автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Древесные материалы на основе щелочного алюмосиликатного адгезива

OA

КШБСЬКИЙ ДЕРЖАВГО1Й ТЕХН1ЧНИЙ УН1БЕРСИТЕТ БУД1ВНИЦТВА I АРХ1ТЕКТУРИ

УДК 691.1i : 668.395:674.023.9:621.792

ДЕРЕВН1 МАТЕР1ЛЛИ НА ОСНОВI ЛУЯНОГО АЛЮМОСИЛIКАТТЮГО АДГЕЗИВУ

05.23.05 - Буд1вельн1 матер1али i вироби

Автореферат дисертацП на здобуття наукового ступени кандидата техн!чних наук

БАРАНОВСЬКИЙ Андрш Владиславови

КИ1Б 1997

Дисертац1ею е рукопис

Робота виконана - на кафедр! буд!вельних матер!ал!в та

у НДI в'яжучих речовин 1 матер!ал1в 1м. В.Д.Глуховського при Ки1вському державному техн1чному ун!верситет1 буд!вництва 1 арх!тектури

Науковий кер!вник - доктор техн!чних наук, професор

Кривенко Павло Васильович, зав!дуючий кафедрою буд!вельних матер!ал!в КЛТУБ1А

0ф1ц!йн! опоненти - доктор техн!чних наук, професор

Саницький Мирослав Андр1йович, державний ун1верситет "Льв1вська пол1техн1ка*', професор кафедри х!м!чно1 технологи в'яжучих . речовин; , - кандидат техн1чних наук, Ковальчук Н1на Михайл1вна, 1нст1тут проблем матер1ало-знавства АН Украйни, науковий сп!вроб!тник

Пров1дна установа - Донбаська державна академ!я буд1вництва

1 арх1тектури, м. МакПвка

Захист в1дбудеться Гр^диЯ 199 7_р. о ¿3 годин! на зас!-

данн! спец!ал!зовано! ради К 01.18.03 "Буд!вельн1 матер!али ! ви-роби. Основи ! фундаменти" Ки1вського державного техн!чного ун!-верситету буд!вництва 1 арх!тектури за адресою:

252037, м.КШв-37, Пов!трофлотський проспект, 31.

3 дисертац!ею можна ознакомитесь у б!0л!отец! КДТУБ1А. Автореферат роз!сланий " Листопаде/1997.

Вчений секретар спец1ал!зовано! вчено! ради, канд'^ат техн!чних наук

Ракша В.О.

- 1 -

ЗЛГАШ1Л XAPAIOEPKCTKKA ГОГЛТН

Актузлып сть роботи. Сучасна тендентя розвитку мзтер!алоз-навства передбачас максимально моялнве усунення еколог1чно небез-печних сргашчних речовин з деревообробного виробництва, тоиу розробкл MaTepianiB, до складу яких входять деревнна i нетоксич-шш негорючий мгнералышй адгезив, е пр!оритетнсж.

Зв'язок роботи з науковиш темами, Робота виконувалась вхд-пов1дно до теми 1 ДБ-34 "Розробга наукових основ синтезу .лух-но-лужноэемельиих алюмосшпкатних полшерних композипв полгфунк-ц!опального призначення".

Мстою роботн е розробка деревних будгвелышх матер!ал1в р!а-ного призначення (клеена деревина, деревноструетсов1 плнти, вогне-saxncni покриття по деревшп) на ociroBi лужного алтсмоашкатного адгезнву, що маштъ BHCOKi ii)i3l!KO-Mexani4Hi та експлуатац!шп властисосп а такоя технологи ix виготовлення.

Автор saxireyis:

1. (&i3iiico-xiMi4Hi заканом1рност! формув^'чя ефективних адге-airtmix з'еднаш, деревини на основ; лужного алюмосилисатного адгезнву у широкому flianaaoni технолог i4inix режим!в.

2. Склади та характеристики лунного алюмоаишсатного адгезнву. та матер1агпв на його ociraBi - клеено! деревини, деревноструя-коеих плит, вогнозахисних П01фитт1в.

3. Результат» реая1зацП запропонованих тех1ичних ргшень у ъиробничих умовах та 1х технию-екзношчну е^ектнЕ^с-ть.

Нзукова новизна робота:

- теоретично овгрунтована i практично ¡идтверджепа ио1*-лкп!сть сдеряашш еколог1чно чистих деревних матер!ал1в (як клеекцх, 'tail 1 компоэнцШпк) на основ! лужного аламосшпкатного адгегиву систем:! MeoO-AloOa-SlOg-HiiO за рахунск високо! ре над и-но1 спромолност! адгезнву по в1дис^еН1по до деревини пляхон нгп-равлепого синтезу в його С!4лад1 водост1Гпшх цеол1топод1бши пово-утвсреиь полшерио! структура, щр забезпечують високу когез!йну мгцтсть адгезиву та адгезКшу м!цн!сть клейових з'еднань;

- нстановденг особливост! формування контактних зон в систем! деревина-лужний алвмосшшсатний адгезив, цо поляггать в ут-ворешЦ пол!мерних органом1кералышх сполук при взаемодП л!г-но-гемщелюлозпого комплексу деревини та адгезиву;

- вивчен! основн! законом!рностг зм!ни влаг.тивостей луяюго алюмосшдкатного адгезнву та деревних матер!ал1в на його основ! а

sajieJutocTi в!д сп1вв1дношення оксидiв и систем! M02O-AIÍ2O3-SIO2-H2O í показано, ш,о оптимальн! íiomra-Mexaiiiuni показники адгезШшх з'сднань деревини i технологi4ni по-казники адгеэиву досягаються при cniDBifliiomeiiHi оксид!в Мег0/А1а0з-1.0-1.1, Н»0/Мфз-12.-ЛЬ 1 Мс-г.5-2.9;

- сформульован! основн! критерП вибору наповшвач1в i режи-м!в тверднешш атмосферост!йких вогнеоахисних покриттгв по деревин! на ochobí лужного алюмосшикатного адгеэиву.

