Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных параформом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат технических наук Мачнева, Ольга Павловна

• Мачнева, Ольга Павловна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мачнева, Ольга Павловна

Введение.

Глава 1. Современное состояние вопроса.

1.1. Требования, предъявляемые к древесностружечным плитам, по физико-механическим и санитарно-гигиеническим свойствам.

1.2. Обзор современных технологий получения малотоксичных

ДСтП.

1.3. Влияние свойств связующего на свойства получаемых древесностружечных плит.

1.4. Влияние катализаторов отверждения на свойства смолы и древесностружечных плит.

Глава 2. Теоретические предпосылки и задачи исследования.

Глава 3. Методические положения экспериментальных исследований.

3.1. Исходные компоненты для получения олигомеров.

3.1.1. Карбамид.

3.1.2. Формальдегид.

3.1.3. Модификатор.

3.1.4. Катализатор и регулятор рН среды при синтезе олигомеров.

3.1.5. Катализаторы отверждения.

3.1.6. Растворы параформа: РП-1 и РП-2.

3.2. Методика синтеза модифицированных клеевых олигомеров.

3.2.1. Методика синтеза вакуумированных карбамидо-формальдегидных смол, модифицированных параформом.

3.2.2. Методика синтеза вакуумированных карбамидо-формальдегидных смол, модифицированных раствором параформа РП-2.

3.2.3. Методика синтеза вакуумированных карбамидо-формальдегидных смол, модифицированных раствором параформа РП-1.

3.3. Приборы и оборудование.

3.4. Методика анализа готовых смол.

3.4.1. Анализ исходного сырья.

3.4.2. Методика определения метилольных групп олигомеров.

3.4.3. Методика определения поверхностного натяжения олигомеров.

3.4.4. Методика исследования олигомеров на вискозиметре «Реотест 2.1».

3.4.5. Методика получения деформационных характеристик отвержденных композиций.

3.5. Технология изготовления ДСтП.

3.6. Определение физико-механических показателей и токсичности ДСтП.

3.6.1. Методика определения плотности древесных плит.

3.6.2. Методика определения предела прочности и модуля упругости при изгибе.

3.6.3. Методика определения предела прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты.

3.6.4. Методика определения содержания свободного формальдегида в ДСтП по методу ВКИ.

3.6.5. Перфораторный метод определения содержания свободного формальдегида в ДСтП.

Глава 4. Результаты исследований и их анализ.

4.1. Синтез и свойства модифицированных олигомеров влияние параформа на свойства ДСтП).

4.2. Исследование свойств модифицированных олигомеров.

4.3. Исследование влияния катализатора отверждения на свойства модифицированных КФ олигомеров и ДСтП на их основе.

4.4. Изучение термодинамических свойств модифицированных олигомеров.

4.5. Изучение реологических закономерностей процесса отверждения модифицированных олигомеров.

4.5.1. Исследование структуры и процесса отверждения олигомеров вискозиметрическим методом.

4.5.2. Исследование структурообразования олигомеров.

Глава 5. Исследование влияния технологических факторов на свойства

ДСтП, изготовленных с применением смолы КФ-ПС.

5.1. Выбор экспериментального плана.

5.2. Выбор диапазона варьирования факторов.

5.3. Проверка однородности дисперсий в реализованных планах эксперимента.

5.4. Расчет коэффициентов регрессии и оценка их значимости.

5.5. Проверка адекватности регрессионных моделей.

5.6. Оптимальные технологические параметры при прессовании древесностружечных плит.

Глава 6. Экономический эффект от использования смолы КФ-ПС.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных параформом»

Производство древесностружечных плит (ДСтП) является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей деревообрабатывающей промышленности.

