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

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА

РГВ од

На правах рукописи 1 1 ноя 1Э9В УДК 678.6

МИШКИН СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ОБЛИЦОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ НАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ ОМОЛ

Специальность—05.21.05 — „Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —

1996

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

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор В. Е, Цветков

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

академик В. И. Азаров;

кандидат химических наук В. И. Кульчицкий

Ведущая организация — Всероссийский проектно-

конструкторский технологический институт мебели (ВПКТИМ)

Защита диссертации состоится «"^Г» 1996 г.

в . ¿^.^час. на заседании специализированного совета Д 053.31.01 Московского государственногоуниверситета леса.

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.

Автореферат разослан « . . »...... 1996 г.

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

За к. 250 Тир. 100

Подп. к печ. 10.0.1 г

Объем 1 п. л.

Типография Московского государственного университета леса

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. В настоящее врет широкое распространение а дерзвообрабаткватей промышленности подучим способы отделки древесных плитных материалов букаадо-смодяными пленками на основе синтетических скол. Одиэко применение традиционных для изготовления таких пленок меламянойормальдеглдннх пропиточных смол отечественными предприятиями резко ограничено из-за высокой стоимости и дефицитности меламина, не выпускаемого в России и странах СНГ. Использование же совмещенных кзрбакядомелаг.'иноформальдегяд-нкх пропиточных смол хотя и смягчает остроту проблема, но не позволяет снять ее полностью.

Попытки создания карбамадо:'-орм льдегвдннх пропиточных смол для изготовления б^кажно-смоляних пленок с неполной л полной поли-конаеноаиией смоли предпринимались и ранее. 2 промышленности лриьгепяш смолы игрок ПК*. ШД-1 я ряд других. Однако покрытия, на основе 'этих смол по ряду показателен.таких как героическая, гидротермическая стойкость, стойкость к воздействию растворителей и веществ хозяйственно-бытоЕОго назначения, значительно уступают покрктиям как на основе моламиаоГоркальдегиднчх, так и на основе карбамидомеламиао^ормаяьцегидаых смол, и не соответствуют требованиям стандартов.

Таким образом,создание дешевой карбамвдо2<ориадьдегядаои пропиточной смолы, позволяющем создать качественнее покрктия на повераноста отделанных плит, является весьма актуальной для отечественной деревообрабатыеаюаеГ: промышленности.

"Лель и задача работы. Целью данной работы является разработка технологии безмеяамлново£ пропиточной смолы, позволяющей изготовлять декоративные бумажно-смоляные пленки с последующей отделкой ими дреЕеснэструнечинх плит. При этом качественные характеристики отделанных плит должны полностью удовлетворять требованиям ТУ и ОСТ.

¿дя достакеняя поставленной цели необходимо было решить аледушив основные задачи:

-• разработать теоретические предпосылки иоди^ккагша карбаш-дагориальдегядЕых смол, обосновать а выбрать тип кодификатора;

уотааовшь технологические, тершдянзмяческие и реологически свойства подученных моди§ицироеанних сиол и на основе экспериментальных данных определить оптимальное количество кодификатора;

разработать технологические ратями пропитки и сушка декора-тлЕних бумажно-смоляных пленок с неполной поликонденсаииеп смолк,

установить влияние технологических Гактороа -а процессе ламинирования драаесшх длят я изготовления кромочного материала на качество получаемых покрытии;

разработать техническую документацию по синтезу пропиточной смолы л получению декоративных пленок с неполной полякоцценсачк-ей о.\!олы, а такке технологии изготовления ламянлровашшх пли г в кромочного материала;

выполнить расчет тахншсо-эконо^чаокоП объективности проео-денных исследований.

Научная новизна. В работе показано, что введение в карбамид .;<оршцрдегадаую смолу е качосгев йодж яка гора елвйагвческого петер; :.остойкого соединения (этиленглпколл) позволяет существенно улучшить термическую и гидротермическую стойкость подучаоьшх и окр мши. Применение этого модификатора позволяет снизать содержание свободного Соркальдегида.в смолах, повивая гагиовпческио свойства яолучаешх изделии, и улучшать условия смачпеанйя бума:.: ного полотна сыодо2 за счет снижения ее поверхностного наглтешш

Такай обрззо;,; подтверждено, что эгилонгликоль обладает свойствами реакционно-споеобцого пОЕОрхносгно-акмеаого еелюся» по отнесении к карба.'.эдо'/ормольдегидш.'ц смолам.

