Введение.

Повышение эффективности работы деревообрабатывающей отрасли связано с развитием технологии процесса склеивания древесных материалов. Особое место при этом принадлежит совершенствованию и модификации клеевых материалов, на долю которых приходится 30-40% всех затрат на изготовление изделий, в число которых входит фанера ФК, ФСФ и ламинированная, и от которых во многом зависит их потребительская ценность. Отечественная промышленность, производящая полимерные материалы, не удовлетворяет всех потребностей в связующих, что наряду с дефицитностью сырья и высокой стоимостью является сдерживающим фактором в развитии производства клееной фанеры.

Зачастую химические комбинаты выпускают высокотоксичные смолы, что не позволяет деревообрабатывающим предприятиям выпускать «экологически чистую» продукцию, способную конкурировать на мировом рынке. В связи с этим одной из актуальных задач для отрасли является поиск путей производства новых низкотоксичных смол или модификация последних, обеспечивающая сведение их токсичности до минимума. На основе анализа литературных источников была разработана классификация наполнителей для фенолоформальдегидных смол.

Классификация используемых веществ в качестве модификаторов для фенолоформальдегидных смол хорошо освещает, в каких направлениях ведутся исследования по разработке модифицированных полимеров на протяжении последних лет. Результаты этих работ очевидны: содержание свободного фенола и формальдегида снизилось значительно при сохранении, а в некоторых случаях и увеличении прочности клеевых соединений фанеры. Однако токсичность отечественной фанеры не удовлетворяет запросам потребителей, что требует продолжения поиска в этом направлении. Для получения высококачественной конкурентоспособной фанеры особое внимание необходимо уделять вопросам разработки составов клеевых композиций, обеспечивающих минимальную продолжительность склеивания фанеры, максимальную степень отверждения, низкое содержание токсичных веществ, а также совершенствованию режимов прессования.

Анализ результатов предыдущих исследований позволяет вделать вывод о том, что наибольший интерес могут представлять химически активные наполнители — отходы различных производств. Их применение позволяет не только улучшать свойства клеев, но и решать задачи утилизации отходов химической промышленности, тем самым разрешая актуальную проблему загрязнения окружающей среды.

Для проведения исследований были взяты следующие образцы: фанера 10 мм и фанера 12 мм формата 2440х1220 мм. В результате исследований установлено, что у применяемых в производстве фенолоформальдегидных смол выделяемого при отверждении формальдегида тем больше, чем больше его содержится в смоле в свободном состоянии, при отверждении клея формальдегида выделяется больше, чем его содержание в смоле до отверждения.

Содержание свободного формальдегида снижают химическими соединениями, связывая его на последней стадии конденсации смолы.

Изготовители связующего на основе фенолоформальдегидных смол уже длительное время занимаются проблемой снижения содержания формальдегида в продукции. Для этого предлагаются формальдегидоулавливающие вещества, представляющие собой субстанции, которые реагируют со свободным формальдегидом и образуют сравнительно безвредные продукты. К недостаткам применения многих формальдегидоулавливающих веществ относится снижение прочности клеевого слоя в фанере.

Наряду с применяемыми в промышленности способами снижения токсичности новым является привлечение известных, но мало изученных и применяемых, уникальных по своим свойствам шунгитовых сорбентов. Одним из таких свойств является способность сорбировать небольшие по размерам молекулы, не меняя при этом своих физических и химических характеристик. В настоящее время известно свыше 30 природных сорбентов и около 100 разновидностей синтетических.

Проведенные исследования показали возможность применения шунгитовых наполнителей для снижения токсичности клееных древесных материалов в технологии склеивания плитных материалов клеем на основе смолы СФЖ-3013.

Применение шунгитовых наполнителей позволяет не только снизить токсичность фанеры, но и ускорить процесс ее склеивания.

