Способ производства фанеры
METHOD FOR PRODUCING PLYWOOD

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к получению фанеры.
Известен способ производства огнезащищённой фанеры, содержащей антипирен моноамминийфосфат, на основе фенолоформальдегидной смолы СФЖ-3014, в котором не контролируется гидротермический процесс получения шпона из заготовок берёзы по санитарно-химическим характеристикам. При увеличении времени гидротермической обработки приводит к повышенному выделению удельных выбросов формальдегида и метанола при сушке шпона в паровой и газовой сушилках при производстве фанеры [1] (Патент RU 2144856, МПК, кл. B 27 D 1/04).
Также недостатком в способе [1] является отсутствие санитарно-химических характеристик огнезащищённой фанеры и удельных выбросов в атмосферу по формальдегиду, метанолу, фенолу, аммиаку при производстве фанеры.
Известен способ изготовления композиционных древесных материалов (КДМ)  ̶ фанеры, заключающийся в подготовке древесной основы путем гидротермической обработки древесины берёзы при температуре воды 40-45°С (мягкий режим) в течение нескольких часов в зависимости от времени года и диаметра древесного сырья. После гидротермической обработке заготовок древесины берёзы подвергают лущению на лущильных станках с получением шпона толщиной 1,55 мм. Полученный шпон сушат в среде, не содержащей продуктов пиролиза древесины при горении и природного газа. Данную операцию целесообразно осуществлять конвективным способом – нагретым воздухом в паровой сушилке. Шпон сушат до влажности 8 ± 2%. На листы высушенного шпона наносят полимерное связующее (например смолы СФЖ-3014), формируют пакет, его подпрессовывают и осуществляют горячее прессование [2] (Патент RU 2057638, МПК, кл.  B 27 D 1/04). После прессования фанеру подвергают технологической выдержке в стопах в течение 24 ч. Формирование пакета, подпрессовку, прессование и выдержку осуществляют с использованием эффективной вытяжной вентиляции.
2
3
3
Санитарно-химическая оценка фанеры и древесины березы проводилась в моделированных условиях эксплуатации в камерах из стекла в соответствии с МУК [3] с применением СТП 01-94 методом газовой хроматографии [4]. За фоновую концентрацию формальдегида, принята концентрация формальдегида, выделяющегося из древесины березы через одни сутки кондиционирования ее образцов при 40°С, кратности воздухообмена 1 об/ч и насыщенности 1,2 м/м составляет 0,239 мг/м.
Учитывая, что древесина березы содержит воды 35%, при гидротермической обработке древесины березы при температуре 40-45°С в течение 24 и 48 ч, содержание воды увеличивается до 80-90%, шпон березы после лущения содержит воды на 10-12 % меньше. В процессе кондиционирования образцов древесины березы и шпона после лущения в моделированных условиях эксплуатации в камерах из стекла выделяется вода, формальдегид и метанол, и динамическое равновесие их выделения устанавливается через 30 суток при температуре 40°С.
2
3
3
В [5] при санитарно-химической оценке древесины березы с влажностью 35% методом газовой хроматографии в соответствии с [4], концентрация формальдегида через 30 суток кондиционирования образцов при 40°С, кратности воздухообмена 1 об/ч и насыщенности 1,2 м/м составляет 0,047 мг/м.
Недостатком известного способа [2] является не контролируемый процесс гидротермической обработки древесины берёзы по содержанию формальдегида и метанола в лущённом шпоне, что приводит к повышенному содержанию формальдегида и метанола в высушенном шпоне в паровой (теплоноситель нагретый воздух) и газовой (теплоноситель природный газ) сушилках. При сушке шпона в паровой и газовой сушилках выделяется в окружающую среду повышенное количество формальдегида и метанола.
Для сокращения времени определения санитарно-химических характеристик КДМ по формальдегиду, производители КДМ в странах Евросоюза разработали другой подход по определению формальдегида в соответствии с EN 120:1994 [6] в мг/100 г массы. Стандарт EN 120:1994 [5] – аналог ГОСТ 27678-2014 [7] регламентирует определение формальдегида перфораторным методом в ДСП и фанере (экстракцией формальдегида из материала толуолом и спектрофотометрическим определением с ацетилацетоновым реактивом) в мг/100 г массы. ГОСТ 27678-2014 и стандарт EN 120:1994 не регламентируют определение метанола и фенола.
