О выборе синтетических смол для производства древесно-стружечных плит —
Из многих строительных изделий, вырабатываемых в настоящее время с применением синтетических связующих, древесно-стружечные плиты являются, пожалуй, наиболее распространенными. Производство их благодаря наличию огромных ресурсов дешевого исходного сырья, сравнительно небольшому расходу смол и возможности изготовления высококачественных изделий, причем самого различного назначения, за короткий срок быстро шагнуло вперед.
К концу текущего семилетия намечено довести выпуск древесно-стружечных плит до 3,5 млн. /I3, из которых около 2/3 предназначается для строительных целей — устройства полов и перегородок, подшивки потолков, изготовления дверных полотен, облицовки панелей и др. Для достижения предусмотренного объема производства необходимо в течение ближайших лет построить более 100 новых предприятий и крупных цехов, оснащенных современным оборудованием, обеспечив их достаточным количеством связующих (около 200 тыс. т в год).
В этой связи весьма важное значение приобретает вопрос о выборе смол с различными качественными и технологическими параметрами, отвечающими требованиям производства древесно-стружечных плит. Обычно для этой цели применяются термореактивные синтетические смолы, твердеющие под действием высокой температуры и катализатора и обладающие высокой адгезионной способностью к древесине. Затвердевшая смола практически не растворяется, а при повторном нагревании не размягчается. Термопластичные смоты не применяются для производства плит, так как они затвердевают лишь при снижении температуры прессуемого материала, а это связано со значительным удлинением цикла прессования и, следовательно, с резким уменьшением выпуска продукции. Кроме того, при нагревании эти смолы могут снова размягчаться, а значит и плиты, изготовленные на их основе, по мере повышения температуры будут терять прочность.
Термореактивные смолы получаются в результате реакции поликонденсации из двух разных химических продуктов. Первый из них это фенол, мочевина или меламин, а второй — всегда альдегид (чаще всего формальдегид). Отсюда и название смол — фенолформальдегидные или мочевинно-формальдегидные. Учитывая, что во всех синтетических смолах, практически применяемых в производстве древесно-стружечных плит, формальдегид является обязательным компонентом, для сокращения наименования смол целесообразно называть их по основному компоненту, определяющему качество смолы, и, только в тех случаях, когда формальдегид заменяется другим продуктом, добавлять его название в наименование смолы. Например: ксиленольная смола, карбамидная смола, фенольная смола. Исходя из этих соображений, в дальнейшем изложении смолы будут именоваться сокращенно.
В настоящее время предприятия, выпускающие древесно-стружечные плиты, применяют для склеивания древесины смолы различных марок, в частности фенольные марки «Б» и СП-2 и карбамидную МФ-17. Однако эти смолы еще дороги н дефицитны.
С целью выбора смол, наиболее отвечающих требованиям технологии производства и качества выпускаемой продукции во ВНИИНСМе были испытаны различные виды связующих: карбамидные смолы, смолы, сваренные из суммарных фенолов (в том числе из лесохимических), лужнофенольные и смола М-48.
Связующие, предназначенные для выпуска такой массовой продукции, как стружечные плиты, должны изготовляться из недефицитного, недорогого сырья и при том обладать минимальной токсичностью. Как известно, доля стоимости смол относительно готовой продукции (плит) колеблется в пределах 40—60°/о,- Понятно, что использование дешевого сырья значительно снизит стоимость плиты.
Нормальной концентрацией связующего принято считать 50%. Вязкость рабочего раствора при этой концентрации должна быть 5—20° ФЭ-36 (от 70 до 300 сантипуаз). Раствор в этих условиях свободно распыляется форсунками при давлении воздуха 3—4 атм. Уменьшение концентрации ведет к увеличению влажности прессуемой смеси, а это, в свою очередь, вызывает осложнения в технологическом процессе, в первую очередь снижает производительность пресса.
Кроме того, смочы должны сохранять свою жизнеспособность (вязкость в заданных пределах) возможно дольше, иначе затрудняется их перевозк»3 хранение и использование. По условиям технологии необходимо, чтобы отверждение связующего г; исходило при температуре 100° в течение 1—2 мин. Чаще всего это достигается добавлением отвердителей (катализаторов). Рабочий раствор (смола отвердитель) при нормальной температуре не должен оставаться жидким долее 12—20 час.
При горячем прессовании плит (температура 140°) связующее прочно склеивает между собой частицы стружек. Плиты объемным весом 0,7 г,см полученные из стружек — отходов деревообрабатывающих производств — при добавлении 8—10% смолы (к весу стружки) должны обладать пределом прочности не менее 100 кг/см2 (обычно от 130 до 170 кг/см2 и более). Водопоглощенпе плит при погружении в воду на 24 час. (при температуре 20) составляет 60—80%,. Добавление гидрофобизирующих добавок значительно повышает водостойкость плит.
Помимо перечисленных требований, желательно, чтобы связующие были светлых тонов, без запаха.
Остановимся подробнее- на свойствах синтетических смол, применяемых сейчас в производстве стружечных плит. К группе карбамидных относятся мочевинные и мочевинно-меламиновые смолы, изготовленные с различными добавками или без них. Преимуществами этих смол являются: большая
скорость отверждения и возможность регулирования ее в значительных пределах, высокая прочность склеивания, отсутствие запаха в готовых плитах, бесцветность.
Запасы сырья для карбамидных смол практически неограничены: мочевина синтезируется из углекислого газа и аммиака, а формальдегид — из метилового спирта, получаемого в свою очередь из метана — отхода при крекинге нефти.
К числу отрицательных свойств таких смол относятся слабая стойкость к одновременному воздействию воды и тепла и переменному увлажнению и высушиванию.
