автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных меламином

На правах рукописи

Коробанов Андрей Викторович

ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫЕ ПЛИТЫ НА ОСНОВЕ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ МЕЛАМИНОМ

Специальность 05.21.05 " Древесиноведение; технология и оборудование деревообработки"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004 г.

Работа выполнена в Московском государственном университете леса.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор технических наук, профессор

Цветков Вячеслав Ефимович ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук, профессор

Азаров Василий Ильич; - кандидат технических наук, Анохин Анатолий Евгеньевич

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ - ВНИИДРЕВ

Защита диссертации состоится 2004 г.

часов на заседании диссертационного Совета Д.212.146.03 при

Московском государственном университете леса по адресу: 141005, Мытищи-5, Московская обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУЛ.

Автореферат разослан

2004 г.

в

Ученый секретарь диссертационного совета

РыбинБ.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТА РАБОТЫ

Актуальность темы. Возрождение отечественной подотрасли ДСтП возможно при условии обеспечения соответствия продукции международным стандартам и её конкурентоспособности. Экологические ограничения и необходимость освоения новых областей использования плитных материалов обусловили такие требования к ним, как долговечность, водостойкость, био- и огнезащищенность, высокие санитарно-гигиенические показатели, возможность их утилизации.

На сегодняшней день вопросы улучшения водостойкости и снижения эмиссии формальдегида из готовых изделий остаются приоритетными.

Применение низкомольных смол при склеивании древесных частиц резко увеличивает разбухание. Однако интегральное разбухание с точки зрения эксплуатации не столь важно. В мебельном производстве используют ламинированные ДСтП, в которых кромка и пласть хорошо защищены от воздействия влаги, ко технологическая фаска между пластью и кромкой дает возможность проникновению влаги в поверхностный слой плиты. Следовательно, наибольший интерес представляет разбухание поверхностного слоя, поэтому для снижения разбухания по толщине считаем применение модифицированной смолы в наружном слое оправданным.

Цель работа. Основной целью настоящей работы является разработка технологии изготовления ДСтП с применением

карбамидомеламиноформальдегидной смолы в наружном слое для получения плит с улучшенными физико-механическими свойствами и эмиссией формальдегида менее 8 мг/100 г.а.с.п.

Для достижения поставленной, цели необходимо решить ряд следующих задач:

• определить вид и количество модифицирующего компонента;

• разработать технологию синтеза клеевой смолы, для достижения

требуемого качества продукции;

• исследовать влияние модифицирующих компонентов и условий переработки, на свойства получаемых продуктов;

• исследовать влияние отверждающей системы, на свойства получаемых продуктов;

• определить влияние технологических факторов на свойства ДСтП;

• экспериментально получить регрессионные уравнения, выражающие зависимости основных физико-механических свойств ДСтП от условий получения и на их основе провести оптимизацию процесса получения ДСтП на разработанном связующем;

• разработать технологическую документацию по синтезу модифицированных клеевых смол и технологию их использования;

• оценить предполагаемый экономический эффект.

Научная новизна работы. Разработана технология изготовления ДСтП. Применена карбамидомеламиноформальдегидная смола в наружном слое. Показано влияние количества модификатора на основные технологические свойства смолы. Изучены термодинамические и термомеханические свойства модифицированной смолы. Предложено использование нового отвердителя К-20, который представляет собой смесь многоосновных кислот с органическими аминами.

Практическая значимость, заключается в получении ДСтП с применением в наружном слое связующего КФМ-2М и разработке технологических параметров их изготовления с использованием нового отвердителя К-20. На защиту выносятся:

• технология производства ДСтП с применением модифицированной смолы в наружном слое;

• исследования влияния модифицирующей добавки на свойства карбамидоформальдегидной смолы;

• исследование влияния отвердителя, на свойства получаемых

древесностружечных плит; • экспериментально полученные основные режимы прессования и их

влияние на физико-химические свойства ДСтП. Апробация работы: Результаты работы доложены на научно-технических конференциях МГУЛ 1999-2003 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи. Объем работы. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 13 рисунков и 36 таблиц. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы, содержит 3 приложения. Библиография включает 149 наименование отечественной и зарубежной литературы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Состояние вопроса.

