Способ изготовления древесно-стружечных плит

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленности. Способ включает смешение древесных частиц с карбамидоформальдегидной смолой, бутадиенстирольным метакрилатным латексом, хлористым аммонием и аэросилом, формирование ковра, холодную подпрессовку и горячее прессование. Связующее вместо хлорида аммония содержит кремнефтористый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбамидоформальдегидная смола - 82,8-93,4, кремнефтористый аммоний - 0,6-1,2, бутадиенстирольный метакрилатный латекс (БСМК) 4,0-12,0, аэросил - 2,0-4,0. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить физико-механические и экологические показатели плит. 2 табл.

 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленности.

Известен способ изготовления ДСтП на основе модифицированных латексными составами карбамидоформальдегидных смол, включающий обработку частиц композиционным связующим с последующим горячим прессованием (И.Иосифов и др. Свойства древесностружечных плит на основе модифицированных латексными составами карбамидоформальдегидных смол. Высший лесотех. ин-т, София, IX Симпозиум, 9, 1989, стр. 185-189).

Недостатками данного способа являются использование бутадиенстирольных латексов, не содержащих в своем составе карбоксильных групп, загущающих добавок в виде латекса с высоким содержанием метакриловых групп, а также отсутствие активного наполнителя, способного эффективно сорбироватъ остаточный формальдегид. Эмиссия из готовых плит данного соединения, обладающего канцерогенными и мутагенными свойствами, крайне затрудняет использование плит в строительстве и практически исключает их применение в мебельной промышленности.

Известен способ изготовления древесно-стружечных плит из отходов деревообрабатывающей промышленности, включающий смешение древесных частиц со связующим, содержащим карбамидоформальдегидную смолу, хлористый аммоний, смесь бутадиенстирольных карбоксилатного и метакрилатного латексов, эмульгатор ОП-10, тринатрий фосфат и аэросил, формирование ковра, холодную подпрессовку и горячее прессование (патент РФ № 2074090, кл. В 27 N 3/04, 27.02.1997).

Недостатками данного способа являются невысокие показатели прочности и водостойкости плит, а также технологические трудности, связанные со сложным составом композиционного связующего.

Наиболее близким по своим техническим параметрам является способ изготовления ДСтП (патент РФ № 2176186, кл. В 27 N 3/02, С 08 L 97/02 // (C 08 L 97/2, 61:24) 27.11.2001, Бюл. № 33), включающий смешение древесных частиц с карбамидоформальдегидной смолой, бутадиенстирольным метакрилатным латексом, хлористым аммонием и аэросилом, формирование ковра, холодную подпрессовку и горячее прессование, связующее содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:

карбамидоформальдегидная смола - 76,4-93,2

хлористый аммоний - 0,8-1,6

бутадиенстирольный метакрилатный латекс - 4,0-12,0

аэросил - 2,0-10,0

Существенным недостатком данного отвердителя является следующее: при гидролизе хлорида аммония образуется гидроксид аммония и хлористый водород, который в настоящее время признан канцерогенным для человека. Образующиеся при гидролизе гидроксид аммония и хлористый водород в условиях высокотемпературного (140-170°С) отверждения переходят в парогазовую фазы в виде аммиака и хлористого водорода, концентрация которых снижается в результате удаления вместе с парогазовой средой через кромки прессуемого плитного материала. Последнее обстоятельство отрицательно влияет на равномерность отверждаемой смолы и тем самым снижает прочностные свойства конечного плитного материала.

Задачей изобретения является повышение физико-механических показателей плит, а также улучшение экологических свойств плитных материалов, что расширяет области их применения.

