ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ГИДРОФОБИЗАЦИЯ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ

 

EFFICIENCY OF CHIP PLATES HYDROPHOBIZATION

 

Бучнева Е.А., Бахар Л. М., Игнатович Л. В. (БГТУ, г. Минск РБ)

Buchneva E. A., Bahar L. M., Ignatovich L. V. (BSTU, Minsk Belarus)

 

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния гидрофобирующего компонента – буроугольной смолы на физико-механические свойства древесностружечных плит.

Results of experimental researches of waterproofing component influence are presented – buro-coal pitch on physicomechanical properties chip plates.

 

Ключевые слова: Древесностружечные плиты, разбухание, водопоглащение, гидрофобизация, свойства.

Keywords: Chip plates, swelling, water absorption, hydrophobization, properties.

 

Способность древесностружечных плит на карбамидоформальдегидных связующих  и изделий из них изменять свои физико-механические свойства в зависимости от температурно-влажностных условий окружающей среды является одним из главных их недостатков. Объясняется это гидролитической неустойчивостью карбамидоформальдегидных смол.

Для уменьшения разбухания и водопоглащения плиты подвергаются гидрофобированию физико-химическими и химическими методами. Наиболее широкое применение находит физико-химический метод, основанный на образовании вокруг древесных частиц тонких пленок из водоотталкивающих веществ, а также на заполнении этими веществами капилляров древесных частиц. В результате, чаще всего, создается кратковременный механический барьер для проникновения влаги.

В качестве гидрофобного вещества в основном применяют парафин, представляющий собой твердый нефтепродукт кристаллического строения, получаемый из дистиллятов парафиновых и высокопарафиновых нефтей. Недостатком его является то, что он является инертным веществом в составе пресскомпозиции древесных плит. Поэтому с течением времени вода проникает к гидроксилам древесины через трещины в пленках гидрофобного компонента и наступает процесс набухания, запаздывающий во времени.

Анализ важнейших теорий адгезий показал, что ни одна из них не может претендовать на универсальность. Однако они не противоречат друг другу и имеют одно общее положение: адгезионное взаимодействие  осуществляется благодаря тесному молекулярному контакту.

Несмотря на то, что адгезия является результатом многих явлений, надежным путем повышения адгезионного взаимодействия является рациональное использование функциональных групп адгезива и субстрата, сопровождающее образованием химических связей.

В данной работе представлены результаты исследований, направленных на установление возможности использования для повышения водостойкости плит буроугольной смолы – отхода экстрактивной переработки сырого буроугольного воска. Она представляет собой твердый кристаллического строения продукт в состав которого входят в масс. % - смоляные спирты – 69,2; стеарины – 20,2; политерпены – 13,6.  Химический состав и поверхностно-активные свойства буроугольной смолы способствуют ее легкой эмульгируемости рядом эмульгаторов, на основании исследования которых выбор был остановлен на  натриевой соли жирных кислот.

На основании данного компонент и парафина готовили эмульсии 30-%-ной концентрации. Их физико-химические свойства представлены в табл. 1.

 

Таблица 1-Физико-химические свойства гидрофобирующих эмульсий

Гидрофобный

компонент

Показатели физико-химических свойств эмульсии

рН

Устойчивость, %

Вязкость поВЗ-4,с

Парафин

10,3

87,0

22,6

Буроугольная смола

8,3

97,0

12,0

Как видно из данных табл.1.,эмульсия буроугольной смолы более устойчива при хранении, а показатели рН и вязкости отражают благоприятное влияние на свойства рабочего раствора смолы, в качестве которой использовалась КФ-МТ 15. Для установления этого исследовалась степень отверждения клеевой композиции, которая оказывает существенное влияние на физико-механические свойства плит. Она характеризуется содержанием нерастворимой в горячей воде фракции отверженного связующего. В проводимой работе определение ее осуществляли путем нагревания 2 г полимера в 200  г. в дистиллированной воды в течение 2 ч и последующего высушивания его сначала до воздушно-сухого состояния, а затем до постоянной массы при температуре 100 ±5°С. Расчет степени отверждения полимера осуществляли путем нахождения отношения навески полимера после водной обработки к первоначальной навеске полимера в %. Отверждение клеевых композиций проводили  при температуре, достигаемой в наружных и внутреннем слоях плит при прессовании, т. е. соответственно при 170 и 105 °С.

Концентрация рабочего раствора смолы для наружных и внутреннего слоев плит была соответственно 60 и 65 %.Отвердитель - сульфат аммония в  количестве 1 %к абсолютно сухой смоле.