В главе рассмотрены проблемы связанные с изготовлением ДСтП на современном этапе. Приведены требования предъявляемые к древесностружечным плитам по физико-механическим и санитарно-гигиеническим свойствам. Проведен обзор современных технологий получения ДСтП с низким содержанием свободного формальдегида и повышенной водостойкостью. Рассмотрено влияние свойств связующего на свойства получаемых древесностружечных плит.

2. Предпосылки и задачи исследования.

Совершенствование производства ДСтП требует применения связующих, обладающих комплексом положительных качеств, таких как простота и технологичность, доступность и дешевизна, высокие физико-механические свойства в процессе эксплуатации.

Одним из направлений улучшения свойств

карбамидоформальдегидных олигомеров является модификация меламином. Основными предпосылками для выбора в качестве модифицирующего вещества меламина являются, следующие положения.

1. Меламин обладает большой реакционной способностью по отношению к формальдегиду.

2. Образовавшиеся метилольные производные более стабильны, так как химическая связь N-C в группировке МИ-СНг-ОН тем прочнее, чем более нуклеофилен аминиый компонент.

3. Ввиду большей реакционной способности меламина в сравнении с карбамидом, процесс отверждения карбамидных олигомеров в его присутствии должен проходить с большей скоростью.

4. Карбамидомеламиноформальдегидные смолы обладают высокой термогидростойкостью и способностью к снижению разбухания ДСтП. Повышенная функциональность меламииа определяет возникновение в

олигомере большего числа поперечных связей. Поэтому модифицированные олигомеры обладают лучшими водо- и теплостойкостью, твердостью, блеском и другими свойствами по сравнению с карбамидоформальлегилными.

Направленно регулируя процесс структурооброзования, можно изменить конечные свойства полимера. Подбор эффективной отверждающей системы позволит более полно провести процесс структурирования полимера, улучшить термогидралитическую устойчивость полимера и изделия, повысить физико-механические, свойства ДСтП, уменьшить в полимере количество свободного формальдегида и эмиссию формальдегида из древесностружечной плиты.

3. Методические положения экспериментальных исследований. В главе изложены методики проведения лабораторных исследований, приведены характеристики применяемых веществ, представлены расчетные формулы и уравнения.

4 Синтез и исследование технологических свойств модифицированных карбамидоформальдегидных смол.

С целью подтверждения эффекта модификации и установления

оптимальных режимов получения модифицированных КФС было изучено влияние меламина на свойства связующего и древесностружечных плит.

Свойства полученных нами невакуумированных модифицированных смол, содержащих разное количество меламина, представлены в табл.1. Из которой видно, что увеличение количества меламина в смоле уменьшает содержание формальдегида. По такому свойству, как вязкость, смолы сопоставимы, но показатели очень низкие для клеящих смол.

Таблица1

Технологические свойства невакуумированных смол.

Наименование Показателей Количество меламина, %

0 5 10 30

Сухой остаток, % 68 52 52 58

Вязкость по В3-4, с 70 15 16 18

Время желати шпации при 100"Сс1%Ш«С1,с 40 90 140 160

Смешиваемость с водой, мл/мл 1:2-1:10 1:1,4 1:1,2 1:1

Содержание свободного формальдегида, % 0,10 0,55 0,50 0,40

На полученных смолах были изготовлены плиты, запрессованные при температуре плит пресса. 170°С и времени прессования 0,3 мин/мм. Анализ результатов показал, что содержание меламина-в смоле:5-10 % от массы связующего, приводит к резкому снижению разбухания по толщине и снижению содержания свободного формальдегида в плите при сохранение в пределах ГОСТа физико-механических свойств древесностружечных плит. Дальнейшее увеличение количества меламина экономически не оправданно. Анализ этих данных показывает, что применение невакуумированных смол не позволяет достичь эмиссии формальдегида класса Е-1. Поэтому дальнейшие работы по совершенствованию технологии синтеза карбамидомеламиноформальдегидной смолы следует проводить при обязательном использовании вакуум-сушки.

На основании результатов предварительных исследований можно утверждать, что применение меламина в качестве модификатора оправданно, но полученная смола может быть использована для производства плит только в случае проведения доработки ее технологических свойств.

Как известно взаимодействие карбамида с формальдегидом зависит от условий протекания реакции и мольного соотношения. Поскольку строение образующихся продуктов зависит от рН среды, который в ходе процесса поликонденсации уменьшается, очень сажным является контроль и регулирование этого показателя.