В процессе проведения лсследосаш'л; балл исполь&оваии оиноь-нко методы таких наук, как коллоидная химия и реология полаыероЕ

Установлено. что введение озшюшчшкздо аозр^чяог оакздг!, потерки^с хкоб нлгякоияэ карбокядо^ркэлздегидцоги олиго.чор;; щ оЛдшвчагзр пн'юлнен.^; одного яэ валпеил'.х с позиции чош>.'. т.'Эрш: вдгозвй услав;:" с ;сояо1: прочности ськедеамп. а оэсссвгтип с кого^ш ¡тер-актноз 80«лктис эдгсзлеу (5у цоп б-'5;> по1--фч:г.осЕяо1'^ и&таздизл «убсцта („2 г.

Для изучения закономерностей отЕвраденпя модифицированной кэрбаьшдомрмалвдегидной смолы использовался метод реовискозиметрии.■

Установлено, что протесе отвержения нового карбамидо*ор-мальдегидного олягоиера коже® быть представлен как последовательное превращение жидкости в вязко-упругое тэло. Дальнейшее изучение реологических характеристик отвергдьнного полимера' о использованием консистометра Хеппдора покапало, что модуля упругости я высоко-эласглчности модяЗяцдрооаппого эзшлепгликолем полимера значительно H.Tie соответству.щих модулей древесностружечных алии. Следовательно, обеспечиваются условия вноской прочности склеивания также и с точки зрения реологии.

Выявлено ЕЛИЯНИ9 технологических ¡'акторов в процесса даминиро-езнйя на свойства получавккх покршшй. На основания проведенных исследований.определен рациональны;-: реким переработки бумажно-смоляных пленок.

Обоснованность внводов и рекомендация. £ыводк экспериментальной части обоснованы известными методиками. применяемый при доследования поверхностно свойств адгезиеов а субстратов, реологических сео,;ств коллоидных систем, механических свойств полимеров, а тэкяе общепринятыми методами испиташц бумаяно-смоляних пленок п покрнти!; на их основа.

При иоследоганаи влияния технологических '¿акторов в процессе ламинирования на сво йства получаемых подрытяй бил применен метод м тематического планирования эксперимента, получены регрессионные завзсис-'.оогй характеристик отвервденньгх пленок от основных факторов ламинирования.

Практическое значение работе. Разработанная безыеламиновзя пропиточная смола позволяет получать бумажно-смоляные пленки для отделки древесных плитаых материалов. По. лу чае мне покрытия соответствуют требованиям технических услови!-?.

Разработаны технологическая инструкция на проиесо сянтзза модифицированное карбгиадосх-орыальдегадной пропиточной смолы Cil-Э я технические ^слоеия на нов.

Экологическая безопасность смолы подтверждена гигиеническим сертификатом, Еиданным ШИИТ им.Ф.^.Эриснана. Подучено положительное решение В1ШГДЭ о выдаче патента на изобретение. Проведет ошто-проштлоанкв испытания разработаннол смолы на АОЗТ "Злактрогорскыебель". На ез основе изготовлены ламинированные плиты, синтетический пщоа и двухслойный кромочный материал. Все изделия соответствовала требованиям нормативных документов.

Применение онолк СП-Э для азгогогленля бумаано-смоляных пленок позволяет заманить дорогостоящую мэлаг.с.носодержащую смолу АФБ-П. Годовая экономия при атом в условиях АОЗТ "Элвктрогорск-мебель" составит свыше I млрд.рублей.

Апробация работы. Результаты исследовании по теке" дяссерташ докладывались на научно-технических конференциях в МГУЛ и научно-практической конференции е г,Москва в 1995г. ■

Публикации. По теме диссертации опубликовано'7 научных стате'

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, тести глав, заключения, списка литературы а приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, орормулированы цель я задачи проведениях исследований.

В первой главе рассмотрены физико-химические основы пропитки бумаги расплавами, растворами и дисперсиями полимеров.

Кинетика процесса пропитки довольно олояна и связана с таким факторами, как кинетика смачивания и кинетика капиллярного поднятия. Одной из основных характеристик этого процес ч является краевой угол смачивания, который связан с поверхностным нагяззние на границе раздела трёх фаз (твердой, кид.койл газообразной),, следящим уравнением

Со Б В = (I)

СГк-г

Абсолютная величина краевого угла смачивания является но совсем корректно;! величиной для бумага, однако кинетика его изменения дозволяет получить шторэсную янхормашю о процессе смачивания и пропитки различных еидов бумаги растЕорамд полимеров.

Исследования изменения краевых углов смачивания различию; образцов бумаги показали, что существенное влияние на процесс пропитки оказывают такие характеристики бумаги как ее шероховатость, структура бумага (величина и геометрия фибрилл й волокон, капиллярно-пористая структура), химический состав бумага ( содержание лигнина, гемзшзлдшоз), вид древесного сырья, использованного при получении волокнистых полуфабрикатов, влагосодерхацие бумаги и ряд других.

Важную роль в процесса пропитки играют свойства пропиточных смол, особенно поверхностное натккениа, молекулярная масса, концентрация и вяз::ость.

