УДК 674.817-41

МОДИФИКАЦИЯ КЛЕЕВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСНЫХ ВОЛОКОН

 

IMPROVING OF RESINS FOR PRODUCING THERMAL INSULATION MATERIALS FROM WOOD FIBER

 

Белый П.А.,  Ермолин В.Н.,  Баяндин М.А. (Сибирский государственный технологический университет, г.Красноярск, РФ)

Belyy P.A., Ermolin V.N., Bayandin M.A. (SibGTU, Krasnoyarsk, Russia)

 

В данной работе проведены исследования, направленные на изучение возможности модификации связующего для производства теплоизоляционных материалов. Установлено, что при модификации адгезивов газообразователем позволяет обеспечить структуру и требуемые физико-механические свойства теплоизоляционного материала на основе древесных волокон

 

Ключевые слова: Древесное волокно, модификация связующего, теплоизоляция

Key words: Wood fiber, improving of resins, thermal insulation materials

 

Энергосбережение является одним из приоритетных направлений в строительстве, особенно при изготовлении ограждающих конструкций. Обеспечение энергосбережения не возможно без использования теплоизоляционных материалов. Одним из основных критериев энергоэффективности теплоизоляции является теплопроводность. Для обеспечения требуемых показателей плотность материала должна варьироваться от 50 до 75 кг/м3, а его структура должна быть пористая, с равномерно распределенными несферическими порами [1,2].

Существует ряд технологий производства теплоизоляции на основе синтетических полимеров или минеральных волокон, однако данные материалы имеют ряд существенных недостатков, таких как усадка при эксплуатации и токсичность. При их применении необходимо использовать пароизоляционные материалы, так они не могут связывать воду.  Повышение требований к экологии жилища стимулирует интерес к созданию безопасных теплоизоляционных материалов на основе растительного сырья.

Одним из наиболее широко распространенных материалов являются мягкие древесноволокнистые плиты мокрого способа производства. Это обусловлено гигроскопичностью волокон,  обеспечивающей оптимальные температурно-влажностные условия в помещениях. [2]. В качестве сырья для производства таких плит могут быть использованы кусковые отходы, образующиеся при механической обработке древесного сырья. Данный способ в современных условиях является весьма энергоемким, а продукция плотностью от 150 до 300 кг/м3 уступает по теплофизическим характеристикам менее плотным минералватным утеплителям или пенопластам.

Фирмой Siempelkamp предложено изготавливать теплоизоляционные плиты низкой плотности, путем склеивания в непрерывном прессе сухого древесного волокна полиизоционатным связующим, отверждение которого происходит при продувке пакета паром [5].  Это позволяет при малой плотности обеспечить требуемые физико-механические характеристики материала за счет высоких адгезионных свойств клея. Недостатками данной технологии являются:  высокая цена материала, обусловленная высокой стоимостью связующего и возможность реализации данной технологии только в условия многотонажного производства.

Традиционно в РФ для производства древесных композитов применяются клеи на основе фенолоформальдегидных, карбамидоформальдегидных смол и поливинилацетатных дисперсий [4]. Синтетические смолы имеют низкую стоимость и высокую реакционную способность, но обладают токсичностью. Использование поливинилацетатного связующего [4] позволяет получать экологически чистые теплоизоляционные материалы, но при этом продолжительность отверждения и стоимость клея в несколько раз больше в сравнении с термореактивными смолами.

Так как теплопроводность теплоизоляционных материалов зависит от их пористости, то возникает проблема формирования структуры низкой плотности с достаточными прочностными показателями. В процессе осмоления частиц клей наносится в виде капель, что позволяет получить точечное склеивание. При формировании структуры материалов высокой плотности, таких как древесностружечные плиты, в процессе прессования создается давление, которое позволяет приблизить осмоленные частицы между собой и тем самым их склеить. В случае с теплоизоляционными материалами возникает проблема, ввиду невозможности обеспечения принудительного сближения, число реализованных контактов крайне ограничено, что не позволяет обеспечить требуемые механические свойства.

Учитывая этого была выдвинута гипотеза о том, что если в процессе формирования структуры теплоизоляционной плиты увеличится объем клея (т.е. произойдет его вспенивание), то это обеспечит большее количество контактов, тем самым повысятся ее механические свойства. Увеличение объема клея может быть достигнуто введением в клей добавок, которые при нагревании разлагаются с выделением большого объема газа.

Для подтверждения данной гипотезы нами проведены специальные исследования. В качестве газообразующего агента было принято использовать диазоаминобензол. Выбор данного вещества обусловлен его температурой разложения, которая на 2-4 градуса ниже температуры отверждения большинства связующих, используемых в производстве плитных материалов и составляет в пределах 1000С.

