СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИОСТОЙКИХ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ
COMPOSITION FOR MAKING BIORESISTANT PARTICLE BOARD

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, касается технологии изготовления древесных композиционных материалов и может быть использовано при изготовлении биостойких древесностружечных плит (ДСП-б).
Известен состав для изготовления ДСП-б, в котором карбамидоформальдегидная смола (КФС) содержит 40%-ный раствор сульфата меди в количестве 17,5 мас.% соли от абс. сух. смолы. На обе стороны сформированного ковра наносят смесь карбамида и сульфата меди, смешанных при мольном соотношении 1:(0,125-1), и прессуют при температуре 115-130°С и удельном давлении 2 МПа в течение 0,40-0,65 мин/мм толщины готовой плиты. Количество сульфата меди, вводимого в плиту со связующим и покрытием, соответствует критериям биостойкости для изделий из древесины [патент (RU) №2209819, опубл. 10.08.2003].
Недостатком известного технического решения является необходимость создания высокой концентрации связующего, наличие карбамида в стружечно-клеевой композиции приведет к необходимости увеличения продолжительности прессования плит.
В другом составе для изготовления ДСП-б применяется отвердитель КФС, содержащий хлорид аммония и сульфат меди в массовом соотношении (15-25):(75-85). Отвердитель используется в количестве 0,6-1,0 мас.% от массы плиты [а.с. СССР №421531, опубл. 30.03.1974].
Недостатком известного технического решения является то, что присутствие в составе комбинированного отвердителя сульфата меди, водный раствор которого имеет кислую реакцию, приводит к гидролитической деструкции карбамидоформальдегидного полимера при продолжительном нахождении в условиях с переменной температурой и влажностью.
Известен также состав, в который входит отвердитель для КФС, представляющий собой смесь соли железа (III) и хлорида аммония в массовом соотношении (0,2-2,0):1, который позволяет сократить время отверждения связующего в 2,0-2,5 раза. С использованием данного отвердителя процесс прессования ДСП производится при пониженной температуре 120-180°C в течение 0,15-0,55 мин/мм толщины готовой плиты [а.с. СССР №823167, опубл. 23.04.1981].
Недостатком известного технического решения является то, что поскольку соли железа обладают выраженными окислительно-восстановительными свойствами, то присутствие данного соединения может вызвать окислительную деструкцию отвержденного связующего. Кроме того, жизнеспособность данной композиции снижается по сравнению со связующим на стандартном отвердителе, что создает технологические трудности при производстве плит.
Другой состав для модифицирования ДСП включает синтетические жирные спирты, тетраборат натрия, борную кислоту и воду в массовом соотношении (30-50):(1-10):(2-42):(1-66). Состав вводят в КФС в количестве 15-20 мас.% от абс. сух. смолы с концентрацией 60% [а.с. СССР №485887, опубл. 30.09.1975].
Недостатком известного технического решения является то, что присутствие в системе тетрабората натрия и борной кислоты, образующих в паре буферную систему, создает условия для замедления процесса поликонденсации связующего.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав для изготовления ДСП-б [а.с. СССР №1071450, опубл. 07.02.1984 - прототип]. Согласно авторскому свидетельству в качестве отвердителя КФС используется кремнефторид аммония в количестве 1,65-2,90 мас.% от абс. сух. смолы. Отвердитель вводится в смолу в виде 20%-ного раствора. Расход КФС составляет 8,1-11,7 мас.% от абс. сух. древесины. Древесная стружка, высушенная до относительной влажности 5-6%, смешивается со связующим. Влажность стружечно-клеевой смеси составляет 8-12%. Прессование проводится при температуре 170°C, удельном давлении 2,5 МПа и продолжительности 0,35 мин/мм толщины готовой плиты. Полученные ДСП-б соответствуют требованиям ГОСТ 10362-2007. При снижении содержания кремнефторида аммония менее 1,65 мас.% наблюдается ухудшение физико-механических показателей ДСП-б, а при повышении его расхода более 2,90 мас.% - свойства плит сохраняются на прежнем уровне.
Известное техническое решение имеет следующие недостатки. В процессе прессования и эксплуатации ДСП-б происходит эмиссия фторида водорода, создающая экологические проблемы. Кроме того, кремнефторид аммония малодоступен и имеет высокую стоимость.
