ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ ДРЕВЕСНО-ВОЛОКНИСТАЯ ПЛИТА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ МОКРОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ
POLLUTION-FREE HIGH-DENSITY FIBER BOARD PRODUCED BY WET PROCESS

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. Область изобретения
Настоящее изобретение относится к древесно-волокнистой плите высокой плотности, ХДФ (hard fiberboard, HDF), изготавливаемой мокрым способом и применяемой, например, в качестве материала для внутренней отделки зданий, отверждаемого материала или материала для отделки салонов автомобилей, в частности, к экологически чистой древесно-волокнистой плите высокой плотности, изготавливаемой мокрым способом с применением акриловой смолы и эпоксидной смолы, не содержащей в качестве упрочняющего агента бисфенол-А.
2. Описание уровня техники
3
Древесно-волокнистая плита высокой плотности мокрого способа получения (также называемая просто «плита высокой плотности») представляет собой древесно-волокнистую плиту, получаемую в основном из древесной стружки путем пропаривания волокон и превращения их в волокнистую массу с последующим диспергированием в большом объеме воды с получением суспензии волокнистого материала, добавления упрочняющего агента и вещества для повышения влагостойкости, удаления влаги и формования до постоянной толщины с последующим горячим прессованием до плотности 0,80 г/см или более. Хотя традиционные упрочняющие агенты для ХДФ, получаемой мокрым способом, включают фенольные смолы, меламиновые смолы, карбамидные смолы и крахмал, вследствие того, что фенольные смолы, в частности, помимо прочности обеспечивают придание влагостойких свойств, стали применять практически исключительно фенольные смолы.
Однако в связи с экологическими проблемами последних лет все большую озабоченность вызывало воздействие фенольных смол на окружающую среду (запах и остаточный фенол). Поэтому были приняты положения, запрещающие применение ХДФ мокрого способа получения вследствие применения в ней в качестве одного из исходных веществ фенольной смолы, даже если указанную смолу используют в следовых количествах, при которых количество остаточного фенола по существу равно нулю.
Одновременно с этим все большее внимание уделялось улучшению параметров окружающей среды на заводах по изготовлению ХДФ мокрым способом. Для этой цели требовался уход от применения фенольных смол, являвшихся главным источником загрязнения на таких заводах.
Причина этого состоит в том, что фенольные смолы загрязняют суспензию волокнистой массы, используемую при изготовлении ХДФ мокрым способом, которая прилипает к оборудованию и полам, нанося значительный ущерб окружающей среде.
Несмотря на указанные выше обстоятельства, ввиду того, что обнаружение альтернативного упрочняющего агента при изготовлении твердого ХДФ мокрого способа получения является непростой задачей, а также ввиду того, что фенольные смолы недороги и позволяют легко обеспечить требуемый уровень эксплуатационных характеристик плиты в течение длительного времени, а также поскольку фенольные смолы высоко ценились и применялись практически безальтернативно, проводилось мало исследований, направленных на разработку упрочняющих агентов, призванных заменить фенольные смолы.
Примеры известных технологий, относящихся к указанным выше упрочняющим агентам, приведены в патентных публикациях, перечисленных ниже. Технология, предложенная в опубликованной заявке на патентной Японии №2003-39413, представляет собой способ прессования ХДФ мокрого способа получения с применением в качестве упрочняющего агента связующего вещества, такого как фенольная смола, содержащая формальдегид в качестве одного из исходных веществ, путем пропитки с последующей высокотемпературной обработкой и прессованием под высоким давлением.
Кроме того, в опубликованной заявке на патент Японии №2008-80714 предложен мокрый способ получения ХДФ, обеспечивающий эффективное улавливание и разложение формальдегида и ацетальдегида путем осуществления пропитки агентом для улавливания альдегида с последующим отверждением указанного агента, содержащего по меньшей мере карбодигидразид с одной или обеих сторон указанной ХДФ мокрого способа получения, с применением в качестве упрочняющего агента связующего вещества, такого как фенольная смола, содержащая формальдегид в качестве одного из исходных веществ.
Далее, в опубликованной заявке на патент Японии № Н07-214518 предложен способ повышения прочности, сцепления и влагостойкости поверхности ковра путем нанесения на полученный ковер покрытия из акриловой эмульсии или другого подобного материала, к которой перед стадией горячего прессования добавляли термореактивную смолу.
