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

кандидата технических наук
Коробанов, Андрей Викторович
город
Москва
год
2004
специальность ВАК РФ
05.21.05
цена
450 рублей
Диссертация по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева на тему «Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных меламином»

Автореферат диссертации по теме "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

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Коробанов, Андрей Викторович

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.

Введение 2004 год, диссертация по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, Коробанов, Андрей Викторович

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 диссертация на тему "Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных меламином"

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.

Библиография Коробанов, Андрей Викторович, диссертация по теме Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

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