Предлагается три способа модификации олигомера различающиеся рецептурой (табл.2) и синтезом.

1. Формалин, предварительно нейтрализованный до рН 7-7.5, и карбамид основной и нагревают до температуры 85-90 градусов. Затем снижают рН 4-4.5 и проводят кислую стадию до смешиваемости 1:2, повышаем рН до 7.5-8 и загружаем меламин. Выдерживают до растворения меламина и добавляют карбамид дополнительный и выпариваем до вязкости 35-40 секунд по ВЗ-4.

2. Формалин, карбамид и меламин загружают в реактор и нагревают до температуры 85-90 градусов и выдерживают до смешиваемости 1:1000, добавляют карбамид дополнительный и выпаривают до вязкости 35-40 секунд по ВЗ-4. Выдерживают 10-15 минут и загружают карбамид дополнительный 2.

3. Формалин, предварительно нейтрализованный до рН 7-7.5, и карбамид основной и нагревают до температуры 85-90 градусов. Затем снижают рК 4-4.5 и проводят кислую стадию до смешиваемости 1:1000, повышаем рН до 7.5-8 и загружаем меламин и карбамид дополнительный. Выдерживают до смешиваемости 1:4, выпаривают до вязкости 35-40 секунд по ВЗ-4 и загружают карбамид дополнительный 2.

Таблица 2

Рецептура модифицированных олигомеров

.Наименование компонентов КФМ-ЦК КФМ КФМ-2м

Формалин 250 250 250

Карбамид основной 100 100 100

Карбамид дополнительный 50 30 30

Карбамид дополнительный 2 - 20 20

Мел амин 42 42 42

Технологические свойства модифицированных смол представлены в табл. 3.

Таблица 3

Технологические свойства модифицированных смол,

Наименование показателей КФ-НФП КФМ-ЦК КФМ КФМ-2м

Сухой остаток, % 68 65 70 68

Вязкость по ВЗ-4, с 70 30 • 35 35

Время желатинизации при 100° С с1%№Ш,с 40 130 110 115

Смешиваемость с водой, мл/мл 1:2-1:10 1:1,2 1:1 1:1,2

Содержание свободного формальдегида, % 0,1 0,25 0,11 0,065

Таблица 4

Физико-механические свойства трехслойных ДСтП на

модифицированных связующих в наружном слое.

Наименование показателей Контрольная плита КФМ-ЦК КФМ КФМ-2М

Предел прочности при изгибе, МПа 19 19 19 20

Предел прочности при отрыве перпендику-лярно пласта, МПа 0,45 0,45 0,5 0,51

Разбухание по толщине,% 25 19 20 15

Эмиссия формальдегида из ДСтП, мг/ЮО г.а.с.п. 12 12 11 8

Оценка физико-механических свойств трехслойных ДСтП производилась на образцах размером 450 мм на 450 мм, запрессованных при температуре плит пресса 170°С и времени прессования 0,3 мин/мм, так как

это наиболее часто используемый режим в производстве. Результаты исследований представлены в табл.4.

Сравнительный анализ свойств синтезированных олигомеров показывает, что модификация меламином позволяет улучшить технологические свойства олигомеров. Модификацию целесообразнее осуществлять после кислой стадии, проведенной при рН 4-4.5 до смешиваемости с водой 1 к 1000 и целесообразна дробная' загрузка карбамида.

При отверждении смолы необходимо обеспечить высокую скорость реакции отверждения и получение смол с большой жизнеспособностью. Наилучшие показатели по снижению эмиссии формальдегида обеспечивают вещества, содержащие кроме карбоксильной группы (СООН), еще и аминогруппу благодаря которой они связывают формальдегид, чем и

обеспечивают снижение его эмиссии.Нами разработаны и изготовлены два новых отвердителя С-1 и К-20 и изучены их свойства.

Выбор оптимального количества модификатора был произведен с позиций термодинамической трактовки теории адгезии. Термодинамические свойства синтезированных олигомеров изучались путем определения поверхностного натяжения и угла смачивания.

Таблица5

Зависимость поверхностного натяжения и угла смачивания от количества меламина.

