СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛЕЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЛЕЕНОГО ДЕРЕВЯННОГО БРУСА
METHOD OF PRODUCTION OF ADHESIVE FOR PRODUCTION OF LAMINATED TIMBER BEAM

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при изготовлении аминоформальдегидных олигомеров, используемых для получения клееного деревянного бруса.
Наиболее близким технологическим решением является способ изготовления клеевого аминоформальдегидного олигомера, включающий в себя следующие этапы: в реактор загружают формалин и постепенным добавлением небольших количеств едкого натра доводят pH формалина до 6,8-7,5. Далее загружают карбамид. Реакционную смесь нагревают до 90-92°C в течение 30-40 мин. При температуре 90-92°C и pH 6,5-7,2 смесь выдерживают в течение 30 минут. По окончании выдержки добавляют хлористый аммоний, устанавливая pH смеси в пределах 4,9-5,1. При температуре 90-92°C и pH, равном 4,9-5,1, реакционную смесь выдерживают в течение 30 минут. По окончании выдержки, добавляя раствор едкого натра, устанавливают pH смеси в пределах 9,8-10,2 и загружают буру и меламин. Реакционную смесь разогревают до 90°C и определяют величину pH, которая должна быть в пределах 9,3-9,7. Конденсацию при температуре 90-95°C и pH, равном 9,3-9,7, продолжают в течение 30 минут. Далее реакционную смесь охлаждают до 70-73°C и сушат в вакууме до коэффициента рефракции 1,500-1,505 для получения смолы 70%-ной концентрации. Далее смолу охлаждают и проверяют величину pH (См. В.П. Кондратьев, Ю.Г. Доронин. Водостойкие клеи в деревообработке. - М.: Лесная промышленность, 1988. - 119-120 с.).
Недостатками известного решения является усложнение технологического процесса из-за проведения синтеза в две стадии и использования вакуум-сушки, а также значительный расход меламина.
Задача, решаемая заявленным изобретением, заключается в снижении расхода меламина и упрощении технологического процесса, при исключении реакции Канниццаро, исключении образования метилового спирта, который препятствует получению смол с более высокомолекулярным весом, снижении содержания свободного формальдегида, улучшении прочности клеевого соединения.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе изготовления клееного деревянного бруса, включающем загрузку формальдегидосодержащего компонента, модификатора, меламина, карбамида, нагрев реакционной смеси, выдержку, добавление хлористого аммония до pH смеси 4,9-5,1, охлаждение, доведение смеси раствором модификатора до pH 9,8-10,2, согласно изобретению сначала загружают формальдегидосодержащий компонент, модификатор, этиленгликоль и меламин, затем осуществляют нагрев реакционной смеси, выдержку, охлаждение, далее загружают карбамид, после чего добавляют хлористый аммоний, охлаждают смесь и доводят раствором модификатора до pH 9,8-10,2, причем в качестве формальдегидосодержащего компонента используют карбамидоформальдегидный концентрат, а в качестве модификатора - соль полифункциональной органической кислоты.
Техническая сущность заявленного изобретения заключается в том, что при синтезе аминоформальдегидных клеевых олигомеров для нейтрализации формалина используют щелочь, в частности NaOH, однако при этом протекает реакция Канниццаро, заключающаяся в восстановлении одной молекулы формалина с одновременным окислением другой. Эта реакция приводит к изменению начального мольного соотношения формальдегида к меламину и карбамиду, повышению содержания метанола и снижению pH реакционной среды в процессе синтеза. Все это, в конечном счете, приводит к снижению качества водостойкой фанеры. Предварительная обработка карбамидоформальдегидного концентрата катализатором-модификатором на основе соли полифункциональной органической кислоты, получаемым путем смешивания калия, брома и кислоты в оптимальных соотношениях, позволит предотвратить реакцию Канниццаро.
Изобретение осуществляют следующим образом.
Пример 1.
Путем смешивания 9 массовых частей гидроокиси калия, 21 массовой части молочной кислоты получаем катализатор-модификатор на основе калиевой соли молочной кислоты.
Затем в реактор загружают 280 г карбамидоформальдегидного концентрата, 5 мл катализатора-модификатора на основе калиевой соли молочной кислоты до pH 9,0-9,5, 5 мл этиленгликоля, включают мешалку, затем в реактор загружают 100 г меламина. Включают обогрев и нагревают реактор до 90-95°С. Через каждые 5 минут контролируют смешиваемость с водой, при достижении смешиваемости 1:1000 включают охлаждение. При температуре 70-75°С загружают 30 г карбамида, после чего добавляют хлористый аммоний, до pH смеси 4,9-5,1. Затем при достижении смешиваемости олигомера с водой 1:2-1:3 смесь охлаждают до температуры 20-30°С, доводят раствором калиевой соли молочной кислоты до pH 9,8-10,2.
Сравнительные свойства клеевых олигомеров представлены в таблице 1. Результаты испытаний на прочность при скалывании представлены в таблице 2.
Пример 2.
Путем смешивания 15 массовых частей гидроокиси бария, 16 массовых частей винной кислоты получаем катализатор-модификатор на основе бариевой соли винной кислоты.
Затем в реактор загружают 280 г карбамидоформальдегидного концентрата, 5 мл катализатора-модификатора на основе бариевой соли винной кислоты до pH 9,0-9,5, 5 мл этиленгликоля, включают мешалку, затем в реактор загружают 100 г меламина. Включают обогрев и нагревают реактор до 90-95°С. Через каждые 5 минут контролируют смешиваемость с водой, при достижении смешиваемости 1:1000 включают охлаждение. При температуре 70-75°С загружают 30 г карбамида, после чего добавляют хлористый аммоний, до pH смеси 4,9-5,1. Затем при достижении смешиваемости олигомера с водой 1:2-1:3 смесь охлаждают до температуры 20-30°С, доводят раствором бариевой соли винной кислоты до pH 9,8-10,2.