Для решения этой задачи в способе изготовления ДСтП, включающем смешение древесных частиц со связующим, содержащим карбамидоформальдегидную смолу, аэросил и бутадиенстирольный метакрилатный латекс с содержанием в сополимере звеньев, мас.%: бутадиена - 25, стирола - 20, формирование ковра и горячее прессование, связующее содержит в качестве отвердителя кремнефтористый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбамидоформальдегидная смола - 82,8-93,4

кремнефтористый аммоний - 0,6-1,2

бутадиенстирольный метакрилатный латекс (БСМК) - 4,0-12,0

аэросил - 2,0-4,0

Получаемый эффект от использования в качестве отвердителя кремнефтористого аммония можно пояснить следующим. Кремнефтористый аммоний [(NН₄)₂SiF₆] является аммониевой солью кремнефтористой кислоты, которая хорошо растворима в воде и подобно хлористому аммонию подвергается гидролизу с образованием кислой среды, необходимой для отверждения карбамидоформальдегидной смолы. При этом предлагаемый в данной композиции отвердитель обладает комплексным действием. Кремнефтористая кислота, по силе приближаясь к серной, способна при меньших концентрациях отвердителя давать необходимую для отверждения смолы кислую среду, а также, обладая инсектицидными свойствами, обеспечивает ими и плитные материалы, которые приобретают более широкий диапазон применения. Катион аммония содержится в данном соединении вдвое большем количестве, чем хлориде аммония, который является отвердителем для смолы в прототипе. Данная особенность кремнефтористого аммония является преимуществом, так как при гидролизе образуется большее количество слабого основания - гидроксида аммония, легко разлагающегося с образованием аммиака, который является активным акцептором свободного формальдегида и повышает экологические показатели плитных материалов и расширяет области их применения.

При этом латекс БСМК, не требующий дополнительного загущения и стабилизации, имеет минимальные размеры коллоидной частицы (мицеллы) и легко распределяется в карбамидоформальдегидной смоле. В условиях, которые характерны для горячего прессования, т.е. при повышенной температуре до 165°С и присутствии кислого катализатора (кремнефтористый аммоний), происходит более интенсивное взаимодействие карбоксильных групп латекса с метиламинными или оксиметильными функциональными группами смолы с образованием трехмерно- целостной структуры клеевого шва. Введение БСМК в смолу в определенном интервале позволяет регулировать частоту "сшивки" (или M_с - молекулярную массу цепи между узлами в трехмерном полимере) между макромолекулами смолы. Таким образом, латекс БСМК, выступая в роли вспомогательного "сшивающего" агента для смолы, обеспечивает образование более регулярной, упорядоченной структуры отвержденной смолы, которая характеризуется меньшим числом структурных дефектов сетки. Последнее обстоятельство способствует росту когезионной прочности клеевого шва и прочностных характеристик плиты.

В данном случае наряду с когезионной прочностью обеспечивается высокая адгезия связующего к поверхности древесных частиц. Существенную роль при этом играет активный наполнитель - аэросил (ТУ 14-922-77), представляющий собой специальным образом изготовленный мелкодисперсный оксид кремния с развитой гидроксилированной поверхностью. Заполняя микропоры древесных частиц, аэросил тем самым увеличивает полезную площадь склеивания древесных частиц между собой. Представляя собой полярное кислородсодержащее вещество, аэросил обеспечивает высокую степень насыщенности водородными связями между древесиной и полярными группами композиционного связующего. Физико-химические свойства аэросила оказывают существенное влияние на содержание свободного формальдегида. Вероятно, аэросил наряду с латексом активно участвует в процессе отверждения смолы, препятствуя образованию парогазовых пузырьков, где концентрируется остаточный формальдегид, и обеспечивает хемосорбцию последнего за счет наличия контактных микропор и неравномерной насыщенности химических связей гидроксилированной поверхности частиц аэросила. Однако использование в качестве отвердителя кремнефтористого аммония позволяет снизить содержание аэросила в силу отмеченной повышенной способности кремнефтористого аммония связывать свободный формальдегид. Немаловажным обстоятельством является то, что хемосорбция формальдегида аэросилом осуществляется при температуре ниже температуры прессования ДСтП. Поэтому в условиях высокотемпературного прессования аэросил не оказывает значительного влияния на скорость поликонденсационных процессов и тем самым не снижается производительность процесса.