Практичне значения. Запропонован! склади та вивчен! власти-boctí лужного ашомосил1катно1о адгеэиву i деровних иатер!ал!в (клеена деревина, деревностружков1 плити, вогнезахисн! покриття по деревин!) на його ochobí. Роэроблен! технолог!чн! параметр« одеркання деревних матер!алгв з високими ф1зико-механ!чними та експлуатац!йними показниками на ochobí лужного алюмосшйкатного адгеэиву.

Реал1зац1я роботи у промис-ловобт!. Розроблен1 склади лужногс алюмосшйкатного адгеэиву Були використан! при виготовлеши сто-лярних виро01в на Ватут1нському деревообробному завод! (м. Ва-туИно Черкасько! областО, AT "Запор1ждеревконструкц1я" (м. За-пор!жжя), AT "Б1лицький ДОК" (смт. Б!лич1 Ки'1всько1 облает!), ДОК-3 (и. Ки1в). Економ!чний ефект в1д зам1ни 1т карбам1дофор-мадьдег!дно! смоли на лужний алюмосилiкаткий адгезив складае 17С грн. В НВТОВ "Стандарт," (м.Запор!жжя) розроблено техн1ко-еконо-м!чне обгрунтування доц!лъност! буд!вництва взводу по виробництв^ лужного алюмосил!катного адгеэиву.

За результатами досл!дно-промислового впровадження розроблено 1 затвердкено ТУ У В.2.7-16403272.001-97 "Зв'нзуюче лужне алю-ыосил!катне", ТУ У В.2.7-16403272.003-97 "Фанера загального приз-начення на основ! лужного алшосил!катного клею", ТУ 2 В.2.7-16403272.004-S7 " Плити деревиостружков! на основ! лужноп алюмосшйкатного вв'язуючого" та TP 16403272-31-97 "Технолог!чни1 регламент на виготовлення лужного алшосил!катного клею".

АпробаЩя роботи. Основн! положения дисертац!йно! роботи до пов1дались та обговорювались на конференщях; 54, 55, 56, 57-] науково-практичних конференц!пх професорсько-викладацького скла ду, аоп!рант!в ! студент1В. КДТУБ1Л, (Ки1В,1993-199бр.р.), I М!к народи i й конфсренцП "Лужн! цеыенти ! бетони" (Ки1в,1994р.), Hay ково-практичгИй конференцП "Проблеми лоделно! безпеки" (Ки !в(1995р.), Vil ЖжнзродЩй науково-практичн!й конфероцП " Прог

ресивн! технологи 1 конструкцП в буд!вництв1" (Санкт-Петербург, 1995р.), М1жнародн1й конференцП "Структура, м!цн1сть 1 руй-нувания композиц!йних буд1вельних матер!ал1в та конструкц!й" (Одеса,1996р.), XXXV М!жнародному сем!нар! з проблей моделювання 1 оптим1зацП композит!в (Одеса, 1996р.).

Публ1кацП. За темою дисертацП опубл!ковано 8 друкованих ро01т.

Обсяг роботи. Дисертац1йна робота викладена на 160 стор!нках друкованого тексту 1 складаеться 1з вступу, п'яти роздШв, за-галышх висновк1в, перел1ку використано! л1тератури з 157 найме-нувань, 8 додатк!в 1 м1стить 9 таблиць 1 46 рисунк1в.

ССШШ!Й ЗМ1СТ

Деревина е природним, поновлюваниы, еколог1чно чистим, енер-гетично ефективним матер1алом. Шдвищення ефективност! П вико-ристання пов'язане з розробкою нових зв'язуючих та клеючих мате-р1ал1в (адгезив1в), що мають висок1 ф1зико-механ1чн1 властивост1.

Синтетичн! смоли, традиц1йио використовуван! у деревооброб-ц1, мають ряд недол1к1в - вони токсичн1, спалим! та деф!цитн1, що значно знижуе ефективн1сть використання деревних ыатер1ал!в.

У зв'явку з цим е актуальною розробка матер!ал1в, що склада-ються э деревини та неоргал!чного адгевиву.

Працями вчених школи В.Д.Глуховського показана можлив1сть направленого синтезу лужних г1дроалюыосил1кат1в, як1 в момент ут-ворення 1 кристал!зац1Т здатн! виявляти в'яжуч1 властивост! та адгез1ю до р!зних матер1ал1в.

Анал!з наукових принцип1в формування адгез1йних а'еднань, а також дан! про властивост1 лужних систем дозволяв висунути г1по-тезу про можлив1сть створення ефективних еколог!чно чистих деревних матер1ал!в (як клеених, так 1 композитйних) за рахунок висо-ко1 реакцШю! здатност1 лужного алюмосил!катного адгезиву по в!дношенню до деревини шляхом направленого синтезу в його склад1 водостШсих цеол1топод1бних новоутворень пол!мерно! структури, ар забеапечують високу когез!йну м!цн1сть адгезиву, адгез1йну м!щ11сть Г висок! експлуатац!йн! властивост! (слейових з'еднань.

Для п!дтвердження висунуто"! г1потези необх1дно вир1шити так1 задач1:

- досл!дити процеси взаемодН компонент1в системи: "луюшй алюмосил!катний адгезив - деревина";

- виэначити особливост1 формування контактам зон дсревних матер!ал1в на ochobI лужного алюмосил1катного адгезиву;

- виечити вплив х!м!чного складу реакц!йних сум1кей на фазо-вий склад, с-труктуроутворення, властивост! лужного алюмосил1кат-ного адгезиву та клейових з'еднань деревини на його ochobI;

- розробити клеен! дерев»! матер!али на ochobI лужного алю-ыосил1катного адгезиву 1 технологии! параметри 1х отримання;

- розробити деревиостружков1 плити на ochobí лужного алюмо-сил1катного адгезиву 1 параметри 1х отримання;

- розробити вогнезахисн1 покриття по деревин1 на ochobí лужного ашомосил1 каткого адгезиву 1 технолоПю 1х отримання;

- провести опробування виготовлешш та використання розроб-леного адгезиву та матер1ал1в на його ochobí в промис-лових умовах та визначити техи!ко-економ1чну ефективн1сть 1х використання.

