автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Склеивание хвойной фанеры модифицированным пектолом фенолоформальдегидным клеем

На правЛх рукописи

РУСАКОВ ДМИТРИИ СЕРГЕЕВИЧ

СКЛЕИВАНИЕ ХВОЙНОЙ ФАНЕРЫ МОДИФИЦИРОВАННЫМ ПЕКТОЛОМ ФЕНОЛОФОРМАЛЬДЕГИДНЫМ КЛЕЕМ

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 4 НОЯ 2013

Санкт-Петербург 2013

005537864

005537864

РУСАКОВ ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

СКЛЕИВАНИЕ ХВОЙНОЙ ФАНЕРЫ МОДИФИЦИРОВАННЫМ ПЕКТОЛОМ ФЕНОЛОФОРМАЛЬДЕГИДНЫМ КЛЕЕМ

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2013

Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова»

Научный руководитель:

Варанкина Галина Степановна, кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Цой Юрий Иванович,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический

университет имени С.М. Кирова»

Щедро Давид Абрамович, кандидат технических наук ЗАО «ПИК», главный технолог

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный архитектурно-строительный университет»

Защита состоится «12» декабря 2013 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д.212.220.03 при Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете имени С.М. Кирова (194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С.М. Кирова.

Автореферат разослан «Р&>> 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

Алексей Романович Бирман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных экономических условиях потребность промышленности в фенолоформальдегвдных смолах растет более быстрыми темпами, чем их производство. Повышение спроса на фенолоформальдегидные смолы вызвано комплексом их положительных свойств, позволяющих значительно расширить область применения клееной продукции.

Фенолоформальдегидные смолы применяют в производстве фанеры, фанерных и древесных из измельченной древесины плит, а также другой клеёной продукции, эксплуатируемой в условиях повышенной влажности. Их модифицируют, когда необходимо получить низкое содержание токсичных веществ, повысить прочность, надежность склеивания, тепло- и морозостойкость, водо- и атмосферостойкость древесных материалов.

В связи с этим, одной из актуальных задач отрасли является поиск новых модификаторов для смол, которые позволят получать продукцию из древесины, обладающую требуемыми эксплуатационными свойствами. Эффективными модификаторами, мотут быть побочные продукты целлюлозного производства, в частности пектол.

Введение пектола в состав фенолоформальдегидной смолы позволяет не только снизить содержание токсичных веществ, повысить производительность прессового оборудования за счет ускорения отверждения клея, но и утилизировать отходы целлюлозно-бумажного производства, уменьшить расход дорогостоящего связующего.

Степень разработанности темы исследования. Проблемами исследования процессов склеивания древесных материалов занимались известные российские ученые: Леонович A.A., Онегин В.И., Цой Ю.И., Чубинский А.Н., Кондратьев В.П., Чубов А.Б., Синегибская А.Д. и другие.

Поисковый анализ научно-технической литературы показал, что перспективным направлением по ускорению процессов склеивания фенолоформальдегвдных смол является применение модификаторов, позволяющих улучшить технологические характеристики связующего и эксплуатационные свойства древесных материалов, снижающих содержание свободного формальдегида в готовой продукции.

Цель и задачи исследования. Целью работы является снижение токсичности фанеры и повышение эффективности фанерного производства за счет ускорения процесса ее склеивания. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выбрать эффективный модификатор.

2. Исследовать влияние пектола на свойства клея.

3.Исследовать технологические и эксплуатационные свойства модифицированной фенолоформальдегидной смолы марки СФЖ-3013.

4.0босновать механизм снижения токсичности модифицированных клеевых композиций

5. Исследовать закономерности ускорения процесса склеивания за счет воздействия пектола.

6. Исследовать влияние пектола на токсичность и прочность фанеры.

7.0босновать параметры режима склеивания шпона на модифицированной смоле СФЖ-3013.

8.Рассчитать экономическую эффективность от внедрения модифицированных клеевых композиций.

Научной новизной обладают:

1 .Механизм снижения токсичности фанеры, склеенной модифицированным пектолом фенолоформальдегидным клеем, построенный на сорбции предельными углеводородами, содержащимися в мицеллах омыленного таллового пека свободного формальдегида.

2. Закономерности ускорения процесса отверждения клеевого соединения в результате химического взаимодействия катионов натрия, образующихся при диссоциации омыленных жирных кислот с водородом фенольной гидроксильной группы фенолоформальдегидной смолы.

3.Математико-статистические модели процесса склеивания, позволяющие обосновать режимы прессования древесных материалов.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Для теории имеют значение:

Обоснование снижения токсичности фанеры и ускорения процесса отверждения клеевого соединения путем введения в фенолоформальдегидную смолу пектола.

■/ Уравнения регрессии, устанавливающие влияние основных технологических факторов на физико-механические свойства фанеры.

Дня практики имеют значение:

^ Разработанный состав клеевой композиции на основе фенолоформальдегидного клея, модифицированного пектолом - отходом сульфатно-целлюлозного производства.

^ Режимы склеивания шпона модифицированным клеем.

Внедрение результатов в производство позволит:

- снизить содержание свободного формальдегида в фанере;

- ускорить процесс отверждения связующего;

- увеличить производительность труда на участке прессования;

- уменьшить расход смолы на изготовление клея.

Методология и методы исследования. Исследования базировались на принципах системного подхода с использованием обоснованных методов и методик научного поиска; современных средств научного проникновения, включая спектрофотометрию, дериватографию, химический анализ; поверенных оборудования, приборов и средств контроля.

Информационную базу исследования составляют материалы научных исследований, научная, учебная и методическая литература, материалы периодических изданий, патентная информация, сведения из сети Интернет.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Способность пектолов значительно снижать содержание формальдегида в готовой продукции за счет химического связывания свободного формальдегида фенолоформальдегидной смолы со смоляными

кислотами омыленного таллового пека. В результате реакции присоединения с разрывом кратных связей, образуется многоядерный щелочной полимер.

2. Способность пектолов ускорять процесс отверждения фенолоформальдегидных смол за счет замещения гидроксильных групп фенолоформальдегидной смолы на катионы натрия мицелл омыленного таллового пека с уменьшением массовой доли щелочи в клее и увеличением активности ионов водорода (водородный показатель - рН). Мицеллы встраиваются в молекулу полимера фенолоформальдегидной смолы, образуя пространственно-разветвленную структуру, что ведет к образованию щелочного полимера с новым комплексом свойств обеспечивающих ускорение процесса отверждения клея и повышение прочности склеивания.

