Модифицированные карбамидоформальдегидные смолы при изготовлении древесностружечных плит

технические науки

наука без границ • № 8 (25) • 2018

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 674.815

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНЫЕ СМОЛЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ

Мачнева Ольга Павловна, кандидат технических наук, доцент, МФ Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Мытищи, РФ

В статье рассматривается процесс химического модифицирования с помощью параформальде-гида карбамидоформальдегидных смол, предназначенных для получения высококачественна древесностружечных плит, кроме того, полученные смолы, при разработке режимов и технологии изготовления, могут применятся для изготовления и других древесно-композиционных материалов.

Ключевые слова: модификатор; синтез; карбамидоформальдегидные смолы (КФС); парафор-мальдегид; древесностружечные плиты (ДСтП).

MODIFIED UREA-FORMALDEHYDE RESIN IN THE MANUFACTURE

OF CHIPBOARDS

Machneva Ol'ga Pavlovna, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor, BMSTU, Mytishchi, Russia

The article deals with the process of chemical modification using paraformaldehyde urea-formaldehyde resins, designed to produce high-quality particle board, in addition, the resulting resin, in the development of modes and manufacturing technology, can be used for the manufacture of other wood-composite materials.

Keywords: modifier; synthesis; urea-formaldehyde resin (UFR); paraformaldehyde; particle board.

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

Чаще всего при синтезе карбамидоформальдегидных смол (КФС) формальдегид применяется в виде водного раствора 37 %-ой концентрации. Этот раствор назы-

вается формалином. Этот продукт имеет широкое применение и в других сферах.

На заводах по производству синтети-

наука без границ • № 8 (25) • 2018

технические науки

ческих смол формалин обычно приходится некоторое время хранить в цистернах, находящихся на улице. Процесс хранения может быть иногда длительным и может протекать в холодное время года, следовательно, время и температура хранения формалина могут оказывать влияние на его свойства и не в лучшую сторону [1, 2].

Таким образом, при длительном хранении формалина в холодное время года образуется осадок белого цвета с резким удушливым запахом формальдегида, представляющий собой низкомолекулярные полиоксиметиленгликоли общей формулой Н0(СН20)пН, где п>10. Полиокси-метиленгликоли имеют и другие названия, например, параформальдегид или пара-форм. Также известно, что переработка этого продукта затруднена, так как он не растворяется в воде (и других доступных растворителях) и плавится с разложением при температуре около 140 оС, поэтому утилизация параформальдегида путем его растворения или сжигания не является эффективной, поскольку сразу же возникают попутные проблемы, связанные с экологией [1, 2].

В данной работе предлагается способ «утилизации» параформальдегида путем его использования при синтезе КФС, как продукта, содержащего формальдегид и позволяющего заменить собой часть формалина, тем самым сэкономить сырье, благодаря чему себестоимость готовой смолы будет заметно снижена [3].

Основной целью данной работы являет-

ся разработка рецептуры и условий синтеза КФС, модифицированной параформаль-дегидом (параформом).

Параформальдегид представляет собой бесцветное твердое вещество (иногда в виде порошка), содержащее 90-95 % формальдегида, плавящееся с разложением в интервале температур 120-160 оС.

Известно, что деполимеризация пара-формальдегида происходит при нагревании в присутствии щелочного или кислого катализаторов. Скорость растворения в воде (скорость гидролиза) зависит от температуры, кислотности среды и степени полимеризации.

В процессе изучения условий деструкции параформальдегида было установлено:

1) параформальдегид деполимеризуется под действием щелочей (40 % едкого натра), минеральных и органических кислот при рН=2,0...2,3;

2) устойчивые продукты деполимеризации образуются при растворении в кислоте и последующей нейтрализацией щелочью;

3) наиболее полное растворение (гидролиз) параформальдегида происходит в кислой среде в присутствии многоатомных спиртов при температуре 40-60 оС.