Для приготування лужного алюмосил1катного адгезиву системи (Na.K)20-Al203-S102-H20 використовували реакц!йн1 сум1ш! на ochobí алюмосил1катного компонента, аморфного кремнезему та натрового розчинного скла, причому компоненти п!дбирали таким чином, щоб реакц1йн1 сум1ш1 р!энилися м1ж собою сп1вв1дношенчям оксид1в : Na20/Al203 i (Na20+K20)/Al203 - 0.72-1.2; Н20/А1203» 9-25.

Як алюмосил1катний компонент використовували мотакаол!н, одержаний при дег1дратац11 (Т-780±20°С) каол!ну Просян1вського родовища. а в якост1 аморфного кремнезему - сил1коф'юм (в!дход виробництва метал 14ного кремн1ю), кремн1ю д!оксид та б1лу сажу.

При виготовленн1 зразк1в для визначення ф!зико-механ1чних показник1в клейових в'еднань використовували деревину сосни I сорту в волог1стю 1012Х.

Для виготовлешш деревностружкових плит використовували м'як1 в1дходи деревообробки: сум1ш стружки хвойних (307.) 1 листа-них (70%) пор1д.

При виэначенн1 властивостей вогнезахисного пскриття по деревин! використовували фанеру марга ФК (10 мм) за ГОСТ 3916.1-89.

Досл1дженна процес1в взагмодП компоненте системи адге-зив-деревина, особливостей формування контастних сон, фазового складу вих1дтк речовин та складу новооутворень проводили за до-помогою комплексу ф1зико-х1м!чних метод1в лосл1дкень: PIA, 1ЧС. ДТА, Шкрорентгеноснектрального анал!зу, електрошю! кйкроскопГ!.

Враховуючи в1дом! дан! про те , що луги досить активно впли-ваэть на орган!чн! речовини, вшеяикаючи порушення в Тх структур!.

розглядали оргалом!неральн1 пол1мери! системи, що вивчалися, на приклад! деревних композита в порядку впливу луг1в адгезиву, на-самперед, на гем!целшбзи та л1гн1н деревини.

Досл1дження процес1в, що в!дбуваються з гем!целюлозами деревини п!д впливом лужного алюмосил!катного адгезиву, проводили за допомогою 1Ч-спектроскопП на зразках деревини сосни, вШбраних з зони контакту клейових а'еднань, одержаних при склеюванн1 за гарячим та холодуим,-режимами.

Анал!з 1Ч-сЫрфо?рам св!дчить, що для деревини, яка була п!д впливом лужного алюмосиЛ1катного адгезиву, спостер1гаеться деяке зменщення в1дносно1 смуги; г1дроксильного поглинання в пор!внянн1 з контрольною (рис.1). При цьому максимум г1дроксиль-ного поглинання в област1 4000-3000 см"1 зсуваеться в область б!льв низьких частот до 3300 см-1. У вих!дн1й деревин! в!н знахо-диться б!ля 3350 см"1. В облас?1 карбонильного поглинання в конт-рольн!й деревин1 е досить 1нтенсивна смуга а частотою б!ля 1735 см-1, яка в!дсутня в 1Ч-спектрах зразк1в, що були Шддан! впливу. адгезиву. Так! зм!ни можно пояснити розривом одного з' вид1в

эв'язку (складно-еф!рного) ы1ж л1гн!ном та геы!целюлозним комплексом. В1дносно до 1нших смуг карбонильного поглинання у дос-л1дкених зразках, то 8 переходом в!д вихШю! до деревини, що була п1ддана впливу адгезиву в нор-мальних умовах ! при температур! 1Б0°С, як 1х !нтенсивн!сть, так 1 к1льк!сть значно знижуеться. Значн! зм1нй в 1Ч-спектрах, зня-тих. з-деревини, п1ддано1 впливу' лужного алюмосил1катного адгезиву при гарячому пресуванн1, можна пояснити роэпадом гем!целюлоз. При пор1внянн! кривих видно, що що в 14-спектрах деревини. склеено! у гарячому режим1, в1дбу-ваеться наступив: 1нтенсивност1 як г1дроксильного, так 1 карбонильного поглинання при нагр1ван-

Пчи

Рис.1 1Ч-спектрограми деревини сосни: 1 - контрольна; 2 - п!сля взаемодП а адгезивом. гаряче пре-сування; 3 - те ж саме, холодне пресування.

н1 у вказаних областях сильно зростають в порШштп з конролъною деревиною. Це пояснюеться б1льш силышми Ф1зико-хим1чними зм!нами. що в1дбуваються у деревин1, яка була склеена у гарячому режи-м1. Зм!ни, то в!дбуваються при склеюванн1 у гарячому режиму, мож-на поясиити 1нтенсивним випарюванням води адгезиву, я из частково може вступати в реагаЦю з компонентами деревини. Це припущення п!дтверджуеться зменшенням оптично! нЦльност! смуги приблизно до 1740 см-1, яка наноситься до труп СООН и ОСЮС^Из гем1целюлозного комплексу. В 1Ч-спектрах деревини. склеено! у холодному режим!, таких вначних р!зниць не споетер!гаеться, хоча мае м1сце деякий р1ст карбонильного поглинання в област1 1070 см"1 ! деяк! зм!ни 1Ч-спектр!в в !нших областях екстрактивних речовин деревини.

Таким чином, п!сля впливу лужногоашомосшИкатного адгезиву в!дбуваеться п1двищення проникност1 деревини за рахунок видалення екстрактивних речовин та часткового розпаду л1гно-гем1целюлозиого комплексу. Це створюе сприятлив! умови для глибокого проникнення адгезиву у деревн! пори та утворения ефективного адгез!йного з'еднання. Важливим фактором формування адгез!йного з'еднання е також утворення складних пол!мерних органом!неральних сполук в результат1 х1м!чно! взаемодП лужного алюмосил!катного адгезиву 1 гем1целюлозного комплексу деревини.

