Универсальные связующие для древесных материалов

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 674.815

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СВЯЗУЮЩИЕ ДЛЯ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Руководитель: Мачнева Ольга Павловна, кандидат технических наук, доцент; Валеева Азалия Талгатовна, студент, Мансурова Римма Айратовна, студент, Сараева Акьюндуз Ильясовна, студент, Ярмухаметова Илюза Ильдаровна, студент, МФ Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Мытищи, РФ

В статье рассматривается применение карбамидоформальдегидных смол, модифицированных смесью низкомолекулярньж полиоксиметиленгликолей (параформальдегида) при получении различных древесных материалов.

Ключевые слова: карбамидоформальдегидные смолы (КФС); древесностружечные плиты (ДСтП); клееный деревянный брус; фанера общего назначения; физико-механические показатели.

UNIVERSAL BINDERS FOR WOOD MATERIALS

Supervisor: Machneva Ol'ga Pavlovna, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor,

Valeeva Azaliya Talgatovna, student, Mansurova Rimma Ajratovna, student, Saraeva Ak'yunduz Il'yasovna, student, Yarmuhametova Ilyuza Il'darovna, student, BMSTU, Mytishchi, Russia

The article discusses the use of urea-formaldehyde resins modified with a mixture of low molecular weight polyoxyethyleneglycol (paraformaldehyde), the production of various wood materials. Key words: urea-formaldehyde resins; woodchip board; glued wooden beam; general-purpose plywood; physical and mechanical properties.

Для цитирования: Универсальные связующие для древесных материалов / О. П. Мачнева, А. Т. Валеева, Р. А. Мансурова, А. И. Сараева, И. И. Ярмухаметова // Наука без границ. 2019. № 1(29). С. 10-15.

Тема универсальности связующего является очень важной. Универсальность связующих заключается в том, что они могут быть использованы при изготовлении различных видов древесных композиционных материалов.

Ранее были получены модифицированные карбамидоформальдегидные смолы с применением в качестве модифицирующей добавки смесей низкомолекулярных полиоксиметиленгликолей, именуемых общим термином «параформальдегид» [1, 2, 3].

Как показывают многочисленные исследования [4, 5, 6, 7], параформальдегид, несмотря на свои специфические химические свойства и строение, способен в полной мере оказывать модифицирующий эффект карбамидных связующих.

Параформальдегид при модифицировании карбамидных смол применялся в своем естественном состоянии (порошок белого цвета с резко выраженным запахом формальдегида) и в растворенном виде.

Известно, что параформальдегид крайне трудно поддается какому-либо растворению. Однако были получены специальные составы на основе солей сильных кислот, способные растворять парафор-мальдегид и обеспечивающие возможность применения полученных растворов при синтезе карбамидных смол.

Полученные модифицированные смолы в сочетании с различными доступными от-вердителями позволяли их использование в качестве связующих при изготовлении древесностружечных плит.

Но развитие деревообрабатывающей промышленности не ограничивается получением только древесностружечных плит, выпускается большое разнообразие и других древесных композиционных материалов, для изготовления которых необходимы низкотоксичные карбамидо-формальдегидные смолы, обладающие высокими физико-химическими показате-

лями.

К таким материалам относятся древесноволокнистые плиты, древесно-слоистые пластики, фанерная продукция, изделия из ДПК (древесно-полимерных композиций), клееный деревянный брус и другие материалы.

Также модифицированные связующие могут с успехом применяться при изготовлении декоративного бумажно-слоистого пластика, бумажно-смоляных пленок, предназначенных для отделки плитных материалов методом горячего ламинирования [8, 9, 10].

Также необходимо отметить, что смесь сильных полифункциональных кислот, способная растворять параформальдегид, успешно зарекомендовала себя как модификатор карбамидоформальдегидных клеевых и пропиточных смол [11].

В данной работе для проведения исследований были выбраны карбамидные смолы, модифицированные порошковым и растворенным параформальдегидом, физико-химические свойства которых представлены в табл. 1. Общее мольное соотношение карбамида (К) и формальдегида (Ф) у этих смол равно 1 : 1,4. Такое мольное соотношение не является низким, обычно карбамидные смолы с таким соотношением показывают повышенную токсичность, но исследуемые смолы такого недостатка не имеют.

Данные табл. 1 показывают, что при одном и том же мольном соотношении карбамида и формальдегида свойства модифицированных смол имеют некоторые отличия, а по показателю преломления (рефракции), рН, содержанию свободного формальдегида (уровню токсичности) являются сопоставимыми.

Как уже было отмечено, полученные смолы обеспечивают получение древесностружечных плит, обладающих высокими физико-механическими показателями. Эти данные представлены в табл. 2.

Таблица 1

Физико-химические свойства модифицированных карбамидных смол

Наименование показателей КФС при К : Ф=1 : 1,4

Порошковый модификатор Растворенный модификатор

1 2 3

Показатель преломления 1,462 1,466

Вязкость по ВЗ - 4, с 58 96

рН 7,78 7,54

Время желатинизации при 100 оС, с 51 75

Концентрация, % 61,7 68

Содержание свободного формальдегида, % 0,10 0,11

Таблица 2

Свойства древесностружечных плит на основе модифицированных карбамидных смол

при К : Ф = 1 : 1,4

Наименование показателей Численные значения показателей

Порошковый модификатор Растворенный модификатор

1 3 4

Предел прочности при изгибе, МПа 22-27 20-25

Предел прочности при разрыве перпендикулярно к пла-сти плиты, МПа 0,6-0,8 0,5-0,7

Разбухание по толщине, % 18-20

Эмиссия формальдегида, мг/100 г а. с. п. 7,0-7,5 5,0-6,5

Анализ таблицы показывает; что полученные древесностружечные плиты обладают высокими физико-механическими свойствами, как при изгибе, так и при разрыве, вполне невысоким разбуханием по толщине и классом эмиссии формальдегида Е1 (менее 8 мг/100 г абсолютно сухой плиты).

