Клеевая композиция для изготовления древесно-стружечных плит и изделий из древесины
Владельцы патента RU 2642568:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к клеевой полимерной промышленности и может быть использовано в производстве древесно-стружечных плит, в том числе ориентированных стружечных плит, фанеры, клееных строительных конструкций и других изделий из древесины. Клеевая композиция содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: связующее карбамидоформальдегидная смола (97,41-98,36), отвердитель хлорид аммония (0,64 - 1,59), модификатор аморфный диоксид кремния (0,05 -1,00). Диоксид кремния представлен в виде порошка с нанопористой структурой частиц и удельной их поверхностью от 120 до 400 м2/г. Обеспечивается повышение прочности клеевой композиции и уменьшение расхода модификатора. 2 ил., 1 табл.
Предлагаемая клеевая композиция для изготовления древесно-стружечных плит и изделий из древесины относится к классу клеевых композиций, получаемых на основе конденсационных полимеров альдегидов или кетонов, в том числе их производных, с использованием модифицирующих неорганических компонентов в виде мелкодисперсных частиц. Данная клеевая композиция предназначена для использования в производстве конструкционных материалов, а именно: древесно-стружечных плит, в том числе ориентированных стружечных плит, а также фанеры, клееных строительных конструкций и других изделий из древесины.
Известна клеевая композиция с наномодификатором для древесно-стружечных плит по патенту РФ №2520449 [1], содержащая связующее на основе термореактивной смолы, отвердитель и модификатор, причем в качестве модификатора используется нанодисперсный порошок шунгита в количестве от 1% до 20% от массы связующего.
Однако использование в качестве модификатора нанодисперсного порошка шунгита ограничивает область применения клеевой композиции [1] по причине технической сложности получения данного модификатора в количестве, достаточном для промышленного производства. Кроме того, в данной клеевой композиции неэффективно используются армирующие свойства основных компонентов шунгита. Объясняется это тем, что основными компонентами шунгита являются углерод и диоксид кремния [2]. В зависимости от соотношения массы модификатора и массы смолы армирующие свойства одного из этих компонентов могут оказаться столь существенными по сравнению с другим компонентом, что влиянием одного из компонентов можно пренебречь. Тогда менее активный компонент не будет существенно влиять на армирующие свойства модификатора в виде нанодисперсного порошка шунгита, что послужит причиной неэффективности использования армирующих свойств шунгита. Таким образом, в зависимости от соотношения массы модификатора и массы смолы может оказаться более эффективным использование модификатора в виде мелкодисперсных порошков диоксида кремния или углерода.
Известна клеевая композиция по патенту RU 2552410 [3], включающая сополимер бутилметакрилата метакриловой кислоты, органический растворитель и пирогенный диоксид кремния в виде порошка «Аэросил» (Aerosil) [4], причем массовая доля пирогенного диоксида кремния в клеевой композиции составляет от 1,78 до 9,90% или приблизительно от 2 до 10%. Данная композиция предназначена для склеивания металла, дерева, керамики и других материалов.
Однако в данной клеевой композиции [3] неэффективно используются армирующие свойства пирогенного диоксида кремния. Объясняется это тем, что, в зависимости от разновидности склеиваемых материалов, более эффективным может оказаться другое соотношение массы пирогенного диоксида кремния и массы клеевой композиции, выходящее за пределы указанных в [3] соотношений. При разработке предлагаемой клеевой композиции предполагалось, что данная композиция предназначена для использования в производстве древесно-стружечных плит, в том числе ориентированных стружечных плит, а также фанеры и клееных строительных конструкций из древесины. Таким образом, нами предполагается за счет сужения спектра склеиваемых материалов и уменьшения массовой доли пирогенного диоксида кремния повысить технико-экономическую эффективность его использования как компонента предлагаемой клеевой композиции.
Наиболее близким техническим и технологическим решением, выбранным в качестве аналога предлагаемой клеевой композиции, является клеевая композиция и способ ее применения при изготовлении плит из подсолнечной лузги по заявке на изобретение RU 2000121318/13 [5]. Данная клеевая композиция и способ ее применения аналогичны известным композициям и способам их применения в производстве древесно-стружечных плит [6], фанеры и других изделий на основе древесины [7]. Указанный способ изготовления плит [5] включает обработку склеиваемых частиц связующим, содержащим карбамидоформальдегидную смолу, хлористый аммоний, бутадиенстирольный метакрилатный латекс и пирогенный диоксид кремния марки «Аэросил» при следующем соотношении компонентов, 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 |
Однако в данной клеевой композиции [5] неэффективно используются армирующие свойства пирогенного диоксида кремния. Объясняется это тем, что более эффективным может оказаться другое соотношение массы пирогенного диоксида кремния и массы клеевой композиции, выходящее в сторону уменьшения за пределы указанных в [5] соотношений. Эффективность выражается в уменьшении расхода модификатора и в повышении прочности материалов на основе древесины, полученных с применением предлагаемой клеевой композиции.
