Investigation of the properties of modified phenol-formaldehyde adhesives
Authors: Русаков Д.С. , Чубинский А.Н. , Русакова Л.Н. , Варанкина Г.С. 
Published: September 2020

Основная тенденция развития производства клеев в мире сегодня − создание и выпуск современных, эффективных и нетоксичных клеев. В связи с этим, одной из актуальных задач является поиск новых модификаторов для клеящих смол, которые позволят получать продукцию из древесины, обладающую требуемыми эксплуатационными свойствами. Для целенаправленного изменения и улучшения свойств используемых в деревообработке фенолоформальдегидных смол применяются различные наполнители и модификаторы. В исследовании применяли фенолоформальдегидную смолу, в которую вводили различные модификаторы – пектол, черные сланцы с размерами частиц 0,005–0,2 мм, лигносульфонаты технические с размерами частиц 0,01–0,2 мм, шлам холодного отстоя с размерами частиц 0,01–0,2 мм. В процессе исследования определяли условную вязкость клея через 1 ч после введения модификаторов, жизнеспособность клея, продолжительность отверждения и эмиссию формальдегида. Для определения химического состава и процесса отверждения модифицированного фенолоформальдегидного клея использовали спектрофотометрию и дериватографию. Качество фанеры оценивали содержанием свободного формальдегида в готовой продукции – перфораторным методом по ГОСТ 27678; физико-механические свойства фанеры оценивали показателем прочности клеевого соединения при скалывании по клеевому слою; испытания проводили в соответствии с ГОСТ 9624. Для обоснования режимов склеивания и увеличения прочности готовой продукции проведены многофакторные эксперименты по склеиванию фанеры. Склеивание проводили в условиях фанерного производства в соответствии с принятым на предприятии технологическим регламентом. Склеенную фанеру испытывали на прочность при скалывании по клеевому слою. Для обоснования снижения содержания свободного формальдегида в готовой продукции проведен многофакторный эксперимент по склеиванию фанеры в условиях ООО «Леспром СПб». Склеенную фанеру испытывали на содержание свободного формальдегида в готовой продукции. На заключительном этапе исследования обоснована экономическая целесообразность внедрения предлагаемых модификаторов в производство фанеры. Сделаны следующие выводы: введение в клеящие составы на основе фенолоформальдегидных смол относительно дешевых побочных продуктов целлюлозно-бумажного производства позволяет не только улучшить свойства клеев и снизить себестоимость готовой продукции, но и утилизировать отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Модификация фенолоформальдегидной смолы пектолом и лигносульфонатами ускоряет процесс отверждения клея, что подтверждается анализом инфракрасных спектров поглощения и термограмм ДТА, показывающих наличие изменений в структуре, соответствующих минимальному времени желатинизации. Введение в фенолоформальдегидные смолы предлагаемых модификаторов повышает прочность фанеры и одновременно снижает содержание свободного формальдегида в готовой продукции.
The main trend in the development of glue production in the world today is the creation and production of modern, efficient and non-toxic adhesives. In this regard, one of the urgent problems is the search for new modifiers for gluing resins, which will allow to obtain products from wood having the required performance properties. For the purposeful change and improvement of the properties of phenol-formaldehyde resins used in woodworking, various fillers and modifiers are used. The study used phenol-formaldehyde resin to which various pectol modifiers, black shales with particle sizes of 0.005–0.2 mm, technical lignosulfonates with particle sizes of 0.01–0.2 mm, a cold sludge with particle sizes of 0.01–0.2 mm. In the process of investigation, the conditional viscosity of the adhesive was determined 1 h after the introduction of the modifiers, the viability of the adhesive, the curing time and the emission of formaldehyde. Spectrophotometry and derivatography were used to study the chemical composition and the curing process of the modified phenol-formaldehyde glue. The quality of the plywood was evaluated by the content of free formaldehyde in the finished product – by the perforating method in accordance with GOST 27678, the physical and mechanical properties of the plywood were evaluated by the strength of the adhesive bond at shearing along the adhesive layer, the tests were carried out in accordance with GOST 9624. To substantiate the bonding regimes and increase the strength of finished products, multifactor experiments on gluing of plywood were carried out. Gluing was carried out in the conditions of plywood production in accordance with the technological regulations adopted at the enterprise. The glued plywood was tested for strength in shearing along the adhesive layer. To substantiate the decrease in the content of free formaldehyde in the finished product, a multifactorial experiment on gluing plywood in the conditions of company Lesprom SPb was carried out. The glued plywood was tested for the content of free formaldehyde in the finished product. At the final stage of the studies, the economic feasibility of introducing the proposed modifiers into the production of plywood is justified. The results of the research allow us to draw the following conclusions. Introduction in adhesive formulations based on phenol-formaldehyde resins relatively cheap by-products of pulp and paper production, allows not only to improve the properties of adhesives and to reduce the cost of finished products, but also to utilize the waste of the pulp and paper industry. Modification of the phenol-formaldehyde resin with pectol and lignosulfonates accelerates the curing process of the adhesive, as evidenced by an analysis of infrared absorption spectra and DTA thermograms showing changes in the structure corresponding to the minimum gel time. The introduction of the proposed modifiers into the phenol-formaldehyde resins increases the strength of the plywood while reducing the free formaldehyde content of the finished product.