Исследование влияния фенолформальдегидных связующих, модифицированных фурановым олигомером, на свойства древесно-стружечных плит

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СВЯЗУЮЩИХ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ФУРАНОВЫМ

олигомером, на свойства древесно-стружечных плит

А.А. ФЕДОТОВ, асп. каф. механической технологии древесины КГТУ,

С.А. УГРЮМОВ, проф. каф. механической технологии древесины КГТУ, д-р техн. наук

В настоящее время в отечественном производстве древесных плит наиболее широко применяются карбамидоформальдегидные, а также фенолформальдегидные олигомеры, позволяющие изготавливать продукцию с высокими физико-механическими показателями. Однако основная часть выпускаемых плит имеет недостаточную водостойкость, что ограничивает их применение в условиях с переменными температурно-влажностными показателями, прежде всего в строительной сфере, а также производстве мебели. Наличие в составе смол свободного формальдегида и фенола приводит к эмиссии вредных веществ при эксплуатации плит.

Одним из способов повышения водостойкости и снижения токсичности древесных плит является применение при их изготовлении альтернативных клеев. Одним из таких направлений может стать применение в качестве связующего олигомеров фуранового ряда [1, 2].

В настоящее время производство фура-новых связующих невелико. В основном они применяется в производстве строительных материалов и изделий специального назначения - бесцементные прочные, водо-, масло- и кислотостойкие растворы и бетоны.

В промышленности наибольшее распространение получил фурфуролацетоновый мономер (мономер ФА), получаемый при синтезе фурфурола и ацетона в связи с простотой синтеза и применяемого оборудования. Известно, что в отвержденном состоянии мономер ФА обладает повышенной водостойкостью, хорошей химической стойкостью (выдерживают воздействие высококонцентрированных растворов большинства кислот и щелочей даже при высокой температуре), высокой теплостойкостью и удовлетворительными механическими и диэлектрическими свойствами. Незначительная пористость отвержденного полимера

nis@kstu.edu.ru; ugr-s@yandex.ru

обеспечивает материалам непроницаемость для воды, нефтепродуктов и газов [1, 3-5].

Известно, что для удешевления фура-новых смол и повышения их водостойкости, а также для придания большей щелочестойкости феноло-формальдегидным смолам возможно смешение или совмещение некоторых фенольных и фурановых смол [6]. Известно использование мономера ФА в качестве покрытия для древесины, придающего ей гидрофоб-ность и защищающего от гниения [7]. Раствор мономера ФА относительно легко проникает в клеточные стенки древесины, повышая сопротивление возгоранию, водо- и влагостойкость, физико-механические характеристики. Однако данные о применимости совмещенных смол в производстве древесных плит отсутствуют.

Для анализа влияния доли добавки фу-ранового олигомера к фенолформальдегидному была проведена серия опытов по изготовлению и испытанию древесных плит. В экспериментальных исследованиях для производства образцов древесно-стружечных плит использовалась специальная резаная стружка лиственных и хвойных пород древесины с отбором фракции 10/2 и клеевые композиции на основе фенолформальдегидной смолы марки СФЖ-3013 с добавкой в различном соотношении фурфуролацетонового мономера ФА в смеси с отверди-телем - n-толуолсульфокислотой в количестве 5 %. Изготовление плит проводилось в лабораторном гидравлическом прессе П 100-400 при следующих постоянных факторах:

- толщина плит 12 мм;

- расчетная плотность плит 700 кг/м3;

- температура плит пресса 160 °С;

- удельное давление прессования

2 МПа;

- продолжительность выдержки под давлением 6 мин;

- расход связующего 12 %.

122

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Таблица

Физико-механические свойства плит

Вид связующего, доля добавки Предел прочности при статическом изгибе, МПа Предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты, МПа Разбухание по толщине, % Объемное разбухание, % Водо-пог-лощение, % Потеря массы при горении, % Плотность р, кг/м3

для плит на основе стружки лиственных пород

СФЖ-3013 16,50 0,32 32,07 34,29 75,10 14,2 703,3

10 масс.ч 16,45 0,37 39,60 42,47 87,25 14,8 688,3

20 масс.ч 15,45 0,31 40,55 41,91 87,36 18,0 695,4

30 масс.ч 11,85 0,31 52,18 61,13 93,66 24,1 715,8

50 масс.ч 9,45 0,20 58,30 69,30 99,09 21,0 705,1

Мономер ФА 10,70 0,16 42,64 46,46 66,63 19,7 704,1

для плит на основе стружки хвойных пород

СФЖ-3013 19,75 0,65 24,94 27,40 75,10 10,2 676,4

10 масс.ч 21,55 0,72 23,12 25,29 73,40 10,5 676,7

20 масс.ч 20,25 0,61 23,04 25,24 75,63 13,2 675,1

30 масс.ч 15,70 0,61 26,52 29,04 79,92 15,2 663,0

50 масс.ч 13,20 0,52 30,87 35,22 93,55 18,0 689,9

Мономер ФА 14,70 0,55 18,20 20,10 65,10 15,0 688,5

Рис. 1. Влияние вида связующего и доли добавки фурановой смолы на предел прочности плит при изгибе

Физико-механические свойства плит определялись по ГОСТ 10634-78, ГОСТ 10635-78, ГОСТ 10636-78, огнезащищенность оценивалась по потере массы при горении методом «огневой трубы». Полученные сводные результаты представлены в таблице.