Увеличение концентрации, молекулярной массы я оязкосм смол . приводят к- снижению равномерности пропитки.

Из теоретических предпосылок следуют практические рекомендация для увеличения скорости и качества пропитки. Для снижения вязкости следует поднять температуру пропиточного раствора. Для уйоныаенля яабухзния можно Есестя специальное разбавители (спирт и т.п.). С целью улучшения смачиваемости о прошгочний раствор вводятся поверхностно-активные нещесгаа. Кроме того, целесообразно гости пропитку под давлением для ликвидации воздушных пробок п регулирования количества впитываемого веяоетеа.

Крома того, использование синтетических смол в качестве пропиточных растворов предъявляет к ним ряд специфических требова-нлй. Рассмотрению этлх споьота смол и путей их улучшения посвялена озелутоя глаэз.

Во етсро;; главе списаны особешюси синтеза пропиточных одпгомеров и споообн модя-Хйкаияг! аминосмэл, поззояяшив улучшить такие нх свойства, как эласгя чнсся», оогаэсгямооз» с растооргтяадш др. смолами.

Особенности огоздоп ярош'точшлс слоя." рассмотрены па примере процесса получения мелэмяно/ормэльдегйдшн: олиго.'юро?, -так как, сам згег процесс и влтге.че аг, него г/зяторв наиболее хорошо яъу-човы. Несмотря на оушееггенаио различая, процессы оаигэ?а мзл.т.пео-гормпдвдогадшяс л карбзввдо^оруальдегйдои* пролдатош«: олпгоьч-роз

имеют много общего. Так. и а том а а другом случае а качеотве характеристики для контроля процесса конденсации выбрана гидро-фобность получаемых оллгомероа. еыражашаяся а способности их иутнеть при скашивании с водой после достижения определенной глубины конденсации. Количественно это выражается так называвши.) водным числом, т.е. количеством миллилитров води. которое молет быть добавлено к I мл олигомера до помутнения.

На сам процесс конденсация, помимо температуры и продолжительности синтеза, существенное влияние оказывают рН реакционно;! среды и соотношения компонентов реакции. При низкой величине рН проиесс конденеашш протекает очень бистро, при этом образуется гель или выпадает аморфный осадок. Если не реакшш протекает в силыюшелочной среде, то процесс конденсации идет очень медленно а при синтезе карбалвд&'лрыалъдегвдщх олигомеров образуются про межуточные продукты, позволякше получать только доликер лине!шо строения, не обладающий клеящими свойствами. Поэтому для получен качественных пропиточних олигомеров начальная величина рН реакционной смеси должна быть з пр-дедах 8,4-9,2 при синтезе ыоламин ■¿ормальдегпдных олигоыорое и 7,5-8,5 при получении карбамидовор-мальдогидних пропиточных смол.

Б пункте, посвященном особенностям синтеза пропиточных смол приваде на марки наиболее известных мсламяно-, карбзмпдомалаияно-и кербакидочориаадвГЕдянх пропитбчашс смол, а также рецептуры кэрба,\шдоиелашшо...ор!,¡альдегидных смол, получивших широкое применение в отечественно.; промышленности.

Известно, что пропиточные ашносмоли в чистом виде практически не используются. Для улучшения свойств этих скол проводите их модификация, которая «охет бт.ть осуществлена следуягаиьш извос выш путями:

а) введением в смолу соединении. существенно ю отлдчашвхс от исходно.": сг.,оли химическими свойствами, но ииотаах более низшую скорость ¡¡оЯнкондонпанкн;

б) введением химических додаьок. хаштоокя еззпшце ствуюэд с яоходндо) смол£1,як оброзушкх желаемую структуру полимера или хашздекую ыоди5йка;иы с ъалаомиш сгопстгами;

в) введением высокомолекулярных пластификаторов; образуотих полимером твердые растворы.

В работе приведены примеры реализации всех трех перечисленных пособов модификации, применявшихся в разное время в нашей стране за рубежом. На основе анализа приведенных работ делается выеод, .то модисТикаторн для ашавосмол следует искать среди веществ гуана-.'шюеого ряда, низших алифатических спиртов, многоатомных спиртов, шзкомолекулярных полимеров, поверхностно-актиЕных веществ.

Третья глава . посвящена рассмотрению общих закономерностей фоцесса отделки плитных материалов с позиций термодинамики и )еологии. Кроме того, в этой главе приведено теоретическое обосно-запие выбора модификаторов.

Известно, что а позиции гермодииаашчэско;! теории адгезии для зостялоняя высокой прочности склеивания необходимо соблэденяе уо-юэяя, согласно которому поверхностное натяхение субстрата деляао быть больше или равно поверхностному нзттдению адгезива, т.е

С'о ^ (За (2)

Таким образом, одной из количественных характеристик олигомеров, лспользуемкх в качестве адгезивов, может служить поверхностное натяжение.