Степень достоверности научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается обоснованными упрощениями и корректными допущениями при разработке математических моделей; современными средствами научного проникновения, включая спектрофотометрию, дериватографию, химический анализ; подтверждением адекватности разработанных моделей; результатами промышленной проверки и положительными результатами внедрения разработок в производство. Разработанные технологические режимы склеивания фанеры с использованием пектола апробированы на ОАО «Братсккомплексхолдинг» и ОАО «Леспром СПб».

Апробация работы н публикации. Основные положения, разработанные в диссертации, отдельные ее разделы были рассмотрены на следующих конференциях:

- IV Всероссийская научно-техническая конференция «Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири» (г. Братск, 2005 г.);

- IV Международный евразийский симпозиум «Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века» (г. Екатеринбург, 2009 г.);

- Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы механической технологии древесины» (Санкт-Петербург, СПбГЛТА, 2010 г.);

- Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы переработки древесины» (Санкт-Петербург, СПбГЛТА, 2011 г., Санкт-Петербург, СПбГЛТУ, 2012 г., Санкт-Петербург, СПбГЛТУ, 2013 г.).

По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений. Объем диссертации 153 страницы основного текста, включает 20 рисунков и графиков, 19 таблиц, 121 наименование литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы ее цель, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

Первый раздел - «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» -посвящен анализу результатов исследований по ускорению процессов

склеивания, снижению токсичности фанеры и влиянию факторов режима склеивания на качество древесных клееных материалов. Проведен анализ литературных источников, который показал, что наиболее перспективным направлением по ускорению процессов склеивания фенолоформальдегидных смол является применение модификаторов, позволяющих улучшить технологические характеристики связующего и эксплуатационные свойства древесных материалов и по возможности снижающих содержание свободного формальдегида в готовой продукции.

В целом, проведенный анализ научных работ и достижений в области склеивания показывает необходимость дальнейшего поиска как эффективных модификаторов и наполнителей, так и способов производства древесных клееных материалов. Использование ранее известных модификаторов и наполнителей ограничивается дефицитностью материалов и реагентов, их высокой стоимостью, токсичностью или низкой эффективностью. Предлагаемый модификатор не требует значительных дополнительных затрат по организации производства, легко доступен и высокоэффективен.

По результатам аналитического обзора систематизированы факторы, влияющие на качество древесных клееных материалов, а также обоснованы цель и задачи исследования.

Во втором разделе - «Методика проведения исследований. Постановка задачи эксперимента» - рассматриваются направления исследований, методика проведения экспериментов и обработки их результатов, приводятся характеристики используемых материалов, методов и средств измерения, применяемого оборудования и приборов.

Исследования по определению физико-химических свойств смол СФЖ-3013 проводились в соответствии с ГОСТ 20907 и ГОСТ 10632. Содержание свободного формальдегида в готовой продукции определяли перфораторным методом и на газоанализаторе. Степень отверждения клея исследовали путем применения спектрофотометра типа «Бресогё». Для определения химического состава фенолоформальдегидного клея модифицированного пектолом использовали физико-химический анализ структуры органических и неорганических веществ.

С помощью дифференциально-термического и термогравиметрического методов анализа устанавливали каталитические свойства модификатора.

Для проведения экспериментов в лабораториях и на производстве использовали: сосновый шпон толщиной 2,0 и 2,2 мм, изготавливали фанеру толщиной 9,0 мм марки ФСФ. Размеры образцов при проведении лабораторных экспериментов составили 500 х 500 мм.

Физико-механические свойства готовой продукции определяли согласно ГОСТ 9624 и ГОСТ 10632-89. Все производственные испытания проводили на серийном оборудовании.

Полученные экспериментальные данные обрабатывали одно- и многофакторными планами.

В третьем разделе - «Теоретические исследования возможности использования промежуточных продуктов лесохимии в производстве фанеры» -

доказана возможность использования побочных продуктов сульфатно-целлюлозного производства в качестве наполнителя в фенолоформальдегидные смолы при склеивании фанеры.

В комплекс побочных продуктов сульфатно-целлюлозного производства входят талловое масло, талловые жирные кислоты, талловая канифоль, пек, пековый клей, лигнин, скипидар и др.

Продуктами дистилляции таллового масла-сырца, являются легкие масла и талловый пек, исходные продукты пектола.

Пектол (выпускается в соответствии с ТУ 13-0281078-188-90) представляет собой раствор пека в легком талловом масле в соотношении 2:1.

Характеристика пектола:

1. Внешний вид — мазеобразная темная жидкость.

2. Кислотное число, мг КОН на 1 г масла - 84,3

3. Массовая доля воды, %-0,3

4. Число омыления, мг КОН / 2 г - 99,1

Выбор пектола для модификации фенолоформальдегидных смол объясняется тем, что смоляные и жирные кислоты, входящие в состав этого продукта, вступают в реакцию с формальдегидом. Формальдегид вступает в реакцию присоединения по двойным связям жирных и смоляных кислот и участвует в их этерификации (реакции получения сложного эфира).

В продуктах конденсации фенолоформальдегидных смол содержатся моно- и диметилолфенолы, которые также вступают в реакцию этерификации с кислотами и присоединения по двойным связям.

Установлено, что изопимаровая кислота, как один из представителей смоляных кислот, вступает в реакцию присоединения по кратным связям с формальдегидом, с образованием многоядерного циклического соединения. С орто- монометилолфенолом изопимаровая кислота реагирует с образованием тетрациклического бензоидного соединения.

Пектолы значительно снижают содержание формальдегида в готовой продукции за счет химического связывания свободного формальдегида фенолоформальдегидной смолы со смоляными кислотами омыленного таллового пека. В результате реакции присоединения с разрывом кратных связей, образуется многоядерный щелочной полимер.

