ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИИЗОЦИАНАТОВ ДЛЯ ХОЛОДНОГО СКЛЕИВАНИЯ ПАРКЕТНЫХ ДОСОК

USE OF DIISOCYANATES FOR COLD GLUEING OF PARQUET BOARDS

доктор технических наук, заведующий кафедрой механической технологии древесины, профессор Разиньков Е.М., аспирант кафедры механической технологии древесины Якимов Д.А.

ФГБОУ В ПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Razinkov Е.М., Yakimov D.A.

FSBEIHPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies» Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script

DOI: 10 Л2737/2993

Abstract. The article investigates the possibility of using technology to diisocyanates parquet boards produced with cold gluing. Relevance of this research is that the whole range of laminated materials produced both in Russia and abroad (plywood , hardwood boards, glued wooden structures for construction purposes , etc.), now in Russia there is a great demand for hardwood board. Cost of production and laying flooring in these boards is significantly lower than parquet . And, for the production of boards s less precious wood (oak, ash, beech, etc.) is used than on the production of parquet. However, since the hardwood boards are used in floor coverings of residential buildings, the toxicity of this material subject to special requirements. In addition, using the method of cold bonding parquet boards using diisocyanates, instead of the hot method may allow to reduce energy consumption in the technology of parquet boards significantly.

Keywords: diisocyanates, cold bonding, flooring.

В своих исследованиях мы пошли по пути использования в технологии клееных паркетных досок нетоксичных безформальдегидсодержащих диизо- цианатных смол - диметилдиизоцианатов. Диизоцианаты довольно широко используются в Германии при производстве плит класса Е-1. По данным Mayer [1] использование в технологии ДСтП в качестве связующего не карбамидо- формальдегидного, а меламиндиизоцианатного позволяет получать практические не токсичные плиты. Как показал опыт работы предприятий, несмотря на то, что цена таких смол примерно в 12 - 15 раз выше цены карбамидоформаль- дегидных или фенолоформальдегидных смол, все-таки спрос на нетоксичные доски существенный. Кроме того, существенно снижаются энергозатраты за счет использования вместо горячего холодного способа склеивания древесины и древесных материалов. Диметилдиизоцианатные смолы пока не производятся Российской химической промышленностью. Поэтому, в своих опытах мы использовали смолы производства Японии (смолы Bond Р-111 - 100 м.ч. с от- вердителем

Н + ЗН и PREFERE 6151 с отвер дител ем PREFERE 6651.

Возможность использования изоцианатов в технологии паркетных досок для склеивания холодным способом основана на том, что в этих смолах реакционные группы NCO способны образовывать с гидроксильными группами ОН уретановые мостики, которые по своей прочности велики. В этой связи адгезионная способность к древесине и древесным материалам должна быть высокой.

Наряду с образованием уретановых мостиков часть смолы образует также полимочевину, которая также может участвовать в склеивании. Образование полимочевины следует отнести за счет реакции диизоцианатов с водой по схеме [2]

На первом этапе нами были проведены экспериментальные исследования по возможности использования в технологии паркетных досок нетоксичных диметилдиизоцианатных клеев.

При поиске и обосновании конструкции доски нами были проведены опыты с использованием в качестве основы доски: склеенных между собой тонких планок (ламелей); склеенных между собой сосновых реек, облицованных тонким слоем древесины ценных пород; малотоксичной фанеры.

Использовали клеи следующей характеристики:

Смола - Bond Р-111 - 100 м.ч. с отвердителем Н + ЗН - 15 м.ч. и смола PREFERE 6151-100 м.ч..с отвердителем-PREFERE 6651-15 м.ч.

Концентрация смол соответственно составляла 54,0 и 56,5%, их pH - 7,73 и 7)1, а pH клеев - 6,19 и 6,02.

Свойства используемых в опытах клеев определяли в лаборатории.

Режим склеивания досок был следующий:

Расход клея, г/м2 - 260; продолжительность прессования, мин -40; давление прессования, МПа -1,0.