Техническая задача изобретения состоит в повышении эффективности состава для изготовления биостойких древесностружечных плит за счет обеспечения возможности получения ДСП-б, соответствующих по своим физико-механическим показателям требованиям ГОСТ 10632-2007, по биостойкости классифицирующихся по методике, описанной в источнике [Горшин С.Н. Консервирование древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1977. - С.95-97] как относящиеся к биостойким материалам, при условии проведения горячего прессования при температуре 180-200°C и повышения прочности склеивания древесных частиц.
Поставленная цель достигается тем, что в составе для изготовления биостойких древесностружечных плит, содержащем древесные частицы, хромомедный антисептик, парафин, формальдегидную смолу (ФС) и комбинированный отвердитель (КО), включающий дихромат аммония, хлорид аммония и полиоксиэтиленалкилфениловый эфир (ПОЭАФЭ), древесные частицы дополнительно содержат хромомедный антисептик, а связующее в качестве смолы содержит ФС и дополнительно - КО. Состав может быть изготовлен, например, при следующем соотношении компонентов, мас.ч. (по абс. сух. веществам):
Древесные частицы (абс. сух.)
100
Хромомедный антисептик от массы абс. сух. древесины
3,5-4,5
Парафин от массы абс. сух. древесины
0,8-1,2
Формальдегидная смола от массы абс. сух. древесины:
для наружных слоев
12-16
для внутреннего слоя
9-12
Дихромат аммония от массы абс. сух. смолы:
для наружных слоев
0,37-1,86
для внутреннего слоя
3,34-4,76
Хлорид аммония от массы абс. сух. смолы:
для наружных слоев
0,13-0,60
для внутреннего слоя
1,09-1,67
ПОЭАФЭ от массы абс. сух. смолы:
для наружных слоев
0,006-0,042
для внутреннего слоя
0,071-0,089
Изобретение имеет следующие отличия от прототипа:
- древесные частицы дополнительно содержат хромомедный антисептик;
- связующее в качестве смолы содержит формальдегидную смолу и дополнительно - комбинированный отвердитель;
- комбинированный отвердитель содержит дихромат аммония, хлорид аммония и полиоксиэтиленалкилфениловый эфир.
Состав может быть изготовлен при следующем соотношении компонентов, мас.ч. (по абс. сух. веществам):
Древесные частицы (абс. сух.)
100
Хромомедный антисептик от массы абс. сух. древесины
3,5-4,5
Парафин от массы абс. сух. древесины
0,8-1,2
Формальдегидная смола от массы абс. сух. древесины:
для наружных слоев
12-16
для внутреннего слоя
9-12
Дихромат аммония от массы абс.сух. смолы:
для наружных слоев
0,37-1,86
для внутреннего слоя
3,34-4,76
Хлорид аммония от массы абс. сух. смолы:
для наружных слоев
0,13-0,60
для внутреннего слоя
1,09-1,67
ПОЭАФЭ от массы абс. сух. смолы:
для наружных слоев
0,006-0,042
для внутреннего слоя
0,071-0,089
Эффект заключается в совместном действии трех компонентов КО. Хлорид аммония создает необходимую для отверждения ФС кислотность и при 105°C, соответствующей температуре внутреннего слоя плиты, дополняется кислотностью дихромата аммония. При температуре выше 168°C дихромат аммония экзотермически разлагается, что вызывает углубление отверждения ФС и приводит к снижению кислотности среды, что, в свою очередь, способствует уменьшению термодеструкции отвержденного полимера. ПОЭАФЭ способствует улучшению растекания ФС на поверхности древесных антисептированных частиц и тем самым компенсирует снижение их смачивающей способности.
Это позволит повысить эффективность состава для изготовления биостойких древесностружечных плит за счет обеспечения возможности получения ДСП-б, соответствующих по своим физико-механическим показателям требованиям ГОСТ 10632-2007, по биостойкости классифицирующихся как относящиеся к биостойким материалам, при условии проведения горячего прессования при температуре 180-200°C и повышения прочности склеивания древесных частиц.
