ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ
Соколов В.Л. (СибГТУ, г. Красноярск, Россия)
Введение
Древесностружечные плиты (ДСП), а также строительные и отделочные материалы на их основе традиционно широко используются в строительстве и мебельной промышленности. Анализ мирового рынка строительных материалов свидетельствует о ежегодном росте производства и потребления данных видов продукции. При этом отмечен наибольший рост производства древесностружечных плит из крупноразмерной ориентированной стружки (OSB). Благодаря высоким прочностным показателям при статическом изгибе данный материал с успехом используется в строительстве в качестве заменителя клееной фанеры. Кроме того, производство ДСП не требует использования высококачественной древесины и может быть основано на переработке отходов лесопиления и других деревообрабатывающих производств.
Согласно требованиям действующего отечественного стандарта [1], все древесностружечные плиты разделяется на два класса эмиссии свободного формальдегида: Е-1 и Е-2. Для класса эмиссии Е-1 содержание свободного формальдегида не должно превышать 10 мг на 100 г плиты, для Е-2 – от 10 до 30 мг на 100 г плиты.
Основным фактором, сдерживающим рост объемов использования ДСП в строительстве является достаточно жесткие ограничения ПДК свободного формальдегида в воздухе жилых помещениях, принятые в России (0,003 мг/м3). Необходимо отметить, что данные ограничения в несколько раз жестче, чем в ряде стран Европы, США и Японии, на пример в Германии и Нидерландах среднесуточное ПДК формальдегида составляет 0,125 мг/м3.
Решением проблемы снижения токсичности является отыскание способов подавления эмиссии свободного формальдегида из древесностружечных плит без заметного снижения их физико-механических свойств.
Известно несколько основных направлений снижения токсичности ДСП: нанесение на поверхность плит изолирующего слоя из облицовочных и лакокрасочных материалов; модификация связующего; разработка рациональных режимов прессования плит; обработка готовых плит или стружки веществами, способными образовывать устойчивые во времени соединения с формальдегидом. Эти вещества принято называть акцепторами или поглотителями. Наиболее перспективным, на наш взгляд, являются способы, основанные на обработке влажной стружки поглотителями формальдегида. Удержание формальдегида может происходить за счет его взаимодействия с различными функциональными группами, в том числе и с аминогруппами (NH2) [2]. В качестве источника аминогрупп нами предлагается использовать некоторые ароматические амины. Однако в настоящее время отсутствуют данные о использовании соединений указанного класса для снижения токсичности композиционных древесных материалов. Кроме того, остается открытым вопрос о влиянии введенного вещества на физико-механические показатели готовых плит. Таким образом, задача исследований сводится к всестороннему исследованию влияния предложенной добавки на свойства ДСП.
Методика проведения исследований
Для проведения исследований была использована стружка из смеси хвойных и лиственных пород, взятая с технологического потока ЗАО «Красноярский ДОК». В качестве связующего использовали смолу марки КФ-МТ-15. Рабочая концентрация связующего составляла 55%. Количество связующего (по сухому остатку) принималось из расчета 10% от массы абсолютно сухой стружки. В качестве отвердителя использовался хлористый аммоний в количестве 1% от массы смолы.
Однослойная плита получалась путем плоского горячего прессования в лабораторном прессе типа ВП-9024-М при температуре плит пресса 170 0С. Толщина готовой плиты составляла 13±1 мм, а длина и ширина 350 и 250 мм, соответственно. Плотность готовой древесностружечной плиты составляла 700 кг/м3. Удельная продолжительность прессования составляла 0,5 мин/мм толщины плиты. В конце прессования производилась выдержка без давления в течение 1 мин.
В большеформатных плитах, запрессованных при прочих равных условиях уровень содержания формальдегида (особенно в центральной их части) будет значительно выше, чем у малоформатных. Это связано с тем, что в процессе прессования некоторая часть свободного формальдегида может выходить из пакета вместе с паровоздушной смесью через кромки. Для устранения возможной погрешности нами использовалась герметизация рабочего промежутка пресса при помощи рамки, выполненной из древесины сосны. Внутренние размеры рамки в плане составляли 355х255 мм, ее ширина – 50 мм, высота – 15 мм.