Количество меламина, % Поверхностное натяжение, мН/м Косинус угла смачивания

5 63,542 0,793

10 62,442 0,856

15 60,374 0,913

20 57,349 0,934

25 60,295 0,917

30 62,173 0,851

В табл.5 показано, что с увеличением количества модификатора до 15%

и

поверхностное натяжение и угол смачивания уменьшаются, а с дальнейшим увеличением - увеличиваются.

Критическое поверхностного натяжения найденное

экстраполяцией прямой линии, выражающей зависимость СОБ^ от ст до значения созв = 1 (рис. 1.) составило 47 мН/м.

Зависимость соэд от <Х представляется следующей формулой

СО30 = 1 -Ь{ах-а,) (О

где Ь - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность обратную поверхностному натяжению, а численное значение равно tga углу наклона прямой к оси абцисс. Работу адгезии можно определить по уравнению Дюпре-Юнга:

(2)

Подставляя значения, представленные в табл.5 в уравнение (2), получим выражение работы адгезии:

Анализ термомеханических свойств и сравнительную оценку модифицированных полимеров проводили методом торсионного маятника. Принцип измерения механических характеристик полимерных веществ по методу торсионного маятника основан на измерении деформации образца в процессе отверждения при различных температурах.

Контроль этой характеристики позволяет оценить переходные процессы, происходящие при отверждении полимеров. Исследования проводили как при постоянных температурах, так и при нарастании температуры со скоростью 5°С в минуту при длине рабочей части торсиона 100 мм. Абсолютную жесткость полимера вычисляли по формуле:

где Т- период одного полного колебания маятника, с.

соз0|

0,9 0,8 0,7 0,6

50 55 60

Рис.1. Зависимость СОЭ^ от поверхностного натяжения С еЧО'.с-'

65 егж,мк/м

100 С

10 15 20 25

Количество

модификатора,%

Рис.2. Зависимость жесткости модифицированных полимеров от количества меламина при различных температурах отверждения

Из приведенных на рис.2 данных видно, что с введением модификатора в количестве 10 % наблюдается незначительное в сравнении с контрольными образцами изменение абсолютной жесткости при температурах 100 и 180°С. Увеличение содержания модификатора в отвержденных при 100°С образцах приводит к снижению жесткости полимера, что связано, как предполагаем, с недостаточно полным отверждением и выполнением модификатором функций пластификатора.

С повышением температуры отверждения до 180°С характер термомеханических кривых сохраняется, но наблюдается более резкое нарастание жесткости и увеличение ее абсолютных значений. Максимальные значения жесткости наблюдались у композиции с содержанием модификатора 10%. Этот факт объясняется полной реализацией модификатора в процессе формирования трехмерной структуры, а также снижение доли эфирных и увеличением доли метиленамидных связей. Повышение содержания модификатора до 30% уменьшает жесткость.

Таким образом, для обеспечения когезионных характеристик полимеров на достаточно высоком уровне и придания повышенной эластичности карбамидоформальдегидные смолы должны содержать модификатора в количестве 10-15%.

По совокупности данных термомеханического анализа можно заключить, что модификация карбамидоформальдегидных смол меламином позволяет повысить эластичность полимеров на основе этих смол

Определение твердости полимерных покрытий проводили индикаторным методом. В качестве индикатора использовалась сферическая часть наконечника корундовой иглы диаметром 1 мм. Величину твердости вычисляли с точностью до 0,1 МПа по формуле

где Р - основное усилие, прикладываемое к индентору (0,3 н);

И - площадь контакта индентора с материалом, измеренная под , 1 нагрузкой, мкм , вычисленная по формуле:

Г = 2/Ш„ (6)

где И - радиус закругления сферы индентора (500 мкм);

Ь„ - полная глубина внедрения индентора, мкм. Результаты по изучению процесса отверждения карбамадоформальдегидных смол представлены на рис.3. Н.МПа

10 20 30 40 часы

1- КФ-НФП 2- КФМ 3- КФМ-2М Рис.З. Кинетика нарастания твердости при отверждении модифицированных полимеров При рассмотрении составляющих деформаций, можно отметить, что

при отверждении модифицированных смол происходит более плавное

изменение упругих и высокоэластических составляющих. Это способствует

релаксации внутренних напряжений и увеличению прочности склеивания.

Применение смолы КФМ-2М в наружном слое позволило снизить

разбухание по толщине и эмиссию формальдегида из плиты. Физико-механические свойства древесностружечных плит в табл.6.