Техническое решение [2] является наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому результату.
Задача, решаемая данным изобретением
̶ улучшение санитарно-химических характеристик лущеного шпона по содержанию формальдегида и метанола при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы и снижение выделения удельных выбросов формальдегида и метанола в окружающую среду в процессе сушки шпона в паровой и газовой сушилках при производстве фанеры.
Решение поставленной задачи обеспечивается
тем, что предлагается новый способ  гидротермической обработки заготовок древесины берёзы при температуре 40-45°С в течение 4 ч для получения шпона с пониженным содержанием формальдегида, метанола и снижении удельных выбросов формальдегида и метанола в окружающую среду при сушке шпона в паровой и газовой сушилках, изготовление шпона на лущильных станках, нанесение на листы высушенного шпона полимерного связующего   ̶  карбамидо- или фенолоформальдегидную смолы, формирование пакета, его подпрессовывание и горячее прессование.
Санитарно-химические характеристики при различных режимах гидротермической обработки заготовок древесины берёзы для получения лущёного шпона, высушенного шпона в паровой и газовой сушилках и фанеры, содержание формальдегида и метанола определяли  в соответствии с СТП методом газовой хроматографии [4].
Изобретение поясняется следующими примерами:
Пример 1
(контроль). Заготовку древесины березы диаметром 25 см (гидротермическая обработка не проводилась) подвергают лущению на лущильных станках с получением шпона заданной толщины – 1,55 мм.
Пример 2.
Заготовку древесины березы диаметром 25 см подвергают гидротермической обработке при температуре воды 40-45°С (мягкий режим) в течение 4 ч в теплый период года (температура воздуха 15-25°С) с последующим лущением на станках и получением шпона толщиной 1,55 мм.
Пример 3.
Заготовку древесины березы диаметром 25 см подвергают гидротермической обработке при температуре воды 40-45°С в течение 12 ч в теплый период года (температура воздуха 15-25°С) с последующим лущением на лущильных станках и получением шпона толщиной – 1,55 мм.
Пример 4.
Заготовка древесины березы диаметром 25 см подвергают гидротермической обработке  при  температуре воды 40-45°С в течение 48 ч в теплый период года (температура воздуха 15-25°С) с последующим лущением на лущильных станках и получением шпона толщиной – 1,55 мм.
В табл. 1 приведены санитарно-химические характеристики шпона березы, полученного по  режимам  гидротермической обработки заготовок древесины берёзы по примерам 1-4.
2
Таблица 1. Санитарно-химические характеристики шпона толщиной 1,55 мм при различных режимах гидротермической обработки заготовок древесины берёзы методом газовой хроматографии, мг/100 г и мг/м
Примеры
Режим гидротермической обработки заготовок древесины берёзы
Концентрация в шпоне, мг/100 г
Концентрация в шпоне, мг/м<sup>2</sup>
Формаль-дегид
Метанол
Формаль-дегид
Метанол
1 (кон-троль)
Гидротермическую обработку древесины  не проводили
0,45
0,65
4,5
6,5
2
Гидротермическая обработка древесины при температуре 40-45°С в течение 4 ч
0,85
0,98
8,5
9,8
3
Гидротермическая обработка древесины при температуре 40-45°С в течение 12 ч
1,73
2,43
17,3
24,3
4
Гидротермическая обработка древесины при температуре 40-45°С в течение 48 ч
2,11
3,48
21,1
34,8
Из табл. 1 следует, что режим  гидротермической  обработки древесины березы по примеру 2 является оптимальным и содержание формальдегида больше в 2 раза и метанола в 1,5 раз по сравнению с древесиной берёзы не подвергнутой гидротермической обработке по примеру 1. Шпон на лущильных станках по примеру 2 не рвется и равномерен по толщине. Режимы гидротермической обработки древесины березы по примеру 3 и 4 приводят к увеличению содержания в шпоне берёзы формальдегида в 2 и 2, 5раза и метанола 2,5 и 3,6 раза по сравнению с гидротермическим режимом обработки древесины берёзы по примеру 2 при температуре 40-45°С в течение 4 ч. Шпон на лущильных станках по примерам 3 и 4 не рвется и равномерен по толщине.
Пример 5.