АктивнЮть л1гн!ну як складово! деревини у композиц!ях, що вивчалися. оциювали на модельн1й систем! л1гн1н-луг за допомогою методу ЯМР . Для пор!вняння використовували К'")дельн1 системи л!г-н1н-Н20, л1гн1н-НаОН. л1гн!н-К0Н.

При вивченн! модельних систем використовували л!гн!н Бйорк-мана (ЛМП-л!гн1н механ1чного помелу). вид1лений э деревини сосни.

Отриман! спектри ЯМР (рис.2.) в!доОража»ть наявн1сть ароматичного к1льця . на що вказуе дуплет 6.65 м.д. 1 6.41 м.д.

Розщеплення першо! л1н!1 в дуплет обумовлено сп1н-сп!новою взаемод!ею резонуючого протону а атомом водню при введенн1 в систему лугу. В систем1 з дейтер1ем обм!н протону ОН-групи в!дбу-ваеться наст1льки часто, що ефект сп!н-сп1ново! взаемодП усеред-кюеться 1 8ач1сгь тонга! структури спостер1гаеться поодинокий п1к 6.87 м.д. П1кам г1дроксильних 1он1в на вс!х спектрах в1дпов1дае 4.8 м.д. Це обумовлено сильним водневим вв'яоком 8 розчинником, який всувае резонансний сигнап Пдроксильного протону в область 4.0...5.0 м.д.', оск1льки-резон-1нсн1 сигналя тим б!льш зсуваються у слабке поле, чим сильн!е! воднев! зв'язки. При пор1внянн!

сиектр!в систсми л!гн!н-вода з спектром системи л1гн!н-луг (МаОН, КОН) спостер!гаеться знижсння 1нтенсивност1 сигналу 3.66 м.д., що в!дпов!дае х1м1ч-ному зсуву. Це сс!дчить про те, що в молекул! л!гн1ну при взае-модП з лугом зм!нюеться найб-лижче оточеиня водневих атом!в. Спектри ЯМР вказують також на наявн!сть в системах труп

о

/

СНа

Рис.2 Спектрограмм ЯМР модельних розчин1в:

1 - дейтер1й-л1гн1н;

2 - дейтер1й-л1гн1н-натр!й;

3 - дейтер!й-л!гн!н-кал!й.

СН2 та СНэ-О. Зм!на структура л!гн!ну в лужному середо-вищ1, в1дм!чена на ЯМР-спект-рах, добре узгоджуеться з дани-ми 1Ч-спектр!в, наведених вище. 1Ч-спектри св1дчать та]со» про те, що на молекулу' л!гн1ну впливають 1 атоми атомШю, присутн! в лужному алюмосил1-катному адгезив1. Це пов'язано з тим. що завдяки великому заряду та в!дносно малому рад1усу кат1они А1+ сильно г1дратован1. в!дбуваеться взаемод1я в систем1 л1гн1н-г1дроксид алюм1н1ю-луг.

Отриман! спектри ЯМР вказують, що л!ги1и вступае у взанмод1ю з лугами адгезиву з утворепням складних органом1неральних сполук. Можна також стверджувати, що в реалышх композиц1ях ступ!нь взае-модП л1гн!ну з лужним алюмоснл1катниМ'адгезивом пижчий в пор1в-нянн1 з модельном системою, оск1льки, по-перше, в модельн!й систем! був використаний ЛМП (л1гн1н механ1чного помелу - л1гн1н Бнортала), який вже частково п1дданий ф!знчн1й та х1м1чн1й дест-рукцП, тобто активований; по-друге, в реальних композиц!ях луг адгезиву знаходиться в пол1мерних м1нералыш сполуках, чим сбу-мовлений незначний його вплив на л1гн1н; по-трете, час затвердШ-ня адгозиву, 1 в1дпов!дно. впливу лугу на деревину невеликий.

Формування структури деревних композиц1й на основ! лужного алюмосил1катного адгезиву, подЮно до 1нших композиШй на основ!

лужних цемент!в, значною м!рою заложить в!д стану зон контакту м1л адгезивом та деревиною, в1д прочее 1 в структуроутворення в ix м!кроконгломератах. Досл1дження контактно! зони органом1нерально! системи деревина - лужний алюмосил1катний адгезив проводили за допомогою MlKpocKoni! та м1крорентгеноспектралыюго aiiajisy на зразках сосни, склеених адгезивом.

Вивчення структури адгез1йних з'еднань за допомогою MlKpocKoni! св!дчить про те, що иезалежно в1д параметр1в затверд1ння спостер1гаеться Щ1лышй контакт в зон1 деревина - адгезив. Тов'ли-на клейового шва складае 30-72 мкм 1 оалежить в!д шорсткост1 де-ревини. При високих зб1льшеннях спостер1гаеться заповнення адгезивом тр1щин та м!кродефект1в деревини, а також простору м1ж де-ревними волокнами (рис.3). У вс1х випадках оголена поверхня де-ревних волокон не п1ддана ерозП а боку адгезиву, при цьому вони т1сно перепл!таються з новоутвореннями адгезиву.

Досл1дження розпод!лу основних х1м!чних елемент!в у контакт-н1й вон1 м1ж лужним алюмосил1катним адгезивом 1 деревиною, що проводили эа допомогою м1крореитгеноспектрального анал1зу, дозволили встановити вб1льшену концентраШю Na та К, що можна пояснити п1двищеним bmIctom лужних новоутворень, виникненню яких сприяе адсорбц1я пористим субстратом лужного розчину з адгезиву.

Анал1з концентраШйних кривих (рис.4) св1дчить, що в м!ру вростання концентрацП Na у контактн1й зон1 спостер!гаеться п!д-вищення концентрац11 AL 1 S1, що, в!рог1дно, о насл1дком утворен-ня сполук типу лужних г1дроаюомосил1кат!в.

Спостер1гаеться також наясн1сть Na, К, А1, Si в контакти1й 80Н1 в боку деревини (до 70 мкм), що дозволяе вробити висноьок про глибоке проникнення адгезиву в деревн1 пори 1 колливють ут-ворення в т1л! деревини сполук типу лужних г!дроалз-я:ос;и 1 кат 1 в.