Определяли следующие физико-механические свойства досок:

  • - предел прочности при скалывании по клеевому слою, характеризующий прочность склеивания паркетных планок между собой (как необходимое условие качественного склеивания между собой планок);
  • - формоизменяемость доски (как важный эксплуатационный показатель доски);
  • - истираемость лицевой планки паркетной доски (как важный эксплуатационный показатель доски).

При определении предела прочности при скалывании по клеевому слою испытания проводили по образцам 4-х групп: 1 - направление разрыва соответствовало направлению волокон лицевого слоя с определением предела прочности при скалывании по клеевому шву между лицевым и средним слоями; 2 - направление разрыва соответствовало направлению волокон лицевого слоя, но с определением предела прочности при скалывании по клеевому шву между средним и оборотным слоями; 3 -направление разрыва соответствовало направлению, перпендикулярному направлению волокон лицевого слоя с определением предела прочности при скалывании по клеевому шву между лицевым и средним слоями; 4 - направление разрыва соответствовало направлению, перпендикулярному направлению волокон лицевого слоя, но с определением предела прочности при скалывании по клеевому шву между средним и оборотным слоями.

Результаты показали следующее:

Среднее значение предела прочности при скалывании, определяемое как среднее арифметические значение этого показателя между значениями с учетом и без учета разрушения по древесине, находится в пределах 1,17 - 1,33 МПа в зависимости от направления разрыва образцов.

Когезионная прочность сосновых планок в тангентальном направлении (в направлении ее ширины) выше адгезионной прочности между лицевым и средним слоями доски (см. результаты испытаний образцов

При определение формоизменяемости паркетной доски причиной формоизменяемости, в основном, могут служить:

  • - перепад относительной влажности воздуха в помещении;
  • - различное поведение планок и ламелей доски при усушке и разбухании, связанной с особенностями строения древесины каждой породы, размеров ламелей и др.

Испытания доски проводили при различной относительной влажности воздуха в пределах от 55 до 85 % в расчете на то, что в различные периоды года, в период дождей, таяния снега относительная влажность воздуха в помещении может достигать своего предельного максимального значения.

В эксперименте доску по длине раскраивали на 2 равные части. Одну часть доски выдерживали в комнатных условиях, при температуре 20 - 22 °С и относительной влажности 60 - 65 %, а вторую, при той же температуре, но относительной влажности воздуха 80 - 85 %. Продолжительность выдержки образцов составляла 30 суток.

В эксперименте было установлено, что обе части доски коробятся в направлении своей ширины, образуя вогнутую поверхность в сторону лицевого слоя и выпуклую - со стороны оборотного слоя. Доска коробится по всей своей длине почти равномерно. Пропеллерности в направлениях длины и ширины доски не наблюдалось.

Показателем формоизменяемости служила стрела прогиба доски по ширине, определяемая как при короблении древесины. Эту стрелу прогиба определяли, укладывая по ширине металлическую линейку длиной 50 см и измеряя стрелу прогиба щупом в центральной части доски равной Уг ее ширины. Этот прогиб определяли для каждой влажности воздуха как среднее арифметическое трех измерений, полученных на концах и в середине частей доски по ее длине, т. е. на расстоянии 200 мм от края доски.

Результаты показали, что покоробленность доски по ширине значительная и составляет от 1,00 до 1, 45 мм при пролете всего 245 мм. По показателю покоробленности доска ведет себя хуже, чем, например, древесностружечная плита (ДСтП). По ГОСТ 10632-2007 стрела прогиба для ДСтП марок А и Б, при определении их покоробленности, должна составлять 1,2 и 1,6 мм даже на 1 м длины.

Были также проведены опыты по изменению стрелы прогиба по ширине доски при изменении ее влажности с максимального до минимального значения. Установлено, что при усушке доски ее прогиб не достигает того значения, который был при ее разбухании. Остается часть остаточной деформации, что характеризуется разницей прогиба 0,2 мм.

При определение истираемости поверхности паркетной доски испытания проводили по известной методике на установке, представляющей собой вращающийся в горизонтальной плоскости металлический диск на поверхность которого закрепляли шлифовальный лист. Число оборотов диска составляло 60 об/мин. Над диском находилась штанга для крепления вертикального штока, к нижнему концу которого крепился испытываемый образец.