Развитию производства ДСтП способствует высокая эффективность их применения, так как они имеют ряд преимуществ перед другими древесными материалами, а именно:

- для их получения используется низкокачественная древесина и отходы деревообрабатывающих производств;

- они имеют большие размеры в плоскости, что обеспечивает их технологичность в производстве мебели и строительстве;

- существует возможность получения плит с повышенной огнестойкостью и устойчивостью к действию дереворазрушающих грибов и насекомых, с пониженными показателями водо- и влагопоглощения;

- процесс производства плит характеризуется высокой экономичностью и почти полной автоматизацией.

На сегодняшний день, несмотря на все вышеуказанные достоинства производства ДСтП, перед промышленностью все еще остро стоят вопросы по снижению их токсичности. Эта проблема берет свое начало от произволе гва связующих материалов, предназначенных для получения плит.

Для производства ДСтП и других клеевых материалов из древесины свое широкое применение нашли карбамидоформальдегидные олигомеры (КФО).

Широкое распространение КФО обусловлено их определенными преимуществами по сравнению с другими синтетическими олигомерами. К этим преимуществам относятся: высокая адгезионная способность, высокая скорость отверждения, низкая вязкость при высокой концентрации, высокая стабильность смол при хранении, бесцветность, хорошая смешиваемость с водой, низкая стоимость и богатая сырьевая база. В отвержденном состоянии КФО бесцветны, ограничено стойки к воздействию окружающей среды.

К недостаткам таких полимеров следует отнести малую водостойкость, невысокую термо- и теплостойкость и токсичность.

Устранение недостатков КФО представляется возможным в усовершенствовании технологических параметров процессов поликонденсации карбамида с формальдегидом и химической модификации как непосредственно во время синтеза, так и готового олигомера.

Многочисленные работы по снижению токсичности в ДСтП требуют дальнейшего, более глубокого и детального изучения, а затем — внедрения.

В данной работе исследуется возможность применения параформа (параформальдегид; смесь низкомолекулярных полиоксиметиленгликолей) в качестве модификатора для КФО с целью улучшения их свойств, и, как следствие, получение ДСтП на основе модифицированных олигомеров с высокими физико-механическими показателями и низким содержанием свободного формальдегида.

Модификатор представляет собой осадок - отход, образующийся в процессе хранения формалина.

Целью настоящей работы является разработка технологий и условий синтеза (и условий применения в качестве связующего) новых карбамидо-формальдегидных смол, модифицированных параформом (ПФ), с такими физико-химическими показателями, которые дадут возможность получать древесностружечные плиты, соответствующие по своим физико-механическим показателям ГОСТ 10632-89 и классу эмиссии формальдегида E-I.

Для решения этой задачи необходимо проведение исследований, позволяющих разработать режимы получения модифицированных КФС, изучить их физико-химические свойства, создать технологию изготовления ДСтП на основе этих смол, а также определить основные физико-механические показатели готовой продукции.

Заключение диссертации по теме «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», Мачнева, Ольга Павловна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны и исследованы новые карбамидоформальдегидные смолы КФ-ПС, КФ-РП-1, КФ-РП-2, обладающие положительными физико-химическими свойствами и позволяющие получать древесностружечные плиты с эмиссией формальдегида по классу E-I.

2. На основании анализа проведенных экспериментов и теоретических исследований разработаны режимы синтеза клеевых карбамидоформальдегидных олигомеров, модифицированных параформом.

3. Предложены два способа загрузки параформа в реактор: в виде порошка и в растворенном виде.

4. Разработана технология растворения параформа.

5. Исследовано влияние различных отвердителей на свойства получаемых продуктов.

6. Исследования термодинамических, реологических и технологических свойств синтезированных олигомеров подтвердили предположение, что параформ оказывает положительное влияние на их физико-химические свойства.

7. Получены уравнения регрессии, выражающие зависимость между прочностью ДСтП, разбуханием, выделением свободного формальдегида из плит и основными режимами прессования: температурой прессования, количеством связующего и временем прессования. С использованием регрессионных уравнений сформулирована многокритериальная задача оптимизации и определены оптимальные параметры режима прессования ДСтП.