Таким чином, результат« проведеиих досл!джед> св1дчать про те, цо при утворенн1 эдгезШих в'еднань деревини ьа основ) лужного алюмосшИкзтного адгезиву маать Mlcue прояви механ1чко1, м1чно1, дифуз1йно! концепц1й адгезИ, пк1 дозволяють в якост1 с/с-иовних пршщип1в форнування структури таких з'еднань сформулювати наступи1 положения:

- луг адгезиву позитивно »ялквае на форнування адгеэШного з'сдишшя, оск1лыси завдяки ioro д1! на вомпошгги деревини зб1лыпуеться П щх>никн1сть, :;о створюе передума!и для глибокого лронишенпя адгезиву в дерем! л >ри 1 ут£орення щ1лыюго контакту

Рис.3 М1крофотографП кленового з'еднання деревини на основ 1 лужного алюмоси--' л1катного адгезиву:

1 - зб!льшення х100

2 - з01льшення х500 .

50 75

Кояпактна юга (мкм) Клжпартча зона (и к и) аЗгезиб деребинд ашто деревина

а) 5)

Рис.4 КоицентраЩйШ крив1 роз-под1лу х!м!чних елемент1в у контактн1й эон1 м1ж лужним агаомосшИкатним адгезивом 1 деревиною:

а) гаряче пресування;

б) холодно пресування.

в систем1 адгезив-деревина;

- формування адгез1йних з'еднань деревини на основ1 лужного алюмосил1катного адгезиву в1дбуваетъся за рахунок дифуз11 ланцо-гових молекул або 1хн1х частин з одн1е! фази в 1шу, со приводить до зникнення ч1т!со1 меж 1 м1ж фазами, тобто утворюеться м1шанйй шар, який складаетъся з молекул адгезиву та субстрату., в результат! чего утворюеться м1цний вв'язок м!ж адгезивом 1 субстратом.

Досл1дження впливу компонентного складу лужного аломо-сил1катного адгезиву на його властивост! та ноказниют клейових з'еднань проводили в два етапи. На периому етап1 за допомогою ре-ал!зац1! лзохфакторяего трир!гневого експеримьату було всталоме-но вшш? к1и1чпого складу та умов затверд!ння на основн1 .властивост! с"'■'"'лгу ! мГцШсгь клейового з'еднання. Факторами, що ва-р!ювал])г.з„ були: сил1катнпй модуль р1дкого скла р1зно1 структура (в!д заягягово! до тркм1рно!, Мс-1.0-2.8) 1 сп!вв1дноиення Н2О/Д1г0з-10-25 в систем!.

Опгаьт-йЯю проводили оа критер1ями мИшосг!, водост1йкост1 адгезиву тл х1пносф1 1 типу руйнування клейот« з'еднань.

В репу;::, тэт! реалIзад!1 скспериченту встаковлено, щэ пай-

01льшою когез1йнсю мЩистю, бодосгш-пстю та клеючою спроможнЮ-тю характеризуемся адгезив з сп1в1!1дношоштм оксид!в (Na,K)2Ü/Alo03 - 1.0; Н20/А1й0з« ю-15 на основ 1 р1дкого скла з Мс-1,9-2,8. При цьому отриман! склади адгсзиву. що характеризу-ються м1цн1стю, пор1внянною з когезШюю м1цн1стю деревини - 85 МПа та коефЩ1ентом водост1йкост1 Олизьким до 1,0.

На другому етлп! за допомогою реал1зац11 трифакторного три-р1вневого експерименту були оптим!зован1 склади реагаЦйних сум1-шей за параметрами !х технолог1чност1 та мШност! клейових ь'ед-ншш. Факторами, шо вар!ювалися,були: сил!катний модуль р1дкого скла (Мс»2,2-3,4), сп1вв1дношення оксщЦв Ма^О/А^Оз aöo (Na20i-K20)/Al?.03 - 0,8-1.2 i Н20/А120з-10-25. При цьому викорис-товували натр1й- та натр!й-кал!йвм!щуюч1 реакц1йн1 сум1ш1. [Остановлено,що оптимальн1 значения в'язкост! (60-100 с за ВЗ-246, &-4мы), киттездатност1 (8-12 год) та м1цност1 клейових з'еднань деревини (8-11 МПа) забезпечуються адгезивом на основ! р1дкого скла 8 Мс-2,5-2,9 1 сп!вв!дношенням оксид i в МагО/АЬгОз айо (Na^Ot-KgO)/Al2O3 - 0,9-1,1 та H2O/AI2O3-IO-13 (табл.1).

3 метою вивчення швидкост! процес1в структуроутворення дос-л1джували ouluy в час! коеф!ц!епта поверхневого натягу реакцШшх сум1шей адгезиву. Отриман! дан! дозволяють припустити, що форму-вання твердого т!ла лужного алюмосил!катного адгезиву в!дбуваеть-ся шляхом конденсац!йно-кристал1зад!й1юго структуроутворення з появсио на початковому етап! цементуючо! фази в аморфному стан!.

Досл!дження фазового складу новоутворень, що забезпечують оптимальн! властивост1 клейових з'еднань, шсазали, що у раз1 природнього затверд!ння в1н представлений рентгеноаморфною фазою. ЗатвердИшя при 150°с призводить до появи поодиноких п1к1в аналь-циму та цеол!ту Р. Автоклавування адгезиву призводить до ще 61ль-fliol !нтенсиф!кац11 кристалоутвореиня та появи п!к!в анальциму (d/nO.564; 0,487; 0,344 ; 0,293; 0,269; 0,252; 0,237 ; 0,233; 0,191; 0,174 HM) та цеол1ту Р (d/ri-0,714; 0,4Н7; 0,409; 0,368; 0,317; 0,197 НМ).

Таким чином, структуроутворення адгезШних з'еднань деревини на лужному алюмосил1катному адгезив! в1дбуваеться при направлено-му формуванн! м1цних контактних зон з еЦльною микроструктурою, обумовленою наявнЮтю в них водост!йких цеол!топод!бних новоутворень пол1мерно1 структур«.

