Исследование модификации фенолформальдегидного олигомера поливинилацетатной дисперсией применительно к производству костроплит

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ми в состав древесины. С помощью данных ИК-спектроскопии и элементного анализа предложена схема взаимодействия между ДМФ и ПМСН; целлюлозы, модифицированной ДМФ и ПМСН.

Библиографический список

1. Мельникова, И.Н. Гидрофобизация древесины при совместном действии фосфор- и кремнийорганических соединений / И.Н. Мельникова, В.И. Сидоров, Е.Н. Покровская и др. // Химическая технология, свойства и применение пластмасс: Межвузовский сб. науч. тр. - Л., 1989. - С. 45-47.

2. Покровская, Е.Н. Долговечность защитного действия составов для древесины на основе элементоорганических соединений / Е.Н. Покровская, И.В. Котенева, Ю.К. Нагановский // Строительные материалы. - 2004. - № 5. - С. 52-54.

3. Покровская, Е.Н. Исследование кинетических параметров реакций гидрофобизации древесины / Е.Н. Покровская, И.В. Котенева // Вестник МГСУ - 2007. - № 1. - С. 170-173.

4. Маковский, Ю.Л. Огнезащита древесных материалов эфирами фосфористой кислоты: дисс. ... канд. техн. наук / Ю.Л. Маковский. - М., 1992.

5. Методы количественного органического элементного микроанализа / Н.Э. Гельман, Е.А. Терентьева, Т.М. Шанина и др. - М.: Химия, 1987. -296 с.

6. Котенева, И.В. Повышение биостойкости и гидро-фобности древесины путем поверхностного модифицирования фосфор- и кремнийорганическими соединениями: дисс. ... канд. техн. наук / И.В. Котенева. - М., 2004. - 142 с.

7. Купцов, А.Х. Фурье-спектры комбинационного рассеяния и инфракрасного поглощения полимеров: справочник / А.Х. Купцов, Г.Н. Жижин. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 656 с.

ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИКАЦИИ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНОГО ОЛИГОМЕРА ПОЛИВИНИЛАЦЕТАТНОЙ ДИСПЕРСИЕЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПРОИЗВОДСТВУ КОСТРОПЛИТ

С.А. УГРЮМОВ, доц. каф. механической технологии древесины КГТУ, канд. техн. наук, В.Е. ЦВЕТКОВ, проф. каф. технологии производства древесных плит и пластиков, МГУЛ, д-р техн. наук

Костра льна является эффективным наполнителем композиционных материалов. Однако клееные материалы, изготовленные на ее основе по традиционной технологии, имеют недостаточные физико-механические характеристики вследствие неравномерного распределения относительно небольшого количества связующего по поверхности частиц костры, обладающих большой удельной поверхностью.

Повысить качественные показатели клееных материалов, произведенных с применением костры, можно путем модифицирования клеевых композиций, которые обеспечивали бы полное и равномерное смачивание частиц наполнителя.

Явление смачивания связано с соотношением поверхностных энергий адгезива и субстрата. Согласно основным положениям теории адгезии и смачивания [1], для достижения хорошего смачивания и хорошей адгезии необходимо, чтобы поверхностное натяжение субстрата было больше поверхностного натяжения адгезива (g , > g v

4 субстрат адгезив)

Поверхностное натяжение фенолформальдегидных олигомеров, применяемых в производстве плитных материалов повышенной водостойкости, составляет порядка 60 МДж/м2 [2]. Поверхностное натяжение костры, определенное нами по соотношению краевых углов смачивания и поверхностного натяжения различных адгезивов, составляет порядка 45 МДж/м2. Следовательно, для улучшения смачивающей способности фенолформальдегидного связующего необходимо уменьшить величину его поверхностного натяжения. Этого можно достичь путем совмещения исходного олигомера с веществами, способствующими снижению вязкости и поверхностного натяжения получаемой композиции.

В данном исследовании рассмотрен вопрос повышения смачивающей способности фенолформальдегидного олигомера СФЖ-3014 путем модификации его поливинилацетатной дисперсией. В состав дисперсии ПВА входит эмульгатор - поливиниловый спирт и пластификатор - дибутилфталат. Эти вещес-

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 4/2008

107

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

тва действуют как поверхностно-активные и способствуют снижению поверхностного натяжения модифицированного клеевого состава, приближая его к поверхностному натяжению костры

В табл. 1 представлены величины поверхностного натяжения и вязкости исследованных композиций.

Результаты экспериментов показали, что введение в клеевой состав дисперсии ПВА способствует снижению его поверхностного натяжения, при этом несколько уменьшается и вязкость, что положительно сказывается на качестве осмоления костры льна. Модифициро-

ванные композиции использовались для оценки краевого угла смачивания некоторых субстратов (березы, сосны, костры льна) с использованием микроскопа МБС-10. Сводные результаты определения косинусов и краевых углов смачивания представлены в табл. 2. На рис. 1 представлено влияние количества модификатора на краевой угол смачивания субстратов.

