Результат интеллектуальной деятельности: Клей для изготовления древесно-стружечных плит и плит на основе отходов однолетних растений

Изобретение относится к получению клеев на основе фенолформальдегидных смол, используемых в деревообрабатывающей промышленности при изготовлении древесно-стружечных плит и плит на основе отходов однолетних растений, например, плит на основе костры льна.

Известен клей для производства древесно-стружечных плит на основе водорастворимой фенолформальдегидной смолы резольного типа СФЖ-3014 (Доронин Ю.Г. Синтетические смолы в деревообработке / Ю.Г. Доронин, С.Н. Мирошниченко, М.М. Свиткина. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Лесная промышленность, 1987. - с. 102-106).

Однако, водорастворимая фенолформальдегидная смола обладает большой величиной поверхностного натяжения (60…70 мН/м), поэтому неравномерно распределяется по поверхности древесных частиц при производстве древесно-стружечных плит и по поверхности частиц однолетних растений, например, костры льна, обладающих меньшим поверхностным натяжением (40…50 мН/м). Физико-механические свойства древесно-стружечных плит и плит на основе отходов однолетних растений имеют низкие показатели вследствие не полной растекаемости связующего и неравномерности его распределения по поверхности частиц наполнителя.

Известны клеи на основе спирторастворимых фенолформальдегидных смол (фенолоспиртов) с различной степенью отгонки водно-спиртовой фракции (Патент SU 65474 Способ получения фенолальдегидных пластиков / А.А. Ванштейдт, А.А. Васильев. - №321684; заявл. 20.04.1943. - 3 с.), обладающие меньшей величиной поверхностного натяжения, и, как следствие, более равномерно распределяющиеся по поверхности древесных частиц при осмолении, что позволяет производить древесно-стружечные плиты с более высокими физико-механическими характеристиками.

Однако применение данных смол связано с повышенной токсичностью как самого производства, так и готовой продукции на их основе, поскольку содержание свободных токсичных веществ в исходном клее весьма значительно, а склеивание древесных материалов на основе данных смол связано с технологическими трудностями, заключающимися в необходимости подсушки осмоленных материалов. Кроме этого спирторастворимые фенолформальдегидные смолы более дорогие, чем водорастворимые. Их применение связано с рядом технологических трудностей, в частности, для промывки технологического оборудования требуется соответствующий растворитель - спирт.

Известен клеевой состав для производства костроплит на основе фенолоформальдегидной смолы с модифицирующей добавкой на основе бутанола-1 с уменьшенной величиной поверхностного натяжения (Патент RU 2377271 Клей для изготовления костроплит / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков. - №2008115759; заявл. 21.04.2008. - 5 с.).

Однако применение данного клеевого состава связано с токсичностью и пожароопасностью процесса производства клеевого состава, поскольку бутанол-1 относится к классу легковоспламеняющихся жидкостей, смеси паров бутанола-1 с воздухом взрывоопасны.

Известен клей для изготовления древесно-стружечных плит, включающий готовую водорастворимую фенолформальдегидную смолу СФЖ-3014 с модифицирующей добавкой на основе фурфуролацетонового мономера ФА и n-толуолсульфокислоты (Патент RU 2571908 Клей для изготовления древесно-стружечных плит / С.А. Угрюмов, А.В. Осетров, А.А. Федотов. - №2014105647; заявл. 14.02.2014. - 6 с.) - прототип.

Недостатком данного клеевого состава является необходимость использования дорогого фурфурол-ацетонового мономера ФА, что ведет к удорожанию продукции. Данный клеевой состав применим только для производства древесно-стружечных плит, так как его вязкость остается на высоком уровне. При осмолении наполнителей на основе отходов однолетних растений не происходит равномерного распределения клея, что приводит к снижению физико-механических показателей плит.

