автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Покрытие древесных плит материалами на основе модифицированных карбамидоформальдегидных смол

о г Т\ ОД

На правах рукописи

НИКИТИН Алексей Алексеевич

ПОКРЫТИЕ ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ МАТЕРИАЛАМИ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ

Специальность - 05.21.05 - "Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена на кафедре технологии древесных плит и пластиков Московского государственного университета леса.

Научный руководитель

Научный консультант

Официальные оппоненты

- кандидат технических наук, профессор Е.И.Карасёв

- доктор технических наук, профессор В.Е.Цветков

- доктор технических наук, академик В.И.Азаров; кандидат технических наук

К.В.Кремнев

Ведущая организация - ОАО Всероссийский проектно-

конструкторский технологический институт мебели (ВПКТИМ)

Защита диссертации состоится " г.

в ..... час. на заседании специализированного совета Д 053.31.01 Московского государственного университета леса.

Ваши отзывы на автореферат ОШЗАТЕЛЬНО В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ просим направлять по адресу: 141001, Мытищи-1, Московская область, Московский государственный университет леса. Учёному секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.

Автореферат разослан "!К" .Т.Т^??.^ 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук, профессор С.П.СЕМЕНОВ

Подл, к печ. 10 01 1997 г. Объем I п.л. Зак. [2- Тир. 100

Типография Московского государственного университета леса

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время повышению качества мебели уделяется особое внимание. Потребительская ценность изделий, изготовленных на основе древесных плит, в значительной степени определяется свойствами покрытий (защитными и декоративными).

Технология облицовки плитных материалов динамично развивается, расширяется ассортимент используемых в производстве мебели плитных материалов, совершенствуются облицовочные материалы, осваивается выпуск новых материалов, внедряется новое поколение оборудования. Опережающими темпами развивается облицовка плёночными материалами, в том числе материалами на основе бумаг. Применение этих материалов позволяет значительно снизить материалоёмкость производства и повысить его эффективность.

Существующие облицовочные материалы на основе бумаг не всегда обеспечивают нужное качество изделий, особенно при переработке по интенсифицированным режимам с использованием совершенных технологий. Поэтому совершенствование технологии производства мебели с использованием плёночных материалов, сопровождается совершенствованием пропиточных смол и бумаг, а также созданием новых их видов, так как.физико-механические и декоративные свойства получаемых покрытий обусловлены совокупностью свойств бумаги и смолы. Смолы, используемые в производстве плёночных материалов, придают им жёсткость; сопротивление сжатию, устойчивость к истиранию, нагреву, действию растворителей и воды. Кроме того, свойства смолы во многом определяют санитарно-гигиенические свойства получаемых покрытий.

Достаточно широко в мебельной промышленности применяются карбамидные пропиточные смолы. Эти смолы отличаются высокой адгезионной способностью, большой скоростью отверждения, хорошей совместимостью с водой и низкой стоимостью. Однако эти смолы имеют ряд существенных недостатков, что ограничивает область их применения при облицовке. Наиболее существенным недостатком этих смол, является низкая работоспособность в отвёрждённом состоянии, что обусловлено их высокой жесткость» и низкой гидротермостойкостью. Кроме того, эти смолы отличаются высокой токсичностью. Поэтому, разработка и внедрение в производство высокоэффективных, малотоксичных модифицированных пропиточных смол на карбамидной основе, позволяющих получать покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками и по интенсифицированным режимам с исполь-

зованиеы современных технологий, является актуальной и технически перспективной задачей.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка модифицированных пропиточных смол на карбамидной основе, отвечающих современным требованиям производства. Модификация карбамидной основы проводится для повышения эластичности, термической и гидротермической стойкости, снижения содержания и выделения формальдегида, повышения работоспособности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- на основе анализа имеющихся данных выявить основные закономерности процесса облицовки плитных материалов плёнками на основе бумаг;

- установить каким количественным характеристикам должны соответствовать пропиточные смолы, для достижения требуемого уровня качества покрытий;

- определить вид и количество модифицирующих компонентов, обеспечивающих получение пропиточных смол отвечающих сформулированным требованиям;

- исследовать влияние модификаторов и условий переработки на структурно-механические свойства получаемых продуктов;

- оценить влияние модификации на термодинамические и реологические характеристики получаемых олигомеров;

- провести оптимизацию процесса переработки модифицированных смол и дать практические рекомендации по их применению;

- провести оценку долговечности мебельных деталей и работоспособности покрытий, полученных с использованием модифицированных пропиточных смол;

- оценить санитарно-гигиенические свойства плёночных материалов и мебельных деталей, полученных с применением модифицированных смол;

- разработать техническую документацию по синтезу модифицированных пропиточных смол и технологии их использования.