Преимущества предлагаемого состава по сравнению с прототипом обусловлены отсутствием эмиссии фторида водорода из плит как в процессе производства, так и в условиях эксплуатации в связи с тем, что данный состав не содержит фторсодержащих компонентов. Полученные плиты имеют повышенные прочность и водостойкость благодаря использованию дихромата аммония, который подавляет гидролитическую деструкцию отвержденного полимера. Кроме того, из-за окислительной активности дихромата аммония, превращающего формальдегид в условиях горячего прессования в воду и диоксид углерода, эмиссия формальдегида из плит сокращается.
В просмотренном нами патентно-информационном фонде не обнаружено аналогичных технических решений, а также технических решений, содержащих указанные признаки.
Изобретение применимо и будет использоваться в отрасли в 2011 г.
Заявители отмечают, что заявляемый ими состав для изготовления биостойких древесностружечных плит находится в стадии исследования и апробации, т.е. количественный состав композиции является пока примерным, подтверждает реальность получения состава при указанном его количественном составе, поэтому он указан во втором пункте формулы изобретения.
Для изготовления состава использовали следующие материалы:
Древесные частицы влажностью 60%;
Дихромат калия (ГОСТ 4220-75);
Сульфат меди (ГОСТ 4165-78);
Парафин нефтяной твердый (ГОСТ 23683-89);
Формальдегидная смола, например промышленно вырабатываемая карбамидоформальдегидная смола марки КФ-МТ-15, 68%-ный раствор (ТУ 6-06-12-88);
Дихромат аммония (ГОСТ 3763-76);
Хлорид аммония (ГОСТ 3773-82);
Полиоксиэтиленалкилфениловый эфир (ГОСТ 8433-81).
Состав для изготовления биостойких древесностружечных плит готовили следующим образом.
ПРИМЕР 1.
Состав готовили при пересчете всех компонентов на абс. сух. вещества. На древесные частицы с влажностью 60% в количестве 100 мас.ч. абс. сух. древесины пневматическим распылением наносили 10%-ный раствор хромомедного антисептика в количестве 4,5 мас.%. от абс. сух. древесины. Хромомедный антисептик содержал дихромат калия и сульфат меди в массовом соотношении 1:1. Древесные частицы подавали на сушку, где они высушивались до влажности 3%, после чего на стружку наносили парафин в количестве 0,8 мас.%. от абс. сух. древесины, а затем подавали на сортировку по слоям. Массовое соотношение наружных и внутреннего слоя составляло 2:3. Связующее для наружного слоя включало формальдегидную смолу (ФС) в количестве 16 мас.% от абс. сух. древесины наружного слоя, а также дихромат аммония в количестве 1,47 мас.% от абс. сух. ФС наружного слоя и ПОЭАФЭ в количестве 0,028 мас.% от абс. сух. ФС наружного слоя. Связующее для внутреннего слоя включало ФС в количестве 12 мас.% от от абс. сух. древесины внутреннего слоя, а также дихромат аммония в количестве 6,38 мас.% от абс. сух. ФС внутреннего слоя и ПОЭАФЭ в количестве 0,120 мас.% от абс. сух. ФС внутреннего слоя.
Древесные частицы смешивали со связующим по слоям и направляли на формирование пакета. Готовый стружечный пакет подпрессовывали и затем прессовали в горячем прессе при температуре 200°C, удельном давлении 2,4 МПа и удельном времени прессования 0,35 мин/мм готовой плиты. После прессования плиты кондиционировали при температуре 20±2°C и относительной влажности воздуха 65±5% в течение 5 сут. Готовые плиты испытывали по ГОСТ 10634-88, ГОСТ 10635-88, ГОСТ 10636-90, ГОСТ 27678-88 и методике, описанной в источнике [Горшин С.Н. Консервирование древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1977. - С.95-97].
В таблице 1 представлен состав композиции в мас.ч. по примерам по абс. сух. веществам).
Таблица 1
Состав композиции по примерам (по абс. сух. веществам)
Компоненты
Содержание компонентов
по примерам, мас.ч.