С ч'йзико-хяиической точка зрения процесс адгезии определяется действием молекулярных сил на меяфазаой границе и протекает в две стадия. На первой стадии происходи перемещение молекул адгезива, наносимого обычно из раствора, к поверхности' субстрата и их определенное ориентирование а межГазном слое; на второй стадии - мея-молекуляркое взаимодействие субсграга а адгезива л структурирование последнего.

• Работу адгезии можно определить по уравнению Дюпре-Юнга, связнвзидему работу адгезии М с краевым углом омачивания д и' поверхностям натяжением адгезива я:

= (I + Со5 9) (3)

Исходя из принципа высокой адгезии, выраженного неравенство« (2). следует, что пропиточные олиго.'/.еры необходимо модифицировать ео-щвстЕамя, вмевшими низкое поеерхпостаоо натяяеняе. •

Процесс структурирования карбашщо\.ормальдегадных олигомероэ, происходящий на второй стадии образования адгезионной связи, раосметри кается с позиции'реологии - науки, фэрмудируюшей правила и законы обобщенного рассмотрения механического поведения твердой ;шдкообразнкх тел. Вроцесс структурирования олигомеров представлен как последовательный переход системы в золь-гель-твердое тело. При этом для описания реологического поведения каждого из этих тел йспользрваны простешие идеализированные модели, поведение которых описывается напряжением а деформацией.

В качестве модификаторов для пропиточных карбамздоформальдоги ных олигомеров были выбренн двухатомные спирты-гликоли. Такой выбор обусловлен тем. что гликоля обладают свойствами реакциопноспо-собных поЕерхноетно-актпеных веществ Р11АВ по отношению к карбамидн смолам. Введение ПАВ в систему улучшает условия смачивания смолой бумажного полотна, ускоряя процесс пропитки. За счет снижения поверхностного натяжения отл достигается соответствие их термодинамическому принципу высокой адгезии, сформулированному неравенстеоь (2). Вместе с тем. на основе анализа литературных'источников было выяснено, что введение в смолу НАБ. сходных по молекулярному строению с исходным олигомером, улучшает его адсорбцию на твердой поверхности за счет изменения кон^ормааии макромолекул одигомера, способствуя таким образом протеканию первой стадии образования адгезионной связи.

Гликоля способны вступать а .химическую реакцию с исходными мономерами и продуктами их конденсации. Реагируя о формальдегидом гляколи сникают токсичность пропиточных смол и,как следствие. изд| лии на их основе. Способность гликолеп к реакции о метилольнши производными карбамида, образующимися на первой стадии синтеза см позволяет, варьируя длину цепи, увеличить эластичность получаемых полимеров. Таким образом,улучшаются их реологические характеристи и становится возаокаш соответствие этих полимере- реологическому условию высокой адгезии, сформулированному неравенствами

Е аэ адгезива ¿С Е вэ субстрата. (4)

Е у адгезива ^ Е у субстрата. (5)

Кро;;:о того, гликоля способны вступать в реакцию с метилольныь группами карбаш1до'1ормальдегидного одигомера, блокируя эти гидрофильные группы и улучшая водостойкость полимеров.

На основе вышесказанного для модитлкаина пропиточной карбаидо^ормальдегиднои смолы были есбраны следуядае вещества: этиленгликоль, пропиленгликоль и триэтиленгликолъ.

В четве-ртоп главе приведены методики проведения экспериментов и свойства исходных веществ.

При проведении синтезов использовались карбаг.шд, йормалин и гликоли, требования к котором указаны в ГОСТ и ТУ.,определянь щих сео!;отвз этих продуктов при использоейнлй их 0 промышленности. Синтез смол производился а три стадии в среде с переменно:. кислотностью. Содержание кодификаторов в смолах варьировалось от 0,5/» до 2% от массы реакционно« смеси, модификаторы вводились перед началом {«слой стадии. Контроль процесса конденсации осуществлялся по показателю скетлваемостн олигомера о еодоп (годное число). Для определения оптимального состава были синтезированы смолы с различным мольным соотношением карбамида к йоркальдегиду, а именно 1,0 : 1,0 + 2.0. Режим синтеза при этом не менялся. •

Свойства скол определились с лсяользоваш;зм 'стандартных методик. Для определение поверхностного натяазния синтезированных олигомеров был применен метод отрыва кольца. На основа .полученных смол говорились пропиточные растворы, а состав кото-_ рых помимо исходной сколы входили ПАВ, антиадгезив л отвер-дитель.

Изготовленные о использован:;©!* таадх пропиточных растворов бумаквс-смрлянне пленки имели следующие свойства:

1) содержание сколы в пленке - 58-60*;

2) содержание летучих -

3) содержание водорастворимой части оаот - 65-75%,

Полученными пдонкаии были облацотанн древесноструаечние □литы, при этом воспроизводился реаям ламинирования в многоэтажных прессах для получения матовых поверхностей.