Научная новизна работы. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили обосновать выбор модифицирующих компонентов и режим синтеза. Установлено, что использование для модификации соконденсатов, полученных на карбамидной основе с использованием меланина, 6 -капролактама, бутанола или глице-

рина, позволяет существенно улучшить технологические свойства получаемых олигомеров, повысить их пропитывающую способность и текучесть при переработке.

Выяснено, что существует взаимосвязь между структурно-механическими характеристиками модифицированных полимеров и физико-механическими свойствами и работоспособностью получаемых покрытий. При оценке долговечности деталей подтверждено, что одним из основных условий достижения высокой работоспособности покрытий, является определённый уровень эластичности отверждённых смол.

Установлено, что использование разработанных модифицированных смол позволяет получить покрытия с высокими "барьерными" (изолирующими) характеристиками по отношению к формальдегиду и водяному пару. Кроме того, предложенная модификация позволяет существенно улучшить эксплуатационные и санитарно-гигиенические свойства получаемых покрытий.

Проведённая оптимизация технологии получения покрытий позволила обосновать режимы промышленного использования модифицированных смол.

Обоснованность выводов и рекомендаций. Научные положения, предшествующие практическим исследованиям, основаны на анализе работ по проблемам получения карбамидных смол, пропитки и смачивания, поверхностных явлений и реологии полимеров.

Выводы экспериментальной части работы можно считать обоснованными, т.к. использованы методики,применяемые в химической кинетике при оценке термодинамических, реологических и физико-механических свойств полимеров.

Для математической обработки результатов экспериментов использовался метод математической статистики. При проведении оптимизации процесса переработки модифицированных пропиточных смол - метод математического планирования эксперимента и метод диалоговой многокритериальной оптимизации Соболя-Статникова.

Значимость результатов исследований для науки и практики.

Научное значение результатов работы заключается в разработке основных условий получения высококачественных покрытий при использовании модифицированных пропиточных смол.

Изучение структурно-механических и термодинамических свойств модифицированных олигомеров позволяет раскрыть роль модифи-

цирующих компонентов. Установленная взаимосвязь структурно-механических свойств модифицированных олигомеров с их работоспособностью в отверждённом состоянии и физико-механическими свойствами плёночных материалов, сделало возможным прогнозирование свойств получаемых плёнок и покрытий. Результаты работы служат основой для проведения исследований по оценке влияния модификаторов на физико-механические свойства, работоспособность и долговечность плёночных покрытий на основе различных видов смол.

Использование результатов данной работы позволяет повысить качество плёночных покрытий на основе бумаг и улучшить их санитарно-гигиенические характеристики.

Место проведения исследований. Работа выполнена на кафедре технологии древесных плит и пластиков Московского государственного университета леса.

Апробация работы. Результаты работы представлялись на ежегодных научно-технических конференциях с 1989 по 1996 гг..

. Разработанные пропиточные смолы и изделия на их основе демонстрировались на ВДНХ СССР и удостоены серебряной медали.

' Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных статей и получен патент на способ получения древесностружечных плит с отделанной поверхностью.

Внедрение результатов исследований. Серийный выпуск модифицированных пропиточных смол и материалов на их основе налажен на АОЗТ "Электрогорскмебель", АО Волгодонский КДП и МЭЗ ДСтП. Разработаны и утверждены технические условия и технологические инструкции на процесс получения модифицированных смол АФБ-П и СП-50.

Проведенные санитарно-химические исследования плёночных материалов, полученных с использованием модифицированных смол и облицованных древесностружечных плит, показали, что материалы изготовленные с использованием разработанных смол отвечают санитарно-гигиеническим требованиям.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 129 наименований и приложений, включающих технические условия, технологические инструкции, акты внедрения и промышленных выпусков изделий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи проводимых исследований.

В первой главе рассмотрены способы облицовывания древесных плитных материалов, дана сравнительная характеристика облицовочных материалов и рассмотрены основные направления совершенствования плёночных материалов на основе бумаг и технологии их использования .

Проведенный анализ существующих облицовочных материалов и способов облицовки позволяет утверждать, что качество изделий существенно зависит от свойств пропиточных композиций и бумаг. Однако, даже при использовании высококачественных облицовочных материалов невозможно получить качественные мебельные детали, если древесные плиты не отвечают необходимым требованиям. Наиболее существенное влияние на процесс облицовки оказывает характеристика поверхности плит и их формоустойчивость. Рассмотрены характерные особенности различных плитных материалов и выявлены показатели плит, по которым можно судить осЗих пригодности для различных способов облицовки.