8. Разработаны и утверждены технологические инструкции на процесс получения олигомеров КФ-ПС, КФ-РП-2 и технические условия на эти олигомеры.

9. Рассчитана прибыль, которая возможна при использовании смолы КФ-ПС вместо применяемой КФ-НФП, в настоящее время. Прибыль составляет более 22 млн. руб. в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мачнева, Ольга Павловна, 2006 год

1. Мелони Т. Современное производство древесностружечных и древесноволокнистых плит.: Пер. с англ. В.В. Амалицкого и Е.И. Карасева. - М.: Лесная промышленность, 1982. - 414 с.

2. Рекомендации по расчетным характеристикам древесных плит. М.: Строй-издат, 1982.

3. Шайберт В. Древесностружечные плиты. — М.: Гослесбумиздат, 1961.

4. Кауфман Б.Н. и др. Производство и применение древесностружечных плит за рубежом. М.: 1958.

5. Сенчуров К.Т. Мировое производство древесностружечных плит. — М.: Деревообрабатывающая промышленность, № 9, 1971.

6. ГОСТ 10632-89 Плиты древесностружечные. Технические условия.

7. CS 239 "Mat forming wood particleboard".

8. Швайкова М.Д. Токсилогическая химия. М.: Медицина, 1975. — С. 111.

9. Грацианская Л.Н., Ковшило В.Е. Справочник по профессиональной патологии. Л.: ВМА, 1981. - С. 11.

10. Перечень веществ, продуктов, производственных процессов, бытовых и природных факторов, канцерогенных для человека. ГН 1.1.029-95. М.: Госкомсанэпиднадзор России 1995.

11. Анохин А.Е. Российский рынок смол для деревообработки. М.: Деревообрабатывающая промышленность., 1997. — № 3. — С. 19.

12. Лапшин Ю.Г., Поташов О.Е., Абельсон А.Ф. Древесностружечные плиты в конструкциях мебели. М.: Лесная промышленность, 1978. -87 с.

13. Национальный план действий по охране окружающей среды Российской Федерации на 1999-2001 годы. От 12.11.98.

14. Вирпша 3., Бжезинский Я. Аминопласты. М.: Химия, 1973. - 343 с.

15. Азаров В.И., Цветков В.Е. Технология связующих и полимерных материалов. М.: Лесная промышленность, 1985. — 216 с.

16. Бахман А., Мюллер Я. Фенолопласты. М.: Химия, 1978. - 228 с.

17. Бахар Л.М., Бучнева Е.А. Использование гидролизного лигнина в производстве древесностружечных плит. — М.: Деревообрабаты-вающая промышленность., 1995. № 2. - С. 17-19.

18. Сапотницкий С.А. Использование сульфитных щелаков. Изд. 2-е, доп. и переработ. -М.: Лесная промышленность, 1965. 284 с.

19. Анохин А.Е. Экологические аспекты производства и применения карбамидоформальдегидных олигомеров в деревообрабатывающей промышленности. В экспресс-информ. - (Плиты и фанера; Вып. 2).— М.: ВНИПИЭИлеспром, 1991. - С. 2-9.

20. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.2.729-99.

21. Отлев И.А., Штейнберг Ц.Б. Справочник по производству древесностружечных плит. — М.: Лесная промышленность, 1990.

22. Кононов Г.Н. Химия древесины и ее основных компонентов. М.: МГУЛ, 1999.-347 с.

23. Роффаэль Э. Выделение формальдегида из древесностружечных плит. -М.: Экология, 1991. 156 с.

24. Родионов А.И. Дискретное осмоление в производстве древесностружечных плит. Дис.к. т. н. -М.: МГУЛ, 1996 г. 140 с.

25. Щедро О.А. Химические процессы при прессовании древесностружечных плит и влияние их на выделение формальдегида. Обзорная информация. Плиты и фанера. Вып. 2. -М.: ВНИПИЭИлеспром, 1984. -48 с.