3
Удельные выбросы формальдегида и метанола при производстве 20000 м в год шпона берёзы при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы по примерам 1-4 (табл. 2).
3
Таблица 2. Удельные выбросы формальдегида и метанола при производстве 20000 м в год шпона березы толщиной 1,55 мм при различных режимах гидротермической обработки древесины берёзы методом газовой хроматографии, кг
При-меры
Режим гидротермической обработкизаготовок древесины берёзы
Удельные выбросы органических веществ в сушилках при производстве шпона берёзы объёмом 20000 м<sup>3 </sup>в год, кг
Формальдегид
Метанол
1 (кон-троль)
Гидротермическую обработку древесины не проводили
58
84
2
Гидротермическая обработка древесины при температуре 40-45°С  в течение 4 ч
110
127
3
Гидротермическая обработка древесины температуре при 40-45°С в течение 12 ч
223
314
4
Гидротермическая обработка древесины при температуре 40-45°С в течение 48 ч
273
449
Из табл. 1 следует, что увеличение времени гидротермической обработки заготовок древесины берёзы по примерам 3 и 4  ̶  до 12 и 48 ч приводит к увеличению удельных выбросов в окружающую среду формальдегида в 2 и 2,5 раза  и, соответственно,  метанола 2,5 и 3,6 раза при сушке шпона в паровой и газовой сушилках  по сравнению с исходной заготовкой древесины березы до гидротермической обработки по примеру 1.
Примеры 6, 7.  С
анитарно-химические характеристики шпона берёзы  при гидротермической обработке древесины березы по примеру 2  ̶  при температуре 40-45°С в течение 4 ч, высушенный в паровой сушилке при температуре 140-145°С в течение 20 минут и газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут на технологической линии по производству фанеры (табл. 3).
Таблица 3. Санитарно-химические характеристики шпона при  гидротермической обработке заготовок древесины берёзы при температуре 40-45°С в течение 4 ч, высушенный в паровой  и газовой сушилках, методом газовой хроматографии, мг/100 г
При-меры
Режим гидротермической   обработки заготовок древесины берёзы
Концентрация, мг/100 г
Формальдегид
Метанол
2 (кон-троль)
Шпон берёзы получен при гидротермической обработке древесины берёзы при температуре  40-45°С в течение 4 ч
0,85
0,98
6
Шпон берёзы, получен по примеру 2, высушен в газовой сушилке СРГ-25М при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут
0,50
0,31
7
Шпон берёзы, получен по примеру 2,  высушен в паровой  сушилке СУР-4 при температуре 140-145°С в течение 20 минут
0,33
0,55
Из табл. 3 следует, что шпон березы, полученный по примерам 6 и 7, высушенный в паровой и газовой сушилках, содержит формальдегида меньше в 1,7-2,6 раза и метанола в 1,8-3,2 раза по сравнению с шпоном березы, полученным при гидротермической обработки заготовок древесины берёзы по примеру 2 при температуре  40-45°С в течение 4 ч.
Из табл. 3 также следует, что шпон берёзы, высушенный в газовой сушилке, содержит формальдегида в 1,5 раза больше и метанола в 1,8 раза меньше по сравнению со шпоном, высушенным в паровой сушилке.
В шпоне березы, высушенном в газовой сушилке, повышенное содержание формальдегида связано с тем, что при горении природного газа образуется формальдегид, который сорбируется шпоном, а пониженное содержание метанола связано с более жестким режимом сушки шпона в газовой сушилке.
Примеры 8, 9.  С
анитарно-химические характеристики шпона берёзы при гидротермической обработке древесины березы по примеру 3  ̶  при температуре 40-45°С в течение 12 ч, высушенный в паровой сушилке при температуре 140-145°С в течение 20 минут и газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут по примерам 8 и 9  на технологической линии по производству фанеры (табл. 4).
Примеры 10-12.
Изготовление фанеры проводили по технологическому регламенту завода и включали гидротермическую обработку заготовок древесины берёзы по примеру 3  ̶  при температуре 40-45°С в течение 12 ч, изготовление шпона толщиной 1,55 мм на лущильных станках, сушку шпона в паровой  сушилке при температуре 140-145°С в течение 20 минут и газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут, нанесение на шпон карбамидо- или фенолоформальдегидной смолы для склеивания,  формирование пакета и его прессование.