Технический результат от применения предлагаемой клеевой композиции выражается в повышении прочности и уменьшении расхода модификатора. Данный технический результат достигается за счет того, что предлагаемая клеевая композиция с нанопористым модификатором для древесно-стружечных плит, содержащая связующее на основе термореактивной смолы с отвердителем и модификатор, содержит в качестве модификатора аморфный диоксид кремния марки «Ковелос» [http://aerosil.su/dokumentaciya] в виде порошка с нанопористой структурой частиц и удельной их поверхностью от 120 до 450 м2/г в количестве от 0,051 до 1,02% от отдельно взятой массы указанной смолы, при следующем соотношении компонентов в клеевой композиции в целом, с учетом добавки отвердителя, мас. %:
| термореактивная смола | от 97,41 до 98,36 |
| отвердитель (хлорид аммония) | от 0,64 до 1,59 |
| аморфный диоксид кремния с нанопористой структурой частиц | |
| и удельной их поверхностью от 120 до 400 м2/г | от 0,05 до 1,00 |
Технический результат подтверждается испытаниями образцов древесно-стружечных плит.
Техническая реализация предлагаемой клеевой композиции.
На фиг. 1 приведены в графической форме результаты испытаний на изгиб образцов древесно-стружечных плит толщиной 16 мм, изготовленных с применением предлагаемой клеевой композиции с добавкой аморфного диоксида кремния в количестве, мас. %: 0; 0,125; 0,25; 0,5; 1,0.
На фиг. 2 приведены в графической форме результаты испытаний на растяжение перпендикулярно плоскости плиты образцов такой же плиты.
В качестве основы связующего в предлагаемой клеевой композиции может быть выбрана карбамидоформальдегидная смола марки КФ-МТ (согласно существующему обозначению [6, стр. 22]) с массовой долей сухого остатка в рабочем растворе от 70% до 40%.
В качестве отвердителя может быть выбран водный раствор хлорида аммония (NH4Cl) с концентрацией 20%. Такой раствор используется в качестве отвердителя смол в производстве древесно-стружечных плит [6, стр. 23].
В качестве модификатора использован аморфный диоксид кремния с нанопористой структурой частиц и удельной их поверхностью от 120 до 400 м2/г, марка «Ковелос» [http://aerosil.su/dokumentaciya].
Клеевую композицию готовят путем смешивания составляющих ее компонентов. По одному из вариантов (таблица 1) в емкость заливают 98 весовых частей смолы. Затем при постоянном перемешивании и температуре приблизительно 20° добавляют порциями порошок аморфного диоксида кремния марки «Ковелос» [http://aerosil.su/dokumentaciya]. Варианты клеевой композиции представлены в таблице 1.
После гомогенизации полученной смеси, для чего требуется примерно 30 минут, добавляют отвердитель, полученную композицию перемешивают и используют по известной технологии для изготовления древесно-стружечных плит [6], фанеры [7] или деревянных клееных конструкций [8].
Применение предлагаемой клеевой композиции в производстве древесно-стружечных плит заключается в обработке (так называемому осмолению) частиц измельченной древесины приготовленной клеевой композицией, формирование ковра, холодное предварительное прессование, затем горячее прессование [6].
На фиг. 1 приведены в графической форме результаты испытаний на изгиб образцов древесно-стружечных плит толщиной 16 мм, изготовленных с применением предлагаемой клеевой композиции с добавкой аморфного диоксида кремния в количестве, мас. %: 0; 0,125; 0,25; 0,5; 1,0.
На фиг. 2 приведены в графической форме результаты испытаний на растяжение перпендикулярно плоскости плиты образцов древесно-стружечных плит толщиной 16 мм, изготовленных с применением предлагаемой клеевой композиции с добавкой аморфного диоксида кремния в количестве, мас. %: 0; 0,125; 0,25; 0,5; 1,0.