Таблица 6

Физико-механические свойства трехслойных ДСтП.

Наименование показателей Контрольная -плита Плита со смолой КФМ-2М в наружном слое

Предел прочности при изгибе, МПа 19 1S

Предел прочности при отрыве перпендикулярно пласта, МПа 0,45 0,51

Разбухание по толщине, % 25 17

Эмиссия формальдегида из ДСтП, мг/100 г а.с.п. 11 8

5. Исследование влияния технологических факторов на свойства древесностружечных плит на смоле КФМ-2М.

Существует множество экспериментальных планов 2-го порядка, позволяющих получить квадратичную модель процесса. Наибольший интерес из них для описания процессов деревообработки представляют В-планы 2-го порядка или планы типа В^ (к - число варьируемых факторов). В-план состоит из 2-х точек полного факторного плана, к которым добавлено 2К звездочных точек. Общее число опытов В-плана для трех факторов состазит 15. Для испытаний выбраны следующие уровни факторов. Температура плит пресса: Х;1— 150оС,

Х°=170°С, Хг=190°С; расход связующего: Х"=8%, Х^12%, Х,в=16%;

продолжительность прессования: XiH=0,2 мин/мм, Х°=0,3 мин/мм, Х/=0,4

мин/мм. В качестве отклика (выходной величины), в нашем эксперименте мы должны получить прочность ДСтП при статическом изгибе, растяжение перпендикулярно пласти и при разбухании. Обработку результатов эксперимента проводили на ЭВМ для всех изучаемых параметров. Полученные уравнения регрессии приведены.

У иг=14,48+0,541 Х|+0,239Х2-0,349Х)-0,985Х12-1,195Х22-0,415ХД0,244Х,Х2Х3-

1,956Х,Х2+1,674Х|Х, (7)

У рир =0,468+0,0096Х,+0,00 1Х2-0,0106Х,-0,0764Х2-0,0854Х22-0,0214ХД

0,041 ЗХ1Х2ХГ0,0663Х1Х2+0,0272Х,Х3 (8)

У Раз=18,30+17,ЗЗХ|+5,818Х2-11,402Х,-9?21Х,2-9,134Х22-6,5 54Х,2 -

б,045Х|Х2Хз-9,89Х,Х2+8,б6Х2Хз -11,04Х1Х3 (9)

Для решения многокритериальных задач существует ряд методик. Один из наиболее предпочтительных методов многокритериальной оптимизации является метод Соболя-Статникова. Задачу оптимизации можно сформулировать следующим образом: фиксированные параметры: плотность плиты 750 кг/м2, влажность стружки 4%; параметры

проектирования: расход связующего - время прессования -

температура прессования ДСтП - параметрические ограничения:

8<Х,^16%; 0,2^Х2<0,4 мин/мм; 1505Х35190°С .

Дальнейший расчет выполнен с использованием пакета программ многокритериальной оптимизации «Оптимум». В результате расчетов получены следующие параметры прессования

мин/мм; Х3=169,1°С. При этих параметрах были получены наилучшие значения показателей качества, представленные в табл.7. Принятые параметры прессования: плотность плиты 750 кг/м2, влажность стружки

толщина плиты время прессования

мин/мм, расход связующего

Таблица 7

Значение показателей качества.

Наименование показателей Значения Полученные

оптимизации значения

Предел прочности при изгибе, МПа 19,83 20,2

Предел прочности при отрыве перпендикулярно пласта, МПа 0,496 0,54

Разбухание по толщине,% 18,7 19,1

Эмиссия формальдегида из ДСт11, мг/100 г.а.с.п. 5,8 5,25

6. Промышленная апробация смолы КФМ-2М для производства древесностружечных плит и экономический эффект от внедрения.

В августе 2001 г. в условиях ЗАО "Электрогорскмебель" проводилась выработка режимов производства модифицированной смолы КФМ-2М и применение её в производстве древесностружечных плит. Годовой экономический эффект определенный, исходя из разницы стоимости используемого и разработанного связующих на годовую -программу выпуска ДСтП составил около 5 млн. рублей.

ВЫВОДЫ

1. Разработана и внедрена в производство новая модифицированная карбамидомеламиноформальдегидная смола КФМ-2М, позволяющая получать древесностружечные плиты с эмиссией формальдегида менее 8мг/100га.с.п.