Досл1дж.ешш впливу технолог !чних параметр!» склеивания дере-

- и -

вини лужним алюмосил1катним адгезивом у гарячому режим! на м1цн!сть клсйового з'еднання зд!йснювали у в1дпов1дност! з три-факторним трир!внепим планом постановки експерименту. Факторами, що варШватася, були: температура пресування (И20-150°С), пито-мий тиск прес-ування (Р-о,3-0,7 МПа), питона витримка п1д тиском Ст=1-2 хв/мм).

Дан!. отриман1 в результат! реал!зацП експерименту по оп-тим!зац1! технолог!чних параметр!в склеювання, дозволяють зробити висновки:

- оптимальн! значения м!цност! клейових з'сднань на лужпому алюмосил1катному адгезив! забезпечуються технолог!чними параметрами: 1>1£0- 145°С; Р-0,45-0,7 МПа; т-1,0-1,2 хв/мм.

- отриман! параметри пор!внянн! з параметрами склеювання традиц1йними синтетичнимн смолами, що дозволяе використовувати адгезив без зм!н технолог!!.

Для зменшення напруг,• що виникають при набряканн! деревини, доц!льне уведення до складу адгезиву 2,5 7. деревно! муки. При цьо-му адгезив в!дпов1дае вимогам стандарту для кле!в середньо! во-дост1йкост1 марки Б ! може бути використанИй для вироОництва де-ревних матер!ал!в зач!сть карбам1доформалъдег1дно1 смоли.

Клейов! з'еднання деревини на лужному алюмосил1катному адгезив! в1др!зняються п1двищеноп теплост1йк1стю (до !30°С) пор!вняно з1 з'еднаннями на карбам1доФормальдег1дн1й смол! (до 70°С).

Досл!дження впливу породи деревини на м1цн!сть клейових з'еднань показуе, що м!цн1сть клейових з'еднань деревини як хвой-них (сосна, ялина), так 1 листяних (береза, в1льха, дуб, бук) по-р1д на основ1 лужного алшосилИсатного адгезиву складае 8-16 Ша ! перевищуе вимоги нормативних до1сумент!в (> 4 Ша) та пор!внянна з м1цн!стю з'еднань на синтетичних смолах 1 з когез!йнсяо м!цн!стю деревини.

Розробка деревностружкових плит на основ1 лужного алюмосил1-катного адгезиву була ор1ентована на плоске пресування.

Вивчення впливу х1м!чного складу реакцШю! сум1ш! 1 тех'но-лог!чних параметр1в виготовлення плит проводили у в1дпов1дност1 з 5-факторним трир!вневим планом постановки експерименту. Факторами, що вар1ювалися, були: витрата адгезиву, сп!вв1дношення окси-д!в И20/Л120з-15-20, температура пресування, питомий тиск пресування, пчтома витримка п1д тиском. Вих1дними параметрами були: середин густина плит, м!цн!сть плит при вигин!, набрякання плит

за товщинсю за 2 та 24 год.

' Остановлено, що при сп1вв1дношенн1 оксид!в На0/А1гОз-16-IV (в'язк1сть адгезиву - 25-35 с) 1 витрат! адгезиву 13-17% можливо отримати деревностружков! плити з ф!зико-механ!чними показниками, що не поступаються показникаы традицШних плит (табл.1). При цьо-му оптимальн! технолог1чн1 параметра виготовлення плит практично не в1др1аняються в4л традицШшх.

Передумовою для розробки вогнезахисних покритт1в були ' дан1 про те, що при терм!чн1й обробц! до 1000°С г!дроалюмосил1кати типу цеол1т1в зазнають стадШых фазових перетворень у безводн1 алюмосил1кати без деформац!й та виникнення внутр1шн1х напруг.

За допомогою симплекс-реш}тчатого методу розроблен! склади вогнезахисних покритт!в (10 мае.2 1саол1нового волокна та 2,5 мас.Х аморфного кремнезему; 8 мае.тонкого базальтового волокна, 40 ыасХ грубого базальтового волокна та 2,5 ыасХ аморфного кремнезему), як1 збер!гають суц1льн!сть при д11 в1дкритого полум'я газового пальника в Ь~600°С на протяз! не менше 10 хвилин. 3 метою п1двищення атмосферост1йкост1 вогнезахисних покритт1в запропо-новано використовувати "буферний шар** з латексу СКС 65 ГП, який н1велюе налруги набрякання деревшш при П зволожуванн!.

Досл!дження розроблених деревних ыатер!ал!в проводили в Ук-раТнсъкому науково-досл1дному 1нститут1 механ!чно! обробки дере-вини (УкрНД1ШД). Отриман! дал! дозволяють зробити висновок про можлив1сть ваы1ни токсичних, спалимих синтетичних смол на лужний алюмосил!катний адгезив э метсао одержання ефективних еколог1чно чистих деревних матер1ал1в в иисокши 4>1зико-механ1чними та екс-плуатац1йними показниками.

вшюзкн

1. Встановлено, що в результат! взаемодП лужного алюмосил1-катного адгезиву а деревиною в!дбуваеться зб!льщення проникност! деревини за рахунок видалення екстрактивних речовин 1 часткового розпаду л!гно-гем!целюлозного комплексу, що створюе сприятлив1 умови для глибокого проникнення адгезиву в деревн! пори та приз-водить до утворення в контактн1й зон! складних пол1мерних органо-м1неральних сполук.

2. Доведено, що вир1шалышм фактором формування ефективного адгез!йпого в'еднання е направлений синтез у склад! новоутворень лужного алюмосил!катного адгезиву крилтокристал!чних структур, що

Табдиця 1 Технолог1чн1 параметри та ф1зико-ыехан1чн1 показники деревних матерхалгв на основ! лулного алюмосшпкатного адгезиЕу.