Схема реакции может быть представлена в следующем виде:

1) деполимеризация (СН20)п

—>

ЧСН2О);

2) взаимодействие с многоатомными спиртами

Такие соединения ведут себя как водные растворы формальдегида, поэтому при синтезе КФС их можно использовать как самостоятельные продукты, так и в смеси с формалином.

Синтез КФС в присутствии параформальдегида может осуществляется по двум

направлениям:

1) карбамид + параформальдегид;

2) карбамид + параформальдегид + формалин.

Поскольку количество образующегося параформальдегида значительно меньше объема перерабатываемого формалина

технические науки

наука без границ • № 8 (25) • 2018

были разработаны условия синтеза карба- дом, синтез проводился при различных мидных смол по 2-ой схеме, а именно: на мольных соотношениях карбамида к фор-основе карбамида, формалина и парафор- мальдегиду (К:Ф) равном 1:1,4...1:2 [3, мальдегида. 4].

С целью определения оптимальной ре- Свойства полученных смол представле-цептуры получения карбамидных смол, ны в табл. 1. модифицированных параформальдеги-

Таблица 1

Свойства модифицированных КФС

Наименование показателей Мольное соотношение К:Ф

1:1,4 1:1,6 1:1,8 1:2

Показатель преломления 1,462 1,456 1,460 1,455

Вязкость по ВЗ-4, с 58 60 64 116

рН 7,78 7,85 7,71 7,97

Время желатинизации при 100 оС, с 51 48 48 26

Сухой остаток, % 61,7 61,7 62,0 62,6

Содержание свободного формальдегида, % 0,10 0,22 1,15 2,17

Анализ табл. 1 позволяет заключить, что наличие в смолах параформальдеги-да приводит к улучшению их свойств, а именно: при аналогичных мольных соотношениях К:Ф другие КФС, без введения параформальдегида, имеют более высокие показатели по содержанию свободного формальдегида, поэтому, полученные смолы являются менее токсичными при указанных мольных соотношениях, хотя эти мольные соотношения невозможно назвать низкими, следовательно, проведенные эксперименты указывают на наличие модифицирующего эффекта при введении параформальдегид при синтезе карбамид-ных смол.

Кроме того, смолы, синтезированные на основе карбамида и параформальдегида, отличаются не только низким содержанием свободного формальдегида, но и высокой клеящей способностью, и повышенной водостойкостью.

ДСтП, полученные на основе карба-мидной смолы с мольным соотношением КФ=1:1,4, характеризуются следующими

физико-механическими показателями:

1) предел прочности при статическом изгибе - 20...25 МПа;

2) предел прочности перпендикулярно пласти плиты - 0,5...0,7 МПа;

2) разбухание по толщине плиты -18...20 %;

3) выделение формальдегида по перфоратору - 5,0...6,5 мг/100 г абсолютно сухой плиты.

На основании представленных результатов можно сделать следующие выводы: модифицированная смола, синтезированная при общем мольном соотношении карбамида и формальдегида 1:1,4, содержит 0,10 % свободного формальдегида, в то время как обычные карбамидоформальде-гидные смолы при этом же мольном соотношении содержат 0,4-0,6 % свободного формальдегида; ДСтП по физико-механическим показателям соответствуют ГОСТ 10632-2014 и евростандарту ЕМ 312; содержание свободного формальдегида соответствует классу Е1 (менее 8 мг/100 г абсолютно сухой плиты) 12345.

наука без границ • № 8 (25) • 2018

технические науки

При разработке режимов и технологий получения с применением рассмотренных в статье КФС возможно создание и других древесных

композиционных материалов, обладающих высокими физико-механическими показателями и являющихся низкотоксичными.

СПИСОК ЛШЕРАТУРЫ

1. Mачнева О. П. Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных параформом: дис. канд. техн. наук. M. : ЫГУЛ, 2006. 178 с.