Целью работы является снижение токсичности и ускорение процесса склеивания фанеры

Методика проведения исследований

Для проведения исследований использовали березовый, осиновый, сосновый и лиственничный шпон. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 20907 (физико-химические свойства смолы СФЖ-3013) и ГОСТ 9624 (физико-механические свойства фанеры). В качестве активных наполнителей использовали кремнеземные дисперсные порошки, цеолитсодержащие породы, шунгитовые сорбенты. Исследования проводили по известным методикам. Определению подлежали продолжительность желатинизации клея, его условная вязкость и поверхностное натяжение, угол смачивания, содержание свободного формальдегида и прочность клеевого соединения при скалывании по клеевому слою. Из шпона была склеена фанера 10 мм формата 2440х1220 мм.

Результаты исследований и их анализ

В процессе исследований установлено, что критическое поверхностное натяжение у березового, осинового, соснового и лиственного шпона составляет в среднем 40-50 мН/м, что сопоставимо с поверхностным натяжениям фенолоформальдегидных смол без наполнителей и свидетельствует о способности древесины удовлетворительно смачиваться этими связующими. Кремнеземные дисперсные порошки, цеолитсодержащие породы, шунгитовые сорбенты являются эффективными реакционно-способными наполнителями, обладающими способностью ускорять процесс отверждения фенолоформальдегидных клеев.

Особый интерес представляют шунгитовые сорбенты, позволяющие существенно сокращать содержание свободного формальдегида (до 0,034-0,043% при введении в состав смолы 8-10 мас. ч. наполнителя дисперсностью 200-300 мкм), что послужило основанием более глубокого исследования их влияния на свойства клея и фанеры.

Результаты эксперимента показывают, что продолжительность желатинизации с введением наполнителя сокращается. Это происходит за счет ускорения реакции поликонденсации вследствие повышения активности гидроксильных групп полимера, что можно объяснить каталитическими свойствами оксидов щелочных металлов. Условная вязкость клеевых композиций возрастает с увеличением количества и дисперсности наполнителя, что ухудшает технологические и прочностные характеристики фанеры. Поэтому количество вводимого шунгитового сорбента не должно превышать 10 мас. ч

Содержание свободного формальдегида в модифицированном клее уменьшается с увеличением количества наполнителя и уменьшения размера его частиц.

Для обоснования условий и параметров режима склеивания был проведен многофакторный эксперимент (план второго порядка). В примере была склеена фанера 10 мм из лиственничного шпона толщиной 2,2 мм при введении наполнителя в количестве 10 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы. В качестве переменных факторов приняты: температура склеивания; давление прессования, количество вводимого наполнителя, продолжительность прессования, размер частиц наполнителя.

Основными показателями эффективности процесса склеивания приняты прочность фанеры при скалывании по клеевому слою после кипячения в воде в течение 1 часа и содержание свободного формальдегида

Полученные уравнения регрессии использовали для обоснования режима склеивания шпона: продолжительность прессования от 8-10 мин, температура плит пресса 110°С, давление прессования 1,5 МПа, количество наполнителя 10 мас. ч., размер частиц наполнителя 0,3 мм. При этом достигается прочность фанеры при скалывании по клеевому слою после кипячения в течение 1 ч — 1,79 МПа, а содержание свободного формальдегида не превышает 0,034%.

Положительные результаты промышленной апробации разработанного состава клея и режимов склеивания шпона позволяют утверждать, что применение шунгитовых сорбентов сокращает продолжительность склеивания, дает возможность снизить температуру плит пресса, существенно снижает токсичность фанеры.

Выводы

Исследованные реакционноспособные наполнители способны существенно ускорить процесс отверждения фенолоформальдегидной смолы СФЖ-3013. Количество вводимого наполнителя необходимо ограничивать для обеспечения требуемой прочности клеевого соединения. Шунгитовые сорбенты являются активными наполнителями и обладают способностью не только ускорять процесс желатинизации фенолоформальдегидных смол, но и снижать содержание свободного формальдегида в готовой продукции с 0,18 до 0,034%.