В реакции по двойным связям также вступают жирные кислоты талловых продуктов (олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты). Благодаря наличию в составе омыленного таллового пека омыленных жирных кислот Cnífcn+iCOONa, характеризующихся высокой поверхностной активностью, омыленные жирные кислоты диссоциируют по схеме:

CnH2n+iCOONa-»• Na+ +CnH2n+iCOO"

образуя агрегаты (мицеллы), в которых ионогенные, сильно полярные группировки (СОО") обращены наружу, а углеводородная часть (CnH2n+i) направлена внутрь мицеллы (рисунок 1).

Пектолы ускоряют процесс отверждения фенолоформальдегидных смол за счет замещения гидроксильных групп фенолоформальдегидной смолы на катионы натрия мицелл омыленного таллового пека с уменьшением массовой

доли щелочи в клее и увеличением активности ионов водорода. Мицеллы встраиваются в молекулу полимера фенолоформальдегидной смолы, образуя пространственно-разветвленную структуру, что ведет к образованию щелочного полимера с новым комплексом свойств обеспечивающих ускорение процесса отверждения клея и повышение прочности склеивания.

ядро мицеллы \

адсорбционный слой

, Г ЯСОСМэ И

{П ксоон J п Р?СОО~ (п-х)№+}х_ х

потенциал -

определяющий

слой

диффузионный слой

Рис. 1

где п - число потенциалопределякмцих ионов;

х - число противоионов в диффузной части слоя; т - количество молекул (ЯСОСЖа, КСООН) содержащихся в агрегате мицеллы. Структура мицеллы омыленного таллового пека

Для исследования химического состава и процесса отверждения модифицированного пектолом фенолоформальдегидного клея использовались современные средства научного проникновения — спектрофотометрия и дериватография.

Анализ полученных спектрограмм показал наличие изменений в структуре клея за счет введения пектола. Эти изменения проявились в области спектра 2700 ...2800 сми 3100 ... 3700 см Так, в области спектра 3400 ... 3230 см"' происходило смещение максимума в область более высоких частот.

Такое изменение в спектрах происходит в результате упрочнения связи между молекулами связующего, так как считается, что смещение максимума до 15 см соответствует увеличению энергии связи молекул связующего на 1,87-103 Дж/моль. Кроме смещения в области 3140 ... 3600 см 1 , характерной для валентных колебаний ОН-групп, происходило уменьшение интенсивности полосы и изменение контура - полоса увеличивалась в области 3450 см '.

Учитывая перечисленные изменения установлено, что в результате введения предлагаемых наполнителей ускоряется перераспределение валентных колебаний ОН-связей с разрывом межмолекулярных и увеличением внутримолекулярных связей, которым отвечает новый максимум в этой области спектра.

Вместе с тем в спектрах смолы марки СФЖ-3013 без модификатора обнаруживалась полоса 3080 + 3030 см которая может быть отнесена к валентным колебаниям =С-0- простой эфирной связи. Ее возникновение согласуется с существующим в настоящее время представлением о характере процесса отверждения фенолоформальдегидных смол. Согласно ему сначала метилольные группы переходят в эфирные мостики, а при углублении процесса

отверждения они начинают убывать.

Р и с. 2 - ИК - спектры смолы СФЖ-3013 с различным содержанием модификатора, %.

А) СФЖ-3013+10% пектола; В) СФЖ-3013 ^модифицированная

Последнее указывает на большую эффективность связующего, изготовленного при введении модификатора, так как эта полоса в спектрах такого связующего практически не обнаруживается.

На углубление процесса отверждения связующего при использовании модификатора указывает также появление частоты поглощения области 2670 см , характерной для СН2-связей. Как видно (рисунок 2), в области спектра 2590 ... 2440 см " совместное действие наполнителей проявлялось в виде уменьшения интенсивности характеристических полос. Спектр становился более расплывчатым, сглаженным, причем максимумы смещались в области высоких частот.

Изменение числа и положения полос в этой области, характерного для различных значений замещенного бензола, это можно объяснить повышением степени отверждения связующего, в результате чего происходит изменение числа заместителей в кольце.

Помимо этого, появлялась полоса 2365 см ', которая вызвана образованием метилольных групп. Таким образом, на основании выявленных изменений в связующих, установлено, что при введении в смолу марки СФЖ-3013 пектола достигается ускорение процесса отверждения клея, а значит, и степень его отверждения. Подтверждением этого служат инфракрасные спектры поглощения, показавшие наличие изменений в структуре, соответствующих минимальному времени желатинизации.

Анализ дериватограмм смолы марки СФЖ-3013 без модификатора показал, что при скорости подъема температуры 2,5°С/мин на кривой ДТА в температурной области 20...200°С степень отверждения невысокая.

Процесс, который начинается при 30°С, сопровождается уменьшением массы, достигает максимальной скорости при 80°С и заканчивается при 170°С. Причем возмущение на кривой ДТГ имеет форму, аналогичную кривой ДТА. При одинаковом характере кривых ДТА и ДТГ можно утверждать, что в данном интервале происходит процесс отверждения смолы. Учитывая, что у фенолоформальдегидных связующих он сопровождается выделением воды и легколетучих продуктов, данный процесс поглощения тепла можно объяснить удалением этой воды из смолы и ее отверждением. Изменение кривой ДТА клея свидетельствует о повышении интенсивности отверждения, максимальном увеличении площади пика кривой, причем начало процесса сместилось в сторону снижения температуры. ДТА смол показал, что эндотермический эффект реакции поликонденсации в присутствии пектола смещается в зону более низких температур, кроме того произошло расширение температурного интервала реакции. В результате исследований ДТА, можно сделать вывод, что модификатор выступает как ускоритель данного процесса поликонденсации смол в блоке. Подтверждением этому служит и то, что по мере увеличения количества модификатора происходит уменьшение площади пика эндотермического эффекта, то есть увеличивается скорость протекания процесса.

гга-1

Рис. 3-ДериватограммысмолыСФЖ-3013сразличным содержаниеммодификатора,%.1 -СФЖ-3013 немодифицированная; 2 - СФЖ-3013+10% пектола

На основании анализа термограмм ДТА (рисунок 3) можно сделать вывод, что в случае введения в смолу предлагаемого модификатора достигается ускорение процесса отверждения смолы.