Кроме того, в той лее глава изложены требования я древесностружечным плитам, исдользуемни в качестве подложек при отделке методом ламинирования, так как соо.':ства плит оказывают существенное влияние на качество получаемых язделиЛ. Эти требования сформулированы в ГОСТ 10632-85.

Оценка качества полученных покрытий проводилась в соответствии с ТУ 13-04-02-87 "Детали мебельные из древесностружечных гш облицованных плзнками на основе термореактивных полимеров".

В качестве основных контролируемых характеристик бшш выбра! термическая, гидротермичоская стойкость покрытии, удельное сопр( тивление при нереальном отрыве покрытий и стойкость покрытий к : грязнешш веществами хозяйственно-бытового назначения.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исслед( ний, выполненных с цельв определения технологических, термодинам] ских, реологических характеристик синтезированных смол, выбора 1 основании полученных данных оптидшгьного состава смолы, а такке установление рационального режима переработки бумажно-смоляных ; нок на их основе. На начальном этапе исследований смолы синтези. вались при мольном соотношении К:Ф = 1:1,4. Свойства полученных смол приведены в табл.1. В этой табл.использованы следующие уел ные обозначения: буквы Э,П и Т указывают тип .модификатора-этиле: гликоль,прогшленгликоль и триэтиленгликоль; цифры 1,2,3,4 соотв ствуют содержанию модификаторов в количестве 0,5;-1,0; 1,5 и 2,' от массы реакционной смеси.

Анализ даюшх, приведенных в табл.1 показывает, что для всех типов модификаторов с увеличением их количества улучшаются-таки свойства смол, как содержание свободного формальдегида, время п нетрации и поверхностное натяжение. Резкое ешкение содержания бодного формальдегида наблюдается при увеличении количества мод фикатсра от 0,5 до I% , дальнейшее же увеличение доли модификат ра в смеси не дает такого эффекта, хотя уровень формальдегида в смолах продолжает снижаться.

Испытания ламинированных плит, изготовленных с применением бумажно-смоляных пленок на основе полученных смол показали, что все испытуемые образин соответствуют требованиям ТУ 13-04-02-87 по показателю удельного сопротивления при нормальном отрыве пок тий. Термическая и гидротермическая стойкость покатил резко ух кается при использовании смол, содержащих в своём составе 1,5^ модификатора и больше. Наилучшие образцу подучены на основе смо моди^щироианных зтиленгликолом. Так как эти смолы имеют накмеь шее врэмя пенетрации, то следуот считать, что зтилонгликоль явл ьтся каидучдшм модификатором. Количество этхтснгллколя, при кот ром локрыгия наиеолее дояло отвечали требованиям ТУ.соответствс ' вало 1% от шеей реакционно!-: смеси.

ТЕХНОДОГИЧЕСКИЕ.СВОЙСТВА СМОЛ

Наименование показателей

Смолы

! Э1 { 32

33

34

{ Ш ! П2

ПЗ ! Ц4

{ Т1 I Т2

тз

!

Т4

Вязкость по ВЗ-4,5 Время пеяетразди.С Смеаиваемость с водой

Ваеш же латинизации

с~1% лгя^сг.с

Содержание сухого остатка,$

Содерканжь свободного фор?гальдегдяа, %

17 7

1:3

100

47 1,02

Псзэтасностное натяжение мН/и 57

Срок хранения, сут

20

17 9

1:3

93

17,5 16,6 19 1В 18 18 9 8 15 10 10 10

17,7 17,7 17,1 20,3 15,7 16,5 13,7 25,3

1:2,7 1:2,5' 1:2 1:2 1:2,5 1:2,2 -100 90 116 НО НО ПО 114

120 124 146

50,7 47 50,8 51,5 51 50 48 54,7 53 46,5 51,3

0,58 0,5 • 0,45 1,05 0,6 0,5 0,46 0,85 0,55 0,5 0,47

56,7 56,3 55,2 56,75 56,3 ' 55,8 54,75 54,15 53,7' 53,2 52,5

20 20 .20 20 20 20 20 ' 20 20 20 20

Для выяснения возможности снижения мольного соотношения Кг в смолах без ухудшения свойств покрытий на их основе был синтезированы олигоморы с мольным соотношением К:Ф=1:1 и I: 1,2, содержание в своём составе 1% этяленгликоля в качестве медицина то; и изготовлены ламинированные плиты с использованием пленок, пропитанных полученными смолами. Свойства смол приведены в табл.2.