2. На основании анализа проведенных экспериментов и теоретических исследований разработаны рациональные режимы получения модифицированных меламином карбамидоформальдегидных смол и установлено его оптимальное количество.

3. Исследован процесс отверждения и структурирования модифицированных карбамидных смол. Наилучшие показатели по снижению эмиссии формальдегида обеспечивают отвердитель К20.

4. Получены регрессионные уравнения выражающие зависимость между прочностью ДСтП, разбуханием и основными параметрами режима прессования: количеством связующего, температурой и продолжительностью прессования. С использованием регрессионных уравнений сформулирована многокритериальная задача оптимизации и методом Соболя-Статникова определены оптимальные параметры режима прессования на модифицированной смоле.

5. Разработана и утверждена технологическая инструкция на процесс получения смолы КФМ-2М и технические условия на нее- Промышленный

синтез отработан в цехе смол ЗАО «Электрогорскмебель».

6. Проведены опытно-промышленные испытания на ЗАО «Электрогорскмебель». Результаты этих испытаний показали, что полученные древесностружечные плиты полностью отвечают требованиям ГОСТ 10632-89 и имеют эмиссию формальдегида по классу Е-1. Также определены требования ко всему технологическому процессу, для получения плит класса Е-1.

7. Рассчитана прибыль, которая при использовании смолы КФМ-2М в наружном слое древесностружечных плит на ЗАО «Электорогорскмебель», составила 4 миллиона 695 тысяч рублей.

Основные научные результаты, содержащиеся в диссертации, изложены в следующих работах:

1. Повышение качества древесностружечных плит.

В.Е. Цветков, А.В. КоробановУ/Технология и оборудование для переработки древесины/ Науч. тр.,МГУЛ,2000 г.,-№312, стр.99-100.

2. Синтез и свойства модифицированных меламином клеевых смол.

В.Е. Цветков, А.В. Коробанов.//Технология и оборудование для переработки древесины/ Науч. тр.,МГУЛ,2001 г.,-№314, стр.95-96.

3. Применение модифицированной смолы в наружном слое.

В.Е. Цветков, А.В. Коробанов.//Технология и оборудование для переработки древесины/ Науч. тр.,МГУЛ,2002 г.,-№317 , стр.95-96.

Hi- 45 8 7

Введение.

1. Состояние вопроса.

1.1.Требования предъявляемые к древесностружечным плитам по физико-механическим и санитарно-гигиеническим свойствам. 7 1.2.0бзор существующих технологий получения древесностружечных плит.

1.3. Влияние свойств связующего на свойства получаемых древесностружечных плит.

2. Предпосылки и задачи исследования.

3. Методические положения экспериментальных исследований.

3.1. Исходные материалы для получения смол и их характеристика.

3.2. Синтез модифицированных карбамидоформальдегидиых смол.

3.3. Методы анализа жидких смол.

3.4. Определение концентрации формальдегида.

3.5. Технология изготовления образцов древесностружечных плит.

3.6. Определение физико-механических показателей древесностружечных плит.

4. Синтез и исследование технологических свойств модифицированных карбамидоформальдегидиых смол.

4.1. Влияние модифицирующих добавок на свойства древесностружечных плит.

4.2. Синтез и свойства модифицированных клеевых смол.

4.3. Исследование влияния отверждающей композиции на свойства карбамидомеламиноформальдегидных смол и древесностружечных плит.

4.4. Изучение термомеханических и термодинамических свойств модифицированных полимеров.

4.4.1. Изучение термодинамических свойств модифицированных полимеров.

4.4.2. Анализ термохимических свойств модифицированных полимеров.

4.4.3. Изучение твердости модифицированных полимеров.

4.5. Влияние применения смолы КФМ-2М в наружном слое на свойства ДСтП.

5 Исследование влияния технологических факторов на свойства древесностружечных плит на смоле КФМ-2М.

5.1. Выбор экспериментального плана.

5.2. Выбор диапазона варьирования факторов.

5.3. Проверка однородности дисперсий в реализованных планах эксперимента.

5.4. Расчет коэффициентов регрессии и оценка их значимости.

5.5. Проверка адекватности регрессионных моделей.