Проведена оценка влияния метода облицовывания и вида облицовочного материала на санитарно-гигиенические свойства изделий. Проанализированно влияние вида пропиточной композиции на уровень выделения вредных веществ в процессе изготовления и переработки облицовочного материала и из облицовочных плит. В комплексе плита-облицовочное покрытие выделение формальдегида будет зависеть от его содержания в каждом отдельном компоненте. При этом одна из важнейших задач - это разработка облицовочных материалов, которые отвечают санитарно-гигиеническим требованиям и обладают высоким диффузионным сопротивлением по отношению к формальдегиду.

Сформулированы требования, которым должны удовлетворять синтетические смолы^используемые при производстве облицовочных материалов на основе бумаг. Рассмотрены основные закономерности получения карбамидных пропиточных смол и их структурные особенности. Проведенный в главе критический анализ условий синтеза, свойств и строения карбамидных смол, позволил вскрыть основные недостатки присущие данным олигомерам и наметить мероприятия по их совершенствованию. Наиболее существенные недостатки карбамидных смол: хрупкость, низкая водостойкость и высокая токсичность.

Для устранения недостатков, присущих карбамидным олигомерам, существует несколько способов модификации и предложено большое ко-"лйчество модификаторов. Несмотря на это, возможности модификации карбамидных олигомеров ещё далеко не исчерпаны. Наиболее интересным и перспективным направлением модификации карбамидных олигомеров, является получение смол с заданными свойствами.

Во второй главе определены основные задачи исследования и сформулированы требования к модифицированным смолам и модификаторам.

Эффективным модификатором карбамидных смол может бьггь вещество (или группа веществ) удовлетворяющее следующим требованиям: модификатор должен участвовать в процессе структурообразования полимера; улучшать физико-химические и эксплуатационные свойства как самих модифицированных полимеров, так и материалов на их основе (гидротермоусгойчивость, трещиностойкоеть, токсичность); быть технологичным. Использование современных технологий ламинирования усложняет задачу, т.к. примедаемые смолы, при высокой реакционной способности, должны обладать повышенной текучестью при низком давлении, а получаемые покрытия должны быть достаточно эластичными. Только при этом можно обеспечить высокую работоспособность и долговечность покрытий.

В этом разделе работы определены основные задачи исследования.

В третьей главе изложены основные методические положения лабораторных исследований, приведены характеристики применяемых веществ и оборудования, обоснован выбор объекта исследований.

Оценку процесса конденсации модифицированных олигомеров осуществляли по изменению концентрации компонентов синтеза в растворе и изменению содержания функциональных групп. Технологические свойства модифицированных олигомеров определялись с использованием стандартных методик.

Для определения термодинамических характеристик олигомеров (поверхностное натяжение и краевой угол смачивания) использовали модернизированные методики. Определение поверхностного натяжения олигомеров проводили методом отрыва кольца и максимального давления в пузырьке. Для реализации данных методов были сыонтирова-нны установки,обеспечивающие равномерность возрастания усилия при отрыве кольца от поверхности жидкости и давления воздуха

в капилляре. При этом обеспечивалось термостатирование исследуемого олигомера.

Способность к растеканию полученных олигомеров в ходе переработки (ламинирования) оценивалась двумя способами. Проводилось определение текучести под давлением по потере массы полимера , входящего в состав плёночного материала. Кроме того, оценивалась скорость течения олигомера под нагрузкой, определяемая по деформационным кривым.

Оценку структурно-механических характеристик модифицированных полимеров проводили методом снятия деформационных характеристик на консистометре Хепплера. Установлено, что деформационные кривые, полученные для модифицированных полимеров, соответствуют объединенной механической модели вязко-упругого тела, которая представляет собой последовательное соединение механических моделей Макс-вела и Кельвина-Фойгта.

С использованием данного метода определялись параметры, характеризующие деформационные свойства полимеров, а именно: модуль упругости Еудр (МПа); модуль медленной эластической деформации Ем'д (МПа); равновесный модуль эластичности £э (МПа) и степень эластичности оС (%). Оценка данных параметров позволила установить степень влияния модифицирующих компонентов на свойства и работоспособность получаемых полимеров. Кроме того, появилась возможность уточнить состав пропиточной композиции и дать рекомендации по разработке оптимальных режимов переработки модифицированных олигомеров. В качестве основного критерия оценки деформационных свойств полимеров, использовался параметр - степень эластичности, который определяется долей высокоэластической деформации в общей деформации полимера под нагрузкой. Этот критерий позволяет оценить влияние химических и межмолекулярных связей полимера на его работоспособность. Кроме того, использование данного критерия при оценке физико-механических свойств плёночных материалов, позволяет установить взаимосвязь данных показателей.