При проведении исследований использовались следующие виды распространенных адгезивов: клей ПВА “Люкс” мебельный, смолы СФЖ ГОСТ 20907-75 и КФМТ-15 ТУ 6-06-1288. Так же в исследованиях использовался высокомолекулярный декстран 30%-ой концентрации. Использование данного вещества обусловлено его экологической чистотой и, как показали исследования [6], высокими адгезионными свойствами к древесине.

Каждое из связующих в равной массе разливалось по двум пробиркам равного объема с одним лишь отличием – в нечетные емкости добавлялся диазоаминобензол в количестве 2% от массы связующего и тщательно перемешивался, после чего пробирки помещались в СВЧ-печь и при мощности 600Вт выдерживались в течении 90 секунд, затем измерялось объемное увеличение клея с помощью штангенциркуля.

Результаты исследований представлены в таблице 1.

 

Таблица 1

Изменение объема чистого вещества, %

Изменение объема вещества с диазоаминобензолом,%

Разница  с объемом в жидкой фазе, %

ПВА

94,737

100,000

5,263

Высокомолекулярный декстран

170,000

295,000

125,000

СФЖ

364,706

576,471

211,765

КФМТ-15

380,514

615,386

234,872

 

Как видно из таблицы 1, при добавлении диазоаминобензола к различным клеевым основам наблюдаются существенные различия воздействия на них. Так, добавление добавки к клею ПВА не привело к увеличению объема. Это вероятно связано с тем, что температура разложения диазоаминобензола и температура отверждения ПВА разнятся на значительную величину – клей отверждается преждевременно, до начала разложения диазоаминобензола. Композиция из смолы марки КФ-МТ, диазоаминобензола и хлористого аммония (1%) увеличило свой объем на 576%, что на 211% больше, чем у той же композиции без модифицирующей добавки. Высокомолекулярный декстран и диазоаминобензола в результате отверждения увеличили свой объем на 295%, что на 125% больше, нежели чистое вещество.

Из выше изложенного следует, что введение газообразующего агента в синтетические связующие, такие как высокомолекулярный декстран и смолы марок КФ-МТ и СФЖ позволяет увеличить объем адгезива. Это дает основание для предположения, что данный газообразователь может быть использован при формировании волокнистого материала низкой плотности.

С целью проверки возможности получения плит из древесных волокон малой плотности были проведены исследования. В результате получены образцы теплоизоляционного материала на основе измельченной макулатуры и древесного волокна плотностью от 50 кг/м3 до 120 кг/м3, прочностью на сжатие при 10% - ной линейной деформации [σ10], Мпа=0,01…0,017 и пределом прочности при статическом изгибе [σизг], Мпа= 0,8…0,11, что по предварительным оценкам позволяет сделать вывод о возможности получения теплоизоляционных плит низкой плотности, свойства которых соответствуют ГОСТ [7].

Список использованных источников

1 Finck, J. L. Mechanism of  heat flow in fibrous materials / J. L. Finck //    Bureau of Standards Journal of Research. Washington, 1930.  № 5.  Р. 973-984.

2 Tamami Kawasaki, Manufacture and properties of ultra-low-density fiberboard [text] Tamami Kawasaki • Min Zhang • Shuichi Kawai J Wood Sci (1998) 44:354-360

3 Бирюков, В. И. Древесноволокнистая плита «Софтборд» – многофункциональный изоляционный материал для домостроения [Текст] / В. И. Бирюков [и др.]  // Деревообрабатывающая промышленность.  2008.  № 2.  С.2-4.

4 Ермолина, А. В.  Технология получения теплоизоляционных древесных плит [текст] дис.. канд. техн. наук: 05.21.05. Красноярск, 2012. 173 с.

5 ООО «siempelkamp» [Электронный ресурс] /http://www.siempelkamp.com   М., 2016.  Режим доступа: http://www.siempelkamp.com/index.php?id=2284&L=1

6 Баяндин, М.А. Клеи природного происхождения для производства древесностружечных плит [Текст] М.А. Баяндин, С.Г. Елисеев, И.Ю. Беликова.  Воронеж: Актуальные направления научных исследований XXI века: Теория и практика, 2014.  499 С.

7 ГОСТ 16381 –77. Материалы и  изделия строительные теплоизоляционные. Классификация и общие технические требования. – Взамен ГОСТ 16381 – 70; введ. 30.12.76.  М.: Изд-во стандартов, 1979.  4 с.