Снижение эмиссии остаточного формальдегида достигается также за счет способности формальдегида присоединяться в кислой среде по двойной связи метакрилатного латекса.

Способ осуществляется следующим образом.

Сушат стружечно-опилочную массу в лабораторной сушильной камере конвективного типа до влажности 2-4%. Готовят связующее путем смешения карбамидоформальдегидной смолы с латексной композицией, аэросилом и кремнефтористым аммонием.

Концентрация связующего при этом составляет 57-67 мас.%, условная вязкость по В3-4-150-170 сек. Расход связующего 12% по сухому остатку к массе абсолютно сухих древесных частиц. Соотношение стружки к опилкам по массе 65:35.

Древесные частицы смешивают с композиционным связующим с помощью пневмораспылителя в лабораторном смесителе. Формируют ковер из проклеенной древесной массы с помощью деревянной рамки, подпрессовывают в холодном прессе и прессуют в горячем прессе при температуре плит 150°С, давлении 2,5-3,0 МПа и продолжительности 0,5 мин/мм. Изготавливают однослойные плиты толщиной 12 мм. После прессования каждую плиту охлаждают в вертикальном положении без обдува при комнатной температуре. Испытания плит проводили не раньше чем через 5 суток после изготовления.

В соответствии с приведенной технологией получали плиты по прототипу (пример 1) и предлагаемому способу, изменяя состав связующего (примеры 2-6 таблицы 1).

Таблица 1
Компоненты	Содержание компонентов, маc.% по примеру
1	2	3	4	5	6
	(прототип)
Карбамидоформальдегидная смола	86,8	96,6	93,4	87,2	82,8	77,6
Хлористый аммоний	1,2	-	-	-	-	-
Кремнефтористый аммоний	-	0,4	0,6	0,8	1,2	1,4
Бутадиенстирольный метакрилатный латекс	8,0	2,0	4,0	8,0	12,0	16,0
(БСМК)
Аэросил	4,0	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0

Плиты с различным составом связующего, изготовленные по выше приведенной технологии, подвергали испытаниям на физико-механические свойства и содержание свободного формальдегида. Показатели испытанных плит приведены в таблице 2.

Таблица 2
Показатели	Примеры
1	2	3	4	5	6
	(прототип)
Предел прочности при изгибе, МПа	23,9	19,9	24,7	26,9	25,8	20,1
Предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти, МПа	0,78	0,76	0,81	0,85	0,82	0,77
Разбухание по толщине, %
За 2 часа	10,7	14,3	9,5	8,7	9,2	18,4
За 24 часа	16,3	23,2	14,7	13,3	15,1	22,5
Плотность, кг/м3	731	740	742	731	750	745
Содержание свободного формальдегида, мг/100 г плиты	9,2	11,7	8,8	7,2	8,5	10,3

Как следует из приведенных в таблице 2 данных, плиты, полученные по предлагаемому способу, имеют более высокие прочностные показатели и водостойкость, а эмиссия свободного формальдегида ниже, чем в прототипе.

Способ изготовления древесно-стружечных плит из отходов деревообрабатывающей промышленности, включающий смешение древесных частиц со связующим, содержащим карбамидоформальдегидную смолу, бутадиен-стирольный метакрилатный латекс БСМК с содержанием в сополимере звеньев, мас.%: бутадиена 25, стирола 20, метилметакрилата 20, метакриловой кислоты 35, и аэросил, формирование ковра, холодную подпрессовку и горячее прессование, отличающийся тем, что связующее в качестве отвердителя содержит кремнефтористый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбамидоформальдегидная смола 82,8-93,4

кремнефтористый аммоний 0,6-1,2

бутадиен-стирольный метакрилатный латекс (БСМК) 4,0-12,0

аэросил 2,0-4,0