Техксгог параметри

'Изико-механ1ЧН1 показники

Величина

Клеен1 матер1али

Клеен1 матер1али

ДСП

Показники

Величина

цел

Пскззники

Величина

В'язк!сть адгезиву при 20°С за ВЗ 246 (4мм), с йиттЕЗдатн1сть адгезиву при 20°С, ч Вптрзта адгезиву; -для склеивания, г/м~. -для ДСП, X Час в1дкрито1•витрим-ки вироб1в з нанесе-ним адгезиЕом до пресування, хв Питсмий тиск пресування, МПа

Температура пресування при склесвашп в горячему режим!, °С Час зитримга в ззпре-сованому стан1: -холодккй режим, год -гарячий режим, хв/мм

60-1С0 6-8' 140-220

10-15 0.4-0.7

120-140

5 - В 1 - 1.5

25-35 10-12

13-17

15 2-3

150-160 0.8-1.0

-и

Границя мЩност: ку-тових шипових з'еднань, МПа

Границя м!цност! фа-нерк при сколюванк: за кдейовим паром:

- в сухому стан!, МПа

- п1сля вимочування

у В0Д1 24 год, МПа Границя м!цност1 клейо-вого з'еднання дерев-ношштного матер1аду з деревиною при нер!в-пемарному в1дрив!, КН/м Границя м1цност1 клейо-вого з'еднання при сколюванн! вздовж волокон:

- в сухому стан!, МПа

- п!сля вимочування у вод! 24 год, МПа

0.96-1.2

2.1-2.6 ' > 1.2

2.8-3.4

8-11 > 3.5

Середня гус-тина. кг/м° МЩнЮть при Еиги:-и, МПа Набрякання за

ТОЛЩИНОЮ п1сля вимочування у вод1: 2 год, % 24 год, г М1ЦН1СТЬ при розтяганн! перпендикулярно площин1 плити, МПа Питомий ОП1р висмикузанню шуруп!в: з крдмки, Н/мм-з шщщини, Н/мм*"

770-950 14-21

0.87-7.0 С.32-9.О

0.4-0.5

65-75 55-65

передують утворенню неоргашчних пол!мер!в - каркасних цеолШв типу анальциму' та цеол!ту Р, забезпечуючих високу мгшисть адге-з1йних з'еднань деревини.

3. Методами математичного планування експерименту визначено вплив параметра складу лужного алюмосшикатного адгезиву на його клеючу здатн1сть, в'язкЮть 1 життездатн1сть. МаксималыИ значения м1щюст1 (Рек- 8-11 МПа) при оптималышх значениях в'явкост1 (60-90 с) 1 життездатност! (6-12 год) досягаються при використан-н1 реакШйних суы1шей, як1 ' характеризуются параметрами: Мег0/А120з-1.0-1.1; Н;>О/А11>0з-=12-15; сил1катный модуль р1дкого скла Мс«2.5-2.8. При цьому когез!йне руйнування по деревин! пере-важае 1 складае б!льше 95Х.

4. Встановлена можлив1сть використання лужного алюмосил1кат-ного адгезиву для склеювання деревини у режимах холодного та га-рячого склеювання, характерних для традиц1йних синтетичних смол.

5. 0триыан1 1зопараметричн1 д1аграми, як1 враховують вплив фактор1в складу клею та технолоПчних фактор!в склеювання деревини у гарячому режим!, що визначають область одержання клейових з'еднань з границею м!цност1 при сколюванн! вздовж волокон 8-11 МПа (пор!внянну в м!цн!стю з'еднань на синтетичних смолах) для натр!й- та натр!й-кал!йвм1щуючих с.клад!в адгезиву.

6. Встановлена ыожлив!сть використання лужного алюмосил!кат-ного адгезиву для склеювання деревини р1зних пор1д: хвойних -сосна, ялина; та листяних - в!льха, береза, дуб, бук.

7. Розроблеи1 склади адгезиву 1 ' в!дпрацьован1 технолог!чн1 параметри виготовлення фанери на його основ!. Отримана фанера, яка характеризуеться границею м!цност1 при сколюванн! по клейово-му шару: в сухому стан! 2.2 МПа; п!сля вимочування 24 год у вод! - 1,3 МПа, що в!дпов!дае вимогам для фанери водост!йко! марки ФК за ГОСТ 3316.1-89.

8. Одержан! хзопараыетричн! д!аграми, як! враховують кемп-лексний вплив параметр!в х1м!чного складу реакцШго! сум!ш1 та технолог1чних параметр!в виготовлення деревностружкових плит на 1х ф!зико-механ!чн! показники. Отриман! плити, що характеризуются границею м!цност1 при вигин1 - 14-20 МПа, середньою густиною 750-1000 кг/мэ, набряканням по товщин! за 24 год вимочування у вод! - 2-9 X, що в!дпов1дае вимогам !снуючих стандарт!в.

9. Розроблен! склади нетоксичних атмосферост!йких вогнезахис-них покритт!в' по деревин!. До складу покритт!в окр!м адгезиву

входять наповнгсвач!, ш,о п1двныуютъ його вогнест1йк!сть: сил!1со-ф'юм (2,5-3,02) у сполучеши з м!нералышми волокнами - каол1но-вим (8-10%) або базальтовими (40-45% грубого 1 0-10% тонкого). Розроблен1 покриття залишзютъся суц1лъштми п1сля д11 в!дкритого • полум'я газового пальника на протяз! б1льш н1ж 10 хв.

10. РозроблеШ склэди лужного алюмосшИкатного адгезиву були використан1 при виготовленн! столярних вироб1в на Ватут1нському деревообробному завод! (м. Ватут1но Черкасько! облает!), AT "За-пор1ждеревконструкц1я" (м. Залор1жжя), ЛТ "Б!лицький ДОК" (смт. Б1лич! Ки!есько! облает!), ДОК-3 (м. Ки!в). Економ1чний ефект в1д зам1ни 1т карбам1доформальдег!дно! смоли на лужний алюмосил!кат-ний адгезив складае 170 грн. В НВТОВ "Стандарт" (м.Запор!жжя) розроблено тсхн1ко-економ1чне обгрунтування доц1лыюст1 буд!в-ництва заводу по виробництву лужного алюмосшИкатного адгезиву.