Таким образом, теоретически доказано, что введение в клеящие составы на основе фенолоформальдещцных смол относительно дешевых побочных продуктов сульфатно-целлюлозного производства, позволит не только улучшить свойства клеев и снизить себестоимость готовой продукции, но и утилизировать отходы целлюлозно-бумажной промышленности тем самым, разрешая актуальные задачи в области экологии.

В четвертом разделе - «Экспериментальные исследования клеевых композиций, модифицированных пектолом» - приведены результаты исследования, направленные на:

- анализ распределения влажности, шероховатости шпона и процентного содержания пектола в фенолоформальдегидной смоле на смачивающую способность клея;

- установление количественной взаимосвязи между содержанием пектола в смоле и теоретической работой адгезии, характеризующей адгезионное взаимодействие подложки с адгезивом.

Определению подлежали условная вязкость, поверхностное натяжение и угол смачивания.

Предварительную оценку реакционной способности клея в соответствии с молекулярно-адсорбционной теорией адгезии проводили на основании изменения поверхностного натяжения клея на границе раздела фаз жидкость-газ при введении в смолу различного количества модификатора:

^«^■(1 + COSi,), (1)

где Wa - работа адгезии; поверхностное натяжение на границе раздела фаз жидкость-газ; cos <р - косинус угла смачивания.

В соответствии с молекулярно-адсорбционной теорией адгезии с увеличением площади контакта связующего и подложки повышается прочность клеевого соединения при условии смачивания им древесины. Известно, что древесину хорошо смачивают жидкости, у которых поверхностное натяжение меньше, чем у неё. Ранее установлено, что критическое поверхностное натяжение у березового, осиного, соснового и лиственничного шпона при влажности 8% в нормальных условиях составляет 40-50 мН/м, что сопоставимо с поверхностным натяжением фенолоформальдегидных смол без модификаторов и наполнителей и свидетельствует о способности древесины смачиваться этими связующими.

Введение модификатора изменяет физико-химические свойства клея, его способность взаимодействовать с древесиной. Уровень взаимодействия зависит от влажности и шероховатости поверхности шпона, количества введенного в смолу модификатора (рисунок 4).

Анализ результатов исследований (рисунки 4,5) показывает необходимость ограничения содержания пектола в фенолоформальдегидной смоле, для создания благоприятных условий межмолекулярного взаимодействия.

Зависимости краевого угла смачивания от влажности шпона описываются уравнениями регрессии (2-4):

9 = -0,0219 Х,2 +0,1 Х,+59,888 (2)

- шероховатость поверхности шпона 200 мкм;

6 = - 0,0188 Х,2 + 0,075 Х,+60,025 (3)

- шероховатость поверхности шпона 250 мкм;

9 = -0,0156 Х,2 + 60,563 (4)

- шероховатость поверхности шпона 300 мкм,

при 2%<Х, <12% где 9 - краевой угол смачивания, град; X]- влажность шпона, %.

Содержание пекгола в смоле, %

Влажность шпона, %

Р и с. 4 ~ Зависимость угла смачивания от содержания пектола в смоле и влажности шпона

(шероховатость 250 мкм)

60,6

4 6 8

Влажность шпона, %

Я- шероховатость шпона 200 мкм

шероховатость шпона 250 мкм

шероховатость шпона 300 мкм

Р и с. 5- Зависимость угла смачивания от влажности шпона

Зависимость поверхностного натяжения смолы от содержания пектола в смоле описывается уравнениями регрессии (5):

5 = -0,0886Х22 + 3,409Х2 + 25,47 (5)

при X, =6%; 5%<Х2 <15% где б- поверхностное натяжение смол, мН/м; Х2- содержание пектола в смоле,

/О.

Максимальное содержание пектола не должно превышать 15% от жидкой фенолоформальдегидной смолы. Введение пектола в смолу повышает реакционную способность клея, уменьшает продолжительность его отверждения, незначительно снижая его смачивающую способность.

В пятом разделе - «Экспериментальные исследования по склеиванию фанеры модифицированной фенолоформальдегидной смолой» - приведены результаты эксперимента, направленные на:

после ее"™ованиГеСТВеННЫХ П°КаЗЭТеЛеЙ ПРоцесса вклеивания фанеры

- исследование прочности и токсичности фанеры;

- обоснование режимов склеивания шпона.

Основными показателями эффективности процесса склеивания были приняты прочность фанеры при скалывании по клеевому слою после кипячения в течение 1 часа и содержание свободного формальдегида.

Эксперименты показали, что побочные продукты целлюлозного производства, в частности пектол, при введении в смолу 10 % от ее массы, уменьшает продолжительность процесса склеивания.

Графическая интерпретация зависимости продолжительности прессования фанеры от содержания пектола в смоле приведена на рисунке 6.

Содержание пектола, %

Рис.6 Зависимость продолжительности прессования фанеры от содержания пектола в смоле

Зависимость продолжительности прессования фанеры от содержания пектола в смоле описывается уравнением регрессии (6):

т = -0,2Х2 + 9,5 (6)

при 5%<Х2<15%

где т— продолжительность прессования фанеры, мин; Х2- содержание пектола в смоле, %.

Для нахождения рациональных режимов склеивания был проведен многофакторный эксперимент склеивания соснового шпона толщиной 2,0 и 2,2 мм на модифицированной пектолом фенолоформальдегидной смоле СФЖ-3013.

Целью данного исследования являлось выявление качественных показателей процесса склеивания фанеры после ее прессования.

Качество фанеры оценивали ее влажностью и прочностью при

скалывании по клеевому слою после кипячения в воде в течение 1 часа (тск).

В результате реализации многофакторного эксперимента и обработки его результатов получены уравнения регрессии (7,8), описывающее влияние содержания пектола в клее, расхода клея и продолжительности прессования на влажность фанеры и ее прочность при скалывании:

Цг= 10,59-0,0333«-0,0255 К-0,1222т (7)

тск = 0,7548 + 0,0122« + 0,0025 У+ 0,05т (8)

при 5% < п< 15% ; 120 г/м2 < У< 140 г/м2; 6,5 мин < т < 8,5 мин.^ где п - содержание пектола в клее, продолжительность прессования, мин.