В опубликованной заявке на патент Японии №2006-7534 предложен способ получения экологически чистой древесно-волокнистой плиты на основе целлюлозы, согласно которому, несмотря на то, что лигнин традиционно почти не используют для получения волокнистой массы, предпочитая ему целлюлозу, была предпринята попытка применения такого лигнинсодержащего сырья за счет использования в качестве упрочняющего агента соединения, содержащего несколько функциональных групп (предложено полиэпоксидное соединение, охарактеризованное в качестве соединения, способного быстро отверждаться при горячем прессовании, причем указанная способность предложенного соединения превосходит аналогичную способность фенольной смолы, при этом в качестве примера такого соединения указан фенольный новолак).
В опубликованной заявке на патент Японии №2007-118261 предложен способ получения древесно-волокнистой плиты, обладающей репеллентными свойствами в отношении муравьев и насекомых, путем добавления связующего при изготовлении древесно-волокнистой плиты, такого как фенольная смола или эпоксидная смола, содержащие неоникотиноидное соединение.
Кроме того, в опубликованных заявках на патент Японии №2005-280030 и №2005-288713 предложены способы получения ХДФ, обладающей улучшенной стабильностью размеров, влагостойкостью, сопротивлением царапанию и ударопрочностью, путем изготовления волокнистой плиты высокой плотности, содержащей минеральные волокна, отличной от древесно-волокнистой плиты, путем применения в качестве связующего фенольной смолы, акриловой эмульсии, эпоксидной смолы и тому подобного, проведения мокрого формования и сушки с получением полуотвержденного ковра, а затем пропитывания указанного полуотвержденного ковра акриловой эмульсией или другим подобным веществом с последующим горячим прессованием. Кроме того, поскольку акриловая эмульсия, предложенная в указанных патентных документах, отверждается при температуре от 80 до 110°С, указанную эмульсию рассматривают в качестве термопластичной смолы, а не термореактивной смолы, как в случае настоящего изобретения.
3
Далее, в опубликованной заявке на патент Японии №2001-200497 предложен способ получения древесно-волокнистой плиты, имеющей достаточную прочность, без значительных изменений баланса электрических зарядов в дисперсии волокон, путем изготовления мокрым способом мягкой древесно-волокнистой плиты (также называемой теплоизоляционной плитой, представляющей собой древесно-волокнистую плиту мокрого способа получения с плотностью менее 0,35 г/см) за счет совместного применения в качестве упрочняющих агентов растворимого в воде полимера, содержащего катионную группу, и растворимого в воде полимера, не содержащего катионной группы.
Применение технологий, приведенных в указанных выше публикациях патентных документов, для получения экологически чистой ХДФ мокрого способа получения, являющейся объектом настоящего изобретения, связано с определенными трудностями. Причиной этого является то, что технологии, приведенные в первых семи из указанных публикаций патентных документов, не исключают возможности применения фенольной смолы, а технология, приведенная в опубликованной заявке на патент Японии №2001-200497, относится к изготовлению мягкой древесно-волокнистой плиты (soft fiberboard) мокрого способа получения, а не ХДФ (hard fiberboard) мокрого способа получения, что не только не обеспечивает надлежащей влагостойкости, требуемой для такой ХДФ, но и увеличивает вероятность появления пятен с точки зрения внешнего вида.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Принимая во внимание приведенные выше обстоятельства, задачей настоящего изобретения является обеспечение экологически чистой древесно-волокнистой плиты высокой плотности мокрого способа получения и с этой целью выявление такого упрочняющего агента, который бы не загрязнял окружающую среду, с тем, чтобы можно было его применять вместо фенольной смолы, которая значительно загрязняет окружающую среду.
Для решения указанной задачи экологически чистая ХДФ мокрого способа получения согласно настоящему изобретению содержит в качестве упрочняющих агентов акриловую смолу и эпоксидную смолу, не содержащую бисфенол-А.
