Методы испытаний на токсичность древесно-стружечных плит и эффективные акцепторы формальдегида

Деревопереработка. Химические технологии

часть живицы - скипидар испарилась, а канифоль пропитала древесину, тем самым повысила плотность древесины, особенно в нижней части ствола и одновременно создала благоприятные условия для развития грибов.

На свежей смоле ветвей и ствола сосны развивается гриб Biatorella resinae Mudd. Гриб, как правило, развивается на засмоленных участках и сопровождает порок древесины - засмолок. Кроме того, на свежей смоле просмоленных участков, также развивается гриб Zythia resinac. Активное развитие грибов на свежей смоле сопровождается более интенсивным снижением плотности древесины, в нижней части ствола, особенно на высоте до 6...7 м (кривая 1).

Анализ результатов испытаний показывает, что при хранении поврежденной древесины в комнатных условиях при влажности древесины менее 15.18 % развитие грибов прекращается, а её плотность не изменяется и соответствует плотности древесины на момент рубки (кривые 2, 3). В этой связи представляется целесообразным подвергать древесину камерной сушке при температуре свыше 45 °С.

Таким образом, при длительном хранении в комнатных условиях плотность древесины сосны пораженной пожаром не изменяется и соответствует значениям на момент рубки. Древесина из древостоев, стоящих на корню, резко снижает свою плотность, а, следовательно, и технические качества.

Библиографический список

1. Влияние вида пожара на структуру и качество древесины сосны [Электронный ресурс] / Т. К. Курьянова, А. Д. Платонов, Н. Е. Косиченко [и др.] // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - Краснодар : КубГАУ, 2011. - № 10 (074). - С. 785-798. - Режим доступа: http:// ej.kubagro.ru /2011/10/ pdf/69.pdf.

2. Макаров, А. В. Технические качества древесины пораженной различными видами пожара [Текст] / А. В. Макаров // Лесотехнический журнал. - 2011. - № 4. - С. 14-18.

3. Полубояринов, О. И. Плотность древесины [Текст] : учебник / О. И. Полу-бояринов. - М. : Лесн. пром-сть, 1976. -160 с.

DOI: 10.12737/3357 УДК 674.613

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НА ТОКСИЧНОСТЬ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ И ЭФФЕКТИВНЫЕ АКЦЕПТОРЫ ФОРМАЛЬДЕГИДА

заведующий кафедрой механической технологии древесины, доктор технических наук,

профессор Е. М. Разиньков

аспирант кафедры механической технологии древесины Д. А. Якимов ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

aam mtd vglta@mail.ru

В настоящее время токсичность древесно-стружечных плит, связанная с

Лесотехнический журнал 1/2014

135

Деревопереработка. Химические технологии

выделением из них вредного для человека газа - формальдегида, является одним из сдерживающих факторов их использования.

Для определения выделения из ДСтП формальдегида в настоящее время в мировой практике существуют два основных метода - камерный и перфораторный.

Наиболее совершенным, с точки зрения моделирования реальных условий эксплуатации материалов, является камерный метод, который в настоящее время осваивается на кафедре механической технологии древесины ВГЛТА.

При испытании плит этим методом исследуемый материал помещается в специальную камеру-генератор, в которой моделируются натуральные условия (температура и влажность воздуха, кратность воздухообмена, "насыщенность" материалом объема камеры - отношение площади поверхности материала к объему воздуха в камере). Относительную влажность воздуха в камере, как контролируемый параметр, можно не включать (если камера находится в жилом помещении), так как она, в пределах изменения в жилых и общественных зданиях, на интенсивность выделения из материалов вредных веществ влияния не оказывает. Материалом камеры являются нержавеющая сталь или силикатное стекло, которые не подвергаются изменениям под влиянием вредных веществ, мало адсорбируют их на своей поверхности, хорошо поддаются очистке влажным способом (мытье водой, спиртом и другими жидкостями). Форма камер на качество анализируемого в них воздуха влияния не ока-

зывает. Камера герметически закрывается и имеет отверстия для входа и выхода воздуха. Камера, предназначенная к работе с подогревом воздуха, теплоизолируется. Камера оборудуется кондиционером и блоком влажности, поддерживающие на заданном уровне температуру и относительную влажность воздуха в камере.