Таблиыд 2

Наименование показателей Мо.тьчое соотношение

1:1,2 1:1,0

Вязкость ПС В3-4,с . 14 15

Вреш пекетрации, с 4 5

Смешиваемость с водой, мл/мл 1:3,5 1:5

Содержание сухого остатка, % 54 55,5

Вреш кела типизации с 1% Шд С1,с . 130 240

Содерлсашге свободного формальдегида,% 0,37 0,14

Поверхностное натякение, мН/м 47,25 57

Срок хранения, суг. 15 15

Испытания ламинированных плит показал:!, что смола с вольным соотношением K:i = 1:1 практически на обладает клеящими свойствами и не способна создавать на поверхности плит качественное декоратиЕнс-за'чйгяое сотрктиэ. Дефекты в виде белезости и нерастекания смолы на этих покрытиях выражены на столько явж что испытания на термическую и гидроторг.ичаскую стойкость были: признаны нецелесообразными.

Покрытия на основе смолы с мольным соотношением К:Ф =1:1,i по термической и гвдротернкчеснол стойкости не уступали покрыт! як на основе скол с К:Ф =1:1,4 ,а удалъное сопротивление при я; мяльном отрыве ениналось весьма незначительно. Свойства же сам< смолы,как видно г.з табл.2, значительно улучшились.

Тихим образом, кгкдучшгмк свойствам! обладает смола, синтезированная при мольном сопткопешш 1:1,2 и модифицированная зтилвнгдт-колем в количестве 1% от кассы реакционной стой.

Для проверки атого предположения были синтезированы смолы с молш-к соотнесением К: 4 -1:1,2 , модийлцированше этклекгли-каче;.: з количестве от 0,5 до 2,0% от кассы реакционной сксли.

Сравнительный анализ свойств полученных смол и испытания покрытий на их основе подтвердили сделанный вывод.

¡Зависимость термодинамических свойств смол от количества кодификатора исследовалась путем определения поверхностного натяжения олигсмеров методом отрыва кольца и углов смачивания смолами образцов древесины двух пород сосны и березы. Результаты исследований приведены в табл.3 ,

Таблица 3

Термодинамические свойства смол

Количество модификатора в смоле, % кН/Ы ьв В Ы9

доевесина древесина сосны* березы сосны березы древесина сосни березы

0,5 ■ 48 • 0,4 0,3929 21°48> 21°20> 0,5285 0,9252

1,0 47,25 0,325 0,3448 18° 19° 0,9511 0,9455

1,5 46,5 0,'3225 0,2712 1Р°50' 15°12> 0,9516 0,965

2,0 45,75 0,2857 0,2308 15°50- 13° 0,9615 0,9744

Из табл.3 видно, что с увеличением количества модификатора О*и и уменьшаются.

Критическое поверхностное натяжение к , найденное экстра-полявдей прямой линии, выражающей зависимость до значения Сой В =1 составило для древесины березы - 45,2 мЦ/м, для древесины сосны - 43,2 мН/м, а равнялся соответственно

0,0403 и 0,0373. . . ®

Зависимость Со!? 9 от

может быть аппроксимирована

следующей формулой

С0$ 9 = I - - б"к) . (6) где: £ - коэффициент пропорциональности, имеющий величину тангенса угла наклона прямой к оси абсдасс ( ^^ )

Подставляя формулу (6) в уравнение Дшре-Юнга, получим следующее выражение для оаботы адгезии .

(2 н- • б" ж - /в'ж2 (7)

Решая это уравнение относительно максимума, получим

егк ^ (эк2 (8)

2 + Щ (9)

Подставив числовые значения в уравнение (7), получаем выражения раооты адгезии для древесшм:

березы и^Г=(2+0,0403 • 45,2) (5"ж -0,040'3 (Зж2 (10)

сосш Х/с =(2 +0,0373 • 43,2)(5ж -0,0373 (3~ж2 (II) Отсюда следует, что максимальная работа адгезии Мяад Достигается при поверхностном натяжении^ - 47 - 48 мН/м¡которое наблюдается у смол,модифицированных этиленгликолем в количестве 0,5-1,0$ от массы реакционной смеси.

Таким образом, выбор количества модификатора по технологически!,! и термодинамическим свойствам совпадает.

Процесс отверздения пропиточных смол изучался путем определения их реологических характеристик на ротационном вискозиметре "Реотест-2" и консистометре Хелплвра.

По результатам исследований было установлено, что на начальных стадиях отверздения олнгомер представляет соо'оК истинную жидкость, описываемую уравнением Ньютона:

' Г = (12)

где: Т" - напряжение сдвига, Па;

Д - скорость деформации, ~ вязкость, Па -С

После достижения вязкости 8-10 Па- С она начинает сильно зависеть от напряжения сдвига, а Д растет не пропорционально , т.е. происходит процесс гелеобразованкя. Дальнейший процесс от-ворвдония изучался на консистометре Хеиплера, позволяющем изучать реологические свойства твврдообразшс: образцов. Ь качестве образцов били выбраны отвсржденные отлив,-«: с диаметром 30 ш к высо той 5 ш. Значения модулей упругости Еулрк высскоэластичности Евэ олредолилпсь по ^оргдае;

где: Р - нагрузка

уМ- коэффициент Пуассона;

Д - диаметр кндештора; (а) - перемещение индентсра, Полученные теким образом модули отвергхдешшх образцов смол и промышленной ДСтП приведены в табл.4.