1
2
3
4
5
6
7
Древесные частицы
100
100
100
100
100
100
100
Хромомедный антисептик от массы абс. сух. древесины
4,5
4,5
4,0
4,0
4,0
3,5
3,5
Парафин от массы абс. сух. древесины
0,8
0,8
1,0
1,0
1,0
1,2
1,2
ФС от массы абс. сух. древесины:
- наружный слой
16
16
14
14
14
12
16
- внутренний слой
12
12
10
10
10
9
12
(NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub> от массы абс. сух смолы:
- наружный слой
1,47
0,37
0,74
1,11
1,48
1,86
0,24
- внутренний слой
6,38
4,76
3,69
4,06
4,43
3,34
2,20
NH<sub>4</sub>Cl от массы абс. сух смолы:
- наружный слой
0,00
0,13
0,25
0,37
0,49
0,60
0,24
- внутренний слой
0,00
1,67
1,23
1,35
1,48
1,09
2,20
ПОЭАФЭ от массы абс. сух смолы:
- наружный слой
0,028
0,006
0,015
0,022
0,030
0,042
0,011
- внутренний слой
0,120
0,071
0,074
0,081
0,089
0,075
0,099
3
В таблице 2 представлены рецептуры изготовления ДСП-б по примерам в расчете на получение одного образца плиты размером 400×400 мм толщиной 16 мм и плотностью 700±12 кг/м.
В таблице 3 представлен расход компонентов для приготовления 1000 кг 20%-ного раствора КО.
Таблица 2
Рецептура изготовления ДСП-б
Компоненты
Расход компонентов по примерам
1
2
3
4
5
6
7
Древесные частицы влажностью 60%, г
2270
2270
2320
2320
2320
2360
2290
Хромомедный антисептик, 10%-ный раствор, г
640
640
580
580
580
510
500
Парафин, г
11,4
11,4
14,5
14,5
14,5
17,7
17,2
ФС, 68%-ный раствор, г:
- наружный слой
131
131
117
117
117
102
132.
- внутренний слой
153
153
130
130
130
118
153
КО, 20%-ный раствор, г:
- наружный слой
6,7
2,2
4,0
6,0
8,0
8,7
2,2
- внутренний слой
33,7
33,7
22,1
24,3
26,5
18,1
23,5
Таблица 3
Расход компонентов для приготовления 1000 кг 20%-ного раствора КО, кг
Компоненты
Примеры
1
2
3
4
5
6
7
(NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub>
196
147
148
148
148
148
98
NH<sub>4</sub>Cl
0
51
49
49
49
48
98
ПОЭАФЭ
3,7
2,2
3,0
3,0
3,0
3,3
4,4
Вода
800
800
800
800
800
800
800
В таблице 4 представлены физико-механические показатели ДСП-б.
Таблица 4
Физико-механические свойства ДСП-б
Показатели
Примеры
1
2
3
4
5
6
7
Разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа
8,1
13,5
13,0
14,0
12,7
13,1
9,6
Разрушающее напряжение при растяжении перпендикулярно пласти плиты, МПа
0,18
0,32
0,34
0,43
0,36
0,35
0,30
Разбухание по толщине за 24 ч, %
42,3
24,2
21,2
18,2
23,2
22,5
34,5
Разбухание по толщине за 14 сут, %
82,0
45,4
38,4
32,4
37,8
42,3
76,4
Эмиссия формальдегида, мг/100 г плиты
14,6
8,2
7,4
7,2
7,6
8,0
13,6
Потеря массы образца при испытании на биостойкость, %
2,7
2,8
3,2
3,1
3,3
3,6
3,5
Испытания готовых плит показали, что изобретение позволяет получить древесностружечные плиты с физико-механическими показателями, отвечающими требованиям к ДСП по ГОСТ 10632-2007, являющиеся биостойкими (потеря массы при испытании менее 5%) и имеющие класс эмиссии формальдегида Е1 (содержание формальдегида менее 8 мг/100 г плиты). При изготовлении ДСП-б по примеру 4 плиты характеризуются оптимальными показателями в отношении основных физико-механических свойств и соответствуют требованиям к ДСП марки П-А по ГОСТ 10632-2007. При изготовлении ДСП-б по примерам 3 и 5 плиты соответствуют требованиям к ДСП марки П-Б по ГОСТ 10632-2007.
Таким образом, использование изобретения позволит повысить эффективность состава для изготовления биостойких древесностружечных плит за счет обеспечения возможности получения ДСП-б, соответствующих по своим физико-механическим показателям требованиям ГОСТ 10632-2007, по биостойкости классифицирующихся как относящиеся к биостойким материалам, при условии проведения горячего прессования при температуре 180-200°C и повышения прочности склеивания древесных частиц.