых
отвердителей может быть использован для изготовления ДСтП на основе синтезированной модифицированной смолы КФ-ПС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мачнева О. П. Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных параформом: дис. канд. техн. наук. М. : МГУЛ, 2006. 178 с.
2. Мачнева О. П. Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных параформом: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М. : МГУЛ, 2006. 18 с.
3. Цветков В. Е., Мачнева О. П. Исследование процессов химической деструкции параформа при синтезе карбамидоформальдегидных олигомеров // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. 2007. № 6 (55). С. 106-113.
4. Цветков В. Е., Мачнева О. П. Исследование влияния поверхностно-активных добавок на поверхностное натяжение модифицированных пропиточных олигомеров // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. 2011. № 5(81). С. 135-137.
5. Цветков В. Е., Пасько А. С., Тесовский А. А., Мачнева О. П., Семочкин Ю. А. Особенности изготовления декоративных бумажно-слоистых пластиков на основе меламиноформальде-гидных смол // Строительные материалы. 2016. № 7. С. 71-73.
6. Мачнева О. П., Екимова М. Ю., Виклов Р. И., Дюжаков Д. С. Пропиточные смолы для производства ламинированных древесностружечных плит // Научно-техническая конференция МФ МГТУ им. Н.Э. Баумана. Тезисы докладов. 2017. С. 144-146.
7. Цветков В. Е., Мачнева О. П., Корнеев А. Д. Синтез и свойства карбамидных смол, модифицированных солями полифункциональных кислот // Наука без границ. 2018. № 7(24). С. 64-69.
8. Мачнева О. П. Модифицированные карбамидоформальдегидные смолы при изготовлении древесностружечных плит // Наука без границ. 2018. № 8(25). С. 15-18.
9. Мачнева О. П. Растворенный параформальдегид при синтезе карбамидных смол // Наука без границ. 2018. № 9(26). С. 14-18.
REFERENCES
1. Machneva O. P. Drevesnostruzhechnye plity na osnove karbamidoformal'degidnyh smol, modifitsirovannyh paraformom [Particle board based on urea-formaldehyde resins modified by paraform]. Ph. D. thesis. Moscow, MGUL, 2006, 178 p.
2. Machneva O. P. Drevesnostruzhechnye plity na osnove karbamidoformal'degidnyh smol,
modifitsirovannyh paraformom [Particle Board based on urea-formaldehyde resins modified by paraform]. Abstract of Ph. D. thesis. Moscow, MGUL, 2006. 18 p.
3. Tsvetkov V. E., Machneva O. P. Issledovanie protsessov himicheskoi destruktsii paraforma pri sinteze karbamidoformal'degidnyh oligomerov [The study of the processes of chemical destruction of paraform in the synthesis of urea-formaldehyde oligomers]. Vestnik MGUL - Lesnoi vestnik, 2007, no. 6(55), pp. 106-113.
4. Tsvetkov V. E., Machneva O. P. Issledovanie vliyaniya poverhnostno-aktivnyh dobavok na poverhnostnoe natyazhenie modifitsirovannyh propitochnyh oligomerov [Study of the effect of surface-active additives on the surface tension of modified impregnating oligomers]. Vestnik MGUL - Lesnoi vestnik, 2011, no. 5(81), pp. 135-137.
5. Tsvetkov V. E., Pas'ko A. S., Tesovskii A. A., Machneva O. P., Semochkin Yu. A. Osobennosti izgotovleniya dekorativnyh bumazhno-sloistyh plastikov na osnove melaminoformal'degidnyh smol [Features of decorative paper-laminated plastics based on melamine-formaldehyde resins]. Stroitel'nye materialy, 2016, no. 7, pp. 71-73.
6. Machneva O. P., Ekimova M. Yu., Viklov R. I., Dyuzhakov D. S. Propitochnye smoly dlya proizvodstva laminirovannyh drevesnostruzhechnyh plit [Impregnating resins for the production of laminated chipboard]. Nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya MF MGTU im. N.E. Baumana. Tezisy dokladov, 2017, pp. 144-146.
7. Tsvetkov V. E., Machneva O. P., Korneev A. D. Sintez i svoistva karbamidnyh smol, modifitsirovannyh solyami polifunktsional'nyh kislot [Synthesis and properties of carbamide resins modified with salts of polyfunctional acids]. Nauka bez granic, 2018, no. 7(24), pp. 64-69.
8. Machneva O. P. Modifitsirovannye karbamidoformal'degidnye smoly pri izgotovlenii drevesnostruzhechnyh plit [Modified urea-formaldehyde resin in the manufacture of chipboards]. Nauka bez granic, 2018, no. 8(25), pp. 15-18.
9. Machneva O. P. Rastvorennyi paraformal'degid pri sinteze karbamidnyh smol [Dissolved paraformaldehyde in the synthesis of urea resins]. Nauka bez granic, 2018, no. 9(26), pp. 14-18.
Материал поступил в редакцию 11.10.2018
© Мачнева О.П., 2018