1.80

%; V- расход клея, г/м ; т-

140

13 0 Расход клея, г/м2

120

Содержание пектола в клее,%

Рис. 7- Зависимость прочности фанеры при скалывании от содержания пектола в клее и

расхода клея

Полученные уравнения регрессии позволили определить рациональные параметры режима прессования на модифицированном клее фанеры толщиной 9,0 мм: давление прессования (Р) - 1,45 МПа; температура прессования (Т) -

115 °С; влажность шпона - (Жшп)=6 %; продолжительность прессования (т) - 7,0 мин.; содержание пектола в клее (п) - 9,4 %; вязкость клея (т\)- 71 сек.; расход клея (V)- 128 г/м2.

Графически результаты исследований представлены на рисунках 7,8.

Анализ полученных результатов показывает, что прочность фанеры возрастает по мере увеличения содержания пектола в клее в интервале от 5 до 10%. Максимальная прочность достигается при содержании пектола - 9,4 % и расходе клея - 128 г/м . Дальнейшее увеличение содержания пектола приводит к уменьшению прочности, что может быть вызвано снижением смачивающей способности клея.

Введение в клей пектола позволяет снизить время прессования с 7,5 до 7,0 мин, не снижая прочности клеевого соединения. Это позволит сократить продолжительность прессования и тем самым повысить производительность прессового оборудования.

Содержание пектола в клее повышает вязкость клея и приводит к незначительному увеличению влажности готовой продукции. Фанера, склеенная модифицированным клеем, соответствует требованиям к влажности готовой продукции (ГОСТ 3916.2) и находится в пределах 5-7%.

Р и с. 8 - Зависимость влажности фанеры от содержания пектола в клее и расхода клея

Введение пектола в смолу увеличивает вязкость клея, а с другой стороны, использование для склеивания шпона влажностью 8-10 % улучшает смачивающую способность модифицированного клея, это объясняется тем, что клей поглощает влагу из шпона. Поэтому, при использовании модифицированного пектолом клея, шпон можно высушивать до указанных пределов, что дает значительную экономию тепловой энергии на участке сушки шпона.

Для обоснования снижения содержания свободного формальдегида в готовой продукции проведен многофакторный эксперимент по склеиванию

Расход клея, г/м:

15

Содержание пектола в клее, %

фанеры в условиях ОАО «Братсккомплексхолдинг». Склеенную фанеру испытывали на содержание свободного формальдегида в готовой продукции. Зависимость содержания свободного формальдегида в фанере от продолжительности выдержки клеевой композиции, содержания пектола в смоле и расхода клея (рисунки 9,10) описывается уравнением регрессии (9): т = 1,8842-0,017 п+ 0,0113 теыд, 0,0038 Я- 0,0009 п2 + 0,0001 Я2-

- 0,0036 твыд 0,0010 пЯ+ 0,0007 твыд. тЯ (9)

при 5% < п< 15%; 2 час < теыд. т. < 10 час; 120 г/м2 < Я< 1 ■40 г/м2 где пг - содержание свободного формальдегида в фанере, мг/100 г абс. сухой фанеры; и - содержание пектола в смоле, %; хшд, к, - продолжительность выдержки клеевой композиции, час; Я- расход клея, г/м .

Зависимость содержания свободного формальдегида в фанере от содержания пектола в смоле и продолжительности выдержки клеевой композиции описывается уравнением регрессии (11):

т = 2,3782 - 0,017 п+ 0,0112 теыдкл. (Ю)

при 5% < п< 15%; 2 час < твЬ1дкл. < 10 час. где ш-содержание свободного формальдегида в фанере, мг/100 г абс. сухой фанеры; п - содержание пектола в смоле, %; твыдК1- продолжительность выдержки клеевой композиции, час.

а 5

в. о

4>

О

О о

и «

ч г о.

^ и 1

я и «

г о -е-

5

10

Содержание пектола в смоле, %

Продолжительность выдержки клеевой

композиции, час

Рис.9- Зависимость содержания свободного формальдегида в фанере от содержания пектола в смоле и продолжительности выдержки клеевой композиции Зависимость содержания свободного формальдегида в фанере от содержания пектола в смоле и расхода клея описывается уравнением регрессии (11):

т = 1,9517 -0,017 п + 0,0038 Я (11)

при 5%<п< 15%; 120 г/м2 <Я< 140 г/м2 где ш-содержание свободного формальдегида в фанере, мг/100 г абс. сухой фанеры; п - содержание пектола в клее, %; Я- расход клея, г/м .

к ®

1 -

2 * ^ ч с. о

\5 120

¡40 130

Расход клея, г/кв.м

Содержание пектола в смоле, %

£

« О «в 2

ч &

и и

Рис. Ю- Зависимость содержания свободного формальдегида в фанере от содержания пектола в смоле и расхода клея Для обоснования условий и параметров режима склеивания был проведен многофакторный эксперимент на примере склеивания сосновой фанеры толщиной 9,0 мм из шпона толщиной 2,0 и 2,2 мм, модифицированным пектолом клеем на основе фенолоформальдегидной смолы СФЖ-3013.

Переменные факторы и уровни их варьирования приведены в таблице 1. Таблица 1 ~ Переменные факторы и уровни их варьирования

Наименование фактора

Содержание пектола в смоле

Температура плит пресса

Ед. измерения

%

°С

Условное обозначение

Х2

X,

В результате математической обработки получены уравнения регрессии (12,13):

Уровни варьировани я

Нижний

5

108

Средний

10

115

Верхний

15

122

экспериментальных данных

Уюг = 97,332 - 0,3746Х2- 0,1441Х3+ 0,0427Х22+ 0,0003Х32--0,0129Х2Х3

Ускал = 2,0537 - 0,0008Х2- 0,00329Х3+ 0,00187Х22 - 0,00016Х,Х3 при 5% < Х2 < 15% и 108°С < Х3 <122°С, Уизг- прочность при статическом изгибе, МПа; УСКШ1

(12) (13)

прочность при

где

скалывании по клеевому слою, МПа; Х2 - содержание пектола в смоле, %; Х3 -температура плит пресса, °С.

Полученные уравнения регрессии, связывающие прочность клеевого соединения с влияющими факторами, позволяют определить рациональные режимы склеивания шпона модифицированным пектолом клеем на основе смолы СФЖ-3013.

В шестом разделе - «Технико-экономическая эффективность внедрения модифицированной смолы в производство фанеры» - рассчитаны экономические показатели.