Соотношение мочевины и формалина при синтезе карбамидных смол обычно составляет от 1 : 1,5 до I : 2; конденсация большинства смол ведется в две фазы. Качество готовой смолы зависит от соотношения компонентов, применяемых катализаторов, н, главным образом, от режима варки. Поэтому, хотя исходным сырьем для получения карбамидных смол являются одни и те же материалы, свойства конечного продукта могут быть весьма различны. Смолы отличаются друг от друга жизнеспособностью, скоростью затвердевания, прочностью склеивания, водостойкостью.
В прошлом году нами были исследованы свойства 20 марок и разновидностей карбамидных смол. Определялась жизнеспособность смол, концентрация, вязкость, время отверждения при температурах 20 и 100° с различным количеством отвердителя. Для прессования опытных образцов была использована древесная стружка, измельченная на молотковой дробилке и просеянная через сито с отверстиями диаметром 10 мм. Стружка смешивалась с распыленной смолой в соотношении 10:1 (10%t смолы в пересчете на сухой продукт). Прессование осуществлялось в гидравлическом прессе с прессующими плитами, нагретыми до 140°, под давлением 25 кг/см2 с выдержкой 0,7 мин. на 1 мм толщины плиты.
Лучшими карбидными смолами оказались смол марок МФ и МФФ, синтезированные И. Л. Деркоской (НИИПМ). Они могут быть приготовлены концентрацией от 50 до 70% и сохраняются в течении 4—6 мес. без изменения вязкости и не рассла! ваясь. Добавление хлористого аммония (0,05—0,1 ° к весу смолы) способствует затвердеванию смол! при 100° за 1—2 мин.; при температуре 20° смол! остаются жидкими в течение 6—20 час., Стружечны плиты, изготовленные на этих смолах, обладают на к более высокими показателями прочности и водо стойкости.
В ближайшие годы рост ресурсов мочевины и кар бамндных смол будет, по-видимому, отставать от быстро возрастающих потребностей производства служенных плит. В связи с этим необходимо найти заменители, которые могли бы быть использованы в качестве связующих. Некоторые заводы уже сейчас применяют для этой цели смолы марок «Б» и СП-2, получаемые из чистого кристаллического фенола. Однако они весьма дороги и дефицитны, так как фенол широко используется в ряде отраслей химической промышленности, где он не может быть заменен другими продуктами.
Суммарные фенолы представляют собою сложные смеси замещенных фенолов (крезолы, ксиленолы, нафтолы, двузначные фенолы, эфиры двузначных фенолов и т. д.)., Общим для всех этих веществ является наличие фенольного гидроксила и способность давать при взаимодействии с формальдегидом смолообразные продукты. Замещенные фенолы существенно отличаются друг от друга скоростью реакции взаимодействия с формальдегидом, что затрудняет приготовление из них однородных смол.
Метод конденсации суммарных фенолов позволяет получать водноэмульсионные смолы, которые могут быть использованы в качестве связующих в производстве древесно-стружечных плит. В настоящее время резольные смолы получены из суммарных фенолов Щехинского газового завода (марки ГФ-2), сланцевых суммарных фенолов (марки ФС-5), смеси изомеров ксиленолов (марки КФС-10), фенолов, выделенных из надсмольных вод (марки КФ 20)
В Архангельском институте леса и лесохимии канд. техн. наук А. А. Соколовой разработан метод получения фенололигниновых смол. В этом типе смол до 50% фенола заменены щелочным сульфатным или гидролизным лигнином. Для получения смол использовались ксиленолы и суммарные щекинские фенолы.
В. Е. Ваковским и А. М. Кунпным в Калининском торфяном институте получены резольные смолы на основе суммарных фенолов, выделенных из торфяных дегтей. Стружечные плиты на этих смолах показали предел прочности при статическом изгибе 118—152 кг/см2 (при объемном весе 700 кг/см3), водопоглощение 74% и набухание 38%. Однако для достижения таких качественных показателей плиты пресса приходится нагревать до 160°.
Большинство плит, изготовленных на резольных смолах из суммарных фенолов, обладает резким и неприятным запахом, что весьма ограничивает возможность использования их в строительстве. Однако обработка плит горячим воздухом (150—160°) в течение двух часов уничтожает запах и, кроме того, на 20—30% снижает водопоглощение и набухание материала. При организации цехов по производству древесно-стружечных плит на смолах из суммарных фенолов необходимо предусматривать устройство специальных камер с хорошей вентиляцией для тепловой обработки изделий.
Смолы, приготовленные на суммарных фенолах, как правило, обладают сравнительно короткой жизнеспособностью (от 8—10 дней до 1—1,5 мес.), поэтому их необходимо варить в местах потребления. Основные технологические свойства этих смол получасмых на их основе плит приведены в табл. 2.
При выборе синтетических смол для производства древесно-стружечных плит первостепенное значение приобретают вопросы экономики. Снижение стоимости плит зависит прежде всего от уменьшения расхода смолы на единицу продукции, а также повышения качества стружки, улучшения технологии производства, механизации и автоматизации процессов труда на предприятиях.
Есть немало возможностей и для снижения стоимости самой смолы, в первую очередь за счет удешевлення ее компонентов, сокращения их расхода, исключения из рецептуры дорогих составляющих и уменьшения расходов на варку смолы. В связи с использованием для синтеза мочевины природных газов и газов, получаемых при переработке нефти, а также при использовании для варки смол мочевинно-формальдегидного концентрата, стоимость смол может быть значительно снижена.
Суммарные фенолы уже сейчас обходятся некоторым предприятиям дешевле, чем установленная на них прейскурантная цена. Следовательно, есть основания предполагать, что с ростом производства этих фенолов снизится их стоимость, а, следовательно, и стоимость смол.