Для оптимизации процесса переработки модифицированных олигомеров был использован метод диалоговой многокритериальной оптимизации Соболя-Статникова. При решении оптимизационной задачи использован в качестве основы пакет программ OPTIMUM .

. Оценку долговечности мебельных деталей и работоспособности покрытий, проводили экстралоляционным методом. В качестве критериев оценки, при реализации этого метода, были приняты: прочность

адгезионного контакта покрытия с плитой-основой; прочность мебельных деталей ( ¿> изг ); изменение физических свойств деталей ( ¿Ь и дИ/); изменение внешнего вида покрытия.

Токсичность материалов, оценивали методом ВКЙ и камерным методом..

Оценка, качества получаемых облицовочных материалов и облицованных плит проводилась в соответствии с ТУ 13-771-84, ГОСТ 959076 и ТУ 13-04-02-87.

Дяя обработки полученных результатов использовался метод математической статистики.

В четвёртой главе представлены результаты по отработке технологии модифицированных олигомеров; оценке их технологических, термодинамических, деформационных и физико-механических свойств. Кроме того, приведены результаты по оптимизации процесса переработки модифицированных смол и отработке технологии их промышленного применения.

Проведённый анализ основных закономерностей получения аыино-формальдегидных смол, позволил предварительно наметить пути получения модифицированных олигомеров на карбамидной основе, с учётом специфических требований,предъявляемых к пропиточным смолам.

На первом этапе исследований проводилась обработка технологии получения соконденсатов метилольных производных карбамида с ме-ламином, тиокарбамидом и фенолом. Оценивалось влияние количества и вида компонентов соконденеации, на свойства получаемых олигомер-ных продуктов. Кроме того, проводили оценку гидротермостойкости и прочности олигомерных продуктов, в отверждённом состоянии.

На основании результатов предварительных исследований, было установлено, что синтезированные по выбранной схеме соконденсаты с использованием меламина можно применить в качестве основы для разработки пропиточных смол. Проведение совместной конденсации меламина с метилольными производными карбамида позволяет получить олигомеры с высокой гидротермостойкостью и прочностью в отверждённом состоянии при низком содержании меламина. Однако, полученные олигомерные продукты требуют доработки, направленной на улучшение их технологических свойств. Необходимо повысить стабильность соконденсата при хранении, улучшить пенетрационную способность и санитарно-гигиенические свойства. В ходе совершенствования соконденсата. необходимо обеспечить снижение его хрупкости в отвержденном состоянии и повысить текучесть при перера-

ботке.

Использование для синтеза соконденсата 0,15...О,2 молей меламина на I моль карбамида обеспечивает получение олигомериых продуктов с высокими эксплуатационными характеристиками в отвер-ждённом состоянии. Для улучшении технологических и эксплуатационных характеристик полученного соконденсата, проведена его доработка за счёт химической модификации.

В качестве модифицирующих компонентов были использованы: бутанол, глицерин, £ -капролактам и поливиниловый спирт. Выбор компонентов обусловлен тем, что эти вещества способны вступать во взаимодействие с компонентами синтеза соконденсата. Модифицированные соконденеаты могут содержать звенья модификатора в виде боковых подвесок или ответвлений, а также в виде поперечносши-вающих мостиков трехмерных структур, образующихся в процессе отверждения. Модификация проводилась в ходе синтеза соконденсата, на стадии конденсации.

Использование выбранных модификаторов позволило значительно повысить стабильность получаемых олигомеров, уменьшить содержание в их растворах свободного формальдегида и улучшить пропитывающую способность. Результаты, отражающие влияние вида и количества модификатора на-смачивающую способность синтезированных олигомеров, представлены в табл. I.

Таблица I

Зависимость работы скачивания от содержания модификатора

в соконденсате

Модификатор ! Количество модификатора, моль С-%)

! Работа смачивания, м Дж/м^

£-капролактам 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

49,89 43,6 42,3 41,95 41,58 41,42

Бутанол — 0,005 0,015 0,025 0,03ь 0,045

42,14 39,9 39,1 38,3 36,8

Глицерин — 0,005 40,76 0,015 41,2 0,025 41,5 0,035 41,9 0,045 42,6

ПВС - 0,3+ 0,6+ 0,9+ 1,2+ -

39,9 39,7 39,65 39,54

Результаты, отражающие текучесть модифицированного сокон-денсата при температуре 140°С и 1В0°С и давлении 2 МПа, представлены в табл. 2.