СПИСОК 0ПУБЛ1К0ВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАМК

1. Demyanova L., Zheludkov G., Bobunova E., Baranovsky A. Alkaline termo-cements // AlKallne Cements and ' Concretes: Proc. 1st Int. Conf. - Kiev.,1994, V.II, P.237-245.

2. Кривенко П.В., БродкоО.А., Барановский A.B. Щелочной алюмосиликатный клей и изделия из древесины на его основе. // "Буд!вництво Укра'ИШ". - 1997. N 1.- С. 36-38.

3. Кривенко П.В., Скурчинська Ж.В., Барановський A.B. Вико-ристання лужного алюмосил!катного адгезиву при виготовленн1 де-ревних матер1ал1в // В1сник Академ!! Буд!вництва У1фа!ни,- 1997. N 3,- С. 37-41.

4. Скурчинская Я.В., Барановский A.B., Лавриненко Л.В. Щелочные связки для получения лёгких материалов на основе минеральных волокон //Тези допов1дей 64-1 науково-практично! конф. профе-сорсько-викладацьког'о складу, асп!рант1в ! студент1в. К1Б1,

Ки!в.- 1993, С.101.

5. Кривенко П.В., Скурчинская Ж.В., Бродко O.A..Барановский A.B. Огнезащитные покрытия но древесине на основе щелочного алю-мосиликатного связующего // Сб. тр. "Проблемы пожарной безопасности" под ред. Антонова В.И. НИИПБ, Киев,- 1995, С.210-212.

6. Скурчинская Ж.В.* Бродко O.A., Барановский A.B., Огнезащитные покрытия по древесине на основе щелочного алюмосилтстного ' связующего // Междун. конференция " Прогрессивные технологии и конструкции в строительстве", Санкт-Петербург.- 1995, С.50.

7. Барановский A.B. Физико-механические свойства клеевого соединения древесины на основе щелочного алюмосиликатного связующего // Материалы Между», конф. "Структура, прочность и разрушение композиционных строительных материалов и конструкций", Одесса.- 13-14 ноября 1036, С.99.

8. Бродко O.A., Барановский A.B. Оптимизация технологических параметров склеивания древесины щелочным алюмосцлшсатным клеем //Материалы XXXV Межд. семинара по проблемам моделирования и оптимизации композитов. Одесса.- 25-26 апреля 1996, С.4V.

А1ЮТАЦ1Я

Барансвський A.B. Деревн! матер!али на основ! лужного алюмо-сил1катного адгезиву.- Рукопис.

ДисертаШя на здобуття паукового ступеня кандидата техн1чних наук по спец1аяьност! 05.23.05 - 6уд1вельн1 матер!али i вироби,-Ки!вський державний техн1чшш ун1верситет буд1вництва 1 арх1тек-тури. КМ В. 1997.

В робот! теоретично обгрунтована 1 практично п1дтверджена можлив1сть одержання еколог!чно чистих деревних матер1ал1в (як клеенкх, та;? 1 композит йш) на основ 1 лужного алюмоаш каткого адгезиву .систем» МеаО-А^Оэ-БЮи-НйО, за рахунок високо! ре-aiculflHol спроыожност! адгезиву по вШюпенню до деревини шляхом иаправленого синтезу в його склад! водост!йких цеол1топод!бних новоутворень пол!ыерно1 структури.Розроблеш luieeni деревн! мате-р!али, дереваострукков! плнти, вогнезахисн! покриття по дерегшн1 на основ 1 лунного ашсмосил!катного адгезиву, як! характеризуютьсл високими ф!зико-ме,чал!чними та експлуатац1йними показниками. Виз-начен! оптимальн! технолог!чн! параметри 1х виготовления. Результата роботи реал1зован1 в уыовах промислового виробпицтва.

Ключов! слова: лужний алюмосил!катний адгезив, цеол!то-под1бн1 новоутворения, клеен! деревн! матер!али, деревностружков! плити, вогнезахисн! покриття.

АШОТАЦШ

Барановасий A.B. Древесные материалы на основе щелочного алюиосиликатного адгезива.- Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Киевский государственный технический университет строи-

- 17 -

тельства и архитектуры, Киев, 1997.

В работе теоретически обоснована и практически подтверждена возможность получения экологически чистых древесных материалов (как клееных, так и композиционных) на основе щелочного алюмоси-ликатного адгезива системы Ме20-А120з-5102-Н20 за счёт высокой реакционной способности адгезива по отношению к древесине путём направленного синтеза в его составе водостойких цеолитоподобных новообразований полимерной структуры. Разработаны клееные древесные материалы, древесностружечные плиты, огнезащитные покрытия по древесине на основе щелочного алюмосиликатного адгезива. характеризующиеся высокими физико-механическими и эксплуатационными показателями. Определены оптимальные технологические параметры их получения. Результаты работы реализованы в условиях промышленного производства.

Ключевые слова: щелочной алюмосиликатный адгевив, цеолитопо-добные новообразования, клееные древесные материалы, древесностружечные плиты, огнезащитные покрытия.

ANNOTATION

Baranovskii А. V. The wood-based materials made with alkaline alumlnoslllcate adhesive.- Manuscript.

Ph.D. Thesis in the speciality 05.23.05 - building Materials and Articles.- Kyiv State Technical University of Construction and Architecture, Kyiv, 1997.

The research substantiates theoretically and in practice the possibility of producing environmentally safety wood-based materials (both glued and composite ones) made with an alkaline aluminosilicate adhesive of the following chemical formula МегО-А^Оз-БЮг-НгО due to high reactivity of the adhesive with regard to wood by directed synthesis in Its composition of water-resistant zeolite-like new formations of polymeric structures. The glued wood-based materials, wood particle boards, fire protective coatings for wood have been developed with alkaline alumlnoslllcate adhesive with high performance and service properties. The optimal processing parameters have been developed The research's results are put on commercial scale.

Key words: alkaline aluminosilicate adhesive, zeolite-like new formations, glued wood-based materials, wood particle boards, fire protective coatings.