Плотность материала образцов 950 кг/м3, что больше общепринятой плотности для плит толщиной 16 мм (680÷750 кг/м). С уменьшением плотности материала плит их прочность уменьшается [6]. Однако сохраняется упрочняющее влияние нового модификатора клеевой композиции на прочность образцов плит, изготовленных с применением данной клеевой композиции.
Экспериментально установлено (фиг. 1 и фиг. 2), что значимое повышение прочности наблюдается при содержании добавки аморфного диоксида кремния в количестве 0,05% и более. Однако добавка аморфного диоксида кремния в количестве более 1% не приводит к увеличению прочности плиты.
Хлорид аммония как отвердитель эффективен при его содержании в клеевой композиции в количестве 0,64÷1,60 [6].
Таким образом, обосновано получение сформулированного выше технического результата.
Функционирование предлагаемой клеевой композиции. Функционирование материала, изготовленного с применением предлагаемой композиции, заключается в том, что при перемешивании растворенной в воде смолы частицы нанопористого аморфного диоксида кремния распределяются по объему композиции и благодаря большой удельной поверхности данных частиц они образуют структуру в виде пространственной сетки, которая фиксируется при горячем прессовании древесно-стружечной плиты с температурой не более 190°С. Распределенные по объему клеевой композиции, а вместе с ней и по объему древесно-стружечной плиты наноразмерные частицы аморфного диоксида кремния сопротивляются формированию очагов разрушения рассматриваемого композитного материала на основе древесины, вследствие чего повышается прочность материала при эксплуатационных воздействиях в виде внешних и внутренних сил. В частности, экспериментально установлено, что существенно повышается прочность как при изгибе плиты (фиг. 1), так и при растяжении перпендикулярно плоскости плиты (фиг. 2).
Увеличение прочности при растяжении перпендикулярно плоскости плиты (фиг. 2) означает, что увеличивается сопротивление материала внутренним силам, появляющимся при разбухании плиты под воздействием влаги. Эти внутренние силы вызывают увеличение толщины плиты в процессе ее функционирования, однако модификация связующего аморфным диоксидом кремния с большой удельной поверхностью повышает сопротивление данным силам. Как следствие, функционирование предлагаемого технического решения сопровождается уменьшением влияния влаги на изменение толщины плиты по причине разбухания, что характеризует плиту как более влагостойкую, в дополнение к указанным выше характеристикам прочности плиты (фиг. 1 и фиг. 2). Тем самым подтверждается достижение заявленного технического результата.
Библиография
1. Патент на изобретение RU 2520449. МПК C09J 161/00 (2006.01), B82B 3/00 (2006.01). Клеевая композиция с наномодификатором для древесно-стружечных плит. Опубликовано: 27.06.2014.
2. Рожкова Н.Н. Наноуглерод шунгитов // Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2011. 100 с.
3. Патент на изобретение RU 2552410. МПК C09J 133/00 (2006.01), C09J 133/10 (2006.01), C09J 183/02 (2006.01), C09J 183/05 (2006.01). Клеевая композиция. Опубликовано: 10.06.2015.
4. Аэросил. http://www.silica.su/ru/perechen-produkczii/834-aerosil.html.
5. Заявка на изобретение 2000121318/13. МПК B27N 3/02, C08L 97/0. Способ изготовления плит из подсолнечной лузги. Опубликовано: 27.07.2002.
6. Отлев И.А., Штейнберг Ц.Б. Справочник по древесно-стружечным плитам // Москва: Издательство «Лесная промышленность». 1983. 240 с.
7. Волков А.В. Справочник фанерщика // Санкт-Петербург. Издательство Политехнического университета. 2010. 486 с.
8. СТО 36554501-003-2006. Деревянные клееные конструкции несущие. Общие технические требования. Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский центр "Строительство". Москва. 2006. http://snipov.net/database/c_3384165195_doc_4293849770.html. Дата обращения 27.12.2015.
Клеевая композиция для изготовления древесно-стружечных плит и изделий из древесины, содержащая связующее на основе карбамидоформальдегидной смолы с отвердителем в виде хлорида аммония и модификатор, отличающаяся тем, что в качестве модификатора использован аморфный диоксид кремния в виде порошка с нанопористой структурой частиц и удельной их поверхностью от 120 до 400 м2/г, при следующем соотношении компонентов в клеевой композиции, мас. %:
карбамидоформальдегидная смола: от 97,41 до 98,36;
хлорид аммония: от 0,64 до 1,59;
аморфный диоксид кремния с нанопористой структурой частиц и удельной их поверхностью 120÷400 м2/г: от 0,05 до 1,00 включительно.