Полученные результаты испытаний позволяют заключить, что предлагаемые способы модифицирования карбамидофор-мальдегидных смол дают возможность получить высококачественные древесные материалы, на начальном этапе были по-

лучены древесностружечные плиты. Но, исходя из этого, было решено разработать технологии получения и других древесных материалов, таких как фанера и клееный деревянный брус, предполагая, что модифицированные карбамидные смолы обеспечат такую возможность.

С применением модифицированных смол была получена водостойкая фанера общего назначения марки ФК (на карбамидном связующем), предназначенная для внутреннего использования.

Слойность фанеры равна трем,

толщина 4 мм, шпон - береза. неры определялись согласно действую-Физико-механические показатели фа- щему стандарту, представлены в табл. 3.

Таблица 3

Свойства фанеры на основе модифицированных карбамидных смол при К : Ф = 1 : 1,4

Наименование показателей Численные значения показателей

Порошковый модификатор Растворенный модификатор

1 3 4

Предел прочности при статическом изгибе вдоль волокон наружных слоев, МПа, не менее 28 26

Предел прочности при растяжении вдоль волокон, МПа, не менее 33 30

Предел прочности при скалывании по клеевому слою после вымачивания в холодной воде в течение 24 ч., МПа 1,3 1,2

Влажность, % 8

Эмиссия формальдегида, мг/100 г а. с. п. 7,2 6,8

Приведенные в табл. 3 данные свидетельствуют о перспективности применения для производства водостойкой фанеры общего назначения в качестве связующего предлагаемых модифицированных карбамидных смол. Физико-механические показатели испытуемой фанеры достаточно высоки, а токсичность при этом соответствует классу Е1.

Проведенные исследования по получению ДСтП и фанеры ФК на модифицированном связующем позволяют сделать вывод, что с применением этого связующего может быть получен обладающий высоким качеством клееный деревян-

Свойства склеенных образцов древес!

карбамидных смо

ный брус. Для проведения данного эксперимента были подготовлены образцы древесины бука, которые склеивались между собой, эмитируя склеивание древесины при изготовлении клееного бруса.

При проведении эксперимента было применено холодное склеивание образцов, а после необходимой выдержки были проведены физико-механические испытания склеенных образцов на прочность при скалывании после кипячения в течение 2 часов и выдержки в холодной воде в течение 24 часов. Полученные данные представлены в табл. 4.

Таблица 4

ы бука на основе модифицированных при К : Ф = 1 : 1,4

Наименование показателей Численные значения показателей

Порошковый модификатор Растворенный модификатор

1 3 4

Предел прочности при скалывании после вымачивания в холодной воде в течение 24 ч., МПа 3,80 3,44

Предел прочности при скалывании после кипячения в течение 2 ч., МПа 3,64 3,27

Представленные в табл. 4 данные позволяют рекомендовать модифицированные смолы в качестве основы связующего для получения клееного бруса. Анализируя все проведенные исследования можно сделать вывод об универсальности связующих на

основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных параформальдеги-дом, то есть разработанные связующие могут быть применены для изготовления различных древесных композиционных материалов.

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 пара-форма при синтезе карбамидоформальдегидных олигомеров // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. 2007. № 6 (55). С. 106-113.

4. Мачнева О. П. Модифицированные карбамидоформальдегидные смолы при изготовлении древесностружечных плит // Наука без границ. 2018. № 8(25). С. 15-18.

5. Мачнева О. П. Растворенный параформальдегид при синтезе карбамидных смол // Наука без границ. 2018. № 9(26). С. 14-18.

6. Мачнева О. П. Влияния различных отвердителей на свойства древесностружечных плит // Наука без границ. 2018. № 10 (27). С. 57-61.

7. Мачнева О.П. Низкотоксичные карбамидные смолы для древесных материалов // Наука без границ. 2018. № 11 (28). С. 30-35.

8. 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.

9. Цветков В. Е., Пасько А. С., Тесовский А. А., Мачнева О. П., Семочкин Ю. А. Особенности изготовления декоративных бумажно-слоистых пластиков на основе меламиноформаль-дегидных смол // Строительные материалы. 2016. № 7. С. 71-73.

10. 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.

11. 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.

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]. VestnikMGUL -Lesnoi vestnik, 2007, no. 6(55), pp. 106-113.

4. 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.

5. 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.

6. Machneva O. P. Vliyaniya razlichnyh otverditelei na svoistva drevesnostruzhechnyh plit [Effects of various hardeners on the properties of particle boards]. Nauka bez granic., 2018, no. 10 (27), pp. 5761.

7. Machneva O. P. Nizkotoksichnye karbamidnye smoly dlya drevesnyh materialov [Low toxic urea resins for wood-based materials]. Nauka bez granic, 2018, no. 11 (28), pp. 30-35.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

Материал поступил в редакцию 02.12.2018 © Мачнева О. П., Валеева А. Т., Мансурова Р. А., Сараева А. И.,

Ярмухаметова И. И., 2019