26. Лапшин Ю.Г., Кочманова Т.И. О сокращении расхода связующего и прочности склеивания древесных частиц в производстве ДСтП. — М.: Деревообрабатывающая промышленность., 1990. № 7. — С. 15.

27. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследование процессов деревообработки. — М.: Лесная промышленность, 1984. — 232 с.

28. Емельянов С.В., Ларичев О.И. Многокритериальные методы принятия решений. -М.: Знание. 1985, сер. «Математика и кибернетика», № 10.

29. Темкина Р.З. Снижение выделения формальдегида из древесностружечных плит. Обзорн. информ. М.: ВНИПИЭИ-леспром, 1973.-40 с.30. Патент № 403893 (Швеция).31. Патент № 2929775 (ФРГ).

30. Заявка № 51 -42167 (Япония).33. Патент №2829021 (ФРГ).34! А.С. 994521 (СССР).

31. Глазков С.С., Мурзин B.C., Снычева Е.В. Влияние латексных композиций на свойства карбамидоформальдегидных смол при хранении. М.: Деревообрабатывающая промышленность, 2004. - № 6.-С. 24-26.36. А.С. 537087 (СССР).

32. Патент № 57-27905 (Япония).

33. Глухих В.В., Бурындин В.Г., Коршунова Н.И. и др. , Изменение функционального состава карбамидоформальдегидных смол при хранении. // Изв. вузов. Лесной журнал. 1996. № 4-5. С. 153-159.

34. Левкина Л.Н. Новые карбамидные и дисперсные клеи в производстве мебели. Обзорн. информ. М.: ВНИПИЭИлеспром. - 1989. — 36 с.

35. Глазков С.С., Бельчинская Л.И., Саушкин В.В. Низкотоксичные прессованные плиты на основе модифицирующих связующих. // Тез. докл. IX симпоз. «Модификация древесины». Познань, 1993. - С. 45-48.41. Патент № 2240677 (ФРГ).42. Заявка № 56-30457 (ФРГ).

36. Заявка № 53-61686 (Япония).

37. Заявка № 53-61688 (Япония).

38. Цветков В.Е. Совершенствование процесса склеивания древесных материалов. Автореферат. Дис.д. т. н. -М.: МЛТИ, 1990 г. 44 с.

39. Азаров В.И. Модификация КФС и применение их в древесных материалах. Дис.д. т. н. -М.: МЛТИ, 1983 г. -360 с.

40. Щербаков А.С., Мельникова Л.В. Технология композиционных древесных материалов. М.: Экология, 1992. - 190 с.

41. Заявка № 55-90572 (Япония).

42. Заявка № 56-20014 (Япония).50. Патент № 4285848 (США).

43. Патент № 2287459 (Франция).

44. Ipiri J., 1976., v 6, № 2, p. 56-58.

45. Ipiri J., 1976., v 6, № 2, p. 59-61.

46. Цветков B.E. Исследование свойств карбамидоформальдегидных клеев, модифицированных ацетоноформальдегидным олигомером. // Науч. тр./ МЛТИ. 1987. Вып. № 192, стр. 40-46.55. А.С. 730782 (СССР).56. А.С. 1116039 (СССР).

47. Заявка №48-10339 (Япония).58. А.С. 1240763 (СССР).59. Патент № 1669868 (ФРГ).60. Патент № 1745483 (ФРГ).61. Патент № 2427097 (ФРГ).62. Патент № 1595224 (ФРГ).

48. Заявка № 52-2855 (Япония).64. Патент № 1720268 (ФРГ).65. Патент № 1720284 (ФРГ).66. Патент № 235211 (ФРГ).

49. Комаров А.Ю. Технология древесностружечных плит на основе невакуумированных карбамидоформальдегидных смол, модифицированных гликолями. Дис.к.т.н.-М.: МГУ Л, 1999. 177 с.

