Комплексная оценка свойств древесно-стружечных плит на основе фурфуролацетонового мономера ФА

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ДЕРЕВООБРАБОТКА

микроскопа позволяет представить межфиб-рилярные пространства размером до 100 нм (рис. 8), что соизмеримо с размерами крупных белковых молекул или их агрегатов, возможность сорбирования которых нам представляется вполне реальной.

Проведенные исследования позволяют предположить целесообразность использования высокодисперсных порошков исследованных продуктов переработки древесины в качестве основы для сорбентов широкого спектра действия.

Данная работа выполнялась при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках государственного контракта № 16.522.12.2010, заключенного между Министерством образования и науки

РФ и ООО «БИОВЕТ-ФЕРМЕНТ» по мероприятию 2.2 федеральной целевой программы: «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы».

Библиографический список

1. Холькин, Ю.И. Технология гидролизных производств: Учебник для вузов / Ю.И. Холькин. - М.: Лесная пром-сть, 1989. - 486 с.

2. Канарский, З.А. Адсорбция микотоксинов техническими лигнинами / З.А. Канарский, А.В. Канарский, Ю.Г. Хабаров и др. // Химия растительного сырья - 2011. - № 1. - С. 59-63.

3. Косарев, К.Л. Исследование влияния технологических режимов обработки лигноцеллюлозного материала на его сорбционные свойства / К.Л. Косарев, А.М. Морозов // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 6. - С. 20.

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СВОЙСТВ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ

плит на основе фурфуролацетонового мономера фа

С.А. УГРЮМОВ, проф. каф. механической технологии древесины КГТУ, д-р техн. наук, Д.А. СМИРНОВ, студ., специальность «Технология деревообработки» КГТУ

Одним из основных видов композиционных древесных материалов, выпускаемых деревообрабатывающей отраслью, являются древесно-стружечные плиты на основе отходов деревообработки и низкокачественной древесины [1, 2]. Мировое производство и потребление плит возрастают с каждым годом, находя новые сферы применения и вытесняя пиломатериалы и изделия из натуральной древесины [3].

В качестве связующих в данных плитах могут использоваться различные синтетические соединения. Наибольшее распространение получили термореактивные связующие, в которых при отверждении происходят необратимые структурные и химические изменения, прежде всего это карба-мидоформальдегидные и фенолоформальде-гидные олигомеры [4].

Однако основная часть плит имеет невысокую водостойкость, что приводит к деформациям от воздействия влаги или воды, особенно в местах сколов и царапин. Наличие

ugr-s@yandex.ru; nis@kstu.edu.ru

в составе смол свободного формальдегида и фенола приводит к эмиссии вредных веществ при эксплуатации плит.

Одним из способов повышения водостойкости и снижения токсичности древесных плит является применение при их изготовлении альтернативных клеев. Одним из таких направлений может стать применение в качестве связующего олигомеров фуранового ряда [4, 5]. Основным компонентом фурано-вых смол является фурфурол, который можно получать из низкокачественной древесины лиственных пород, содержащих максимальное количество пентозанов; отходов лесозаготовительной и деревообрабатывающей промышленности; пентозансодержащих отходов целлюлозно-бумажной промышленности; отходов сельскохозяйственного производства; дикорастущих однолетних растений; отходов пищевой промышленности [6]. Таким образом, применение в качестве связующих фурановых смол позволяет повысить комплексность использования сырья.

76

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ДЕРЕВООБРАБОТКА

Таблица 1

Управляемые факторы и уровни их варьирования

Наименование факторов Обозначение Интервал варьирования Уровень варьщ ювания

натураль- ное нормализо- ванное нижний

1. Плотность плиты, кг/ м3 Рсв *1 5 10 15 20

2. Расход связующего, % р *2 50 750 800 850

3. Температура прессования, °С Т X3 15 150 165 180

Таблица 2

Матрица планирования эксперимента

№ Оп. В кодированном обозначении В натуральном обозначении Предел прочности при изгибе, МПа хвойные / лиственные Разбухание по толщине, % хвойные / лиственные Водопоглощение, % хвойные / лиственные

Х1 Х2 Хз Рсв, % р, кг/м3 Т,°С

1 +1 + 1 +1 20 850 180 16,9 / 22,8 3,6 / 5,1 7,2 / 11,2

2 -1 + 1 +1 10 850 180 11,2 / 14,6 22,0 / 15,0 60,0 / 42,3

3 +1 -1 +1 20 750 180 9,1 / 12,3 4,5 / 6,8 16,0 / 16,1

4 -1 -1 +1 10 750 180 6,3 / 8,1 19,0 / 18,8 43,0 / 29,1

5 +1 + 1 -1 20 850 150 16,0 / 21,8 3,8 / 7,2 10,1 / 17,0

6 -1 + 1 -1 10 850 150 10,6 / 13,9 23,1 / 21,2 66,0 / 53,1

7 +1 -1 -1 20 750 150 8,3 / 12,1 4,9 / 9,2 19,0 / 23,1

8 -1 -1 -1 10 750 150 5,2 / 7,1 20,2 / 26,1 49,0 / 43,1

В настоящее время олигомеры фурано-вого ряда в производстве древесных плит промышленно не применяются, поэтому отсутствуют данные о рецептурах, технологических режимах производства данных плит. Представляет научный и практический интерес изучение физико-механических свойств и подбор рациональных режимов производства древесных плит на основе фуранового олигомера.