2. Mачнева О. П. Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных параформом: автореф. дис. ... канд. техн. наук. M. : ЫГУЛ, 2006. 18 с.

3. Цветков В. E., Mачнева О. П. Исследование процессов химической деструкции параформа при синтезе карбамидоформальдегидных олигомеров // Вестник ЫГУЛ - Лесной вестник. 2007. M 6(55). С. 106-113.

4. Цветков В. E., Mачнева О. П., Тесовский А. А., Ржевский И. А., Юдина Ю. С. Синтез и свойства модифицированных аминосмол // В сборнике: Forest complex today, view of young researchers: forest industry and engineering, landscape architecture, woodworking technology, management and economics Proceedings of the International scientific and practical conference. 2017. С. 205-206.

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. Tsvetkov V. E., Machneva O. P., Tesovskii A. A., Rzhevskii I. A., Yudina Yu. S. Sintez i svoistva modifitsirovannyh aminosmol [Synthesis and properties of modified aminosol]. V sbornike: Forest complex today, view of young researchers: forest industry and engineering, landscape architecture, woodworking technology, management and economics Proceedings of the International scientific and practical conference, 2017, pp. 205-206.

Материал поступил в редакцию 31.07.2018 © Мачнева О. П., 2018

1 Пат. 2527524 Российская Федерация, МПК В 27 N 3/02. Способ изготовления нетоксичных древесностружечных плит / Цветков В. Е., Зуева М.Ю., Мачнева О.П., Разуваева М.В., Екимова И.А., Екомов Н.Ю., Балюков В.В., Фахретдинов Х.А.; заявитель и патентообладатель Цветков В.Е. - № 2013119166/13; заявл. 25.04.2013; опубл. 10.09.2014, Бюл. № 25. - 3 с.

2 Пат. 2527786 Российская Федерация, МПК C 08 G 12/36 C 08 L 61/32 В 27 N 3/02. Способ изготовления карбамидоформаль-дегидного олигомера / Цветков В.Е., Цветкова Н.Н., Разуваева М.В., Мачнева О.П., Зуева М.Ю., Мачнева Н.А., Мачнев А.П., Колчев В.И.; заявитель и патентообладатель Цветков В.Е. - № 2013119163/05; заявл. 25.04.2013; опубл. 10.09.2014, Бюл. № 25. - 7 с.

3 Пат. 2534544 Российская Федерация, МПК C 08 G 8/10 C 08 L 61/10 В 27 D 1/04. Способ изготовления фенолоформальдегид-ного олигомера / Цветков В.Е., Цветкова Н.Н., Разуваева М.В, Мачнева О.П., Зуева М.Ю., Мачнева Н.А., Мачнев А.П., Колчева Е.В.; заявитель и патентообладатель Цветков В.Е. - № 2013119175/05; заявл. 25.04.2013; опубл. 27.11.2014, Бюл. № 33. - 5 с.

4 Пат. 2534550 Российская Федерация, МПК C 08 G 12/12. Способ изготовления карбамидоформальдегидного олигомера / Цветков В. Е., Зуева М.Ю., Мачнева О.П., Разуваева М.В., Екимова И.А., Екомов Н.Ю., Балюков В.В., Фахретдинов Х.А., Карпова Т.Н.; заявитель и патентообладатель Цветков В.Е. - № 2013119174/05; заявл. 25.04.2013; опубл. 27.11.2014, Бюл. № 33. - 6 с.

5 Пат. 2537620 Российская Федерация, МПК C 08 G 12/12 C 08 L 61/32 В 27 N 3/02. Способ изготовления карбамидоформальдегидного олигомера / Цветков В.Е., Цветкова Н.Н., Приорова С.В., Разуваева М.В, Мачнева О.П., Зуева М.Ю., Мачнева Н.А., Мачнев А.П.; заявитель и патентообладатель Цветков В.Е. - № 2013119168/05; заявл. 25.04.2013; опубл. 10.01.2015, Бюл. № 1. - 7 с.