О ВЛИЯНИИ ТЕРОМООБРАБОТАННЫХ ОТХОДОВ НА ВОДОСТОЙКОСТЬ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ
ABOUT INFLUENCE OF THE HEAT-TREATED WASTES ON WATER RESISTANCE OF PARTICLE BOARDS
БучневаЕ.А., БахарЛ.М. (БГТУ, г.Минск, Республика Беларусь)
Buchneva E.A, Bahar L.M.(BSTU, Minsk, Belarus)
Рассмотрение основных закономерностей, наблюдаемых в древесностружечных плитах при водопоглощении, позволило установить, что наибольшее изменение в них вызывает набухание древесины.
The results of studying the processes ofсonsideration of the mainregularitiesobserved inparticle boardswithwater absorption, revealed thatthe greatest changein themcauses swelling of thewood
Ключевые слова: древесностружечные плиты, водопоглощение, термообработка, связующее
Key words: particle boards, water absorption, heat treatment,connective
Гигроскопичность древесины, как следует из аналитического обзора, в значительной степени может быть снижена в результате проведения термообработки, при температуре 170-200°С. Вызвано, это физико-химическим изменением компонентов древесины.
Основываясь на выводах аналитического обзора и теоретического раздела о влиянии термообработки на сорбирующую способность древесностружечных плит, древесины и ее компонентов, считаем целесообразным провести исследования возможности использования для повышения водостойких плит отходов от термообработанных материалов. Выбор был остановлен на отходах от производства от самих плит. Это древесная пыль от их калибрования и шлифования.
Данная древесная пыль состоит из частиц, подвергшихся при прессовании плит термическому воздействию и упрессовке, то есть факторам, способствующим снижению гигроскопичности древесины. Кроме этого, она содержит 10-12% отвержденного связующего, поликонденсация которого при режимах прессования древесностружечных плит не происходит в полной мере. Подтверждение этому служит снижение после повторного нагревания при температуре 170°С в течении 6 часов растворимости отвержденной смолы в горячей и холодной воде соответственно в 9,4 и 6,5 раза [1].
Однако, как отмечают авторы работы [2] эта пыль обладает большой чувствительностью к влаге. Поэтому необходимо было проверить ее сорбционную способность, в сравнении с другими видами древесной пыли.
В качестве их были взяты древесная пыль от калибрования и шлифования фанеры и отсев ее стружки, фракция которых была 250/0 мк. Влажность воздуха при испытании составляла 98%. Наблюдение велось в течение 60 суток.
Анализ показал, что наибольшей гигроскопичностью обладает древесная пыль от калибрования и шлифования фанеры, наименьшей - отсев от стружки. В этом проявляется влияние таких факторов, как действие температуры и давления при изготовлении плит и фанеры, наличие отвержденного связующего в пыли от плит, и способов получения частиц. Так при шлифовании образование пыли происходит в результате взаимодействия абразивных частиц шлифовальной шкурки с обрабатываемой поверхностью. Этот процесс взаимодействия можно представить как одновременное резание на небольшую глубину множеством резцов, беспорядочно и близко расположенных относительно друг друга. В процессе такого резания образуются не вытянутые, как при изготовлении стружки, а мелкоизмельченные частицы.
В настоящее время разнообразными и независимыми методами доказано, что при механическом воздействии на полимеры, имеет место механокрекинг и образование активных частиц, обрывков исходных цепочек, имеющих природу свободных макрорадикалов. Точками наиболее вероятной концентрации напряжений при деформации полимеров являются места стыка ответвлений с основной цепочкой в разветвленных полимерах и поперечные связи в сетках.
Среди многочисленных исследований, проводимых в этом направлении, имеется ряд работ, отражающих результаты исследований процессов механохимии древесины и ее основных компонентов при сухом измельчении [3-5].
Первые систематические исследования механохимии древесины принадлежат Штаудингеру, Дрехеру и Эконштаму. В дальнейшем эти исследования были дополнены Гроном. Было доказано, что интенсивная механохимическая обработка древесных материалов приводит к изменению их структуры и к появлению таких новых свойств, как растворимость, плавление или окисление.
Первые работы в области исследования сухого измельчения целлюлозы были выполнены Штаудингером, Гессом, Грогом, а позднее Детерсом. Во всех случаях авторы наблюдали значительное уменьшение степени полимеризации, изменение способности к гидролизу, повышение адсорбции красителей, а также изменение реакционной способности.
Детерсом было установлено, что в случае целлюлозы и ее производных возможен собственно механохимический разрыв энергетически однородных связей С-С и С-О. Этот вывод нашел отражение в работах других исследователей [5].
Проблема выяснения путей стабилизации фрагментов деструкции очень сложна. Образующиеся активные частицы, радикальные или ионные, рекомендуют дезактивировать путем насыщения остатками воды, спиртов, передачи цепи, прививки на другие макромолекулярные цепи.