Время после ввода отвордитоля

Кол-во этилен-гликоля, %

48 часов

0,5 1,0 1,5 2,0

469 417 500 441

625 535 833 938

72 vaca

0,5 1,0 1,5 2,0

535

•íes 602 600

1875 1667 2142 2500

Древесностружечная плита

750

2500

Из табл.4 видно, что образы?! смолы с 1% этшгонгликоля обладают наименьшим модулями упругости и высокоэластичноста, т.е. наиболее полно соответствуют условиям высокойадгезии,сформулированным! неравенствами (4) л (5)..

Дальнейшие исследования были направлены на определение рационального режима переработки пленок.

При оценка качества получаемых покрытий в соответствии с техническими условиями невозможно объективно сравнивать качество получаемых покрытий, т.к. испытания ограничиваются временем, выбранным по принципу достаточности. При этом показатели не позволяют судить о том,как изменяются свойства покрытий при различных режимах ламинирования. Поэтому в данной работе определились свойства отверждешшх пленочных материалов я их изменение при различных технологических режшах отделки. Пленки на основе смо.ш,модифицированной 1$ этилонгликоля (эта смола была признана оптимальной, она получила название 0П-0), были отверздвпн в гидравлическом проссе при различных температурах и видаргко. Еленки были изготовлены с использованием трех пропнточннх составов, отличающихся друг от друга временем уелатипизации.

Л,ля постановки эксперимента был использован план второго порядка В3.

Определялись слодугцле показатели отвер-кденных пдонок: потьря «псса полимера в лрглйосо просс.-вшшя, поторя массы после гпдгг--тер.чиобработкп (иыдеру.ипакия шхчск в кгагло?. эодо в тячегшг I т са) и прочность пленок на раэруа." Получвтше йсспе;л»»итть».л

данные представлены в табл.5.

Свойства отверадешшх пленок

№/1Ь Прочность на Потеря кассы при ПОтеря массы после в/п разрыв, Ша нрессовшш, — глдпотешообработки

I. 2,47 1,7 49,6

2. 3 2,1 43 .

3. 2,1 4,6 25,7

4. 3,42 7,05 13,35

5. 2,85 6,6 12,8

6. 3,96 1,9 36,2

7. 4,3 3,12 - 26,9

8. 2,71 3,95 37,2

9. . 2,63 3,9 27,4

10. 2,11 7,2 8,25

II. 3,97 2,6 46,8

12. 3 ,99 1,65 50,0

13. 2 ,32 5,1 55,9

14. 3,29 7,5 13,7

15. 3,53 6,43 12,25

По результатам эксперимента били получены следующие урава регресс» в нор;- ,-таэватшх обазкпч:-;' "г.:

предал прс.оси; на разрыв .:, ^Ор

6~р = 2 ,67 + 0,355Х1 - 0,01 Га2 * О ,0038X^-0,012 ; (14)

потеря массы полимера при паоссовак;!:' , - П] г

-т1 =-6,5^2,0151^ 0 ,12 !ЗХ>2 0,1303Х| ; .'15)

- потеря мл с си после гздрочедоосбр&ботки , -ГЛо

- ГЯ2= -18,901; ~ 0,8292Х2- О ,091Х3

Па есксьс. ан'.лсза к^.гвкх, Бредстаглягдах собаХ гхайачаскую кгг: прпташг-о правод'-'ншас уравнени.", бкл ояредслзи елея'/щкЛ рана« шЛ реглм .переработка клокок:

мремя отистгдевая нгегл'гачго^о сосгаьг = Й минут;

1 * г .О! .

тв«а«р?тура .пр.н:соза::пя С- 175с>; вриия виз^ржг. = -Юс.

>. .'от регаш практически соответствует реально существующим на оодприятиях режимам ламинирования ДСтП в мноГопролетных прессах.

В шестой главе обобщены результаты опытно-промышленных испытаний новой ОезмэламиноВой пропиточной смолы СП-Э, проведен-шх на АО ЗТ "Олектрогорскмебель". В ходе испытаний было изготовлено а переработано свыше 200 тонн смолы.

Исследования свойств смол, изготовленных в промышленных усло-е:'.'ж показали, что смола имеет низкое содержание свободного фор-мольдегида (в нескольких последних партиях этот показатель был на уровне 0,1/1), время пенетрацнп в пределах 4-7 с. Смола стабильна в течение 30 суток при хранении в плотно закрытой таре.