Оценка смачивающей способности модифицированных олигомеров проведена на основе графического исследования взаимосвязи поверхностного натяжения адгезива и косинусов краевого угла смачивания ими поверхности различных субстратов (рис. 2).

Т а б л и ц а 1

Характеристика исследуемых адгезивов

Исследуемый адгезив Вязкость по ВЗ-4, с Поверхностное натяжение, с, МДж/м2

Смола СФЖ-3014 63 73,2

Смола СФЖ-3014+ 10 % ПВА 60 58,7

Смола СФЖ-3014+ 20 % ПВА 58 55,6

Смола СФЖ-3014+ 30 % ПВА 57 53,3

ПВА 46 48,6

Т а б л и ц а 2

Сводные результаты определения краевых углов смачивания

№ Адгезив Субстрат

береза сосна наружный слой костры внутренний слой костры среднее значение для костры

Косинусы краевых углов смачивания

1 СФЖ-3014 0,516 0,574 0,312 0,341 0,327

2 СФЖ-3014+ 10 % ПВА 0,590 0,611 0,339 0,414 0,377

3 СФЖ-3014+ 20 % ПВА 0,722 0,670 0,445 0,470 0,458

4 СФЖ-3014 + 30 % ПВА 0,767 0,685 0,490 0,511 0,500

5 ПВА 0,975 0,888 0,809 0,845 0,827

Краевые углы смачивания

1 СФЖ-3014 59° 12’ 55° 0’ 71° 48’ 70° 06’ 70° 54’

2 СФЖ-3014+ 10 % ПВА 53° 48’ 52° 18’ 70° 12’ 65° 30’ 67° 48’

3 СФЖ-3014+ 20 % ПВА 43° 48’ 47° 54’ 63° 36’ 61° 54’ 62° 42’

4 СФЖ-3014 + 30 % ПВА 39° 54’ 46° 48’ 60° 42’ 59° 18’ 60° 0’

5 ПВА 12° 48’ 27° 24’ 36° 0’ 32° 18’ 34° 12’

Таблица 3

Сравнительные свойства костроплит на основе олигомера СФЖ-3014

Количество связующе -го, % Количество модификатора (ПВА), % Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности при перпендикулярном отрыве, МПа Разбухание по толщине, % Водопоглощение, %

15 0 16,2 0,38 13,2 43,4

15 10 19,1 0,46 11,1 36,7

15 20 18,1 0,44 12,4 43,0

15 30 17,2 0,40 14,2 49,5

108

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2008

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

л Количество модификатора (ПВА), %

^ ♦ Субстрат - береза  Субстрат - сосна

А Субстрат - костра льна

Рис. 1. Влияние количества модификатора на краевой угол смачивания субстратов

Поверхностное натяжение, МДж/м2

Рис. 2. Зависимость косинуса краевого угла смачивания от поверхностного натяжения олигомера СФЖ-3014, модифицированного дисперсией ПВА: 1 - субстрат береза; 2 - субстрат сосна; 3 - субстрат костра льна

Характер полученных зависимостей свидетельствует о повышении смачивающей способности исходного олигомера, модифицированного дисперсией ПВА. Однако достичь полного смачивания поверхности костры при данном модифицировании не удается,

поскольку фактическое поверхностное натяжение исследованных адгезивов, в том числе исходной дисперсии ПВА, несколько выше поверхностного натяжения костры.

В табл. 3 приведены сводные результаты определения физико-механических характеристик костроплит, изготовленных нами на основе модифицированных составов.

Для модификации фенолформальдегидного олигомера рациональным следует считать введение в клеевой состав поливинилацетатной дисперсии в количестве 10.. .20 %, при этом улучшается равномерность распределения связующего по частицам костры, возрастают адгезионнные свойства, улучшаются физико-механические характеристики клееного материала.

Модификация карбамидоформаль-

дегидного олигомера дисперсией ПВА - это технически простой, экономически выгодный способ повышения смачивающей способности фенолформальдегидного олигомера. Данный метод позволяет улучшить эксплуатационные характеристики костроплит, довести их до уровня нормированных свойств древесно-стружечных плит, а также снизить выделение токсичных веществ за счет замены части фенольного олигомера экологически чистой дисперсией. Таким образом, имеется возможность повысить конкурентоспособность и расширить возможные области применения костроплит.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ №08-08-99073-р_офи «Разработка теории производства композиционных материалов конструкционного назначения на основе костры льна».

Библиографический список

1. Берлин, А.А. Основы адгезии полимеров / А.А. Берлин, В.Е. Басин. - М.: Химия, 1974. -392 с.

2. Фрейдин, А.С. Прочность и долговечность клеевых соединений / А.С. Фрейдин. - 2-изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1981. - 270 с.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2008

109