В ходе экспериментальных запрессовок выявлены факторы, оказывающие значимый эффект на эксплуатационные характеристики плит как конструкционного материала:

- плотность плиты, влияющая на качество упаковки частиц и, следовательно, на прочность материала;

- расход связующего, влияющий на качество склеивания частиц между собой, прочностные и водозащитные свойства материала;

- температура прессования, влияющая на скорость и полноту отверждения связующего.

Указанные факторы приняты в качестве управляемых при постановке и реализации полнофакторного плана. При проведении опытных запрессовок применялась древесная

стружка хвойных и лиственных пород фракции 10/2, фурановая смола - фурфурол-аце-тоновый мономер ФА, синтезированный в условиях 54 Промкомбината, г. Новомосковск, отвердитель - и-толуолсульфокислота. Изготовление плит проводилось в лабораторном гидравлическом прессе П100-400 при следующих постоянных факторах: толщина плит 12 мм; температура плит пресса 180°С; удельное давление прессования 2 МПа; продолжительность выдержки под давлением 10 мин;

Уровни варьирования управляемых факторов выбраны на основе анализа результатов предварительных запрессовок и представлены в табл. 1.

В качестве выходных величин приняты физико-механические показатели, характеризующие эксплуатационные характеристики плит - предел прочности при статическом изгибе, разбухание по толщине и водопоглощение плит после выдержки в воде в течение 24 ч, определенные по методикам для древесностружечных плит (ГОСТы 10634, 10635).

Количество дублированных опытов для всех выходных величин на основе оценочных экспериментов и расчета по критерию Стьюдента составило 4.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013

77

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ДЕРЕВООБРАБОТКА

Матрица планирования эксперимента с выходными величинами представлена в табл. 2.

Математическая обработка полученных экспериментальных данных проведена по стандартной методике обработки результатов полнофакторного плана [7]. Установлено, что полученные выборки не содержат грубых результатов, а дисперсии опытов являются однородными.

После исключения количественно незначимых членов математические модели влияния рассмотренных факторов в кодированном обозначении на свойства плит имеют следующий вид

1) выходная величина - предел прочности при изгибе для хвойных пород

Y1 = 10,45 + 2,13х1 + 3,23х2 + 0,43х3 + 0,65х^2;

2) выходная величина - предел прочности при изгибе для лиственных пород

Y2 = 14,09 + 3,16х1 + 4,19х2 + 0,36х3 + 0,86х^2;

3) выходная величина - разбухание по толщине для хвойных пород

Y3 = 12,64 - 8,44х1 + 0,49х2 - 0,36х3 - 0,99х1х2;

4) выходная величина - разбухание по толщине для лиственных пород

Y4 = 13,68 - 6,6Xj - 1,55х2 -- 2,25х3 + 0,63XjX2 + 1,13XjX3;

5) выходная величина - водопоглощение для хвойных пород

Y5 = 33,79 - 20,7Ц + 2,04х2 - 2,24х3 - 6,46*^;

6) выходная величина - водопоглощение для лиственных пород

Y = 29,38 - 12,53х + 1,53х, -- 4,70х3 - 4,28х1х2 + 1,5х1х3

Математические модели в натуральном обозначении факторов, позволяющие спрогнозировать значения выходных величин при любых сочетаниях факторов в рассмотренном диапазоне, имеют вид

- для предела прочности при статическом изгибе для хвойных пород

ои = -21,15 - 1,65Рсв. +

+ 0,02р + 0,03Т +0,003Рсв р;

- для предела прочности при статическом изгибе для лиственных пород

ои = -25,11 - 2,12Рсв. +

+ 0,03р + 0,02Т +0,003Рсв р;

- для разбухания по толщине для хвойных пород

Р6, = -13,44 + 1,48Рсв. +

+ 0,07р - 0,02Т - 0,004Рсв р;

- для разбухания по толщине для лиственных пород

Рх = 137,36 - 6,27Рсв. - 0,07р -- 0,42Т + 0,003Рсв р + 0,02 Рсв Т;

- для разбухания по толщине для хвойных пород

W = -222,16 + 16,53Рсв. +

+ 0,43р - 0,15Т - 0,03Рсв р;

- для разбухания по толщине для лиственных пород

W = -61,75 - 7,89Рсв.+0,29р -

- 0,34Т - 0,02Рсв р + 0,02 Рсв Т;

Данные модели являются адекватными и эффективными.

Анализ полученных математических моделей позволил определить, что на прочностные показатели плит наибольшее влияние оказывает плотность плит, с увеличением которой происходит упрочнение материала, существенное влияние оказывает также расход связующего. Физические показатели (разбухание, водопоглощение) при увеличении плотности несколько ухудшаются, что связано с увеличением релаксационных процессов при увлажнении уплотненного материала. Температура прессования оказывает незначительное влияние как на эксплуатационные, так и физические свойства плит.

Анализ полученных математических моделей позволил определить рациональные условия производства плит на основе отходов деревообработки и фурановых олигомеров:

- плотность плиты 850 кг/м3;

- расход связующего 15.. .20 % относительно массы наполнителя;

- температура плит пресса 170.180 °С;

- время прессования 10 мин;

- удельное давление прессования

2 МПа.

При изготовлении плит при данных у сло-виях удается получить материал с физико-механическими показателями, удовлетворяющими требования ГОСТ 10632-07 на древесно-стружечные плиты. Плиты на основе лиственных пород древесины более прочные, что объясняется более полной смачиваемостью и большей когезионной прочностью лиственных частиц. В

78

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013