При изготовлении бумажно-смоляных пленок на основе новой сколы не потребовалось изменений существующего на предприятии технологического режима.

С использованием смолы СЯ-Э были изготовлены-плешей для ламинирования, изготовления1 двухслойного кромочного материала, синтетического шона.

Изготовленные ламинированные плиты соответствовали требованиям ТУ-13-04-02-87; кромочный ттериал - ТУ 13-771-9, синтетический шпон ТУ 13-160-84. При последующей обработке деталей, облицованных пленками на основе смолы СП-Э, материалами УФ отвэрзденля каких-либо изменений технологического режима не потребовалось.

Кроме того, проведенные испытания показали возможность получения качественных мебельных деталей,при облицовывании ДСтП пленками на основе смолы СП-Э методом ламинирования в однопролет-нсм короткотактном прессе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана к внедрена в производство новая модифицированная карбамидоформальдегидная пропиточная смола СП-Э, позволяющая заменить дорогостоящие ыелашносодержащие пропиточные смолы.

2. Па основе анализа проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан рацггояальный рожям синтеза смолы СП-Э, изучены её технологические свойства.

Установлено, что введение этиленгликоля в количестве 1% от массы реакционной смеси позволяет значительно снизить содержите свободного формальдегида в смоле без ухудиения ее технологических свойств.

Б результате исследования процесса отверждения карбамкдофор-мальдегидных пропиточных олигомэров установлено, что процесс пере хода смол из жидкого состояния в твердое может быть представлен как последовательное превращение ньютоновской жидкости в золь-гел тела и на последней стадии в вязкоулругое тело Бюргерса,характерное и для древесных материалов. Выявлено, что смола СП-Э обесдечи вает условия высокой прочности склеивания, а именно Еу адгезива^. Еу субстрата, Евэ адгозива ¿E вэ субстрата.

4. Исследования термодинашчзских и технологических свойств СП-У подтвердили, что этилениежоль обладает свойствами реакцион-носпособного лоЕерхностно-активного вещества (РПАЕ) по отношении и карбамидоформалъдетадшм смолам.

5. Установлено, что пленки на основе смолы СИ—7 способны создавать качественные декоративно-защищенные покрытия на поверхности ДСтП, а также позволяют получать двухслойный кромочный материал. lía основе математической обработки экспериментальных данше определен рациональный реяим переработки бумаяно-сколяных пленок полученных с использованием емдлы ОП-3.

6. Ка ЛО GT "Улектрогорсккебэль" проведены опытно-промымлеч-ír¿9 испытания смолк CÍJ-Э. В ходе испытаний установлено, что ме~ çiefiHHe детали и об.пшовочкуе материалы, изготовленные с использованием сколыСП-Э соответствуют требованиям стандартов. Разрабо танк и утверждены технологическая инструкция на процесс получени сколы СП—Э и технические условия па неё, получено положительное решение БНШИПЭ о выдаче патента.

7. Проведенные испытания позволяют сделать вывод о том, что разработанная смола молет быть использована для получения бумажно-смоляных утенок с неполной к полной псликовденсацие;! смолы, г основе которых возможно изготовлонке качестьеннкх мебельных дек лей.

Основные датериалн диссэртацпи олубласозаны в.следующих работах автора:

I. Синтез л свойства безмзлампновчх прожиточных смол.

- В научн.тр.: Технология хим-ко-механической переработки дрвэессны. £ь"П.273-ы: IXУД, 1994 (в соавторстве).

2. Подпития ш ислоло Оугаг. - 13 л.му;.: .тр.: химико-мохани-чоекпя переработка дривескзи. Ь'чп.273-1.1,: „¡ГУЛ, 1991. (в соавторства) .

3. Технические тгооеаийия к сауыэ к катерзалам для о&пшо-ыазанил ДСтЯ бушкно-сыодышйм иленкаиа. деровообрайатинающая промышленность, 19'.)'! (в соавторстве).

4. Изготовление кромочного пластала а о'умажис-смагашх пленок длч облицовывания дронйснос,гружо1шкх плит. -Двревообрябат'и'-

промышленность, ¿1,199!! г.(а соавторство).

5. Усовершенствованная тоиюлогпя обллцошванпя древооно-ссрувтеых плит йуивяво-смопянаш пленками. - Деревообрабатавагь-г;чя ирслишенность, .'й ,1995г. (в ссавторогве).

6. Гвзквл&кановая пропиточная смоля для изготовления оудоио-с:.-?ля!шх шишок. Деровообрасатньакцая прсшшюнность №3,1996 г.

7. Смола пропиточная СН-О. Технические условия.

У. Способ получения атдо.чзшкх. дрепчатх пли т.

Росоиле о выдаче патента на изобретение.

Заявка »33-052979/04/052439 (а соавторстве).