Таблица 2

Зависимость текучести от содержания модификатора в соконденсате

Модификатор ! г Количество модификатора, моль (

! г Текучесть , %

I 140°С 180°С

£ -капролактам 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,2

6,2 7,1 10,3 11,0 . 11,3 7,0

Бутанол 0,005 0,015 0,025 0,035 0,045 0,035

6,6 7,8 9,5 10,3 10,6 6,6

Глицерин 0,005 0,015 0,025 0,035 0,045 0,035

10,1 11,6 12,9 13,3 14 7,1

ПВО 0,3+ 0,6Ь 0,9*" - 0,9+

8,1 9,7 13,2 14,5 8,0

Анализ результатов проведённых исследований, позволяет сделать следующие выводы:

- для модификации соконденсата, полученного с применением меламина, целесообразно использовать бутанол, £*-капролактам или глицерин;

- предложенная модификация позволяет улучшить технологические свойства и пропитывающую способность получаемых олиго-меров;

- анализ полученных результатов позволил осуществить обоснованный выбор вида и количества модификатора.

Рецептуры модифицированных олигомеров, отвечающих основным требованиям предъявляемым к пропиточным смолам, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Рецептуры модифицированных олигомеров

Наименование компонентов

Количество компонентов для смол, моль -1---5-

КФК-П

АШБ-П

СП-50

Карбамид I

Формальдегид 1,65

Меламин 0,2

В -капролактам 0,1

Бутанол или глицерин

I 1.6

0,2

0,035

I

1,65 0,16

0,025

Высокая работоспособность плёночного покрытия может быть обеспечена при достаточной гидротермостойкости и эластичности используемого полимера. Влияние модификации на свойства полимеров, оценивали по деформационным характеристикам. В качестве основного критерия оценки деформационных свойств, использовался параметр - степень эластичности. Данный подход позволил оценить пластифицирующий эффект модификации и провести обоснованный выбор условий переработки олигомеров. При этом появляется возможность оценить влияние химических и межмолекулярных связей полимера на работоспособность и физико-механические свойства покрытий и плёночных материалов.

Установлено, что степень эластичности модифицированных полимеров зависит от температуры и продолжительности отверждения, а также от вида и количества используемого катализатора. Однако, определяющими являются свойства самих пропиточных смол.

Основными критериями, по которым оценивается качество покрытий, являются прочность и гидротермостойкость. Поэтому, для того чтобы установить взаимосвязь между структурно-механическими свойствами полимеров и их работоспособностью, проведена оценка устойчивости отверждённкх образцов смол с различной степенью эластичности к циклическим температурным и температурновлажност-ным воздействиям. Образцы полимеров подвергали циклическим воздействиям до их разрушения. Результаты сравнительной оценки работоспособности отверждённых смол, представлены на рис. I и 2.

/5- 45 75 сС.%, 15 45 75- ЙС,%

Рис. I. Стойкость к циклическим температурным воздействиям отверждённых смол в зависимости от степени эластичности.

'■5- 45 75 сС,*'в 15 45 75 0б,%

Рис. 2. Стойкость к циклическим температурновлаж-ностным воздействиям отвержденных смол в зависимости от степени эластичности.

Полученные результаты позволили провести сравнительную оценку работоспособности отверждённых олигомеров, а также сформулировать требования к вязкоупругим свойствам полимеров.

Установлено, что для обеспечения максимальной работоспособности модифицированных полимеров, необходимо, чтобы их степень эластичности находилась в диапазоне 30...45%. Это требование может быть обеспечено за счёт выбора оптимальных условий их переработки. Высокую работоспособность модифицированных полимеров можно объяснить тем, что процесс разрзшения полимеров в высокоэластическом состоянии, определяется химическими и межмолекулярными связями. При нагружении полимера, эти связи воспринимают нагрузку поочерёдно, что повышает работоспособность полимера в целом. Кроме того, установлена взаимосвязь между степенью эластичности полимеров и эластичностью плёночных материалов (по ТУ 13-48241487-88). Зависимость эластичности плёночного материала от степени эластичности полимера, полученная путём аппроксимации результатов экспериментальных исследований, имеет следующий вид:

Э - 0,033 ОСг-5,568оС + IOS, 9S , мм (I)

При выборе наиболее рациональных условий получения покрытий с применением модифицированных смол была решена задача многокритериальной оптимизации процесса переработки плёночных материалов при ламинировании. Для решения поставленной задачи был использован метод Соболя-Статникова, реализованный в пакете программ OPT1MVM .

