Wood composite materials based on glycoluril-modified urea-formaldehyde resins.pdf Введение Древесные композиционные материалы, в частности древесностружечные плиты (ДСП), получили широкое распространение в качестве конструкционных материалов для мебельной и строительной промышленности, прежде всего, из-за возможности переработки низкосортной древесины и древесных отходов. Кроме того, древесные плиты на порядок дешевле древесины, имеют низкую усадку в процессе их прессования, легко подвергаются механической обработке, а также обладают хорошими прочностными характеристиками. Основная задача, которая возникает при использовании таких материалов, - обеспечение экологической безопасности, поскольку в качестве связующего при получении ДСП используются карбами-доформальдегидные смолы (КФС). При производстве материалов и в процессе их эксплуатации происходит выделение формальдегида, который является канцерогеном. Для получения малотоксичных плит ДСП класса Е-1 содержание формальдегида должно быть не более 10 мг/100 г плиты. Соответственно, необходимо использовать КФС с уменьшенным мольным соотношением формальдегида к карбамиду до Ф:К = (1,0-1,15). Древесные материалы на основе таких смол обладают низкой водостойкостью и физико-механическими характеристиками [1-3]. Для повышения физико-механических свойств и устойчивости к воде в древесных материалах в качестве связующих используют меламинокарбамидоформальдегидные смолы [4-6]. Однако их применение ограничено из-за высокой стоимости связующих и снижения производительности производства. Целью настоящей работы явилось исследование влияния модифицирующей добавки, в качестве которой был выбран гликолурил, на токсикологические и физико-механические характеристики древесных композиционных материалов. Экспериментальная часть Для проведения исследований выбрана коммерческая карбамидоформальдегидная смола марки КФМТ-15, модифицированная гликолурилом. Характеристики модифицированных КФС определены в соответствии с методиками [7] и представлены в табл. 1. Лабораторные однослойные ДСП с расчетной плотностью 750-800 кг/м3 и толщиной 16 мм получены из осмоленной стружки при следующем соотношении: 86% - древесная стружка хвойных и лиственных пород, 14% - клеевая композиция, содержащая модифицированную КФС и катализатор отверждения в количестве 5%. Сформированный древесный ковер подавался в прессовальную машину Fontijne TP 600 с температурой платформ 180°С и усилием смыкания 550 кН, продолжительность прессования составила 240 с. Токсичность ДСП определялась по соответствующей методике [8], физические свойства ДСП (плотность, влажность, разбухание в воде) - в соответствии с нормативной документацией [9]. Предел прочности при изгибе и растяжении в древесных материалах определялся на лабораторной испытательной машине IMAL IBX 600-V. Обсуждение результатов Исследование влияния токсичности ДСП на основе КФС, модифицированных гликолурилом (рис. 1), показало, что при увеличении количества модификатора снижается эмиссия формальдегида, причем модифицирование более 2% не вносит видимого вклада. Скорее всего, это связано с дополнительным связыванием метилольных групп, которые влияют на выделение формальдегида из материалов, с использованием КФС на основе гликолурила. Как известно [1, 2], дополнительное количество карбамида в карбамидоформальдегидной клеевой композиции также приводит к связыванию формальдегида в древесных материалах, ухудшая при этом физико-механические свойства древесных материалов. Модифицирование КФС гликолурилом не приводит к существенному падению предела прочности при изгибе образцов древесных материалов (табл. 2). По-видимому, гликолурил влияет на подвижность и гибкость олигомерной цепи (схема 1). Поскольку при прессовании древесным материалам присуща усадка за счет удаляемых