На рис. 1-6 представлены графические зависимости влияния вида связующего на физико-механические свойства плит. На рис. 7, 8 показана структура плит с использованием совмещенного наполнителя (10 масс. ч. мономера ФА).

Выводы

1. Прочностные характеристики древесно-стружечных плит на основе стружки

из хвойных пород древесины выше, чем у плит на основе стружки лиственных пород, поскольку в древесину хвойных пород, обладающую большим поверхностным натяжением, клеевой состав впитывается меньше, при этом большее его количество остается на поверхности и участвует в склеивании смежных частиц. Показатели разбухания, водопоглощения и потери массы при горении плит, изготовленных из стружки хвойных пород, ниже, чем у плит из стружки лиственных пород, что объясняется большей степенью покрытия поверхности частиц наполнителя отвержденным клеевым составом, то есть большей защищенностью.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

123

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 2. Влияние вида связующего и доли добавки фурановой смолы на предел прочности плит при растяжении перпендикулярно пласти

Рис. 3. Влияние вида связующего и доли добавки фурановой смолы на разбухание плит по толщине

Рис. 4. Влияние вида связующего и доли добавки фурановой смолы на объемное разбухание плит

124

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 5. Влияние вида связующего и доли добавки фурановой смолы на водопоглощение плит

Рис. 6. Влияние вида связующего и доли добавки фурановой смолы на потерю массы плит при горении

2. Прочностные показатели у плит на основе фенолформальдегидной смолы несколько выше, чем у плит на основе мономера ФА. Поскольку поверхностное натяжение мономера ФА значительно ниже, он глубже проникает внутрь частиц наполнителя. На поверхности частиц при этом оказывается меньше клеевого состава, формируются более слабые клеевые связи.

3. Разбухание по толщине и водопоглощение плит на основе мономера ФА меньше в случае использования в качестве наполнителя стружки хвойных пород древесины. Плиты на основе стружки лиственных пород обладают большим разбуханием по толщине и водопоглощением за счет интенсивного впитывания лиственной древесиной мономера ФА.

4. При использовании совмещенного клея (смеси фенолформальдегидной смолы и мономера ФА) большая часть физико-механических показателей незначительно улучшается при небольшой доле вводимого мономера ФА (10 масс. ч).

При использовании стружки лиственных пород максимальное значение предела прочности имеют плиты на основе фенолформальдегидной смолы СФЖ-3013 (16,50 МПа), примерно такое же значение при добавке 10 масс. ч. мономера ФА (16,45 МПа). При увеличении доли добавки прочность снижается.

При использовании стружки хвойных пород максимальное значение предела прочности при изгибе имеют плиты, изготовленные с добавкой 10...20 масс. ч. мономера ФА (21,55 и 20,25 МПа соответственно). При даль-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

125

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 7. Структура плиты на основе стружки лиственных пород древесины: а - кромка, б - пласть

Рис. 8. Структура плиты на основе стружки хвойных пород древесины: а - кромка, б - пласть

нейшем увеличении доли мономера ФА значение предела прочности при изгибе снижается.

Предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плит, изготовленных из стружки лиственных и хвойных пород, имеет сходную тенденцию. Максимальная прочность у плит, изготовленных с добавкой 10 масс. ч. мономера ФА (0,37 МПа - для лиственных; 0,72 МПа - для хвойных пород). При дальнейшем увеличении доли мономера ФА значение предела прочности снижается.

Показатели разбухания по толщине и водопоглощения при введении в клеевой состав 10 масс. ч мономера ФА снижаются только у плит на основе стружки хвойных пород древесины. Дальнейшее увеличение доли мономера ФА вызывает некоторое увеличение данных показателей.

5. Таким образом, целесообразно совмещение фенолформальльдегидной смолы с мономером ФА в количестве 10 масс. ч. при производстве древесно-стружечных плит на основе стружки из хвойных пород древесины. При ис-

пользовании стружки из лиственных пород древесины значимого эффекта не наблюдается.

Библиографический список

1. Оробченко, Е.В. Фурановые смолы / Е.В. Ороб-ченко, Н.Ю. Прянишникова. - Киев: Изд-во технической литературы, 1963. - 166 с.

2. Справочник по пластическим массам. Изд. 2-е, пе-рераб. и доп. - Т II. / В.М. Катаева, В.А. Попова, Б.И. Сажина. - М.: Химия, 1975. - 568 с.

3. Тармошин, К.В. Структурообразование и свойства высоконаполненных фурановых композиций: дисс. ... канд. техн. наук / К.В. Тармошин. - М.: МНИИЖТ, 1983. - 168 с.

4. Кожевников, Д.А. Технология производства древесных плит на основе совмещенных наполнителей / Д.А. Кожевников, С.А. Угрюмов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - № 2. - 2012. - С. 139-144.

5. Брацыхин, Е.А. Технология пластических масс. 3е изд., перераб. и доп. / Е.А. Брацыхин, Э.С. Шульгина. - Л.: Химия, 1982. - 328 с.

6. Технология пластических масс/ Под ред. В.В. Кор-шака. - М.: Химия, 1985. - 560 с.

7. Остер-Волков, Н.Н. Огнезащитные свойства мономера ФА / Н.Н. Остер-Волков // Пластические массы. - 1962. - № 2. - С. 16-18.

126

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014