50. Пасько Ю.В. Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных смесью одноатомных спиртов. Дис. .к. т. н. М.: МГУЛ, 2003 г. - 165 с.

51. Пасько Ю.В. Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных смесью одноатомных спиртов. Автореферат Дис.к. т. н. М.: МГУЛ, 2003 г. — 16 с.70. А.С. 651011 (СССР).

52. Проблемы получения карбамидных смол и изделий из них. НИИТЭХИМ 1980. 54 с.72. Патент № 228273 (ГДР).73. Патент №562095.74. Патент № 2080334.

53. Заявка № 57-27905 (Япония).

54. Цветков В.Е. Исследование процесса модификации карбамидных смол эпоксисодержащими соединениями. Дис.к. т. н. М.: МЛТИ, 1975 г. -150 с.

55. Доронин Ю.Г., Мирошниченко С.Н., Свиткина М.М. Синтетические смолы в деревообработке. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Лесная промышленность, 1987 г. 224 с.

56. Патент № 1601597 (Великобритания).

57. Связывание свободного формальдегида в аминоформальдегидных конденсатах. Пер. Вирпша 3. 14 с.80. Заявка-52-11351 (Япония).

58. Справочник по химическим веществам.82. Заявка № 2700337 (ФРГ).83. Заявка 2337150 (Франция).

59. Эльберт А.А. Химическая технология древесных плит. — М.: Лесная промышленность, 1984. — 224 с.

60. Тихомирова Р.Г., Мехтиев А.А. Основные пути модифицирования аминоформальдегидных олигомеров и материалов на их основе. -М.: 1984.-27 с.

61. Шварцман Г.М., Щедро Д.А. Производство древесностружечных плит. — М.: Лесная промышленность, 1987. 319 с.

62. Отливанчик А.Н. Производство и применение древесностружечных плит. — М.: Госиздат, по строительству, архитектуре и строительным материалам. Москва, 1962. — 310 с.

63. Цветков В.Е., Иванькин М.А. Модифицированные пропиточные смолы. // Науч. тр. МГУЛ. 2003 г. - Вып. № 319.

64. ГОСТ 2081-92. Карбамид. Технические условия.

65. ГОСТ 1625-89Е. Формалин технический. Технические условия.

66. ГОСТ 2263-79. Едкий натр технический. Технические условия.

67. ГОСТ 2210-73Е. Хлористый аммоний технический. Технические условия.

68. ГОСТ 908-79Е. Кислота лимонная. Технические условия.

69. Цветков В.Е., Мачнева О.П. Синтез и свойства карбамидоформальдегидных олигомеров, модифицированных раствором параформа. // Науч. тр. / МГУЛ, 2005 г. № 331.

70. Мачнева О.П. Свойства древесностружечных плит на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных раствором параформа. // Науч. тр. Вып. 329 (6). - М.: МГУЛ, 2004. - 352 е.: ил.

71. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии. / Под ред. Ю.Г. Фролова и А.С. Гродского. М.: Химия, 1986. - 216 с.

72. Никитин А.А., Карасев Е.И. Свойства пропиточных олигомеров. // Науч. тр. / МЛТИ. 1989. - Вып. 215.-С. 53-56.

73. Резниченко А. «Еврохим 1»: ставка на инновации. / Мебельное обозрение. -2000. - № 4. - С. 16-17.

74. Никитин А.А. Покрытие древесных плит материалами на основе модифицированных карбамидоформальдегидных смол. Дис.к. т. н. — М.: МГУЛ, 1997 г.-237 с.

75. ГОСТ 10634-88. Плиты древесностружечные. Методы определения физических свойств.

76. ГОСТ 10635-88. Плиты древесностружечные. Методы определения предела прочности и модуля упругости при изгибе.

77. ГОСТ 10636-90. Плиты древесностружечные. Методы определения предела прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты.