Качество покрытий оценивалось по следующим критериям: прочность ( ¿ , МПа); гидротермостойкость (АН , %); степень эластичности ( об , %). В качестве управляемых факторов, влияющих на свойства получаемых покрытий, были выбраны: температура ( Xt ,°С) и продолжительность ( Хг , с) процесса ламинирования.

Описание задачи оптимизации, позволяет учесть противоречивый характер изменения критериев качества изучаемого объекта. Кроме того, в программе реализованы дополнительные процедуры, связанные с выделением множества решений, оптимальных в смысле Парето.

При решении оптимизационной задачи были установлены следующие диапазоны варьирования управляемых факторов:

I. 100 ï? Xp °C < 175; 60^ Xg, с ^ 180.

П. 175 < Xj, °C < 225; 30< X2, с <90.

Функциональные зависимости, отражающие взаимосвязь критериев качества и управляемых факторов, были получены в виде полинома второго порядка, на основании экспериментальных данных.

Решение оптимизационной задачи, позволило получить множество решений, оптимальных в смысле Парето. Выбор оптимального варианта осуществлялся на основании компромисса между критериями качества. Установлен оптимальный режим переработки плёночных материалов, полученных с использованием модифицированных смол АФБ-П и КФК-П,

для многоэтажного (I) и короткотактного (2) способов ламинирования :

1. температура прессования I50...I74°C; время выдержки 100...160 с.

2. температура прессования 175.<Л92°С; ■ время выдержки 60...77 с.

В заключении обобщены результаты опытно-промышленных испытаний модифицированных пропиточных смол. С использованием смол АФБ-П, СП-50 и КФК-П были изготовлены плёнки для ламинирования и кромочного материала.

Изготовленные ламинированные плиты соответствовали требованиям ТУ,13-04-02-87, а кромочный материал - ТУ 13-771-89.

Проведенные испытания показали возможность получения качественных' мебельных деталей при использовании облицовочных материалов, полученных с применением разработанных модифицированных смол.

В пятой главе представлены результаты оценки долговечности мебельных деталей и работоспособности покрытий. Прогноз долговечности осуществлялся по результатам теплового и термовл&чсностного старения экстраполяционннм методом. При реализации данного метода, по скорости изменения свойств материала в условиях сухого (40°С; 70°С; Ю0°С) и термовлажностного (W = 97+2 %, Т = 40°С; 55°С; 70°С) старения определяли ожидаемую работоспособность материала при эксплуатации в условиях с повышенной и нормальной влажностью, при температуре 20°С.

При проведении оценки долговечности, установлено, что в условиях сухого старения мебельных деталей, изменение их прочности ( ¿ ) практически не зависит от свойств покрытия. Заданный

уровень сохранности адгезионной прочности (0,8), достигается после появления видимых изменений внешнего вида покрытий. Поэтому, для прогноза долговечности по результатам теплового старения, в качестве критериев оценки были выбраны,изменение прочности мебельных деталей и внешнего вида покрытий.

Определены значения ожидаемой работоспособности (табл. .4).

Таблица 4

Работоспособность покрытий и мебельных деталей

Условия эксплуатации .'Заданный уровень сохранности ¡Прогнозируемая работоспособность мебельных деталей, порученных с использованием

[ I ' внешне-"прочнос-! го вида! ти ¡смол, годы

!СПМФ-4!АФБ-П !СП -50 ! ПКФ

I. Температура - I _ 41 58 34 9

Влажность -40...65$ « 0,8 Среднее значение для мебельных деталей - 69

2. Температура - I _ II 8,5 4 0,2'

Влажность -97+2% - 0,8 17 12 б 0,2

Проведённая сравнительная оценка скорости старения подтверждает высокую работоспособность материалов, полученных с использованием модифицированных смол. Скорость старения этих изделий в 1,5...2,5 раза ниже, чем изделий, полученных с использованием карбамидных смол.

Процесс старения мебельных деталей и покрытий можно описать аналитически с помощью уравнения Буссе:

г = л + е/вх , (2)

где Я - постоянная для данного материала; ^ - энергетическая константа; Я - газовая постоянная; Т - температура.

Значения энергетической константы характеризуют работоспособность покрытий, полученных с использованием различных пропиточных смол.