В зависимости от реальных условий эксплуатации материала его кромки могут изолироваться (пастой из жидкого стекла и мела или полосками марли, пропитанными этой пастой). Могут также изолироваться и пласти материала. В этом случае на пласти материал наклеивается клеем, который использован в материале, стекле.

В камерах больших объемов можно испытывать натурные образцы мебели, плит и др. Общий вид такой (нашей) камеры объемом 45 м3 представлен на рис. 1.

Рис. 1. Камера для испытания токсичности плитных материалов и натурных образцов мебели

На рис. 2 представлена вутренняя часть такой камеры с видом воздухопри-

136

Лесотехнический журнал 1/2014

Деревопереработка. Химические технологии

емников для отсасывания из камеры и нагнетания в нее воздуха.

Камера оборудована плотно закрывающейся дверью (рис. 3).

Рис. 2. Внутренняя часть такой камеры с видом воздухоприемников для отсасывания из камеры и нагнетания в нее воздуха

Рис. 3. Внутренняя часть камеры с видом плотно закрывающейся двери

Для создания в камере воздухообмена используется воздуходувная система с контролируемыми параметрами количества входящего в камеру и выходящего из нее воздуха.

Для жилых квартир и общежитий должно удаляться 3 м3/час воздуха на 1 м2 площади комнаты, что при высоте помещения 2,5 м дает кратность 1,2 обмена в 1

час. Фактически в реальных условиях она может быть ниже (до 0,5 в жилых комнатах).

Начинают исследования через 1,5...2,0 суток после установления в камерах-генераторах определенного режима воздухообмена (и других условий), так как лишь к этому времени в камере устанавливается динамическое равновесие.

Результаты санитарно-химических исследований выражаются двумя показателями:

- в миллиграммах вещества, выдающегося с поверхности материала определенной площади в единицу времени (например, в мг/м2хчас), что характеризует интенсивность выделения вредных веществ;

- в миллиграммах вещества, содержащегося в единице объема воздуха, т.е. в виде концентрации его в воздухе (в мг/м3 воздуха).

Для химического анализа формальдегида и определения его количества в воздухе существуют различные методы (хромотография, фотоколориметрический и др.).

Несмотря на то, что камерный метод является длительным (занимает около 2.3 суток), зато полученные результаты позволяют сравнить данные по выделению из плит формальдегида в реальных условиях эксплуатации плит с предельно-допустимой концентрацией в воздухе помещений по требованиям Минздрава России.

В качестве экспресс-метода используется перфораторный метод, базирующийся на работах FESYP, и основанный на экстрагировании в перфораторе (специальной лабораторной установке - Перфо-

Лесотехнический журнал 1/2014

137

Деревопереработка. Химические технологии

раторе) формальдегида их образцов ДСтП кипящим толуолом, поглощении его дистиллированной водой и обратном йодометрическом титровании по ГОСТ 2767888. Этот метод занимает 4.. .6 часов времени, но не дает результатов выделения формальдегида из плит в реальных условиях их эксплуатации. Однако этот метод широко используется в Европе, он гостирован и в РФ.

Данным методом определяют выделение формальдегида из плит в размерности мг/100 г абсолютно сухой плиты. При этом по существующему ГОСТ 106322007 выделяют 2 класса эмиссии формальдегида: Е-1 (до 8); Е-2 и Е-3 (от 8 до 30 мг/100 г абс. сухой плиты). Для перевода полученных по данному методу значений (в мг/100 г) в значения камерного метода (в мг/м3 воздуха) пользуются калибровочными кривыми.

Известны также и другие экспрессметоды определения выделения формальдегида, которые используются значительно реже. Один из таких методов (метод WKI или «баночный метод») был разработан в Фраунгоферовском институте древесины в Германии [1]. Известна также корреляционная зависимость выделения из ДСтП формальдегида между перфораторным и баночным методами.

Известны и другие методы, такие как «Модифицированный метод Роффаэля», который был модифицирован из метода WKI и стандартизован в свое время в Нидерландах [1]. Известны газоаналитические методы, такие как «Метод Wittmann» [2], «Метод Stoger» [3], «Микродиффузионный метод Plath» [4], «Эксикаторный

метод» [5] по Японскому промышленному стандарту, «Sintef-метод» [6], «Метод Brunner» [7].