5.6. Рациональные режимные параметры при прессование древесностружечных плит.

6. Промышленное применение модифицированной смолы для производства древесностружечных плит.

6.1. Промышленная апробация смолы КФМ-2М.

6.2. Экономический эффект от внедрения.

Производство древесных плит — одна из наиболее динамично развивающихся подотраслей деревообрабатывающей промышленности. Она перерабатывает низкокачественную древесину и древесные отходы, получая при этом доброкачественные листовые и плитные материалы, используемые в мебельной промышленности, в строительстве и других отраслях.

Тридцать лет назад в мире было изготовлено около 66 миллионов кубометров различных видов древесных плит, а в 2000 году их производство составило более 150 миллионов кубометров [1].

В России эксплуатируется 51 линия по производству ДСтП, 23 линии из которых оснащены отечественным оборудованием, остальные — импортным (финских и германских фирм). Суммарная производственная мощность ДСП составляет 4,5 миллиона кубометров плит в год. Это двенадцатая часть мирового производства [2].

Большинство технологических линий ДСП устарело. Отсюда и основные проблемы неустойчивой работы: повышенные материало- и энергоемкость продукции, обусловливающие се высокую себестоимость. Большинство плит не отвечает требованиям международных стандартов по токсичности и стабильности качества, скуден ассортимент выпускаемой продукции.

Возрождение отечественной подотрасли ДСтП возможно при условии обеспечения соответствия продукции международным стандартам и её конкурентоспособности. Совершенствование технологии, организацию производства следует проводить с учётом результатов последних исследований и разработок.

Рынок ДСтП в основном насыщен. Экологические ограничения и необходимость освоения новых областей использования плитных материалов - в строительстве, транспортных средствах, таре и упаковке -обусловили такие требования к ним, как долговечность, водостойкость, биои огнезащищенность, высокие санитарно-гигиенические показатели, возможность их утилизации.

К слагаемым повышения физико-механических характеристик ДСтП следует отнести сохранение качества древесины в частицах при их получении, геометрию частиц, создание механизма перераспределения напряжений при деформации, направленное изменение свойств отверждающегося связующего в тонких слоях, граничащих с древесной частицей.

В последние 30 лет широкое распространение в производстве ДСтП получили карбамидоформальдегидные смолы (КФС), более 90% всех выпускаемых плит изготавливается с применением данных связующих. Такое широкое применение КФС в производстве древесностружечных плит обусловлено следующими их преимуществами: простой технологией получения; высокой адгезией по отношению к древесине; имеют низкое содержание в свободном виде токсичных веществ; легкость транспортировки и нанесения, а самое главное очень низкой стоимостью по сравнению с другими связующими.

У ДСтП, в которых в качестве связующего используется КФС, есть и ряд недостатков: невысокая водостойкость; недостаточная стабильность формы и размеров при перепадах температур, но самый главный недостаток связан с санитарно гигиеническими характеристиками ДСтП. Это выделяемый ими в процессе эксплуатации формальдегид. Особенно остро проблема выделения формальдегида стала после признания его концерагеном группы 2а и установление ПДК паров формальдегида в воздухе жилой зоны 0,01мг/м3 воздуха [3]. Требования ПДК могут быть

У 1 выполнены при принятой насыщенности помещения 1м /м при использовании для мебели ДСтП со значением формальдегида <5мг/г.а.с.п. по перфораторному методу - класс супер Е-1.

Вопрос об улучшении физико-механических показателей не стоит очень остро, так как выпускаемые на сегодняшней день плиты по этим показателям удовлетворяют большую часть потребителей, однако вопросы улучшения водостойкости и снижения эмиссии формальдегида из готовых изделий, не смотря на большое количество работ по этим темам, требует скорейшего решения. Особенно остро они встанут через 5-10 лет, в связи с резко ухудшающейся экологической обстановкой в мире.

Применение низкомольных смол при склеивании древесных частиц резко увеличивает разбухание. Однако интегральное разбухание с точки зрения эксплуатации не столь важно. В мебельном производстве используют ламинированные ДСтП, в которых кромка и пласть хорошо защищены от воздействия влаги, но технологическая фаска между пластью и кромкой дает возможность проникновению влаги в поверхностный слой плиты. Следовательно, наибольший интерес представляет разбухание поверхностного слоя, поэтому для снижения разбухания поверхностного слоя считаем применение послойного осмолепия.