3
Хотя в настоящем описании под ХДФ мокрого способа получения понимают ХДФ, полученную, главным образом, из древесных стружек путем пропаривания и обработки волокон с получением волокнистой массы с последующим диспергированием в большом объеме воды (в последнее время при изготовлении ХДФ мокрым способом с целью защиты окружающей среды используют оборотную воду, причем температура указанной воды обычно составляет от 40 до 60°С и не превышает 100°С) с получением суспензии волокнистого материала и последующего добавления упрочняющего агента и вещества для повышения влагостойкости, обезвоживания и формования до постоянной толщины, и проведения горячего прессования до плотности 0,80 г/см или более, в качестве основного исходного материала помимо древесных стружек можно использовать бамбук или жмых сахарного тростника и др.
Хотя фенольную смолу традиционно почти безальтернативно используют в качестве упрочняющего агента для данного вида ХДФ, указанная смола загрязняет суспензию волокнистой массы, поэтому кроме нанесения вреда окружающей среде также существуют проблемы, связанные с запахом и остаточным фенолом.
В результате большого объема проделанной исследовательской работы авторы настоящего изобретения пришли к выводу, что комбинация акриловой и эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, является предпочтительной для применения в качестве упрочняющего агента, не вызывающего указанных проблем.
Оба указанных упрочняющих агента являются термореактивными смолами и практически не вступают в реакцию при температурах 100°С или ниже, но становятся высокореакционноспособными и отверждаются при температурах выше 140°С. С точки зрения защиты окружающей среды, благодаря практически полному отсутствию выделения наружу используемой воды, эти упрочняющие агенты оптимально подходят для применения при изготовлении ХДФ мокрым способом, при котором несколько раз используют оборотную воду.
В частности, когда фенольную смолу в течение длительного периода времени выдерживают в воде в суспензии волокнистой массы при температуре от 40 до 60°С или подвергают механическому обезвоживанию при горячем прессовании (максимум 100°С), происходит предварительное отверждение (скорость отверждения растет при увеличении температуры), приводящее к состоянию, в котором уже невозможно оказать воздействие на присущие плите эксплуатационные характеристики. Таким образом, продукт, полученный в результате предварительного отверждения (так как выход упрочняющего агента и вещества для повышения влагостойкости обычно считают равным примерно 50% в случае ХДФ мокрого способа получения, оставшиеся 50% снова пускают в оборот, что исключает возможность последующего выхода), связывается непосредственно с волокнистой массой или с фенольной смолой, тем самым ухудшая характеристики фенольной смолы или оказывая отрицательное воздействие на эксплуатационные характеристики плиты, поскольку этот продукт попадает между волокнистой массой и свежей фенольной смолой. Напротив, оба указанных упрочняющих агента не подвергаются предварительному отверждению при таких температурах, а отверждаются только при горячем прессовании (от 180 до 220°С), поэтому продукты предварительного отверждения не образуются и не происходит какого-либо отрицательного воздействия на эксплуатационные характеристики плиты.
Кроме того, так как продукты предварительного отверждения фенольных смол имеют черновато-фиолетовый цвет, обладают клейкими свойствами при содержании в них влаги и легко отслаиваются в сухом состоянии, указанные продукты вызывают значительное загрязнение окружающей среды и оборудования. Напротив, предложенные упрочняющие агенты являются прозрачными и не подвергаются предварительному отверждению до проведения горячего прессования, при этом не происходит загрязнения окружающей среды и оборудования.
Кроме того, хотя горячее прессование ХДФ мокрого способа получения обычно выполняют с помощью трехстадийного процесса обжатия, как описано ниже, при механическом обезвоживании на первом этапе из ковра (полученного в результате обезвоживания и формования суспензии волокнистого материала до постоянной толщины на формовочной машине, как описано далее) выделяется значительное количество влаги. Хотя в указанной влаге содержатся упрочняющий агент и вещество для повышения влагостойкости, при применении в качестве упрочняющего агента фенольной смолы вследствие черновато-фиолетового цвета и значительных клейких свойств указанной смолы во влажном состоянии, смола не только значительно загрязняет окружающую среду и оборудование, прилипая к оборудованию и окружающим предметам, как описано выше, но и значительно загрязняет пластины с зеркальной поверхностью (пластины из нержавеющей стали), применяемые для получения ровной поверхности у ХДФ мокрого способа получения, что приводит к сокращению продолжительности циклов очистки и замены пластин с зеркальной поверхностью.
Напротив, поскольку упрочняющие агенты согласно настоящему изобретению являются прозрачными и не подвергаются предварительному отверждению, даже в случае их выделения во время горячего прессования и обезвоживания не происходит загрязнения окружающей среды и оборудования, при этом также может значительно увеличиваться продолжительность циклов замены и очистки пластин с зеркальной поверхностью.