Более высокая степень отверждения полимера при использовании буроугольной смолы объясняется тем, что она обладает функциональными группами с высокой энергией взаимодействия (-ОН, -СООН, -NН2). Для установления наиболее рационального количества эмульсии в составе стружечно-клеевой смеси исследовали ее влияние на физико-механические свойства плит в количестве 1,3,5,7, и 10 % к абсолютно сухой стружке в составе рабочего раствора смолы.

Влияние исследуемых эмульсий  на рН, время и степень отверждения смолы КФ  МТ 15 отражено в таблице 2.

 

Таблица 2 - Зависимость физико-химических свойств клеевых композиций от гидрофобного компонента в составе эмульсии

  Гидрофобный компонент

Показатели физико-химических свойств

 

рН

Время отверждения,с

Степень отверждения, % при температуре °С

105

170

Парафин

7,25

77

68,7

70,8

Буроугольная смола

7,05

62

75,2

78,6

Смолу брали в количестве 14 и 10 % по сухим веществам  к абсолютно сухой стружке соответственно наружных и внутреннего слоев. Прессование плит осуществляли при температуре 170 °С и времени 0,35 мин/мм толщины плиты. Влияние гидрофобного компонента оценивали по следующим показателям физико-механических свойств: влажность (ẁ, %), плотность (ρ, кг/м3), пределы прочности при изгибе (σ, МПа) и растяжении перпендикулярно пласти плиты (σ, МПа), водопоглащение (Δẁвд, %) за 24 ч. И разбухание по толщине (Δh,%) за 24 ч. Зависимости указанных показателей от количества эмульсии буроугольной смолы представлены на рис 2- 6.

Рисунок 1 -Зависимость изменения влажности  плит от количества эмульсии буроугольной смолы

Рисунок 2- Зависимость изменения плит от количества эмульсии буро-угольной смолы

Рисунок 3- Зависимость изменения предела прочности при изгибе плит от количества эмульсии буроугольной смолы

Рисунок 4- Зависимость изменения предела прочности при растяжении плит от количества эмульсии буроугольной смолы

Рисунок 5- Зависимость изменения водопоглащения плит от количества эмульсии буроугольной смолы

Рисунок 6- Зависимость изменения  разбухания  плит по толщине от количества эмульсии буроугольной смолы

 

Анализ их показал, что с увеличением количества эмульсии незначительно возрастает влажность и плотность плит, что вызвано повышением влагосодержания стружечно-клеевого пакета  из-за увеличения влаги, вносимой с эмульсией. Эта влага пластифицирует древесный наполнитель, способствуя повышению плотности плит. Наличие в макромолекулах буроугольной смолы активных функциональных групп создает возможность образования адгезионного взаимодействия с компонентами древесины. Это подтверждается показателями предела прочно при растяжении и снижением разбухания водопоглащения плит в сравнении с контрольными  негидрофобированными плитами. Снижение предела прочности при растяжении плит с увеличением количества эмульсии более 5 % объясняется увеличением влагосодержания пакета, а следовательно увеличением  давления пара  внутри пакета при прессовании и ослаблением адгезионного взаимодействия компонентов стружечно-клеевой смеси.

С целью установления устойчивости клеевого соединения к длительному действию воды исследовали динамику водопоглащения и разбухания плит по толщине в течение 30 суток. Уравнения связи представлены в табл.3.

 

Таблица 3-Уравнения связи между водопоглащением, разбуханием плит и временем пребывания образцов в воде

Кол-во буроугольной смолы, %

Уравнение связи

Квадратическая погрешность аппроксимации

5

Δẁвд,=33,4+7,9х-0,42х2+0,007х3

1,93

5

Δh, ,=10,3+1,2Х-0,07х2+0,001х3

0,39

7

Δẁвд=18,0+8,2х-0,4х2+0,006х3

0,86

7

Δh,=6,3+2х-0,1х2+0.002х3

0,42

10

Δẁвд,=12,1+8,1х-0,38х2+0,0066х3

0.53

10

Δh=4,4+3.0х-0.01х2-0.001х3

0,35

На основании полученных результатов исследований считаем, что для достижения полученных показателей физико-механических свойств плит рациональным количеством эмульсии буроугольной смолы в составе стружечно-клеевой смеси является 5 %. С применением ее  содержания свободного формальдегида в клеевой композиции снижается в 1,4 раза.