К ПРОБЛЕМЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗЕРВОВ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ ПРИ СКЛЕИВАНИИ ДРЕВЕСИНЫ
Матюшин И.Т., Анохин А.Е. ( ОАО "МЭЗ ДСП и Д", г. Москва, РФ)
The results of studying the processes of obtaining glues with use of vegetable cell: starch, peptides, lipids.
Древесина представляет собой природный полимер, состоящий из целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина. Целлюлоза является полисахаридом, образующим скелет растительной клетки. Гемицеллюлозы и лигнин укрепляют и наполняют растительную клетку и могут быть при соответствующей химической обработки отделены от целлюлозы. Конечный продукт разложения целлюлозы и гемицеллюлоз - Д-глюкоза, которая является также основным элементом молекулярных цепей полисахаридов, являющихся резервом питательных веществ растительной клетки - крахмала, способного в определенных условиях проявлять клеящие свойства.
Крахмал это полисахариды растений, общей формулой (С6Н10О5)n дающие при полном гидролизе глюкозу. Полисахариды крахмала -амилоза и амилопектин построены из остатков Д-глюкопиранозы, соединенных a-1,4,глюкозидными связями. В местах ветвления глюкозидные остатки присоединены к основной цепи a-1,6-связями. Соотношение амилозы и амилопектина в крахмале зависит от вида растения. В среднем крахмал содержит 25% амилозы и 75% амилопектина. В теплой воде зерна крахмала разрушаются с образованием клейстера в три стадии: набухание, увеличение объема зерен в несколько сот раз, вымывание растворимых полисахаридов. Из способности резервов растительной клетки образовывать клеевые соединения происходят технологии безклеевого получения древесных плит и пластиков путем термообработки древесины под высоким давлением, когда компоненты древесины образуют сшитые цепи с целлюлозой. Однако неоднородность растительных клеток в разных частях древесины, низкий резерв питательных веществ в клетке приводит к нестабильности показателей прочности и водостойкости таких плит. Другой известный путь использования клеевых компонентов древесины является их растворение в растворителях, сушки до смолообразного состояния, а затем склеивания древесных частиц этими смолами. Третий путь - это химическая обработка альдегидами или смолами, выделяющими при отверждении альдегид. Альдегиды вступают в реакцию с гидроксилами полисахаридов, образуя пространственную решетку с повышенной прочностью и водостойкостью. Так, при изготовлении древесностружечных плит класса Е-2 избыток формальдегида, выделяющийся при деструкции смолы, обеспечивает плитам высокую водостойкость и прочность. Связывание формальдегида при синтезе смол вызывает необходимость введения парафина для повышения водостойкости плит класса Е-1. Одним из путей повышения прочности плит класса Е-1 является использование крахмалосодержащих продуктов, наличее в которых кольчатых структур полисахаридов повышает термостойкость клеев и снижает токсичность клеевых швов.
В условиях рыночных отношений использование в производстве древесных плит дешевых отходов производства, дровяной древесины с большим содержанием гнили снижает прочностные показатели готовых плит. Введение в стружку на основе такой древесины активных полисахаридов повышает исходную прочность разрушенной растительной клетки за счет образования дополнительных химических связей между гидроокислами полисахарида и древесины. Аналогичного эффекта добиваются при обработке бумаги крахмалосодержащими веществами.
Для снижения эмиссии формальдегида из клеевых швов на основе карбамидоформальдегидных смол найдено оптимальное соотношение карбамид : формальдегид (К : Ф) в пределах 1,0 : 1,12 - 1,16 моля, ниже которого резко падают клеящие свойства смолы. Поэтому введение крахмалосодержащих продуктов например, пшеничной муки в смолу КФ-МТ-15 с К : Ф - 1 : 1,2 моля позволяет получить вязкие малотоксичные клеи для термокаширования плит пленками без снижения прочности клеевого шва. Наличие свободного карбамида в низкомольных карбамидных смолах приводит в условиях переработки к его разложению с образованием биурета и аммиака. Известно [1], что при температуре 150°С карбамид и биурет взаимодействуют с гидроокислами углеводов с образованием уретанов. При протекании этой реакции возможно формирование сшивок между углеводными молекулами, в том числе с образованием нерастворимых продуктов. Добавка крахмалосодержащих веществ при склеивании древесины возможна путем обработки стружки, шпона, волокна крахмалом или его модификациями, введением окисленных крахмальных реагентов (ОКР) в состав связующих и клеев [2], соконденсация крахмала с карбамидными смолами, наполнение смол сухим крахмалом или совмещение нескольких способов. Промышленное использование окисленного крахмального реагента марки ОКР-4 в качестве добавки в связующее при производстве плит показало, что окисление крахмала в щелочной среде разрушает полисахаридную цепь с получением водорастворимого продукта, неактивного по отношению к формальдегиду.
Другой путь введение крахмала в измельченном виде после размола зерна обеспечивает снижение затрат по сравнению с окислением. Кроме того, наличие в пшеничной муке белка, липидов, облегчает связывание формальдегида и способствует образованию сетчатых структур. При взаимодействии моносахаридов с альдегидами в кислой среде образуются алкилиденовые производные. Формальдегид реагирует с производными моносахаридов только в очень жестких условиях, что объясняется неустойчивостью карбокатиона, с образованием, которого связана реакция.
В проводимых исследованиях изучали два способа введения муки: наполнение и соконденсация со смолой. При наполнении смолы расход муки составлял 2-20% в зависимости от области использования клея. При хранении смесей мука начинает вступать в реакцию со смолой на 4-7 сутки, что выражается в резком наборе вязкости и увеличении коэффициента рефракции. Разбавление такой смеси водой способствовало ускорению реакции отверждения, без изменения клеящих свойств. При использовании смол с разными конечным соотношением К : Ф введение муки не изменяет начальной заданной клеящей способности смолы. Содержание формальдегида в клеевом шве до его отверждения изменяется не значительно. Однако после отверждения с ростом содержания муки степень связывания формальдегида увеличивается от 5,0 до 9,5 раз. Достижение заданной степени связывания формальдегида зависит от мольного соотношения К : Ф в исходной смоле и расхода муки. Целью работ по соконденсации муки с карбамидными смолами являлось сокращение расхода муки. Проведение реакции при повышенных температурах из-за более полного раскрытия свойств составных частей муки, позволяет получить соконденсат удовлетворяющий заданным требованиям с меньшим расходом муки. Подбор оптимальных условий соконденсации позволил снизить расход муки в 3 раза. В результате проведенных работ разработаны крахмалосодержащие клеи и связующие для производства ДСтП, фанеры, для термокаширования древесных плит.
Освоение выпуска и переработки окисленного крахмального реагента ОКР-4 в производстве древесностружечных плит позволило повысить выход плит I сорта на 3-4%, снизить количество пылесмоляных пятен на поверхности пласти плиты, устранить залипание осмоленной стружки в формашинах. На способ применения крахмалосодержащих веществ при изготовлении клеев получен патент РФ.
Литература.
1. И.А.Гамова, С.Д. Каменков. Теплоизоляционные материалы на основе древесных опилок и высокозольного сапропеля. Деревообрабатывающая промышленность, № 5, 2000 г, с 15-16.
2. И.Т.Матюшин, А.Е.Анохин. О снижении выделения формальдегида при отверждении низкомольных карбамидных смол. Тезисы докладов научно-практического семинара "Состояние и перспективы развития производства древесных плит", г.Балабаново, ВНИИДрев, 15-16.03.2000г, с 56-58.