По различным отечественным и зарубежным данным наиболее эффективным методом снижения выделения формальдегида из плит является метод, основанный на использовании в процессе производства плит акцепторов формальдегида, т.е. химических веществ, которые в процессе производства плит эффективно вступают с формальдегидом в реакцию взаимодействия. Сложность решения вопроса поиска таких веществ состоит, во-первых, в том, что по известным литературным данным формальдегид взаимодействует с ограниченным количеством химических веществ, многие из которых труднодоступны, дороги и требуют специального получения. Во-вторых, не все из известных химических веществ могут быть применены в технологии производства плит по различным причинам - летучи при повышенной температуре, взрывоопасны и т.д.

Мы долгое время занимаемся проблемой снижения токсичности ДСтП. Часть основных результатов работы освещена в публикациях [8, 9, 10]. Основным результатом нашей работы в этом направлении является нахождение и внедрение в практику эффективного способа снижения токсичности плит, основанного на использовании в технологии плит химических препаратов комплексного действия, которые одновременно выполняют роль акцепторов формальдегида и, дополнительно, являются хорошими антисептиками, от-вердителями смол.

Как показали наши исследования,

138

Лесотехнический журнал 1/2014

Деревопереработка. Химические технологии

наиболее эффективными химическими веществами комплексного действия являются пентахлорфенолят натрия (ПХФН), хромомедноборное соединение ХММББ-3324, включающее в себя бихромат натрия, медный купорос, буру, борную кислоту в соотношении 3:3:2:4, а также кремнефтористый аммоний (КФА). Все эти химические вещества применяются при пропитке древесины с целью ее био-, огнезащиты. В зависимости от вида эти вещества можно вводить в плиты различными способами.

Так, ПХФН целесообразно вводить совместно со связующим (карбамидо-, фе-нолоформальдегидным). Он хорошо растворяется в воде, подщелачивая, однако, среду. Выход на необходимое время жела-тинизации смол при 100 0С, характеризующее скорость отверждения связующего, обеспечивается за счет добавления большего, чем обычно, количества отвер-дителей (в 2,2...2,5 раза). Режим горячего прессования при этом ничем не отличается от режима при производстве плит без добавки ПХФН.

Хромомедноборное соединение наносится на стружку в виде водного раствора с последующей сушкой стружки.

Кремнефтористый аммоний, являясь хорошим акцептором формальдегида при производстве плит на карбамидоформаль-дегидных смолах, обладает дополнительно свойствами отвердителя карбамидофор-мальдегидных смол.

Важным вопросом практического использования всякого практического препарата является степень его вредности для человека, т.е. степень его опасности, регламентированная ГОСТом 12.1.00. По об-

щепринятой классификации хромомедноборное соединение относится ко 2-й, а ПХФН - к 3-й группе, т.е. для них классы опасности по вышеприведенному ГОСТу, соответственно, 1 и 2. Наиболее полно изучены токсикологические свойства ПХФН. Большинство исследователей относят его к высокотоксичным веществам, способным проникать в организм не только через дыхательные пути, но и через кожу. Вместе с тем, известно, что ПХФН не обладает кумулятивными свойствами и весь выделяется из организма. Подробнее описание токсичного воздействия этого вещества на организм человека приводилось в журнале американской ассоциации сангигиенистов еще в 1970 году. Авторы отмечают, что при наличии в воздухе 0,5 мг/м3 ПХФН у людей появляется неприятное ощущение в носоглотке. Эту дозу считают предупреждающей об опасности. Она принята в США как предельная. При повышении указанной дозы до 1 мг/м3 у людей появляется кашель и чихание.

Соли двухвалентной меди, в т.ч. и медный купорос, действует раздражающе на кожу и слизистые оболочки. Общетоксический эффект его заключается в воздействии на печень, желудочно-кишечный тракт и пигментацию кожи. Соли шестивалентного хрома также раздражают кожу и слизистые оболочки. Общетоксическое действие этих соединений выражается в поражении желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей. Бура и борная кислота могут оказывать раздражающее действие на кожу, они расцениваются как слабо токсичные вещества.

