КОМБИНИРОВАННЫЕ ОТВЕРДИТЕЛИ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ В ПРОИЗВОДСТВЕ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ
Вахнина Т.Н. (ГОУ ВПО КГТУ, г. Кострома, РФ)
The results of the researches of the production processes of the particleboards.
Карбамидоформальдегидные смолы сыграли большую роль в развитии и совершенствовании производства древесностружечных плит. В настоящее время они являются наиболее распространёнными связующими, применяемыми для изготовления древесностружечных плит различного назначения.
Уступая фенольным смолам только в стойкости клеевых соединений к одновременному и длительному воздействию влаги и повышенной температуры (более 60ºС), карбамидные смолы обеспечивают высокую прочность древесностружечных плит, используемых в мебельной промышленности. Не менее важна также способность карбамидных смол к быстрому отверждению, поэтому процесс прессования плит с применением связующих этого типа наиболее производителен. Решение многих проблем требует дальнейшей исследовательской работы со связующими.
В процессе производства ДСтП очень важна возможность регулирования скорости отверждения связующего в строго определенных пределах, что возможно только при применении отвердителей определенного состава. Для изготовления ДСтП в качестве отвердителя часто используют хлористый аммоний в виде водного раствора. Однако применение хлористого аммония в качестве отвердителя для внутреннего и наружных слоев плит может вызвать преждевременное отверждение связующего в наружных слоях древесностружечных плит. На практике в производстве ДСтП наиболее широкое распространение получили комбинированные отвердители, содержащие в своем составе, кроме хлористого аммония, аммиачную воду и карбамид, или только хлористый аммоний и аммиачную воду, или хлористый аммоний и карбамид. Аммиачная вода, добавляемая в сравнительно небольших количествах, частично соединяется с формальдегидом, образуя уротропин. Под влиянием аммиачной воды, обладающей буферными свойствами, замедляется реакция поликонденсации в наружных слоях, предотвращая термодеструкцию отвержденного связующего. Однако в условиях, когда особенно актуальной становится задача интенсификации процесса горячего прессования, более рационально ускорять реакцию поликонденсации во внутреннем слое. Введением в карбамидные смолы отвердителей определенного состава удается регулировать в требуемых пределах не только время отверждения связующих, но и другие их свойства.
Латентные каталитические системы, а также составы связующих и их модификации для конкретных целей строго секретны в конкурирующих фирмах. Отвердители, безусловно, не являются единственным способом, обеспечивающим ускоренное отверждение. Они не могут увеличить темпы производства древесных плит простым добавлением их в связующее. Более того, на одних установках некоторые отвердители используются успешно, в то время как на других требуемый результат не достигается. Это в первую очередь объясняется тем, что сложная многокомпонентная система "связующее–стружка" зависит от большого числа технологических факторов процесса производства. Разработка конкретного рецепта отвердителя должна производиться применительно к реальным производственным условиям данного предприятия.
Данное исследование проводилось применительно к условиям цеха ДСтП ОАО «Фанплит» (г. Кострома), при этом большая часть технологических факторов поддерживалась на уровнях, принятых на базовом предприятии. В работе исследовалось влияние комбинированного отвердителя с добавкой железоаммонийных квасцов на показатели качества древесностружечных плит. Варьировалась удельная продолжительность прессования (Х1) и доля добавки железоаммонийных квасцов в отвердитель внутреннего слоя (Х2). Выходные величины – прочность плит при статическом изгибе (У1), разбухание плит по толщине за 24 часа (У2) и прочность плит на разрыв перпендикулярно пласти (У3). Были получены математические модели выходных величин, после проверки значимости коэффициентов уравнений регрессии модели приобрели вид:
Y1 = 19,6 – 2,95X12 – 2,25X22 – 2,35X1X2;
Y2 = 20,46 + 1,79X1 – 3,01X2 + 4,69X12 – 2,33X1X2;
Y3 = 0,335 + 0,018X1 + 0,032X2 – 0,06X22.
Проверка подтвердила адекватность моделей прочности на статический изгиб и разбухание по толщине, зависимость же прочности плит на разрыв перпендикулярно пласти – не адекватна. Графики зависимостей выходных величин от варьируемых факторов представлены на рис. 1 – 4. Они наглядно характеризуют влияние варьируемых факторов на исследуемые параметры. При максимальном количестве добавки железоаммонийных квасцов (в пределах данного диапазона варьирования) прочность ДСтП при статическом изгибе медленно возрастает с увеличением удельной продолжительности прессования до значения τ′, близкого к середине диапазона. С дальнейшим увеличением τ′ прочность ДСтП резко падает. С уменьшением удельной продолжительности прессования возрастает степень поликонденсации связующего и, следовательно, прочность плит. Однако при дальнейшем увеличении τ′ более продолжительный нагрев приводит к началу явления термодеструкции связующего и ослаблению плиты. При меньшем количестве добавки квасцов во внутренний слой сказывается эффект взаимодействия факторов, т. е. превалирующим становится влияние продолжительности прессования. На максимальном уровне удельной продолжительности прессования прочность ДСтП при статическом изгибе падает по мере возрастания количества добавки квасцов во внутренний слой, здесь плита находится в зоне термодеструкции. При минимальной продолжительности прессования прочность плиты возрастает с увеличением количества добавки квасцов, а затем практически стабилизируется.
Рисунок 1 – График зависимости прочности ДСтП на статический изгиб от удельной продолжительности прессования
Рисунок 2 - График зависимости прочности ДСтП на статический изгиб от добавки железоаммонийных квасцов
Рисунок 3 - График зависимости разбухания ДСтП по толщине от удельной продолжительности прессования
Рисунок 4 - График зависимости разбухания ДСтП по толщине от добавки железоаммонийных квасцов
Разбухание плит по толщине хорошо согласуются с изменением предела прочности ДСтП при статическом изгибе. При всех значениях удельной продолжительности прессования разбухание плит по толщине за 24 часа линейно зависит от доли добавки квасцов – монотонно убывает, но с разной интенсивностью.
Данное исследование наглядно показывает, что работа по совершенствованию состава отвердителя дает возможность любому предприятию сократить время цикла горячего прессования и улучшить показатели качества плит.