В табл. 4 приведены санитарно-химические характеристики фанеры на основе карбамидо- и фенолоформальдегидной смол из шпона берёзы  при гидротермической обработке древесины березы по примеру 3  ̶  при температуре 40-45°С в течение 12 ч, высушенный в паровой сушилке при температуре 140-145°С в течение 20 минут и газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут на технологической линии по производству фанеры.
Таблица 4. Санитарно-химические характеристики шпона при  гидротермической обработке заготовок древесины берёзы при температуре 40-45°С в течение 12 ч, высушенный в паровой и газовой сушилках, и фанеры ФК на основе карбамидоформальдегидной смолы КФМТ-15 и фанеры ФБС на основе фенолоформальдегидной смолы методом газовой хроматографии, мг/100 г
При-меры
Режим гидротермической обработкизаготовок древесины берёзы
Концентрация, мг/100 г
Формаль-дегид
Метанол
Фенол
*формаль-дегид
3(кон-троль)
Шпон берёзы получен при гидротермической   обработке древесины берёзы при температуре  40-45°С в течение 12 ч
1,73
2,43
-
-
8
Шпон берёзы получен по примеру 3, высушен в газовой сушилке СРГ-25М при температуре 200-230°С и выходе  100°С в течение 7 минут
1,08
0,72
-
-
9
Шпон берёзы, получен по примеру 3, высушен в паровой  сушилке СУР-4 при температуре 140-145°С в течение 20 минут
0,86
1,18
-
-
10
Фанера ФК толщиной 9 мм из шпона берёзы,  высушенный в газовой сушилке СРГ-25М
1,15
7,93
-
6,0-8,5
11
Фанера ФК толщиной 18 мм из шпона берёзы, высушенный в газовой сушилке СРГ-25М
1,95
16,1
-
7,0-9,5
12
Фанера ФБС толщиной  12 мм из шпона берёзы,   высушенный в газовой сушилке СРГ-25М
1,25
0,66
1,34
-
Примечание. *Определяли содержание формальдегида спектрофотометрическим методом с ацетилацетоном по ГОСТ  27678-2014 [6].
Из табл. 4 следует, что шпон березы, полученный по примерам 8 и 9, высушенный в паровой и газовой сушилках, содержит формальдегида меньше в 1,6-2,0 раза и метанола в 2-3,4 раза по сравнению с шпоном березы, полученным при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы по примеру 3.
Из табл. 4 следует, что при увеличении времени гидротермической обработки заготовок древесины берёзы до 12 ч по примерам 8 и 9 приводит к увеличению содержания в шпоне березы формальдегида в 2 раза и метанола в 2,6 раза по сравнению с шпоном березы, полученным при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы по примеру 2.
1
Анализ результатов табл. 4 показывает, что при определении методом газовой хроматографии, в фанере на основе карбамидоформальдегидной смолы содержится метанола в 7-8 раз больше по сравнению с формальдегидом. Содержание формальдегида в фанере, определённое методом газовой хроматографии, ниже в 3,6-7,4 раза по сравнению с спектрофотометрическим методом с ацетилацетоном по ГОСТ 27678-2014 [6]. При определении с ацетилацетоном формальдегида в фанере определяется сумма органических веществ, которую ошибочно принимают за формальдегид.  Фанера толщиной 9 и 18 по содержанию формальдегида соответствует классу Епо ГОСТ 3916.1-2018[8].
В фанере ФК толщиной 9 мм и шпоне, высушенном в газовой сушилке, соответственно,  содержится формальдегида 1,15 и 1,08 мг/100 г.  В фанере ФК толщиной 18 мм  содержится формальдегида в 1,7 раза больше по сравнению с фанерой ФК толщиной 9 мм.
В фанере ФК толщиной 9 и 18 мм содержится метанола  7,93 и 16,1 мг/100 г и связано это с высоким содержанием метанола в карбамидоформальдегидной смоле КФМТ-15.
В фанере ФБС толщиной 12 мм основе фенолоформальдегидной смолы содержится  формальдегида  в 2 раза больше по сравнению с метанолом и фенола в 2 раза  больше по сравнению с метанолом
Пример 13.  С
анитарно-химические характеристики шпона берёзы  при гидротермической обработке древесины березы по примеру 4  ̶  при температуре 40-45°С в течение 48 ч, высушенном в газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут на технологической линии по производству фанеры (табл. 5).