Для производства древесностружеч-

Лесотехнический журнал 1/2014

139

Деревопереработка. Химические технологии

ных плит пониженной токсичности в качестве связующего плит целесообразно использовать фенолоформальдегидные смолы, в частности, марки СФЖ-3014 по требованиям ГОСТ 20907-75. В отличие от карбамидоформальдегидной смол марок КФ=МТ-15, КФ-НФП, применяемых в настоящее время в массовом промышленном производстве плит, смола марки СФЖ-3014, хотя и содержит 0,15 % свободного формальдегида, но, как показали наши результаты, плиты на этой смоле имеют намного меньшую токсичность. Однако ее использование в технологии требует увеличения продолжительности горячего прессования. Кроме пониженной токсичности полученные плиты дополнительно обладают повышенной био-, атмосферостойкостью по сравнению с плитами на карбамидоформальдегидном связующем.

Наиболее эффективным и технологическим веществом, для одновременной биозащиты и снижения выделения формальдегида из плит является ПХФН, содержание которого в плите должно составлять, в зависимости от вида связующего (карбамидо-, или формальдегидное), от 0,8 до 2,0 % от массы абсолютно сухой стружки. Скорость растворения ПХФН в воде, находящейся в смоле, значительно увеличивается при подаче его в смолу для смешивания с ней в виде густого водного (в массовом соотношении ПХФН: вода, равном 1:1) раствора.

По санитарно-гигиеническим требованиям при работе с ПХФН должны соблюдаться определенные требования. Рабочим, занятым приготовлением раствора

этого вещества и подачей его в технологический поток, необходимо использовать фильтрующий противогаз, респиратор и др. Необходима обязательная и тщательная защита глаз и кожи (спецодежда из плотной ткани или текстовинита, хлорсульфи-рованного полиэтилена, резиновые или другие непроницаемые перчатки, фартуки).

Соблюдение личной гигиены, обязательное мытье рук после работы, переодевание при уходе с работы. Чистка, стирка спецодежды, предварительные и периодические медосмотры рабочих (терапевтом 1 раз в год и дерматологом - 1 раз в 6 месяцев).

По результатам наших, совместно с ВНИИГИНТОКСом (г. Киев), работ Минздравом были включены в "Дополнение к перечню полимерных материалов и изделий, разрешенных к применению в строительстве", без ограничения по типам зданий и сооружений - группы А, Б, В и Г (жилые дома, детские сады и ясли, зрелищные и т.д.), древесностружечные плиты на фенолоформальдегидной смоле марки СФЖ-3014 с добавкой различных химических веществ.

По полученным нами результатам ДСтП с 10 %-ным содержанием смолы и с добавкой ХМББ-3324 или ПХФН можно применять в типах сооружений А, Б, В и Г при насыщенности ими объема воздуха помещений (Н) до 1,9 м2 /м3 воздуха. Плиты на этой же смоле, с таким же ее содержанием в плите, но добавкой 1 % кремнефтористого аммония (КФА) можно применять в типах сооружений, а также в жилищном строительстве в типах А, Б, В и Г

140

Лесотехнический журнал 1/2014

Деревопереработка. Химические технологии

А, Б, В, Г при Н до 1 м2/м3 , в 1 (Северной, до температуры 20 оС) и до 0,4 м2/м3 в 3 (Южной, до температуры 56 о С) климатических зонах России. Пресс-массы с этими акцепторами в технологии ДСтП нами запатентованы [9, 10].

Выводы:

1. Для определения выделения из ДСтП формальдегида в настоящее время в мировой практике существуют два основных метода - камерный и перфораторный. Наиболее совершенным, с точки зрения моделирования реальных условий эксплуатации материалов, является камерный метод, который в настоящее время осваивается на кафедре механической технологии древесины ВГЛТА.

2. Эффективными химическими веществами (акцепторами формальдегида), связывающими формальдегид в ДСтП, являются такие, как пентахлорфенолят натрия, комплексное хромомедноборное соединение, кремнефтористый аммоний. Их использование в технологии ДСтП позволяет применять плиты в жилищном строительстве при насыщенности ими объема воздуха помещения от 0,4 до 1,9 м2/м3.

Библиографический список

1. Roffael, E. Messung der Formaldehy-dabgabe. Praxisnahe Methode zur Bestimmung der Formaldehydabgabe harnstoffharzgebun-dener Spanplatten [Text] / E. Roffael. Holz-Zentralblatt 101. - 1975. - pp. 1403-1404.

2. Wittmann, O. Die nachtragliche For-maldehydabspaltung bei Spanplatten [Text] / O. Wittmann. Holz Roh-Werkstoff 20. -1962. - pp. 221-224.