Установлено, что долговечность мебельных деталей и работоспособность покрытий существенно зависят от температуры эксплуатации. При повышении температуры на Ю°С работоспособность сни-

жается в десять раз. При эксплуатации мебельных деталей в условиях повышенной влажности, их долговечность зависит от защитных свойств, покрытий, которые связаны с гидротермостойкостью пропиточных смол, в отверждённом состоянии. Оценка долговечности мебельных деталей и гидротермостойкости покрытий, подтверждает возможность получения высококачественных покрытий.

В шестой главе представлены результаты оценки выделения формальдегида из плёночных материалов и облицовочных плит, полученных с использованием модифицированных пропиточных смол АФВ-П и СП-50. Кроме того, представлены результаты оценки "барьерных" (изолирующих) свойств покрытий, полученных с их использованием.

Оценка общего потенциала формальдегида в бумажно-смоляных плёнках и в отвержденном материале проводилась по результатам, полученным методом экстрагирования. Уровень выделения формальдегида из плёночных материалов и мебельных деталей определяли камерным методом и методом ВКИ. Оценка изменения эмиссии формальдегида из облицованных плит в процессе их эксплуатации, проводилась с использованием камерного метода. Изолирующие свойства покрытий оценивали по эмиссии формальдегида из облицованных плит, с различным: потенциалом формальдегида (класса Е-1 и Е-2). Кроме того, определяли диффузионную устойчивость покрытий по отношению к водяному пару.

Анализ результатов показывает, что наибольшим потенциалом выделения формальдегида обладает ламинат, полученный с использование^ карбамидной смолы ПКФ-90,1 мг/100 г смолы, что связано с низкой гидролитической устойчивостью этой смолы. Использование модифицированных смол АФБ-П и СП-50 приводит к незначительному увеличению содержания формальдегида в материале по сравнению со смолой СГШЙг-4. Содержание формальдегида не превышает 84 мг/100 г смолы.

Результаты, отражающие содержание и выделение формальдегида из отверждённых плёнок, позволяют сделать выводы:

- выделение формальдегида зависит от завершенности процесса структурообразования полимера;

- выделение формальдегида составляет 55...70% от его общего содержания в материале;

- выделение формальдегида из плёнок, полученных с использованием модифицированных смол, по абсолютным значениям приближается к эмиссии формальдегида из материала, полученного с применением меламиновой смолы;

- модифицированные смолы могут быть использованы для изготовления ламинатов, которые можно перерабатывать по интенсифицированным режимам.

Изолирующие, по отношению к формальдегиду свойства покрытий, оценивали сравнивая эмиссию формальдегида из облицованных плит относящихся к разным классам Е-1 и Е-2 (табл. 5).

Таблица 5

Выделение формальдегида из облицованных ДСтП

¡Выделение СНоО, мг/м3_

Вид облицовки 'Плита-основа класса_

_! Е-1 (9,1) ! Е-2 (29,4)

через сутки

Ламинат (СГШ-4-КШ 0,0032 0,0041

Ламинат (АФБ-П-10056) 0,0031 0,0037

Ламинат (ПКФ-100%) 0,0221 0,0560

через 60 суток

Ламинат (СПМФ-4-100%) 0,0017 0,0024

Ламинат (АФБ-П-100%) 0,0019 0,0023

Ламинат (ПКФ-100%) 0,0103 0,0427

Полученные результаты позволяют сделать вывод о высокой изолирующей способности покрытий, изготовленных с использованием модифицированных смол. Для оценки стабильности изолирующих свойств покрытий, образцы облицованных плит были подвергнуты тепловому старению в течении 10 суток при температуре 60°С. Затем проводилась оценка выделения формальдегида. Установлено, что в результате термообработки материалов, полученных с использованием модифицированных смол, выделение формальдегида снизилось на 45...60%. Для плит облицованных плёнками, в состав которых включена смола ПКФ, эмиссия возросла на 15...25%.

Результаты оценки диффузии водяного пара через покрытие, при влажности 97+2;ъ и температуре 50°С, подтверждают высокую работоспособность покрытий, полученных с применением разработанных смол (табл. 6).

Таблица 6

Диффузия водяного Пара через покрытие

Вид облицовки ! Диффузия водяного пара, ( г/ч мс

Ламинат (СПШ?-4-1СЮ%) 0,05...0,08

Ламинат ШБ-П-Ю0$) 0,06...0,08

Ламинат (СП-50-100%) 0,09...0,12

Ламинат (ПКФ-100%) 0,49...0,6

Решающее влияние на эмиссию формальдегида из обяшхваннкх плит оказывают изолирующие свойства облицовочного материала и термогидролитическая устойчивость пропиточной смолы в отверждён-ном состоянии.