Экономический эффект от внедрения предлагаемых разработок составит 128,16 руб. на 1 м3 фанеры (в ценах 2013 года).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Введение в фенолоформальдегидный клей побочных продуктов сульфатно-целлюлозного производства, позволит улучшить технологические свойства клеев, снизить себестоимость готовой продукции, утилизировать отходы целлюлозно-бумажной промышленности, решая актуальные задачи в области экологии.

2. Установлено, что пектол повышает реакционную способность клея за счет химического взаимодействия катионов натрия, образующихся при диссоциации омыленных жирных кислот, с водородом фенольной гидроксильной группы фенолоформальдегидной смолы.

3. Повышение прочности клеевого соединения объясняется сильным молекулярным взаимодействием между мицеллами омыленного таллового пека и фенолоформальдегидной смолой, мицеллы, встраиваются в молекулу полимера, образуя пространственно-разветвленную структуру фенолоформальдегидной смолы.

4. Пектол способен снижать содержание формальдегида в готовой продукции с 4,30 до 2,11 мг/100 г абс. сухой фанеры, т.к. предельные и окисленные углеводороды в мицеллах омыленного таллового пека играют роль сорбентов. Механизм действия данного сорбента заключается в образовании мостиков, между мицеллами омыленного таллового пека и свободным формальдегидом, за счет сил межмолекулярного взаимодействия.

5. Анализ результатов исследований показывает необходимость ограничения содержания пектола в фенолформальдегидной смоле, для создания благоприятных условий межмолекулярного взаимодействия. Установлено, что максимальное содержание вводимого модификатора не должно превышать 15% от жидкой фенолоформальдегидной смолы. Введение пектола в фенолоформальдегидную смолу ловышает реакционную способность клея, уменьшает продолжительность его отверждения, незначительно снижая его смачивающую способность.

6. Полученные уравнения регрессии положены в основу многокритериальной задачи поиска рациональных значений, решение которой позволило определить рациональные параметры режима прессования на модифицированном клее фанеры толщиной 9,0 мм: давление прессования (Р) -1,45 МПа; температура прессования (Г) - 115 °С; влажность шпона ~(Жшп)=6 %; продолжительность прессования (т) - 7,0 мин.; содержание пектола в клее (п) -9,4 %; вязкость клея (ц)- 71 сек.; расход клея (V)-128 г/м .

7. Экономический эффект от внедрения предлагаемых разработок составит 128,16 руб. на 1 м3 фанеры (в ценах 2013 года).

Перспективы дальнейшей разработки темы. В рамках дальнейших исследований планируется совершенствование технологии склеивания фанеры путем модификации фенолоформальдегидных смол комплексом побочных продуктов сульфатно-целлюлозного производства, с целью снижения токсичности и повышения потребительских свойств готовой продукции.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК 1.Чубинский А, Н., Варанкина Г. С., Русаков Д.С., Денисов C.B. Ускорение процесса склеивания шпона фенолоформальдегидными клеями. Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып. 194. СПб.: СПбГЛТА, 2011.- с.121-129.

2.Русаков Д.С., Варанкина Г. С. Влияние технологических факторов производства фанеры на качество готовой продукции. Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып. 197. СПб.: СПбГЛТА, 2011,-с.154-158

3.Варанкина Г. С., Русаков Д. С. Модификация фенолоформальдегидной смолы побочньми продуктами сульфатно-целлюлозного производства. Известия Санкт-Петербургского лесотехнического университета: Вып. 204. СПб.: СПбГЛТУ, 2013,- с. 130-137.

В прочих изданиях

4. Денисов C.B., Русаков Д. С. Эффективная технология склеивания хвойной фанеры модифицированными клеями // Труды Братского государственного технического университета. - Том 2. - Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», - 2004. - с. 192-196.

5Денисов C.B., Русаков Д.С. Оптимизация технологических режимов склеивания фанеры модифицированными клеевыми композициями// Современные проблемы механической технологии древесины. СПб.: СПбГЛТА, 2010. - с. 116-120.

6. Варанкина Г.С., Русаков Д.С. Исследование адгезионных свойств модифицированных клеевых композиций. Современные проблемы переработки древесины: материалы международной научно-практической конференции. — СПб.: изд-во Политехи, ун-та, 2013. -с. 50-57.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.220.03 или прислать отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, Ученый Совет.

РУСАКОВ ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 31.10.13. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 261. С 14 а.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-политрафический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова»

04201453174 На правах рукописи

РУСАКОВ ДМИТРИИ СЕРГЕЕВИЧ

СКЛЕИВАНИЕ ХВОЙНОЙ ФАНЕРЫ МОДИФИЦИРОВАННЫМ ПЕКТОЛОМ ФЕНОЛОФОРМАЛЬДЕГИДНЫМ КЛЕЕМ

05.21.05 — Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

кандидат технических наук, доцент Г.С. Варанкина

Санкт-Петербург 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.......10

1.1. Состояние, проблемы и развитие производства фанеры...................10

1.2. Сравнительный анализ современных синтетических клеев, применяемых для склеивания древесины..................................................12

1.3. Анализ существующих наполнителей и модификаторов для фенолоформальдегидных смол.............................................................24

1.4. Модификация фенолформальдегидных клеев..............................34

1.5. Влияние факторов режима склеивания на качество фанеры..............38

1.6. Выводы..............................................................................60

2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ............................62

2.1. Исходное сырье, материалы, оборудование и приборы для проведения эксперимента...................................................................................62

2.2. Методики исследований и средства контроля..............................65

2.2.1 Общие положения..........................................................65

2.2.2 Методы анализа талловых продуктов...................................65

2.2.3 Методы и средства определения токсичности плитных материалов......................................................................................76

2.2.4 Методика инфракрасной спектроскопии..............................80

2.2.5 Методика термического анализа клея (дериватограмма)...........83

2.3. Методика планирования экспериментов и обработки полученных

результатов.....................................................................................86

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПРОДУКТОВ ЛЕСОХИМИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ФАНЕРЫ...............................................................96

3.1. Номенклатура продуктов целлюлозно-бумажного производства......96

3.2. Продукты дистилляции таллового масла-сырца и возможность их использования в производстве фанеры....................................................98