Сравнительные свойства клеевых олигомеров представлены в таблице 1. Результаты испытаний на прочность при скалывании представлены в таблице 2.
Пример 3.
Путем смешивания 13 массовых частей гидроокиси калия, 19 массовых частей лимонной кислоты получаем катализатор-модификатор на основе калиевой соли лимонной кислоты.
Затем в реактор загружают 280 г карбамидоформальдегидного концентрата, 5 мл катализатора-модификатора на основе калиевой соли лимонной кислоты до pH 9,0-9,5, 5 мл этиленгликоля, включают мешалку, затем в реактор загружают 100 г меламина. Включают обогрев и нагревают реактор до 90-95°С. Через каждые 5 минут контролируют смешиваемость с водой, при достижении смешиваемости 1:1000 включают охлаждение. При температуре 70-75°С загружают 30 г карбамида, после чего добавляют хлористый аммоний, до pH смеси 4,9-5,1. Затем при достижении смешиваемости олигомера с водой 1:2-1:3 смесь охлаждают до температуры 20-30°С, доводят раствором калиевой соли лимонной кислоты до pH 9,8-10,2.
Сравнительные свойства клеевых олигомеров представлены в таблице 1. Результаты испытаний на прочность при скалывании представлены в таблице 2.
Пример 4.
Путем смешивания 10 массовых частей гидроокиси бария, 16 массовых частей яблочной кислоты получаем катализатор-модификатор на основе бариевой соли яблочной кислоты.
Затем в реактор загружают 280 г карбамидоформальдегидного концентрата, 5 мл катализатора-модификатора на основе бариевой соли яблочной кислоты до pH 9,0-9,5, 5 мл этиленгликоля, включают мешалку, затем в реактор загружают 100 г меламина. Включают обогрев и нагревают реактор до 90-95°С. Через каждые 5 минут контролируют смешиваемость с водой, при достижении смешиваемости 1:1000 включают охлаждение. При температуре 70-75°С загружают 30 г карбамида, после чего добавляют хлористый аммоний, до pH смеси 4,9-5,1. Затем при достижении смешиваемости олигомера с водой 1:2-1:3 смесь охлаждают до температуры 20-30°С, доводят раствором бариевой соли яблочной кислоты до pH 9,8-10,2.
Сравнительные свойства клеевых олигомеров представлены в таблице 1. Результаты испытаний на прочность при скалывании представлены в таблице 2.
Пример 5.
Путем смешивания 13 массовых частей гидроокиси калия, 19 массовых частей кислоты получаем катализатор-модификатор на основе калиевой соли яблочной кислоты.
Затем в реактор загружают 280 г карбамидоформальдегидного концентрата, 5 мл катализатора-модификатора на основе калиевой соли яблочной кислоты до pH 9,0-9,5, 5 мл этиленгликоля, включают мешалку, затем в реактор загружают 100 г меламина. Включают обогрев и нагревают реактор до 90-95°С. Через каждые 5 минут контролируют смешиваемость с водой, при достижении смешиваемости 1:1000 включают охлаждение. При температуре 70-75°С загружают 30 г карбамида, после чего добавляют хлористый аммоний, до pH смеси 4,9-5,1. Затем при достижении смешиваемости олигомера с водой 1:2-1:3 смесь охлаждают до температуры 20-30°С, доводят раствором калиевой соли яблочной кислоты до pH 9,8-10,2.
Сравнительные свойства клеевых олигомеров представлены в таблице 1. Результаты испытаний на прочность при скалывании представлены в таблице 2.
Таким образом, изобретение позволяет уменьшить расход меламина, при низком содержании свободного формальдегида и высокой скорости отверждения, позволяет получать высокие показатели прочности клеевого соединения.
Таблица 1
Сравнительные свойства клеевых олигомеров
Смола
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Пример 5
Ближайший аналог
Показатели
Вязкость условная по ВЗ - 4 при 20°C, с
125
130
155
130
155
175
Водородный показатель, ед. pH
9,5
9,5
9,5
9,5
9,5
9,3
Содержание свободного формальдегида, %
0,2
0,15
0,1
0,15
0,1
0,46
Показатель преломления
1,483
1,485
1,486
1,485
1,486
1,500
Смешиваемость смолы с водой, мл/мл
1:2
1:2
1:2
1:2
1:2
1:1,45
Время желатинизации при 20°C, ч
22
23
24
23
24
42
Расход меламина, кг/тонну
200
250
300
250
300
400
Таблица 2
Результаты испытаний образцов на прочность при скалывании
Смола
Испытания по стандарту EN 314-1
Испытания по ГОСТ 9624
6 ч кипячения в воде, 1 ч в холодной воде
4 ч кипячения в воде, 16 ч сушки при 60°С, 4 ч кипячения в воде, 1 ч в холодной воде
1 ч кипячения в воде
после вымачивания в воде в течение 24 ч
Прочность при скалывании, МПа
Пример 1
2,21
2,66
2,95
3,27
Пример 2
4,66
4,91
5,05
5,21
Пример 3
5,52
5,66
5,81
5,98
Пример 4
4,65
4,89
5,04
5,20
Пример 5
5,52
5,64
5,80
5,98
Ближайший аналог
2,15
2,49
2,81
3,09