Как видно из приведенного выше объяснения, применение акриловой смолы и эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, согласно настоящему изобретению в качестве упрочняющих агентов для ХДФ мокрого способа получения позволяет получить ХДФ, являющуюся значительно более экологически чистой по сравнению с ХДФ, полученной с использованием традиционных упрочняющих агентов в виде фенольной смолы.
Однако акриловая смола согласно настоящему изобретению предпочтительно представляет собой полимер, содержащий карбоновую кислоту для инициирования поперечной сшивки при повышенных температурах, включая, например, полимеры, содержащие в качестве мономеров акриловую кислоту, метакриловую кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту, итаконовую кислоту или соли указанных кислот.
Кроме того, примеры эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, согласно настоящему изобретению включают продукты взаимодействия бисфенола-F и эпихлоргидрина, продукты взаимодействия бисфенола-AD и эпихлоргидрина, продукты взаимодействия полиамида и эпихлоргидрина, продукты взаимодействия уксусного ангидрида и эпихлоргидрина, продукты взаимодействия фенольного новолака и эпихлоргидрина, и продукты взаимодействия орто-крезола и эпихлоргидрина.
При этом эпоксидная смола, содержащая бисфенол-А, является продуктом взаимодействия бисфенола-А и эпихлоргидрина.
Кроме того, согласно настоящему изобретению применения эпоксидной смолы, содержащей бисфенол-А, избегают по указанным ниже причинам.
Причина 1: Хотя эпоксидная смола, содержащая бисфенол-А, представляет собой наиболее распространенный тип эпоксидной смолы, остаточное содержание бисфенола-А в такой эпоксидной смоле приводит к проблеме, связанной с тем, что бисфенол-А обладает действием «гормона окружающей среды» (environmental hormone).
Причина 2: Эпоксидную смолу, содержащую бисфенол-А, часто используют в виде двух жидкостей: основного вещества и отвердителя, что делает указанную смолу неподходящей для применения в качестве упрочняющего агента для ХДФ мокрого способа получения. В частности, поскольку смешивание двух жидкостей незамедлительно приводит к началу отверждения, не только не удастся достичь требуемых эксплуатационных характеристик плиты при горячем прессовании вследствие присутствия продукта реакции, суспендированного в оборотной очищенной воде, но и существует большая вероятность появления внешних дефектов на готовой ХДФ в виде пятен и тому подобного. При этом не содержащая бисфенола-А эпоксидная смола согласно настоящему изобретению представляет собой смолу на основе одной жидкости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 приведен вид спереди для ХДФ мокрого способа получения.
На фиг.2 приведен вид сзади для ХДФ мокрого способа получения.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 изображена ХДФ 10 мокрого способа получения.
Хотя лицевая сторона 1 ХДФ является гладкой, обратная сторона 2 имеет вид сетки 3, как показано на фиг.2, в результате соприкосновения с проволочной сеткой, используемой для упрощения обезвоживания на этапе горячего прессования, который будет описан ниже. Далее приведено подробное описание указанной ХДФ.
(Получение суспензии)
Хотя используемая волокнистая масса состоит в основном из древесины в качестве исходного материала, ее также можно изготовить из бамбука или выжимок сахарного тростника.
В качестве исходного материала можно использовать механическую волокнистую массу, получение которой проводят с помощью механической обработки, химическую волокнистую массу, получение которой проводят с помощью химической обработки, или полуизмельченную волокнистую массу, получение которой проводят с помощью комбинированной химической и механической обработки. Волокнистую массу обычно получают в виде суспензии путем диспергирования в воде с концентрацией примерно 3% по массе.
Затем готовят суспензию путем добавления акриловой смолы и эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, в качестве упрочняющих агентов согласно настоящему изобретению, таким образом, что содержание акриловой смолы составляет от 0,05 до 2% по массе, а содержание эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, составляет от 0,1 до 2,0% по массе на 100 частей суспендированной волокнистой массы; затем добавляют вещество для повышения влагостойкости в виде твердого парафина в количестве от 0,1 до 1,5% по массе на 100 частей суспендированной волокнистой массы и, при необходимости, добавляют консерванты или антиокислители.
Как более подробно описано далее, количество добавляемого упрочняющего агента наиболее предпочтительно составляет от 0,05 до 0,25% по массе для акриловой смолы и от 0,50 до 1,00% по массе для эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А. Это объясняется тем, что совместное добавление количеств, находящихся внутри указанных диапазонов, обеспечивает получение плиты с наиболее предпочтительными эксплуатационными характеристиками.
Кроме того, в качестве вещества для повышения влагостойкости помимо твердого парафина также можно использовать такие водоотталкивающие агенты, как соединения кремния или циркония.
(Получение влажного ковра)
Указанную выше суспензию обычно используют для получения влажного ковра после разбавления до концентрации волокнистой массы, равной примерно от 1,0 до 1,5% по массе. Для получения влажного ковра применяют известные способы, такие как цилиндрический способ, способ Фодрайнира (Fourdrinier) или способ Чапмэна (Chapman). Независимо от способа, суспензию пропускают через проволочную сетку, обезвоживают с обратной стороны проволочной сетки с помощью вакуум-насоса и получают влажный ковер. На лицевой стороне указанного влажного ковра, продольное направление волокон ориентировано примерно горизонтально, а с обратной стороны (со стороны металлической сетки) - примерно перпендикулярно по отношению к ваккум-насосу, причем плотность волокнистой массы является более высокой с лицевой стороны и относительно низкой с обратной стороны. Кроме того, обратная сторона имеет шероховатую поверхность, так как на ней отпечатывается проволочная сетка. Такой влажный ковер может быть обезвожен до требуемой степени сухости [масса волокнистой массы ÷ (масса волокнистой массы + масса воды)×100%], равной примерно от 30 до 40%, с помощью холодного прессования.
(Горячее прессование)
2
2
2
Указанный выше влажный ковер затем подвергают горячему прессованию. Хотя горячее прессование обычно выполняют при температуре от 180 до 220°С, при изготовлении ХДФ толщиной 2,5 мм, например, горячее прессование проводят с применением трехстадийного процесса обжатия, включающего прессование от 50 до 60 секунд под давлением 40 кг/см, от 60 до 90 секунд под давлением от 8 до 10 кг/см, и от 60 до 90 секунд под давлением от 20 до 35 кг/см. При таком трехстадийном процессе обжатия предотвращают разрыв влажного ковра, способствуя выходу содержащихся в ковре водяных паров путем уменьшения давления на втором этапе (также называемом процессом дегазации). Кроме того, хотя устройство для прессования снабжено верхней и нижней формами, путем обеспечения прокладки в форме проволочной сетки или пористой пластины на поверхности нижней формы осуществляют отвод отжимаемой воды.
Как было описано выше, поскольку волокнистая масса ориентирована примерно перпендикулярно к продольному направлению на обратной стороне влажного ковра, отжим воды из влажного ковра происходит равномерно в результате прохождения воды между волокнами массы.
(Регулирование содержания влаги и отверждение)
После горячего прессования ХДФ мокрого способа получения либо сбрызгивают водой, либо подвергают обработке для достижения заданного содержания влаги с последующим отверждением в течение заданного промежутка времени с получением готового продукта.
ПРИМЕРЫ
Ниже приведено пояснение к примерам осуществления настоящего изобретения путем проведения сравнения с традиционно используемыми упрочняющими агентами, представляющими собой фенольные смолы.
Испытуемые образцы для измерения характеристик плиты были вырезаны из ХДФ мокрого способа получения с толщиной 2,5 мм и размером сторон 30 см с помощью экспериментального устройства согласно первым десяти параграфам раздела «Описание предпочтительных вариантов реализации изобретения»; при этом образец для измерения прочности на изгиб имел размеры 3×11 см (шаг 6 см), а образец для измерения водопоглощения - 5×5 см.
Поскольку волокнистая масса обычно заряжена отрицательно, для увеличения выхода упрочняющего агента и вещества для повышения влагостойкости в волокнистой массе предпочтительным является положительный заряд, ввиду того, что при этом будет обеспечиваться повышенная реакционная способность с отрицательно заряженной волокнистой массой.
Таким образом, хотя твердый парафин, используемый в ХДФ мокрого способа получения, обычно имеет положительный заряд, поскольку увеличение выхода одного лишь твердого парафина в волокнистой массе является нежелательным, указанный парафин предпочтительно содержится только совместно с другими упрочняющими агентами. Одна из причин этого состоит в том, что вязкость твердого парафина ниже, чем у других упрочняющих агентов. Другими словами, в волокнистой массе физическое связывание в виде вязкости вносит больший вклад по сравнению с химическим связыванием в виде анион-катионового связывания.
Таблица 1
Вещество для повышения влагостойкости
Упрочняющий агент
Прочность на изгиб (Н/мм<sup>2</sup>)
Поглощение воды (%)
Нет
Нет
22
85
Твердый парафин: 0,4%
Нет
20
88
Твердый парафин: 0,4%
Фенольная смола: 0,5%
31
48
Твердый парафин: 0,4%
Акриловая смола: 0,5%
25
55
Твердый парафин: 0,4%
Эпоксидная смола: 0,5%
52
25
Согласно таблице 1, характеристики плиты очевидно являются наихудшими для акриловой смолы по сравнению с другими испытуемыми упрочняющими агентами. Возможной причиной этого является тот факт, что согласно настоящему изобретению акриловая смола отрицательно заряжена и поэтому обладает низкой способностью к взаимодействию с отрицательно заряженной волокнистой массой. В данном случае, однако, эксплуатационные характеристики плиты были лучше, чем при добавлении одного лишь твердого парафина. Причина этого, как полагают, состоит в том, что анионы акриловой смолы реагируют с катионами твердого парафина с образованием больших агрегатов, которые накапливаются в волокнистой массе. Причина, по которой приведенные значения не так хороши, состоит в том, что вследствие образования больших агрегатов дисперсия в волокнистой массе становится низкой.
С другой стороны, так как эпоксидная смола, не содержащая бисфенола-А, заряжена положительно, она накапливается в волокнистой массе вследствие химического связывания с отрицательно заряженной волокнистой массой и физического связывания в виде вязкости, присущей эпоксидной смоле, что обеспечивает эксплуатационные характеристики плиты, превосходящие соответствующие характеристики плиты, полученной с применением фенольной смолы.
В таблице 2 приведено сравнение характеристик плиты для фенольной смолы и эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, при повышении количества добавляемого упрочняющего агента. Также из этой таблицы видно, что характеристики плиты на основе эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, очевидно превосходят соответствующие характеристики плиты на основе фенольной смолы.
Таблица 2
Упрочняющий агент
Прочность на изгиб (Н/мм<sup>2</sup>)
Поглощение воды (%)
Добавляемое количество (%)
Фенол
Эпоксидная смола
Фенол
Эпоксидная смола
0,25
28
43
48
27
0,50
32
52
45
25
0,75
33
56
43
29
1,00
35
50
44
41
2,00
38
50
42
40
Однако, как полагают, химическое связывание между эпоксидной смолой, не содержащей бисфенола-А, и волокнистой массой происходит, например, за счет взаимодействия азетидиниевого кольца (химическая формула 1) эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, с карбоксильной группой (химическая формула 2) и гидроксильной группой (химическая формула 3) целлюлозы в волокнистой массе указанным ниже образом. Другими словами, полагают, что связывание между волокнами волокнистой массы усиливается за счет реакции данного типа.
[Химическая формула 1]
[Химическая формула 2]
[Химическая формула 3]
Кроме того, в таблице 2 поглощение воды быстро ухудшается при добавлении эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, в количестве, достигающем 1,00% или выше. Как полагают, причина этого заключается в том, что парафин осаждался с увеличением содержания эпоксидной смолы, что приводило к плохой дисперсии твердого парафина.
Далее, в таблицах 3 и 4 приведен результат совместного применения акриловой смолы и смолы, не содержащей бисфенола-А, согласно настоящему изобретению.
Таблица 3
Прочность на изгиб (единицы: Н/мм<sup>2</sup>)
Добавляемое количество (%) акриловой смолы (%)
0,000
0,125
0,250
0,500
0,750
1,000
Добавляемое количество (%) эпоксидной смолы (%)
0,125
24
0,250
43
27
0,500
52
51
46
35
33
32
0,750
56
60
56
50
43
35
1,000
50
61
62
55
51
46
Таблица 4
Поглощение воды (единицы: %)
Добавляемое количество (%) акриловой смолы (%)
0,000
0,125
0,250
0,500
0,750
1,000
Добавляемое количество (%) эпоксидной смолы (%)
0,125
67
0,250
27
58
0,500
25
24
24
39
47
56
0,750
29
22
23
24
36
49
1,000
41
22
22
24
25
26
Согласно таблицам 3 и 4 можно прийти к заключению, что эффект совместного применения акриловой смолы и эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, является заметным при отношении добавляемого количестве акриловой смолы к добавляемому количеству эпоксидной смолы, равному 0,125:0,75; 0,125:1,00; 0,25:0,75 и 0,25:1,00. Таким образом, с точки зрения общих затрат, эффект от совместного применения акриловой смолы и эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, можно считать оптимальным при отношении добавляемого количества акриловой смолы к добавляемому количеству эпоксидной смолы, равному 0,125:0,75.
Хотя из таблиц 3 и 4 видна тенденция к ухудшению характеристик плиты при увеличении количества акриловой смолы, причиной этого, как полагают, является величина силы когезионного связывания между акриловой смолой и эпоксидной смолой, не содержащей бисфенола-А. Другими словами, агрегаты акриловой смолы с эпоксидной смолой, не содержащей бисфенола-А, обладают высоким значением силы когезионного связывания, что приводит к образованию пасты при увеличении количества акриловой смолы и образованию большого агрегата, вызывая тем самым соответствующее уменьшение диспергируемости волокнистой массы. Это, как полагают, проявляется в виде ухудшения характеристик плиты.
Причина практического отсутствия изменений в поглощении воды даже при увеличении количества акриловой смолы и добавлении эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, в количестве 1,00% предположительно заключается в том, что хотя частицы твердого парафина осаждаются при увеличении содержания в указанном твердом парафине эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, при одновременном увеличении содержания акриловой смолы, рост агрегатов осажденных частиц прекращается вследствие влияния ограничений силы физического связывания агрегатов акриловой смолы и эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, что не приводит к уменьшению диспергируемости твердого парафина.
Далее, в таблице 5 показано сравнение характеристик плиты, полученной с применением различных упрочняющих агентов согласно настоящему изобретению (комбинации акриловой смолы и эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, обозначаемой как «смолы согласно настоящему изобретению» (*2), и традиционно используемого упрочняющего агента в виде фенольной смолы (*3) в случае оборотной воды (*1)).
*1: Так как при многократном использовании воды ее количество в следующем цикле является недостаточным по сравнению с количеством воды, содержащейся в ковре в предыдущем цикле, соответствующее количество воды (примерно 1/12 от общего количества воды) восполняют свежей водой.
*2: Добавляют 0,25% акриловой смолы, 0,75% эпоксидной смолы, не содержащей бисфенола-А, и 0,4% твердого парафина.
*3: Добавляют 1% фенольной смолы и 0,4% твердого парафина.
Таблица 5
Характеристики плиты
Упрочняющий агент
№ цикла повторного использования воды
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Прочность на изгиб (Н/мм<sup>2</sup>)
Смолы согласно настоящему изобретению
50
48
49
49
53
50
54
49
52
52
Фенольная смола
34
40
40
41
38
39
40
42
40
42
Поглощение воды (%)
Смолы согласно настоящему изобретению
48
41
33
30
27
27
25
26
25
26
Фенольная смола
43
33
35
32
32
29
30
33
27
27
Из таблицы 5 видно, что характеристики плиты можно оценить как значительно более высокие, в частности, с точки зрения прочности на изгиб, для упрочняющих агентов согласно настоящему изобретению по сравнению с традиционно используемым упрочняющим агентом в виде фенольной смолы.
2
Тем не менее в рамках усиления мер по защите окружающей среды в виде снижения содержания летучих органических соединений, были получены испытуемые образцы ХДФ мокрого способа получения, имевшие толщину 2,5 мм (площадь поверхности 80 см), для определения степени, в которой смолы согласно настоящему изобретению превосходят традиционно используемые смолы с точки зрения уменьшения содержания летучих органических соединений. Испытуемые образцы поместили в 10-литровый мешок из тедлара (Tedlar), содержавший 4 литра чистого азота, и выдерживали в течение 2-х часов при температуре 65°С. После этого выполняли отбор проб из общего указанного объема, равного 4-м литрам, с помощью картриджа с DNPH (2,4-динитрофенилгидразином) и измеряли содержание летучих альдегидов с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. Результаты приведены в таблице 6.
Таблица 6 (единицы: мкг/испытуемый образец)
Упрочняющий агент
Альдегиды
Формальдегид
Ацетальдегид
Смолы согласно настоящему изобретению
1,7
2,6
Фенольная смола
3,6
4,4
Как видно из таблицы 6, в случае применения в качестве упрочняющих агентов смол согласно настоящему изобретению содержание альдегидов является в два раза меньшим по сравнению с применением в качестве упрочняющего агента фенольной смолы.
Кроме того, были проведены испытания для исследования запаха с помощью способа, указанного ниже. В частности, испытуемые образцы (4 см × 7 см) поместили в стальной барабан объемом 4 литра, а затем проводили испытание в сухом состоянии (емкость закрывали и нагревали в течение 60 минут до 80°С, затем охлаждали до комнатной температуры и проводили оценку запаха) и испытание во влажном состоянии (дистиллированную воду равномерно наносили на испытуемые образцы в количестве, составляющем 5% от массы образцов, затем емкость закрывали, оставляли на 60 минут в камере с постоянной температурой 23±2°С и относительной влажностью 50±5% и проводили оценку запаха). Кроме того, в данном испытании, направленном на оценку запаха, использовали в общей сложности шесть образцов, тогда как требуемое минимальное количество образцов составляет пять. Таким образом, было подготовлено два барабана, поскольку ограничение составляло 3 пробы на барабан. Результаты приведены в таблице 7.
Таблица 7
Упрочняющий агент
Сухой
Влажный
Интенсивность*1
Неприятность*1
Интенсивность*1
Неприятность*1
Смолы согласно настоящему изобретению
1,0
-0,5
0,8
-0,3
Фенольная смола
2,1
-0,8
1,4
-0,6
Эталонные значения*2
3 или менее
-1,5 или более
3 или менее
-1,5 или более
*1: Изовалериановую кислоту (концентрация 10<sup>-5</sup>) использовали в качестве эталонного запаха, ее интенсивности присвоили значение 3 (уровень, при котором запах можно легко определить) и степень неприятности - 2 (неприятно). Каждому образцу присваивали баллы согласно каждому уровню (интенсивность: от 0 (без запаха) до 5 (сильный запах), неприятность: от -3 (крайне неприятно) до 3 (крайне приятно)). Результаты обозначают средний балл.
*2: Эталонные значения
Из таблицы 7 видно, что применение в качестве упрочняющих агентов смол согласно настоящему изобретению очевидным образом обеспечивает преимущество с точки зрения запаха по сравнению с применением фенольной смолы в качестве упрочняющего агента.
Как было подробно описано выше, поскольку при получении ХДФ мокрым способом с применением смол согласно настоящему изобретению в качестве упрочняющих агентов практически не приводит к загрязнению воды, используемой в большом количестве при производстве (обычно называемой очищенной водой и используемой повторно), по сравнению с получением ХДФ мокрым способом с применением в качестве упрочняющего агента традиционно используемой фенольной смолы настоящее изобретение обеспечивает не только возможность сохранения в чистоте производственного оборудования и окружающей среды, но и отсутствие проблем, связанных с остаточным фенолом, и отсутствие запаха фенола. При этом благодаря тому, что помимо возможности предотвращения появления проблем, связанных с запахом, настоящее изобретение также обеспечивает уменьшение содержания альдегида, предложенная ХДФ мокрого способа получения также может вносить вклад в сокращение содержания летучих органических веществ. В частности, ХДФ мокрого способа получения, изготовленная с применением смол согласно настоящему изобретению в качестве упрочняющих агентов, естественным образом может являться значительно более экологически чистой по сравнению с ХДФ мокрого способа получения, изготовленной с применением традиционно используемой фенольной смолы в качестве упрочняющего агента, причем эксплуатационные характеристики полученной плиты превосходят соответствующие характеристики ХДФ мокрого способа получения, изготовленной с применением традиционно используемой фенольной смолы в качестве упрочняющего агента.
Варианты реализации настоящего изобретения изложены в приведенном выше описании со ссылкой на прилагаемые чертежи. Однако настоящее изобретение не ограничено приведенными выше вариантами реализации, при этом различные возможные изменения и модификации также находятся в рамках настоящего изобретения.