В настоящей работе поставлена цель разработать технологию ДСтП с послойным осмолением, которая позволит получать ДСтП класса Е-Г и обладающими повышенными физико-механическими свойствами.

Для реализации этой задачи необходимо проведение исследований, позволяющих разработать режимы получения модифицированной смолы для наружного слоя, изучить их физико-химические и технологические свойства, создать технологию производства ДСтП на основе этих смол, а также проверить основные качественные показатели готовой продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана и внедрена в производство новая модифицированная карбамидомеламиноформальдегидная смола КФМ-2М, позволяющая получать древесностружечные плиты с эмиссией формальдегида менее 8мг/100 г а.с.п. Также предложена рациональная технология получения древесностружечных плите применением смолы КФМ-2М в наружном слое.

2. На основании анализа проведенных экспериментов и теоретических исследований разработаны рациональные режимы получения модифицированных меламином карбамидоформальдегидных смол и установлено его оптимальное количество.

3. Исследован процесс отверждения и структурирования модифицированных карбамидных смол. Наилучшие показатели по снижению эмиссии формальдегида обеспечивают отвердитель К20.

4. Получены регрессионные уравнения выражающие зависимость между прочностью ДСтП, разбуханием и основными параметрами режима прессования: количеством связующего, температурой и продолжительностью прессования. С использованием регрессионных уравнений сформулирована многокритериальная задача оптимизации и методом Соболя-Статникова определены оптимальные параметры режима прессования на модифицированной смоле.

5. Разработана и утверждена технологическая инструкция на процесс получения смолы КФМ-2М и технические условия на нее. Промышленный синтез отработан в цехе смол ЗАО «Электрогорскмебель».

6. Проведены опытно-промышленные испытания на ЗАО «Электрогорскмебель». Результаты этих испытаний показали, что полученные древесностружечные плиты полностью отвечают требованиям ГОСТ 10632-89 и имеют эмиссию формальдегида по классу Е-1. Также определены требования ко всему технологическому процессу, для получения плит класса Е-1.

7. Рассчитана прибЕлль, которая получается при использовэееии смол1>1 КФМ-2М в наружном слое древесностружечных плит на ЗАО «Электорогорскмебель». Прибыль от реализации продукции в ценах на 01.09.2001 г. составила 4 миллиона 695 тысяч рублей.

1. А.А.Лсонович Производство древесноплитных материалов: тенденции развития Журнал «Мебельщик», №4/2000

2. А.А.Леонович Древесноплитные материалы. Общие сведения, термины. Журнал «Мебельщик», №1/2001

3. ГН 1.1.029-95. Перечень веществ, продуктов, производственных процессов, бытовых и природных факторов, коицерагенных для человека. -М., Госкомсанэпиднадзор России. 1995.

4. Мелони Т. Современное производство древесностружечных и древесноволокнистых плит.: Пер. с англ. В.В. Амалицкого и Е.И. Карасева. -М: Лесн. пром-сть., 1982.

5. Рекомендации по расчетным характеристикам древесных плит. -М. Стройиздат., 1982.

6. Шайберт В. Древесностружечные плиты. -М: Гослесбумиздат. 1961.

7. Кауфман Б.И. и др. Производство и применение древесностружечных плит за рубежом.-М: 1958.

8. Сенчуров К. Т. Мировое производство древесностружечных плит. -М. Деревообрабатывающая промышленность., №9, 1971.

9. ГОСТ 10632-89 Плиты Древесностружечные. Технические условия.

10. CS 239 'MAT FORMING WOOD PARTICLEBOARD'

11. Швайкова М.Д. Токсилогическая химия. М: Медицина. 1975, с. 111.

12. Грацианская Л.Н., Ковшило В.Е. Справочник по профессиональной патологии.-Л: ВМА,1981. с. 11.

13. Анохин А.Е. Российский рынок смол для деревообработки. -М: Деревообрабатывающая промышленность, 1997 №3, с. 19.

14. Лапшин Ю.Г., Поташов О.Е., Абсльсон А.Ф. Дрспссностружсчные плиты в конструкциях мебели. -М: Лесн. пром-сть. 1978. -87 с.

15. Расев А.И. Сушка древесины-М: Лесн. пром-сть., 1982.1617,18