Технической задачей изобретения является создание клея на основе водорастворимой фенолоформальдегидной смолы с недорогой модифицирующей добавкой, обеспечивающей повышение физико-механических свойств плит за счет более равномерного распределения клея по поверхности древесных частиц при их осмолении, а также расширяющих область применения клея при производстве не только древесно-стружечных плит, но и плит на основе отходов однолетних растений при практически неизменяемом технологическом процессе плитного производства.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в состав клея, включающего водорастворимую фенолформальдегидную смолу, дополнительно вводят модифицирующую добавку - фурфурол, при следующем соотношении компонентов, масс. ч:

Клей готовят следующим образом. Предварительно перегоняют фурфурол при температуре кипения, равной 161,5°С для удаления продуктов окисления фурфурола.

Смолу и фурфурол смешивают в установках приготовления связующего, например ДКС-1. Компоненты связующего подаются раздельно насосами-дозаторами в лабиринтную мешалку, где происходит смешивание компонентов и образование однородного клея в виде эмульсии. Из лабиринтной мешалки клей подается в смеситель на стадию осмоления наполнителя.

Существенным признаком, отличающим заявляемое техническое решение от прототипа, является то, что модификатором клеевого состава на основе фенолоформальдегидной смолы является фурфурол, что позволяет снизить поверхностное натяжение клеевого состава и улучшить равномерность распределения клея по древесным частицам при изготовлении древесно-стружечных плит, или по частицам костры льна при изготовления костроплит, или по частицам иных отходов однолетних растений, например, измельченной соломы злаковых растений, костры конопли, шелухи подсолнечника, шелухи риса, повысить физико-механические показатели этих плит при удешевлении конечного продукта.

Требуемое количество вводимого модификатора определено на основе экспериментальных исследований с привлечением основных положений теории смачивания и адгезии, согласно которой полимерные составы, применяемые при осмолении наполнителей, должны обеспечивать полное смачивание поверхности субстрата. Для достижения полного смачивания и высокой адгезии необходимо, чтобы поверхностное натяжение субстрата (костры льна) было больше поверхностного натяжения адгезива (клея) (Берлин А.А. Основы адгезии полимеров / А.А. Берлин, В.Е. Басин. - М.: Химия, 1974. - с. 78).

Изобретение иллюстрируется следующими материалами:

Фиг. 1. Характеристика клеевых составов на основе фенолоформальдегидной смолы марки СФЖ-3014 с модифицирующей добавкой на основе фурфурола.

Фиг. 2. Сравнительные свойства древесно-стружечных плит на основе фенолоформальдегидной смолы марки СФЖ-3014 с модифицирующей добавкой на основе фурфурола.

Фиг. 3. Сравнительные свойства костроплит на основе фенолоформальдегидной смолы марки СФЖ-3014 с модифицирующей добавкой на основе фурфурола.

При введении в состав клея на основе фенолоформальдегидной смолы марки СФЖ-3014 свежеперегнанного фурфурола краевой угол смачивания существенно уменьшается (фиг. 1). Существенное улучшение смачивания поверхности костры льна достигается при введении в состав клея на основе водорастворимой фенолоформальдегидной смолы фурфурола в количестве 0,5-2,5 масс. ч.

На фиг. 2, 3 приведены сравнительные физико-механические характеристики древесно-стружечных плит и костроплит, изготовленных с применением клея на основе водорастворимой фенолоформальдегидной смолы марки СФЖ-3014 с введением в состав клея модификатора -фурфурола. Плиты, толщиной 16 мм, произведены из березовой резаной стружки и костры льна (фракции 10/2), плотностью 750 кг/м³, с расходом связующего 12% относительно массы абсолютно сухого наполнителя. Температура плит пресса при прессовании составляла 180°С, удельное давление прессования 2 МПа, время выдержки под давлением 8 мин. Из фиг. 2, 3 видно, что при введении в клеевой состав на основе водорастворимой фенолформальдегидной смолы марки СФЖ-3014 модифицирующей добавки в виде свежеперегнанного фурфурола в количестве 0,5-2,5 масс. ч заметно повышаются физико-механические характеристики древесно-стружечных плит и костроплит. Увеличение содержания модификатора в клее более 2,5 масс. ч. приводит к снижению прочности и водостойкости плит.