Результаты санитарно-химических исследований, проведенные Московским научно-исследовательским институтом им. Ф.Ф.Зрисмана подтверждают возможность использования смол в производстве мебельных деталей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны и внедрены в производство модифицированные пропиточные смолы АФБ-П, СП-50 и КФК-П, являющиеся основой для получения пропиточных- составов в производстве плёночных материалов на основе бумаг. -:•> -'-.

2. Теоретические.и экспериментальные исследования позволили обосновать режим., синтеза модифицированных смол. Оценка термодинамических свойств.,олигомеров и их.текучести, позволила уточнить рецептуру модифицированных смол.

3. Установлено, что применение в качестве модификаторов со-конденсата на карбамидной оскове.с использованием меламина (0,16. ...0,2 м), буганола, глицерина и £ -капролактама позволяет существенно улучшить.;.свойства олигомеров.

4. Разработанные модифицированные смолы позволяют получить покрытия, обладающие высокой работоспособностью, т.к. в ходе их эксплуатации, в результате пониженной жесткости отвержденных модифицированных смол, в них быстрее происходит релаксация внутренних напряжений.

5. Использование модифицированных смол, в качестве основы

пропиточных составов, обеспечивает высокую пропитывающую способность по отношению к бумаге, и текучесть при переработке. Покрытия обладают высокой эластичностью и гидротермостойкостью, что обеспечивает их высокую работоспособность и долговечность.

6. Установлена взаимосвязь деформационных характеристик от-верждённых модифицированных смол с физико-механическими свойствами и работоспособностью покрытий, что позволило методом многокритериальной оптимизации Соболя-Статникова осуществить выбор оптимальных условий их переработки.

7. В промышленных условиях проведена отработка технологии синтеза модифицированных смол и их переработки. На предприятиях отрасли (АОЗТ "Электрогорскмебель", АО Волгодонский ЩЩ и МЭЗДСтП) проведено промышленное внедрение пропиточных смол. Разработаны

и утверждены технические условия и технологические инструкции на процесс получения модифицированных смол. Получен патент на способ изготовления древесных плит с отделанной поверхностью.

8. В результате выполненных исследований, подтверждена эффективность предложенной модификации для получения пропиточных смол. Применение смол обеспечивает получение высококачественной мебели.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Карасёв Е.И. , Цветков В.Е., Тришин С.П., Никитин A.A. Пропиточные олигомеры для текстурных бумаг. // Сб.науч.тр. ЖТИ.

- М., 1987. - Вып.192. - с.37-40.

2. Карасёв Е.И., Цветков В.Е., Никитин A.A. Свойства пропиточных олигомеров и материалов на их основе. //Сб.науч.тр. ЖТИ.

- М., 1988. - Вып.203. - С.71-75.

3. Никитин A.A., Карасёв Е.И. Свойства пропиточных олигомеров. //Сб.науч.тр. ШЛИ. - М., 1989. - Вып.215. - С.53-57.

4. Никитин A.A. Применение модифицированных карбамидных олигомеров в производстве плёночных материалов. //Сб.науч.тр. МИТИ, - М., 1990. - Вып.230. - С.76-80.

5. Никитин A.A., Цветков В.Е. Применение карбамидных олигомеров в качестве пропиточного материала для получения плёночных материалов на основе бумаг. //Сб.науч.тр. МЛТИ. - М., 199I. --Вып. 237. - С.49-54.

6. Никитин A.A., Тришин С.П. Карбамидоформальдегидные смолы для пропитки. //Сб.науч.тр. МГУЛ. - М., 1993. - Вып.261. - С.29-33.

7. Никитин A.A., Тришин С.П., Мишкин С.М. Покрытия на основе бумаг. //Сб.науч.тр. МГУЛ. - М., 1994. - Вып.273. - С.10-13.

8. Никитин A.A., Карасёв Е.И. Пропиточная смола КФК-П для производства.плёночных материалов. // Тез.докл.респ.конф. "Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности".. -...Киев, 1989. - С.61.

S. Пат.', 2015887 RU , МКИ 5В27//3/06. Способ получения древесных плит с отделанной поверхностью / В.Е.Цветков, Е.М.Суханова, А.А.Федорова, А.А.Никитин, Ю.А.Сёмочкин, С.В.Цветков. Заяв. 25.02.93; Опуб.' 15.07.94. - 8 с.