78. ГОСТ 27678-88. Плиты древесностружечные и фанера. Перфораторный метод определения содержания формальдегида. >

79. ГОСТ 14231-88. Смолы карбамидоформальдегидные. Технические условия.

80. Коробанов А.В. Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных меламином. Дис. к. т. н. М.: 2004 г. - 131 с.

81. Коробанов А.В. Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных меламином. Автореферат. Дис. к. т. н. -М.: 2004 г. 18 с.

82. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. М.: Химия, 1977. - 352 с.

83. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. Свойства и применение. — М.: Химия, 1975. — 246 с.

84. Ениколопян Н.С., Вольфсон С.А. Химия и технология полиформальдегида. — М.: Химия, 1968. 280 с.

85. Рыбин Б.М., Елисеева Н.В., Азаров В.И. К вопросу выбора модификаторов карбамидоформальдегидной смолы при приготовлении лаковой композиции для отделки древесины. // Науч. тр. / МЛТИ. -1991.-Вып. 242.-С. 144-149.

86. Ebewel Robert О., Myers George Е., River Bryan H., Koutsey Jamts A. Polyamine modified urea-formaldehyde resins. I Synthesis, structure and properties.// J. Appl. Polim. Sci. - 1991. - V. 42, № 11. - Pp. 2997 - 3012.

87. Москвитин Н.И. Склеивание полимеров. M.: Лесная промышленность, 1968.-304 с.

88. Виноградов Г.В. Малкин А.Я. Реология полимеров. — М.: Химия, 1977.-438 с.

89. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии: учебник для вузов. — М.: Химия, 1982.-400 с.

90. Иванькин М.А. Облицовывание древесных плитных материалов бумажно-смоляными пленками на основе карбамидомеламино-формальдегидных смол. Дис.к. т. н. — М.: 2005 г. — 168 с.

91. Иванькин М.А. Облицовывание древесных плитных материалов бумажно-смоляными пленками на основе карбамидомеламино-формальдегидных смол. Автореферат. Дис. .к. т. н. — М.: 2005. 17 с.

92. Рыженкова С.А. Склеивание древесных материалов модифицированными карбамидоформальдегидными клеями. Дис. к. т. н. -М.: МЛТИ, 1986 г. 178 с.119. Патент №2081886.120. Патент № 2064940.121. Патент №2061707.

93. Розенблит М.С., Житорев К.С., Крылов Г.В. Практикум по планированию эксперимента. — М.: МЛТИ, 1983. — 75 с.

94. Пижурин А.А. Основы научных исследований в деревообработке: Учебное пособие к выполнению лабораторных работ для студентов спец. 260200 и 170400 / 2-е изд. М.: МГУЛ, 2004. - 167 е.: 11 ил.

95. Пижурин А.А., Пижурин А.А. Основы научных исследований в деревообработке: учебник для вузов. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 305 е.: ил.

96. Пижурин А.А. Методика планирования экспериментов и обработка их результатов. Учебное пособие для ФПКП и аспирантов. М.: МЛТИ, 1972.-74 с.

97. Хрулев В.М., Дорноступ С.Б. и др. Древесностружечные плиты для деревянного домостроения и улучшения их санитарно-гигиенических свойств. Механическая обработка древесины. Вып. № 8. — М.: ВНИПИЭлеспром, 1989. 52 с.

98. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. — М.: Наука, 1981. — 110 с.

99. Шымкович Д.Г. Пакет программ многокритериального оптимального проектирования лесозаготовительных машин и механизмов. // Науч. тр. / МГУЛ. 1994 г. Вып. № 271. - 224 с.

100. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в техникс-экономических исследованиях. — М.: 1981. — 263 с.

101. Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ. Издание 10-е, стереотипное. М.: Химия, 1973. — 720 с.

102. Тришин С.П. Технология древесных плит: Лабораторный практикум. Для студентов специальностей 2603.00, 2602.00 М.: МГУЛ, 2001. -96 е.: ил. 87.