3.3. Химическое взаимодействие пектола с фенолоформальдегидной смолой..........................................................................................103

3.4. Спектрофотометрия и дериватография модифицированного фенолоформальдегидного клея...........................................................107

3.5. Выводы............................................................................111

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КЛЕЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПЕКТОЛОМ.......................112

4.1. Постановка задачи исследования...........................................112

4.2. Исследование физико-химических свойств клеев, содержащих пектол...........................................................................................114

4.3 Выводы..............................................................................121

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СКЛЕИВАНИЮ ФАНЕРЫ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ФЕНОЛОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛОЙ.....................................................................................122

5.1. Общие положения..............................................................122

5.2. Выявление качественных показателей процесса склеивания фанеры после ее прессования.......................................................................122

5.3. Исследование прочности и токсичности фанеры. Обоснование режимов склеивания шпона.................................................................................131

5.4.Вывод ы............................................................................137

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ

МОДИФИЦИРОВАННОЙ СМОЛЫ В ПРОИЗВОДСТВО ФАНЕРЫ...........139

6Л Экономическое обоснование.................................................139

6.2 Определение экономической эффективности от внедрения модифицированной смолы в производство фанеры.................................140

6.3 Вывод..............................................................................141

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ......................................142

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..................................143

ПРИЛОЖЕНИЯ.............................................................................154

ПРИЛОЖЕНИЕ А...........................................................................155

ПРИЛОЖЕНИЕ Б............................................................................181

ПРИЛОЖЕНИЕ В............................................................................186

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В современных экономических условиях потребность промышленности в фенолоформальдегидных смолах растет более быстрыми темпами, чем их производство. Повышение спроса на фенолоформальдегидные смолы вызвано комплексом ценных свойств позволяющих значительно расширить область применения клееной продукции.

Фенолоформальдегидные смолы применяют в производстве фанеры, фанерных и древесных плит, а также другой клеёной продукции, эксплуатируемой в условиях повышенной влажности. Их модифицируют, когда необходимо получить низкое содержание токсичных веществ, повысить прочность, надежность склеивания, тепло- и морозостойкость, водо- и атмосферостойкость древесных материалов.

В связи с этим, одной из актуальных задач отрасли является поиск новых модификаторов для смол, которые позволят получать продукцию из древесины, обладающую требуемыми эксплуатационными свойствами. Эффективными модификаторами, могут быть побочные продукты целлюлозного производства, в частности пектол.

Введение пектола в состав фенолоформальдегидной смолы позволяет не только снизить содержание токсичных веществ, повысить производительность прессового оборудования за счет ускорения отверждения клея, но и утилизировать отходы целлюлозно-бумажного производства, уменьшить расход дорогостоящего связующего.

Степень разработанности темы исследования. Проблемами исследования процессов склеивания древесных материалов занимались известные российские ученые: Леонович A.A., Цой Ю.И., Чубинский А.Н., Кондратьев В.П., Чубов А.Б., Синегибская А.Д. и другие.

Поисковый анализ научно-технической литературы показал, что наиболее перспективным направлением по ускорению процессов склеивания фенолоформальдегидных смол является применение модификаторов,

позволяющих улучшить технологические характеристики связующего и эксплуатационные свойства древесных материалов и по возможности снижающих содержание свободного формальдегида в готовой продукции.

Цель и задачи исследования. Целью работы является снижение токсичности фанеры и повышение эффективности фанерного производства за счет ускорения процесса ее склеивания. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выбрать эффективный реакционно-способный модификатор.

2. Исследовать влияние пектола на свойства клея.

3.Исследовать технологические и эксплуатационные свойства модифицированной фенолоформальдегидной смолы марки СФЖ-3013.

4.Обосновать механизм снижения токсичности модифицированных клеевых композиций

5. Исследовать закономерности ускорения процесса склеивания за счет воздействия пектола.

6. Исследовать влияние пектола на токсичность и прочность фанеры.

7.Обосновать параметры режима склеивания шпона на модифицированной смоле СФЖ-3013.

8.Рассчитать экономическую эффективность от внедрения модифицированных клеевых композиций.

Научной новизной обладают:

1 .Механизм снижения токсичности фанеры, склеенной модифицированным пектолом фенолоформальдегидным клеем, построенной на сорбции предельными углеводородами в мицеллах омыленного таллового пека свободного формальдегида.

2. Закономерности ускорения процесса отверждения клеевого соединения в результате химического взаимодействия катионов натрия, образующихся при диссоциации омыленных жирных кислот с водородом фенольной гидроксильной группы фенолоформальдегидной смолы.

3.Математическая обработка результатов экспериментального исследования

процесса склеивания, позволяющая определить рациональные режимы прессования древесных материалов.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Для теории имеют значение:

^ Теоретические обоснования снижения токсичности фанеры и ускорения процесса отверждения клеевого соединения.

^ Уравнения регрессии, связывающие влияние основных технологических факторов на физико-механические свойства фанеры, позволяющие развивать теорию производства клееных материалов.

^ Теоретические положения производства фанеры на модифицированном пектолом фенолоформальдегидном клее, которые могут быть использованы в учебном процессе.

Для практики имеют значение:

^ Разработанный состав клеевой композиции на основе фенолоформальдегидного клея, модифицированного пектолом — отходом сульфатно-целлюлозного производства, с использованием теории химического взаимодействия веществ.

^ Режимы склеивания шпона в производстве фанеры с модифицированным клеем.

Внедрение результатов в производство позволит:

- снизить содержание свободного формальдегида в фанере;

- ускорить процесс отверждения связующего;

- увеличить производительность труда на участке прессования;

- уменьшить расход смолы на изготовление клея.

Методология и методы исследования. Исследования базировались на принципах системного подхода с использованием обоснованных методов и методик научного поиска; современных средств научного проникновения, включая спектрофотометрию, дериватографию, химический анализ; поверенных оборудования, приборов и средств контроля.

Информационную базу исследования составляют материалы научных

исследований, научная, учебная и методическая литература, материалы периодических изданий, патентная информация, сведения из сети Интернет.

Положения, выносимые на защиту.