Размер образцов составлял 20 х 20 мм. Радиус окружности вращения диска определяли как расстояние от центра диска до середины образца и он составлял 108 мм.. Истираемость определяли верхней и, для сравнения результатов, оборотной планок. В зоне истирания оборотной планки клеевого шва не находилось. Для исключения «засаливания» поверхности шкурки при истирании образцов основная масса образующейся древесной пыли постоянно убиралась щеткой за пределы вращающегося диска.

В качестве контроля определяли истираемость поверхности массивной древесины дуба.

Таким образом, испытывали 3 группы образцов массива дуба, лицевой и оборотной планок. На каждую группу готовили по 10 образцов.

Показателями истираемости служили два показателя: толщина истираемого (удаленного за время испытания) слоя древесины за 30 мин вращения диска, мм; масса истираемой поверхности, г/мин. Толщину истираемой поверхности определяли после истирания образца через 30 мин. Массу истираемой поверхности определяли по формуле:

где m - масса истираемой поверхности образца, г/мин;

V - объем истирания образца, см3;

g - плотность истираемой древесины, г/см3;

t - продолжительность истирания поверхности образца, мин (30 мин).

Плотность истираемой древесины составила, г/см3: дуб- 0,665;сосна-0,415.

Результаты показали следующее. По приведенным выше условиям толщина истираемого слоя древесины за 30 мин вращения диска составила, мм: массива дуба 0,42, лицевой планки (дуб) - 0,45 и оборотной (сосна) - 1,4. Этот показатель для лицевой планки мало чем отличается от показателя массива дуба. Незначительное его снижение возможно связано с некоторым разрыхлением ламели лицевой планки при ее подготовке. Сравнительные результаты этого показателя для лицевой и оборотной планок доски показали, что разница очень существенная. Показатель лицевой планки в 3,1 раза выше показателя оборотной планки доски.

Масса истираемой поверхностей образцов массива дуба и лицевой планки почти одинаковая и для лицевой планки составляет в 0,003946 г/мин. Этот показатель для оборотной планки доски в 2 раза выше показателя для лицевой планки.

Выводы: Основным дефектом паркетной доски является ее значительная формоизменяемость, вызванная короблением. При этом образуется дефект - вогнутость поверхности в сторону лицевой планки. Стрела прогиба по ширине доски составляет от 1,20 до 1,45 мм в зависимости от относительной влажности воздуха в помещении. Доска по своей формоизменемости в условиях, близким в реальных при эксплуатации ее в жилых помещениях в различные сезоны года, ведет себя хуже, чем даже древесностружечная плита (не говоря уже о древесноволокнистых плитах средней плотности - плитах МДФ).

При таком дефекте, в местах стыка досок по ширине, будет образовываться гребень, высотой до 1,45 мм. Циклевание поверхности досок после их укладки возможно, но оно имеет следующие недостатки: трудоемкость процесса и удорожание себестоимости работ; неадекватная деформация как лицевой планки, так и доски в целом, при эксплуатации досок. Это может повлечь за собой формоизменяемость доски более сложного характера (например пропел- лерность и др.).

Прочность склеивания паркетных планок друг к другу не настолько высокая, чтобы ее нельзя было увеличить. Особенно это относится к прочности склеивания лицевой планкой со средней планкой.

Истираемость лицевого слоя находится практически на уровне истираемости массива дуба.

По снижению формоизменяемости и повышению прочности склеивания планок между собой необходимо провести соответствующие исследования.

Библиографичекий список

  • 1. Mayer,J. 1978: Chemische Aspekte bei der Entwicklung formaldehydarmer Klebstoffe fur die Holzwerkstoffindustrie. Vortrag anlasslich des internationalen Spanplatten-Symposiums in Hamburg vom 18.-20. September 1978 (s
  • 2. Deppe H., Ernst K. Holz als Roh-und Werkstoff. Bd 29, №2, S. 45-50 (Торгово- промышленная палата СССР. Свердловское отделение. Бюро переводов. Перевод с немецкого №458 «Изоцианаты в качестве связующего для стружечных плит». Per. №73/94658. Свердловск, 1973).

УДК 674.613

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >