Исследование возможности использования кислотообработанной древесной шлифовальной муки в качестве наполнителя карбамидо-формальдегидных клеев для производства фанеры

Деревопереработка. Химические технологии

DOI: 10.12737/8450 УДК 674-419. 32

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КИСЛОТООБРАБОТАННОЙ ДРЕВЕСНОЙ ШЛИФОВАЛЬНОЙ МУКИ В КАЧЕСТВЕ НАПОЛНИТЕЛЯ КАРБАМИДО-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ КЛЕЕВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАНЕРЫ

кандидат технических наук О. В. Лавлинская1 кандидат технических наук Т. Л. Ищенко1 В. С. Самойленков1

1 - ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»,

г. Воронеж, Российская Федерация

В настоящее время в производстве фанеры остается актуальной проблема токсичности готовой продукции. При изготовлении фанеры в клей традиционно добавляют наполнители для улучшения физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств получаемого материала. Снижение выделения свободного формальдегида из готовой фанеры исследована возможность использования в качестве наполнителя карбамидо-формальдегидных клеев - древесной шлифовальной муки, предварительно обработанной ортофосфорной кислотой. Древесная шлифовальная мука является отходом фанерной и деревообрабатывающей промышленности. Ее получение заключается в просеивании через сито с размерами ячеек в свету 0.25 мм, дальнейшая обработка 10 %-м раствором ортофосфорной кислоты, высушивание и измельчение. Было установлено оптимальное количество вводимого наполнителя-адсорбента, при котором свойства приготовленного клея отвечали технологическим требованиям. В результате проведенных экспериментов выявлено, что выбранный наполнитель может выполнять и функцию отвердителя клея, что позволяет исключить из рецептуры традиционный хлорсодержащий компонент. Предложено для увеличения жизнеспособности приготовленной клеевой композиции до 8-12 часов добавлять в состав клея 20 % - й раствор аммиачной воды. В результате склеивании фанеры с разработанными рецептами клеев и испытаний ее на физико-механические показатели установлено, что прочность скалывания по клеевому слою фанеры после 24 ч вымачивания в воде существенно выше контрольных образцов. Разработанные рецепты клеев на основе карбамидо-формальдегидных смол могут быть использованы в производстве фанеры. Древесная шлифовальная мука, являющаяся отходом фанерного и деревообрабатывающего производства при обработке ее ортофосфорной кислотой обладает свойствами наполнителя и отвердителя и способствует увеличению прочности склеивания фанеры.

Ключевые слова: древесная шлифовальная мука, фанера, карбамидо-

формальдегидные смолы, клей, ортофосфорная кислота.

100

Лесотехнический журнал 4/2014

Деревопереработка. Химические технологии

STUDY OF THE POSSIBILITY OF USING ACID-TREATED WOOD GRINDING FLOUR AS A FILLER OF UREA-FORMALDEHYDE ADHESIVES FOR PLYWOOD PRODUCTION

Ph.D. in Engineering O. V. Lavlinskaya1 Ph.D. in Engineering T. L. Ishchenko1 V. S. Samoylenko1

1 - FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies»,

Voronezh, Russian Federation

Abstract

Currently, the production of plywood remains relevant problem of toxicity of finished products. In the manufacture of plywood glue fillers are traditionally added to improve the physical and mechanical, technological and operational properties of the resultant material. Decreased excretion of free formaldehyde from the finished plywood was investigated the possibility of use as a filler of urea-formaldehyde adhesives - wood grinding flour pretreated with phosphoric acid. Grinding wood flour is a waste of plywood and wood industry. Its production consists in sieving through a sieve with a mesh size of 0.25 mm clearance, the further processing with a 10 % solution of phosphoric acid, drying and grinding. The optimal amount of the filler adsorbent has been found, in which the properties of the prepared adhesives meet process requirements. The experiments revealed that the chosen filler can perform the function of the hardener adhesive that eliminates the traditional formulation of the chlorine-containing component. To increase the viability of the prepared adhesive composition to 8-12 hours it was suggested to add to the composition of the adhesive 20 % solution of ammonia water. As a result of gluing plywood by developed adhesives recipes and testing it on the physical and mechanical properties it was found that the strength of the adhesive layer by chipping veneer after 24 hours of soaking in water is significantly higher than in the control samples. Developed recipes of adhesives based on urea-formaldehyde resins may be used in the manufacture of plywood. Grinding wood flour, is a waste of plywood and wood processing, the processing of it with orthophosphoric acid it has the properties of the filler and hardener and increases bond strength of plywood.

Keywords: wood grinding flour, plywood, urea-formaldehyde resins, adhesive, orthophosphoric acid.

В настоящее время фанера является одним из наиболее конкурентоспособных российских товаров глубокой переработки древесины, спрос на которую в мире постоянно растет.

По сравнению с пиломатериалами фанера обладает рядом преимуществ: имеет почти равную прочность во всех направлениях; мало коробится и растрески-

вается; легко поддается гнутью; благодаря выпуску листов различных форматов (в том числе больших) фанера удобна в применении и мобильна в перевозке; в ней не бывает сквозных трещин.

В последнее время в производстве фанеры на территории Российской Федерации наблюдается увеличение объемов выпуска. Так, в 2012 году было выпущено

Лесотехнический журнал 4/2014

101

Деревопереработка. Химические технологии

более 3 млн м3 фанерной продукции и этот объем продолжает нарастать.

Одними из наиболее важных вопросов отечественного фанерного производства являются:

- снижение затрат на производство;

- снижение выделения формальдегида из готовой продукции;

- увеличение ассортимента выпускаемой фанерной продукции, для внутреннего и внешнего рынка.

В настоящее время в производстве фанеры широко применяются карбамидо-формальдегидные смолы, обеспечивающие высокие физико-механические показатели продукции. Но из-за содержащегося свободного формальдегида в смоле, продукция на их основе часто не удовлетворяет европейским стандартам ДИМ по классам эмиссии формальдегида: Е0; Е1. Этот недостаток является одной из основных проблем в промышленном производстве фанеры.

Как правило, при производстве фанеры в современной промышленности, для экономичности и улучшения физикомеханических, технологических и эксплуатационных свойств в клей вводят наполнители. Традиционно для этих целей применяется каолин, древесная мука, пшеничная мука и т.д.

В работе изучалась возможность использования, в качестве наполнителя отхода фанерной и деревообрабатывающей промышленности - шлифовальной древесной муки [1], предварительно обработанной кислотой с целью увеличения адсорбционной способности к формальдегиду.

Шлифовальная мука представляет собой мелкие частицы древесины, получае-

102

мые в процессе шлифования древесных материалов. Для исследования была выбрана шлифовальная древесная мука фракции 0,25 мм. Ее получение заключалось в просеивании производственного отхода через сито с размерами ячеек в свету 0,25 мм.

Как извесчтно из прошлых работ, адсорбционную емкость измельченных древесных растительных материалов возможно повысить путем обработки разными кислотами [2, 3], причем наилучший результат достигается при обработке ортофосфорной кислотой. Ио аналогии в шлифовальную древесную муку добавляли 10 %-й раствор ортофосфорной кислоты в соотношении мука: кислота = 1 : 3 и тщательно перемешивали. Образующуюся взвесь высушивали в сушильном шкафу при температуре 80 0С (353 0К) в течение 10 часов, до достижения постоянной влажности. Далее обработанная шлифовальная мука повторно измельчалась.

На первом этапе исследования изучалось влияние данных наполнителей на свойства карбамидоформальдегидных клеев на основе смолы марки КФ-МТ-15) с массовой долей сухого остатка К= 66.5 % условной вязкостью (по ВЗ-4) =61с, Тжел (при 100 0С) = 66 с, водородным показателем pH=8,4. Для разработки оптимальной рецептуры клея контролировали следующие показатели: 1) вязкость; 2) водородный показатель рН; 3) время отверждения клея; 4) жизнеспособность клея.

Ири исследовании влияния содержания наполнителей на вязкость клея было установлено, что оптимальное количество вводимой кислотообработанной шлифовальной древесной муки составляет 1,0-3,0 м.ч. Ири

Лесотехнический журнал 4/2014

Деревопереработка. Химические технологии

этом время желатинизации клея находилось в пределах 40-50 с, что отвечает технологическим требованиям.

Традиционно для отверждения КФС в клей добавляют отвердитель (для фанерного производства наиболее часто применяют хлористый аммоний - NH4CI). При добавлении в клей кислотнообработанной древесной муки рН существенно снижается, что свидетельствует о том, что данные наполнители выполняют и функцию от-вердителя. Но так как введение этих наполнителей способствует чрезмерному повышению кислотности клея, то продолжительность отверждения (тжел при 100 0С) и жизнеспособность клея (тжел при 20 0С) становится ниже производственных и клей надо готовить 2-3 раза в смену. Эти показатели до определенных пределов можно изменять и регулировать различными путями. В данной работе увеличение времени отверждения и жизнеспособности достигали путем введения традиционно применяемого для этой цели 20 %-го водного раствора NH4OH.

На основании полученных данных разработаны следующие составы клеев для склеивания фанеры марки ФК- общего на-

значения табл. 1.

Измерили водородный показатель рН, приготовленных рецептов клеев

(рН1рецепта 5,42; рН4рецепта 56).

Склеивание фанеры проводили по следующим технологическим режимам: расход клея - 120 г/м2; время склеивания

3,5 мин; температура плит пресса - 130 0С; удельное давление прессования 1,8 МПа.

Физико-механические испытания фанеры характеризуются пределом прочности при скалывании по клеевому слою (тск), который определяется по ГОСТ 962493 и зависит от следующих факторов: качества применяемого шпона, вида и свойств клея, режимов склеивания. Для фанеры общего назначения марки ФК (береза) тск=1,5 МПа. Отбор и изготовление образцов производят по ГОСТ 9620-93.

Предел прочности при скалывании по клеевому слою рассчитывался по формуле, МПа:

P

_ _ max

ск “ b • l ’

где Pmax - максимальная нагрузка, Н;

b - ширина плоскости скалывания, мм;

l - длина плоскости скалывания, мм.

Таблица 1

Рецепты клеев на основе смолы марки КФ-МТ-15 для склеивания фанеры

Количество компонентов, м.ч.

№ рецепта КФ-МТ-15 NH4CI NH4OH (20 %-й р-р) древесная шл. мука обр. древ. шл. мука

1 100 1 - - -

2 100 1 1 - -

3 100 1 - 3 -

4 100 - 1 - 3

Лесотехнический журнал 4/2014

103

Деревопереработка. Химические технологии

В результате статистической обработки результатов по прочности склеивания фанеры были получены данные, представленные в табл. 2.

Анализ результатов табл. 2 позволяет сделать следующие выводы:

- при использовании клеев рецептов № 3 и № 4 прочность скалывания по клее-

вому слою существенно выше контрольных (рецепты № 1 и № 2).

Таким образом, исследуемые материалы многофункциональны. Они обладают свойствами наполнителя, отвердителя, а также способствуют увеличению физикомеханических показателей клееной фанеры.

Таблица 2

Результаты испытаний фанеры с комбинированной клеевой композиции

Показатель предела прочности Рецепты клеев

при скалывании по клеевому 1 2 3 4

слою, МПа после вымачивания в воде в течение 24 ч контроль 1 (без наполнителя) контроль 2 с добавлением NH4OH (без наполнителя ) древесная шл. мука обр. шл. древесная мука

1,11 0,96 1,40 1,41

Библиографический список

1. Патент на изобретение 2504567 РФ, МПК (51) C09J161/00. Клеевая композиция для изготовления клееных слоистых материалов [Текст] / В. С. Мурзин, О. В. Лавлинская, Е. В. Кантиева, Л. В. Пономаренко, Т. Л. Ищенко; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО "ВГЛТА". - № 2012144864/05 ; заявл. 22.10.2012; опубл. 20.01.2014.

2. Влияние различных наполнителей на свойства фанеры на карбамидоформальдегид-ных клеях [Текст] / О. В. Лавлинская, Л. И. Бельчинская, В. С. Мурзин, И. В. Миронов // Современные технологические процессы получения материалов и изделий из древесины : материалы Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием (17-19 сент. 2001г.) / под ред. Бель-чинской Л.И. - Воронеж: ВГЛТА, 2001. - С. 60-63.

3. Пятков, И. А. Использование отходов деревообрабатывающих производств в качестве наполнителей карбамидоформальдегидных клеев для производства фанеры [Текст] / И. А. Пятков, О. В. Лавлинская, Л. И. Бельчинская // Наука. Лес. Молодежь ВГЛТА 2002 : сб. материалов по итогам научно-исследовательской работы молодых ученых ВГЛТА за 2001-2002 годы / под ред. акад. РАЕН, проф. Л.Т. Свиридова. - Воронеж: ВГЛТА, 2002. - С. 319-323.

References

1. Murzin V.S., Lavlinskaya O.V., Kantieva E.V., Ponomarenko L.V., Ishchenko T.L. Kleeva-ja kompozicija dlja izgotovlenija kleenyh sloistyh materialov [Adhesive composition for the production of glued laminated materials]. Patent RF, no. 2012144864/05, 20.01.2014.

2. Lavlinskaya O.V., Belchinskaya L.I., Murzin V.S., Mironov I.V. Vlijanie razlichnyh napol-nitelej na svojstva fanery na karbamidoformal'degidnyh klejah [Influence of different fillers on the

104 Лесотехнический журнал 4/2014

Деревопереработка. Химические технологии

properties of plywood on urea-formaldehyde adhesives] Sovremennye tehnologicheskie processy poluchenija materialov i izdelij iz drevesiny : materialy Vseros. nauch.-tehn. konf. s mezhdunar. uchastiem (17-19 sent. 2001g.) [Modern technological processes of production materials and wood products: Proc. All-Russ. Scientific and Engineering. Conf. with Int. Participation (17-19 Sept. 2001)]. Voronezh, 2001, pp. 60-63. (In Russian).

3. Pyatkov I.A., Lavlinskaya O.V., Belchinskaya L.I. Ispol'zovanie othodov derevoobrabaty-vajushhih proizvodstv v kachestve napolnitelej karbamidoformal'degidnyh kleev dlja proizvodstva fanery [The use of waste of wood processing industries as fillers of urea-formaldehyde adhesives for plywood] Nauka. Les. Molodezh' VGLTA 2002 : sb. materialov po itogam nauchno-issledovatel'skoj raboty molodyh uchenyh VGLTA za 2001-2002 gody [Science. Forest. Youth of VSAFT 2002: Coll. materials of the research work of young scientists of VSAFT for 2001-2002]. Voronezh, 2002, pp. 319-323. (In Russian).

Сведения об авторах

Лавлинская Ольга Викторовна - доцент кафедры механической технологии древесины ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», кандидат технических наук, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: olgalavlin@mail.ru.

Ищенко Татьяна Леонидовна - доцент кафедры механической технологии древесины ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», кандидат технических наук, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: tl-ischenko@mail.ru.

Самойленков Валерий Сергеевич - студент ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: samojjlenkov-valerijj@rambler.ru.

Information about authors

Lavlinskaya Olga Viktorovna - Associate Professor of Mechanical Technology of Wood department FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», PhD in Engineering, Voronezh, Russian Federation; e-mail: olgalavlin@mail.ru.

Ishchenko Tatyana Leonidovna - Associate Professor of Mechanical Technology of Wood department FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», PhD in Engineering, Voronezh, Russian Federation; e-mail: tl-ischenko@mail.ru.

Samoylenko Valery Sergeevich - student of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», PhD in Engineering, Voronezh, Russian Federation; e-mail: samojjlenkov-valerijj@rambler.ru.

Лесотехнический журнал 4/2014

105