1. Способность пектолов значительно снижать содержание формальдегида в готовой продукции за счет химического связывания свободного формальдегида фенолоформальдегидной смолы со смоляными кислотами омыленного талового пека. В результате реакции присоединения с разрывом кратных связей, образуется многоядерный щелочной полимер.

2. Способность пектолов ускорять процесс отверждения фенолоформальдегидных смол за счет замещения гидроксильных групп фенолоформальдегидной смолы на катионы натрия мицелл омыленного таллового пека с уменьшением массовой доли щелочи в клее и увеличением активности ионов водорода (водородный показатель - рН). Мицеллы встраиваются в молекулу полимера фенолоформальдегидной смолы, образуя пространственно-разветвленную структуру, что ведет к образованию щелочного полимера с новым комплексом свойств обеспечивающих ускорение процесса отверждения клея и повышение прочности склеивания.

Степень достоверности научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается обоснованными упрощениями и корректными допущениями при разработке математических моделей; современными средствами научного проникновения, включая спектрофотометрию, дериватографию, химический анализ; подтверждением адекватности разработанных моделей; результатами промышленной проверки и положительными результатами внедрения разработок в производство.

Апробация работы и публикации. Основные положения, разработанные в диссертации, отдельные ее разделы были рассмотрены на следующих конференциях:

- IV Всероссийская научно-техническая конференция «Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири» (г. Братск, 2005 г.);

IV Международный евразийский симпозиум «Деревообработка:

технологии, оборудование, менеджмент XXI века» (г. Екатеринбург, 2009 г.);

Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы механической технологии древесины» (Санкт-Петербург, СПбГЛТА, 2010 г.);

Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы переработки древесины» (Санкт-Петербург, СПбГЛТУ, 2011 г., Санкт-Петербург, СПбГЛТУ, 2012 г., Санкт-Петербург, СПбГЛТУ, 2013 г.).

По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений. Объем диссертации 153 страницы основного текста, включает 20 рисунков и графиков, 19 таблиц, 121 наименование литературных источников.

1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследований

1.1 Состояние, проблемы и развитие производства фанеры

Лесной комплекс в соответствии с классификацией отраслей и структурой промышленности входит в перечень восьми основных промышленных комплексов страны и представляет собой интегрированную систему лесозаготовительной, лесохимической, деревообрабатывающей (лесопиление, производство древесных плит, фанеры, строительных деталей, деревянное домостроение), мебельной, целлюлозно-бумажной подотраслей и лесного машиностроения, и он является одним из стратегических секторов экономики страны. В России - огромные запасы лесосырьевых ресурсов. По запасам

о

древесины (более 80 млрд. м ) Россия занимает ведущее место в мире и в 2 раза превосходит США, в 6 раз Китай, в 25 раз Швецию, в 35 раз Финляндию. Запасы древесины позволяют без экономического ущерба и нарушения экологии заготавливать более 600 млн. м3 древесины (на сегодняшний день 170 млн. м^). Экономический потенциал лесного сектора при правильном использовании лесов и его продукции, по прогнозу ученых, может достигнуть, как минимум, 100 млрд. долл. США. Однако Россия, являясь крупнейшей лесной державой мира, значительно отстает от других стран мира по основным экономическим, техническим показателям использования леса и производству продукции из древесины. По уровню производства и потребления основных видов лесопродукции Россия уступает всем промышленным развитым и многим развивающимся странам, при этом многие виды лесопродукции завозятся из-за рубежа. Россия является крупнейшим в мире экспортером необработанного сырья, а выход готовой продукции из одного кубометра заготовленной древесины в нашей стране самый низкий среди лесопромышленных стран. В 2011 году общий мировой объем производства фанеры увеличился на 10 процентов,

рост продолжился и в 2012 году, хотя его темпы несколько снизились [49,57,77,89].

Основной причиной роста производства явились развивающиеся рынки, в особенности Китай. В то же время на рынках Европы и Северной Америки производство сократилось, и все силы российских компании сейчас направлены на увеличение конкурентоспособности уже имеющихся производственных мощностей. Практически неограниченные сырьевые запасы дают России некоторые преимущества в сфере деревообработки. 20% от мировых запасов леса приходятся на Россию, ежегодно прирост леса в России составляет около 18% от мирового прироста, одновременно с этим, на долю России приходится лишь 6% от промышленной заготовки древесины.

Спрос на фанеру и плиты ЬУЪ диктуется, в основном, американской экономикой, особенно сферой жилищного строительства. Из-за консолидации в деревообрабатывающей промышленности и спада в строительстве в 20072008 гг. инвестиции в деревообрабатывающую промышленность были незначительными. Небольшие инвестиции были направлены на улучшение существующих производственных мощностей. Для возобновления развития экономики и восстановления строительства, планируется, что производство фанеры вырастет до уровня 2007 года. Развитие фанерного производства на мировом рынке за 2000, 2005, 2010 годы, млн. м3 представлено на рисунке 1.1.

Как видно из приведенных выше данных, один из основных мировых поставщиков фанеры - Юго-Восточная Азия. Однако недавно в этом регионе на уровне ООН были ограничены вырубки лесов, так как резко сократились запасы сырья в результате сильных лесных пожаров несколько лет назад и слишком интенсивной вырубки.

North America Europe and Africa Russia South America China Other APAC countries

Рисунок 1.1- Тенденции развития фанерного производства на мировом

рынке, млн. м1

Оживленная эксплуатация лесов, к примеру в Малайзии, привела к сокращению количества пригодной для фанерной индустрии древесины. Начиная с 70-х годов, были вырублены деревья с большим объемом ствола, и сейчас там недостаточно запасов для полной загрузки производственных мощностей. Следовательно, возможность увеличения объемов производства фанеры в этом регионе низка, и на мировом рынке образуется ниша, которую может занять Россия. Кроме того, все больший интерес к российской древесине проявляют Китай и Япония, их доля в экспорте отечественной древесной продукции составляет 48%. Китай, ограничив лесозаготовки на собственной территории, активизирует закупки российской продукции [59].

Действительно, в России фанерная подотрасль деревообрабатывающей промышленности сегодня считается одной из самых динамично развивающихся. Но, опережая по темпам роста другие сферы производства внутри страны, на внешнем рынке российская фанера теряет свои позиции как по ценовым, так и по качественным показателям. Основная размерная характеристика российской