ИССЛЕДОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ СВОБОДНОГО ФУРФУРОЛА В ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ НА ОСНОВЕ ФУРАНОВОЙ СМОЛЫ
Угрюмов С.А. (КГТУ, г. Кострома, РФ)
Procedure of an estimation of quantitative contents of furfurol in complex materials on the basis of wood with glue from furfurol, is submitted. Results of experimental researches are given by this way.
В настоящее время в России производятся древесные композиционные материалы на основе карбамидоформальдегидных и фенолформальдегидных смол. В процессе производства и эксплуатации таких материалов происходит выделение токсичных веществ - свободного формальдегида и фенола, поэтому их эксплуатация в сферах с повышенными экологическими требованиями (детская мебель, медицина и др.) ограничена.
Материалы, изготовленные на основе фурановых смол более экологичны, однако присутствие в составе смолы фурфурола может оказывать отрицательное воздействие на окружающую среду и здоровье человека.
Методики определения количества свободного фурфурола в клееных древесных материалах в настоящее время не существует вследствие отсутствия их массового производства. Однако есть возможность модернизации существующих методик определения количественного содержания фурфурола в растворах различных веществ.
Известен способ определения содержания фурфурола в сточных водах промышленных предприятий [1,2], на основе которого нами предложена методика оценки содержания свободного фурфурола в клееных древесных материалах на основе фурановых смол (фанера, древесностружечные плиты и др.), которая заключается в том, что образцы материала подвергаюся кипячению в этиловом спирте в течение нескольких часов. В результате такого вооздействия свободный фурфурол, содержащийся в фанере, переходит в раствор. Количество выделившегося фурфурола оценивается фотоколориметрическим способом на приборе КФК.
Сущность способа состоит в следующем. В присутствии концентрированной уксусной кислоты фурфурол концентрируется с анилином с образованием соединения С4Н3ОСН(С6Н4NН2)2, интенсивно окрашенного в красный цвет. Метилфурфурол и гидроксиметилфурфурол в этих условиях образуют соединения желтого цвета, практически не влияющие на оптическую плотность раствора, если ее измерять с желто-зелеными светофильтрами. В анализируемый раствор вводят щавелевую кислоту, двузамещенный фосфат натрия и хлорид натрия для повышения устойчивости получаемой красной окраски. Чувствительность определения очень велика, при длине волны 518 нм молярный коэффициент светопоглощения равен 6,2*104.
Присутствие свободных минеральных кислот при анализе недопустимо. При продолжительном действии солнечного света окраска разрушается.
При анализе используются следующие реактивы: анилин свежеперегнанный, ледяная уксусная кислота, щавелевая кислота (0,5%-ный раствор), фосфат натрия двузамещенный (10%-ный раствор), хлорид натрия (20%-ный раствор), этиловый спирт, стандартный раствор фурфурола.
При подготовке стандартного раствора фурфурола растворяют 3 г свежеперегнанного фурфурола в 1 л дистиллированной воды, отбирают 1 мл этого раствора и разбавляют дистиллированной водой до 100 мл. Полученный раствор содержит 30 мкг фурфурола в 7 мл раствора.
После приготовления растворов в калиброванную пробирку вместимостью 20 мл, снабженную притертой пробкой, вводят 1 мл свежеперегнанного анилина, 1 мл ледяной уксусной кислоты, 2 мл раствора хлорида натрия, тщательно перемешивают, добавляют 1 мл раствора щавелевой кислоты, 1 мл раствора двузамещенного фосфата натрия и помещают пробирку на некоторое время в водяную баню с температурой 20°С, затем наливают в эту пробирку отобранные 5 мл анализируемой пробы, доливают этиловый спирт до 20 мл, перемешивают и оставляют в темноте в водяной бане при температуре 20°С на 1 ч.
Полученный окрашенный раствор переносят в кювету с толщиной слоя 2 см и измеряют оптическую плотность раствора колориметрическим способом на приборе КФК при длине волны проходящего света, возможно близкой к 518 нм. Во вторую кювету наливают раствор холостого опыта, проведенного 5 мл этилового спирта и всеми реактивами.
Содержание фурфурола в анализируемом растворе находят по калибровочному графику, для построения которого отбирают 1, 2, 3, 4 и 5 мл стандартного раствора фурфурола, разбавляют каждую порцию до 5 мл этиловым спиртом и прибавляют к смеси реактивы, как при проведении анализа пробы.
Результаты определения оптической плотности растворов для построения калибровочного графика представлены в табл. 1.
Для оценки применимости методики для оценки содержания свободного фурфурола в композиционных древесных материалах был использован образец клееной фанеры, изготовленный на основе фурфуролацетонового мономера ФА, спрессованный по следующему режиму:
- температура прессования - 150°С;
- давление прессования - 1,8 МПа;
- время выдержки без поднятия давления – 1 мин;
- время выдержки под давлением – 7,5 мин;
- расход связующего – 110 г/м2.
Результаты определения содержания свободного фурфурола в фанере представлены в табл. 2. Так максимальное содержание фурфурола в фанере на основе фурановой смолы наблюдается после 3 ч кипячения в этиловом спите. Вероятно при более длительной выдержке образцов при кипячении происходит частичное разложение выделившегося фурфурола.
|
Точки калибровочного |
Оптическая плотность |
Концентрация |
|||
|
графика |
Замер 1 |
Замер 2 |
Замер 3 |
Среднее значение |
растворов, мг/л |
|
Х1 |
0,879 |
0,880 |
0,881 |
0,880 |
0,86 |
|
Х2 |
0,990 |
0,990 |
0,990 |
0,990 |
1,71 |
|
Х3 |
,157 |
1,18 |
1,158 |
1,158 |
2,57 |
|
Х4 |
1,308 |
1,308 |
1,308 |
1,308 |
3,42 |
|
Х5 |
1,414 |
1,414 |
1,414 |
1,414 |
4,28 |
|
Время кипячения образцов, ч |
Оптическая плотность |
Концентра-ция по калибро- |
Содержание фурфурола, мг/100 г фанеры |
||||
|
Замер 1 |
Замер 2 |
Замер 3 |
Среднее значение |
вочному графику, мг/л |
|||
|
1 |
0,899 |
0,900 |
0,900 |
0,900 |
1,03 |
1,77 |
|
|
2 |
1,160 |
1,160 |
1,161 |
1,161 |
2,61 |
4,99 |
|
|
3 |
1,210 |
1,210 |
1,211 |
1,210 |
2,88 |
4,96 |
|
|
4 |
1,199 |
1,199 |
1,199 |
1,199 |
2,73 |
4,70 |
|
|
5 |
1,195 |
1,195 |
1,196 |
1,195 |
2,68 |
4,62 |
|
Таким образом, предложенная методика позволяет оценить количественное содержание свободного фурфурола на основе фурановых смол. Исследования показали, что для возможно более точной оценки рекомендуется проводить кипячение образцов фанеры в этилов спирте в течение 3-х часов.
На предложенную методику получено положительное решение ФИПС о выдаче патента на изобретение.
Литература
1. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. – М.: Химия, 1984. –390 с.
2. Водзинский Ю.В., Масленников А.С. Экспрессные методы определения фурфурола. – М.: ЦНИИПИ лесохимической промышленности, 1961. – 20 с.).