В качестве добавки использовался м-нитроанилин. Раствор с концентрацией добавки 0,4, 0,8 и 1,2 г/л в количестве 250 мл наносили на влажную стружку методом распыления. Сушка стружки производилась в сушильном шкафу при температуре 100± 50С до конечной влажности 2-4 %.
После прессования плиты кондиционировались в условиях лаборатории в течение 3 суток. Из полученных плит вырезались образцы стандартных размеров для проведения испытаний физико-механических свойств и определения эмиссии формальдегида методом WKJ. Испытания прочностных показателей проводились на разрывной машине Р-5.
Данные экспериментов сравнивались с исследованиями контрольных образцов из плит, запрессованных по тем же режимам, но без введения добавки.
Обсуждение результатов исследований
На первой стадии настоящих исследований одной из задач являлась разработка способа изоляции рабочего промежутка пресса, что позволило бы моделировать процесс прессования плит стандартного формата. В результате анализа по методу WKJ было установлено, что разница в количестве формальдегида в образцах, полученных из центра плиты и периферийной ее части, не превышает 5 %. Данное обстоятельство свидетельствует о качественной изоляции рабочего промежутка пресса по предложенному способу.
Данные исследований свойств полученных плит сведены в таблицу 1.
Таблица 1- Влияние добавки на свойства плит
|
Наименование показателя |
Количество добавки, мг на 1 плиту |
|||
|
0 |
100 |
200 |
300 |
|
|
Разбухание по толщине за 24 ч, % |
35 |
34 |
34 |
33,5 |
|
Водопоглощение за 24 ч, % |
28 |
28 |
27 |
26 |
|
Придел прочности при статическом изгибе, σ изг, МПа |
11 |
11 |
10,5 |
10,3 |
|
Придел прочности при растяжении перпендикулярно пласти, σ^, МПа |
0,27 |
0,24 |
0,23 |
0,23 |
|
Содержание формальдегида, мг/100г плиты |
14 |
12 |
10 |
9,6 |
Нами отмечено, что при проведении обработки стружки раствором реагента она окрашивается в желтый цвет, что свидетельствует о протекании реакции между компонентами древесины и функциональными группами вводимого реагента. Вероятно, окрашенное соединение возникает в результате реакции конденсации карбонильных групп альдегида (либо кетона) компонентов древесины с аминогруппами ароматического амина по механизму, предложенному профессором Е. Ю. Беляевым [3]. Вместе с тем, способность связывать формальдегид может свидетельствовать о наличии не прореагировавших аминогрупп.
Снижение водопоглощения и разбухания плит вероятно связано с уменьшением количества свободных гидроксильных групп, способных взаимодействовать с водой.
Выводы
1. Способ изоляции рабочего промежутка пресса при помощи деревянной рамки позволяет моделировать процесс прессования большеформатных плит поддонным способом.
2. Обработка сырой стружки водным раствором ароматического амина позволяет снизить количество свободного формальдегида и перевести плиты в класс эмиссии Е-1.
3. В результате введения добавки происходит снижение прочностных свойств плиты, при этом величина водопоглощения и разбухания несколько снижается.
Литература
1 ГОСТ 10632-89 Плиты древесностружечные. Технические условия.
2 Мартынов К. Я. Комплексная защита древесины в строительных изделиях и конструкциях: Учеб. пособие.- 2-е изд.. перераб. и доп.- Новосибирск: НГАСУ, 1998.-112с.
3 Беляев Е. Ю., Ермолин В. Н., Суходолова А. П., Соколов В. Л. Исследование крашения древесины. 1. Крашение водными растворами аминов// Химия растительного сырья. 1998. №.С.55-57.