3. Stoger, G. Beitrage zur Berechnung und Prufung der Formaldehydabspaltung aus harnstoffharzgebundener Spanplatten [Text] / G. Stoger. Holzforschung und Holzverwer-tung 17. - 1965. - pp. 93-98.

4. Plath, L. Bestimmung der Formal-dehyd-Abspaltung aus Spanplatten nach der Mikrodiffusionsmethode. 1. Mitteilung [Text] / L. Plath. Holz Roh-Werkstoff 24. - 1966. -pp. 312-318.

5. Fujii, S., Suzuki, T. and S. Koyagu-shiro. Study on liberated formaldehyde as renewal of JIS for particleboard [Text] / S. Fujii, T. Suzuki, S. Koyagushiro. Kenzai Shiken Joho 9. - 1973. - pp. 10-14.

6. Hanetho, P. Formaldehyde Emission from Particleboard and Other Building Materials. A study from the Scandinavian Countries [Text] / P. Hanetho // Vortrag gehalten anlasslich des 12. Spanplatten Symposiums der Washington State University in Pullman. - Washington, USA, am 5.4.1978. (vgl. auch Proceedings der W.S.U. Nr.12, S. 275-286).

7. Brunner, K. Wechselwirkung zwis-chen der Formaldehydabgabe von Spanplatten und der Formaldehydkonzentration in der Umgebungsluft [Text] / K. Brunner. Holz-Zentralblatt 104. - 1978. - pp. 1661-1662.

8. Патент на изобретение 2209819 РФ, МКИ 7 С 08 L 97/02. Пресс-масса для изготовления древесностружечных плит [Текст] / Е. М. Разиньков ; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ВГЛТА». - № 2001112524/04 ; заявл. 07.05.01 ; опубл. 10.08.03, Бюл. № 22. - 10 с.

9. Патент на изобретение 2209819 РФ, МКИ 7 С 08 L 97/02. Пресс-масса для изготовления древесностружечных плит [Текст] / Е. М. Разиньков, Л. В. Пономаренко ; заяви-

Лесотехнический журнал 1/2014

141

Деревопереработка. Химические технологии

тель и патентообладатель ГОУ ВПО «ВГЛТА». - № 2001112524/04 ; заявл. 07.05.01 ; опубл. 10.08.03, Бюл. № 22. - 10 с.

10. Разиньков, Е. М. Эффективность кремнефтористого аммония как элемента

технологии древесностружечных плит. [Текст] / Е. М. Разиньков // Деревообрабатывающая промышленность. - 2001. - № 5. - С. 19.

DOI: 10.12737/3358 УДК 674.093.2.06

ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ РАСКРОЯ ПИЛОВОЧНИКА НА КОЭФФИЦИЕНТ СБЕГА НЕОБРЕЗНЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры механической обработки

древесины В. Г. Уласовец

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

vadul@mail.ru

Для получения возможности проведения сравнительного анализа расчетных данных введем понятие "коэффициент сбега необрезной доски Кд" [1, 2], который по аналогии с коэффициентом сбега бревна (K = D/d, где D - величина диаметра бревна в комле; d - величина диаметра бревна в вершине) будем вычислять как отношение ширины необрезной доски на середине ее толщины в комлевом торце (Вср) к ширине этой доски на середине ее толщины в вершинном торце (bcp.), т. е. как

Кд = Вср. /bcp ,

Рассмотрим изменение величины коэффициента сбега необрезной доски от величины коэффициента сбега бревна при различных способах распиловки бревна (рис. 1, 2).

Первый способ. Распиловка бревна параллельно продольной оси (рис. 1).

Пусть К = D/d — коэффициент сбега бревна и по аналогии Кд1 = Вср1 /Ьср1 - коэффициент сбега необрезной доски.

Определим значения bcp1 и Bcp1 для

принятых на рис. 1 обозначений.

bcp1 2г* J1 -к.е/г У ,

Bcp1 2г д lK 2 -к,./г 1 ,

тогда коэффициент сбега необрезной доски [3, 4] будет определен следующим отношением

Кд.1 =

K 2 -к,*/г )2

1 -к.е/r )2

Рис. 1. Распиловка бревна параллельно

продольной оси

142

Лесотехнический журнал 1/2014