Таблица 5. Санитарно-химические характеристики шпона березы при  гидротермической обработке заготовок древесины берёзы при температуре 40-45°С в течение 48 ч, высушенный в газовой сушилке,  методом газовой хроматографии, мг/100 г
Примеры
Режим гидротермической обработкизаготовок древесины берёзы
Концентрация, мг/100 г массы
Формальдегид
Метанол
4 (контроль)
Шпон берёзы получен при гидротермической   обработке древесины берёзы при температуре  40-45°С в течение 48 ч
2,11
3,48
13
Шпон берёзы получен по примеру 4, высушен в газовой сушилке СРГ-25М при температуре 200-230°С и выходе  100°С в течение 7 минут
1,58
1,65
Из табл. 5 следует, что шпон березы, полученный по примеру 13, высушенный в газовой сушилке, содержит меньше формальдегида в 1,3 раза и метанола в 2,1 раза по сравнению с шпоном березы, полученным при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы по примеру 4.
Из табл. 5 также следует, что при увеличении времени гидротермической обработки заготовок древесины берёзы до 48 ч приводит к увеличению содержания в шпоне березы формальдегида в 2 раза и метанола в 2,6 раза по сравнению с шпоном березы, полученным при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы по примеру 2 при температуре 40-45°С в течение 4 ч.
Таким образом, изобретение позволяет производить фанеру с пониженным содержанием формальдегида и метанола и снижать удельные выбросы этих веществ в окружающую среду в процессе производства шпона на технологической линии по производству фанеры.
Выявленные закономерности в заявляемом техническом решении распространяются не только на производство фанеры, но и другие древесные композиционные материалы, таких как ДСП, отделанные шпоном ценных пород древесины, используемых для внутренней жилых и общественных помещений.
2
Использование метода газовой хроматографии [4] для определения санитарно-химических характеристик (мг/100 г, мг/м) древесины берёзы, шпона после лущения, шпона высушенного в сушилках и фанеры на основе карбамидо- и фенолоформальдегидных смол позволяет разрабатывать и  производить  древесные композиционные материалы  с пониженным содержанием вредных летучих химических веществ – формальдегида, аммимака, метанола, метилаля, фенола и других органических соединений.
Источники информации:
1. Патент RU 2144856. МПК B 27 D 1/04. Бюл. 2000. № 3. Способ изготовления огнезащищённой фанеры // Бирюков В.Г., Новичков В.Ф., Сибримов Н.И., Неклюдов А.Д., Мишков С.Н., Карпо Б.С., Балакин М.И., Соболев А.В.
2. Патент RU 2057638. МПК В 27 D 1/04. Бюл. 1996. № 10. С. 166. Способ производства древесных композиционных материалов  // Хабаров В.Б., Бирюков В.Г., Львов А.И., Садкеева М.Н., Юрин В.М.
3. Методические указания по санитарно-гигиеническому контролю полимерных строительных материалов, предназначенных для применения в жилых и общественных зданий. Издание 3-е, дополненное, Минздрав СССР. М.: 1980, с. 51 с.
4. Хабаров В.Б., Панина Л.И., Львов А.И. стандарт предприятия (СТП) 01-94 НИОКО «Биоэкомониторинг».  Унифицированная методика санитарно-химической оценки полимерных и композиционных материалов на основе карбамидо-, меламино- и фенолоформальдегидных смол методом газовой хроматографии. М., 1994. - 59 с. - Введ. 01.06.95.
5. Хабаров В.Б. Применение газовой хроматографии при контроле санитарно-химических характеристик древесины сосны, берёзы и фанеры из шпона берёзы // Деревообрабатывающая промышленность. 2009. № 1. С. 14-18.
6. EN 120:1994. Панели на основе древесины. Определение концентраций формальдегида. Экстракционный метод, называемый перфораторным.
7. ГОСТ 27678-2014. МГС. Плиты древесностружечные и фанера. Перфораторный метод определения содержания формальдегида. М.: Стандартинформ.  2015. 11 с. – Введ. 01.01.2016.
8. ГОСТ 3916.1-2018. МГС. Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород. Технические условия. М.: Стандартинформ.  2019. 19 с. – Введ. 06.12.2019.