низкомолекулярных веществ, то после прессования в древесно-смоляной композиции создаются остаточные напряжения и дефекты [10. С. 103]. Увеличение разветвленности макромолекулы противодействует возникновению глобулярной структуры, что мешает протеканию реакции в глубине сетчатых агрегатов. Соответственно развернутая структура макромолекулы обеспечивает большую прочность композиционного соединения за счет большой равномерности сшивок, одинаково работающих в силовом поле. Рис. 1. Влияние модифицирующей добавки на эмиссию формальдегида в ДСП Количество модификатора, % масс. Т а б л и ц а 1 Качественные показатели карбамидоформальдегидной смолы Характеристика Норма по ТУ 6-06-12-88 Содержание гликолурила, % мас. 1 1,5 2 3 4 Водородный показатель 7,5-8,5 7,70 7,71 7,61 7,81 7,59 Условная вязкость, с 40-60 52 57 50 45 42 Массовая доля сухого остатка, % мас. 66,0 ± 2,0 66,6 66,2 66,4 67,2 66,9 Время отверждения, с 50-70 52 56 58 57 56 Массовая доля свободного формальдегида, % мас. 0,15 0,12 0,13 0,14 0,14 0,15 Т а б л и ц а 2 Физико-механические свойства древесных материалов на основе модифицированных карбамидоформальдегидных смол Физический показатель Содержание гликолурила, % мас. 0 1 1,5 2 3 4 Плотность ДСП, кг/см3 811 811 803 801 802 745 Разбухание в воде, % 30,8 28,5 30,1 34 36 38 Предел прочности при изгибе, МПа 16,0 18,6 17,8 20,6 16,4 16,7 Т а б л и ц а 3 Токсикологические и физико-механические характеристики образцов опытно-промышленной партии ДСП Показатель ДСП на основе смолы марки КФМТ-15 ДСП на основе смолы марки КФМТ-15, модифицированной гликолурилом Предел прочности при растяжении перпендикулярно к пласти плиты, МПа 0,47 0,51 Предел прочности при изгибе, МПа 15,7 17,8 Разбухание в воде, % 27,4 21,2 Содержание формальдегида в плите, мг/100 г плиты 8,2 5,4 CH2OH H2C uOH I OH I OH CH2OH OH CH2OH -O. OH O-< + OH O O CH2OH C I H H2 / \ N-C-N-C-N NH O C C O H H2 / \ .^NH-C-N-C-N NH I ' ' H2C ' -O. CH2OH O I I H2 1 H HN ^N~C-N-^N-~w O (1) CH2OH I I h^ 1 H HN N-C-N-C-N V/ 11 CO O При добавлении модифицирующей добавки (более 2%) происходит снижение количества метилольных групп, которые участвуют в формировании химической связи с древесными частицами (схема 1), что приводит к повышению хрупкости древесных композиционных материалов. Таким образом, закономерно понижается индифферентность к воде (табл. 2) и снижаются прочностные характеристики древесных материалов. На основе проведенных экспериментов на производственной площадке ООО «Томлесдрев» была выпущена карбамидоформальдегидная смола, модифицированная гликолурилом в количестве 2%. Получена опытно-промышленная партия трехслойных ДСП при существующих на предприятии технологических режимах. В табл. 3 представлены результаты физико-механических и токсикологических показателей ДСП на основе модифицированной гликолурилом КФС. Из табл. 3 видно, что в древесных композиционных материалах на основе модифицированной КФС в 1,5 раза снижается эмиссия формальдегида, а также улучшаются физико-механические характеристики. Заключение Показана возможность использования модифицированных гликолурилом карбамидоформальдегидных адгезивов для создания древесностружечных плит, обладающих пониженной эмиссией формальдегида. Установлено, что оптимальное количество модификатора в карбамидоформальдегидном олигомере, которое не приводит к падению физико-механических характеристик материалов на его основе, составляет 2%. Проведены промышленные испытания по созданию модифицированных гликолурилом карбамидо-формальдегидных смол и трехслойных опытно-промышленных древесно-стружечных плит на их основе, которые показали снижение токсичности на 40%, по сравнению с древесными плитами немоди-фицированного связующего, и сохранение всех физико-механических показателей.

Скачать электронную версию публикации