Примером может служить увеличение в значительной степени стойкости препаратов целлюлозы к гидролизу и алкоголизу после водной обработки. Плотность препаратов целлюлозы, понизившаяся в результате механического воздействия от 1507 до 1498, после обработки водой и высушивания вновь возрастает до 1510 [4].
Интересные результаты, относящиеся к выделению и анализу лигнина из механохимически обработанной измельченной древесины ели, описывает Грон с сотрудниками [4]. Они отмечают увеличение оптимального содержания лигнина с ростом степени измельчения древесины. Авторы подчеркивают, что в основном химические реакции при этом сводятся к частичному гидролизу углеводов и осмолению.
Изменению при измельчении подвергается также отвержденное связующее. Исследовано влияние измельчения на термоотвержденное фенолформальдегидное связующее. В результате его получается порошкообразный жесткий регенерат, лишенный текучести и не способный при прессовании образовывать монолитное изделие. Однако при измельчении в присутствии мономеров или полимеров образуются частицы регенерата с привитыми на поверхности компонентами. Такой модифицированный регенерат хорошо прессуется и дает монолитные изделия не менее, а иногда и более прочные, чем исходный материал, подвергнутый механорегенерации[4].
Эти результаты нашли подтверждение в наших работах, в которых отражена возможность повышения прочности и водостойкости прессованных изделий путем использования в качестве их наполнителя древесной пыли от калибрования и шлифования древесностружечных плит. Показатели свойств таких изделий снижаются при замене древесной пыли опилками от раскроя плит на мебельные заготовки [6-10]. В последнем проявляется влияние степени и способа измельчения полимерного материала, а, следовательно, его химического состава.
Установлено, что в древесной пыли от калибрования и шлифования древесностружечных плит в сравнении с аналогичной фракцией древесных частиц, приготовленных из наружных слоев плит в 4 раза выше содержания азота и в 2 раза количество веществ, растворимых в горячей воде. Высокое медное число целлюлозы указывает на то, что она подвергается значительному гидротермическому воздействию в процессе прессования и механохимической деструкции при шлифовании. Поэтому повышенная сорбционная способность древесной пыли к влаге вызвана, вероятно, дезактивацией активных частиц ее остатками воды.
Возможность стабилизации фрагментов деструкции полимерных составляющих древесной пыли открывает пути к ее обработке и эффективному применению в производстве плит и других прессованных материалов. В тоже время как материал, подвергнутый термообработке и упрессовке в процессе прессования, древесная пыль способствует повышению водостойкости плит, особенно при длительном воздействии воды.
Большим достоинством плит, включающих данные отходы, является стойкость к длительному действию воды. Такой эффект не достигается применением гидрофобных компонентов. После циклической термовлагообработки аналогичной натурным испытаниям в течение двух лет прочность плит, содержащих эти отходы, была в 1,5-1,8 раза выше, чем контрольных плит. Коэффициент размягчения плит находится в пределах 0,88-0,94, что позволяет отнести их к водостойким материалам.
Список использованных источников
1. Эльберт Л.Л. Водостойкость древесностружечных плит. – М.: Лесная промышленность, 1979. – 96 с.
2. Веселов А.А., Попова Н.Д. Оптимальная влажность пыли для наружных слоев древесностружечных плит. Фанера и плиты. Реферативная информация. – М.: №11, 1973. –С. 10-11.
3. Барамбойм Н.К. Механохимия полимеров. – М.: Издательство н.-техн.литературы РСФСР, 1961. - 231 с.
4. Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений. - М.:Химия, 1978.-304 с.
5. Симионеску К., Опреа К. Механохимия высокомолекулярных соединений. – М.: МИР, 1970.-357 с.
6. А.с. 763151. Способ производства ДСтП с облицованным слоем из шлифованной пыли. / Е.А.Бучнева, А.Н.Минин, Г.В.Наумова и др.-опубл. в Б.И. 1980, № 34.
7. А.с.648436 (СССР). Прессмасса. /А.Н.Минин, Е.А.Бучнева, А.К.Соколова, В.Л.Боронникова. – опубл. в Б.И., 1979, № 7.
8. Бучнева Е.А., Боронникова В.Л., Бахар Л.М., Курьянович Л.А. Об эффективности использования шлифовальной пыли в производстве прессованных изделий. Материалы научно-технической конференции “Пути использования и утилизации промышленных отходов и вторичного сырья”. -Минск: 1980. -С. 75-78.
9. Бучнева Е.А., Минин А.Н., Боронникова В.Л. Отходы древесины в производстве древесностружечных плит и эффективное направление их использования. Тезисы докладов к научно-технической конференции. “Комплексное использование лесных ресурсов и их воспроизводство на Европейском Севере”. -Архангельск, 1979. -С. 60.
10. Минин А.Н., Бучнева Е.А., Боронников В.Л., Бахар Л.М. Отходы древесностружечных плит в изготовлении композиционных древесных пластиков. - В сб.: Механическая технология древесины. -Минск: Вышэйшая школа, 1982, вып.12.- С.49-53.