ЭФФЕКТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ АКТИВАЦИИ ПРИРОДНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ КЛЕЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ПРОЦЕСС АДСОРБЦИИ И ДЕСОРБЦИИ ФОРМАЛЬДЕГИДА

FORMALDEHYDE ADSORPTION AND DESORPTION ON NATURAL ELECTROMAGNETICALLY TREATED FILLER OF ADHESIVE

COMPOSITIONS

доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой химии Бельчинская Л.И.1

аспирант кафедры химии Анисимов М.В.1 доктор химических наук, академик Картель НЛ.2

  • 1 - ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
  • 2 - Институт химии поверхности им АЛ. Чуйко НАН Украины

Belchinskaya L.I., Anisimov M.V., Kartel N.T.

  • 1 - FSBEIHPO "Voronezh State Academy of Forestry"
  • 2 - Institute of Surface Chemistry AA Chuyko NAS Ukraine Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script

DOI: 10Л2737/3041

Abstract. The formation of a fuctional material in the form of a complex system of clinoptilolite - formaldehyde-adhesive composition is considered. Electromagnetic treatment of clinoptilolite increases its ecosaifity and strength.

Keywords: clinoptilolit, adsorption, desorption, adhesive composition, electromagnetic activation.

Гетерофазные взаимодействия возникают в системах как следствие образования ненасыщенных межатомных и межмолекулярных сил [1]. В данной работе в полимерную матрицу включен клиноптилолит, дисперсный цеолитный алюмосиликат [2].

Интерес к исследованию сложной гомогенной системы, включающей диэлектрический наполнитель, основан на получении нового материала, свойства которого отличаются от свойств составляющих его компонентов. Система клиноптилолит - формальдегид - клеевая композиция является сложной гетерогенной системой, так как наполнитель образует свою собственную фазу, превращая данную композицию в гетерофазную систему, состоящую из твердой

(клиноптилолит), жидкой (карбамидоформальдегидная смола) и газообразной (формальдегид) фаз.

Водорастворимые карбамидоформальдегидные полимеры (КФП) применяют в производстве древесно-стружечных плит, мебели, синтетического шпона, слоистых пластиков, при облицовывании древесных материалов, склеивании древесины изделий и конструкций. Под действием катализаторов и при нагревании полимеры приобретают пространственное строение[3]. Часть мети- лольных групп сохраняется в конечном продукте, обуславливая адгезионные свойства. Следует отметить, что свободный формальдегид также улучшает адгезионные свойства клеев. В качестве катализаторов горячего отверждения используются вещества, имеющие низкие значения pH (в данной работе - хлорид аммония NH4C1). Отверждение КФС протекает по механизму электрофильного замещения, сопровождается усадкой, приводящей к возникновению внутренних напряжений и растрескиванию смолы. Для устранения этого недостатка вводятся наполнители в виде древесной муки, крахмала, декстрина и минеральных веществ. [3,4,5]

Наполнителем карбамидоформальдегидной смолы (КФС) выбран клиноптилолит. Особенностями твердой фазы клиноптилолита является наличие жесткой каркасной структуры и нанопористости в виде пустот, которые образуют с каналами полиэдры размером 0,6-1,1 нм. [7]

При введении катализатора в систему «КФС-клиноптилолит» продолжается процесс поликонденсации по свободным функциональным группам олигомеров клея [4]. Уменьшение величины pH в результате кислого гидролиза хлорида аммония сопровождается ускорением процесса поликонденсации [8]. Кроме хлорида аммония этот процесс может катализироваться ионами алюминия в матрице клиноптилолита [6]. Процессы структурирования сопровождаются образованием поперечных связей при взаимодействии метилольных групп между собой и с амидными группами олигомеров. Из продуктов, содержащих простые эфирные связи, образуется формальдегид [3].

В работе приводятся сравнительные данные по снижению эмиссии формальдегида из клеевой композиции при: 1) введении в КФС традиционного наполнителя каолина; 2) смеси каолина и клиноптилолита; 3) обработанного кли- ноптилолита в ЭМП СВЧ; 4) обработанного клиноптилолита в СИМП.

Сняты изотермы адсорбции в растворах формальдегида концентрацией от 0,13 до 7,31 г/л. Начальный участок изотермы можно описать уравнением Генри. С возрастанием концентрации до 1,71 г/л наблюдается резкое увеличение адсорбции до ~ 60 мг/г. (рисунок!).

Величина адсорбции формальдегида на клиноптилолите из водной среды, мг/г

Рисунок 1 - Величина адсорбции формальдегида на клиноптилолите из водной среды, мг/г

В диапазоне концентраций от 1,71 до 7,31 г/л наблюдается неодноначное влияние электромагнитных полей: резкое возрастание адсорбции формальдегида на клиноптилолите, обработанном в ЭМП СВЧ с 62 до 201 мг/г и существенное ингибирование адсорбционного процесса на клиноптилолите, обработанном в ИМП (рисунок2).

Десорбция формальдегида с поверхности клиноптилолита в водном растворе значительно снижается при активации минерала в ЭМП СВЧ и составляет 15-23%. Более прочное удерживаются молекулы формальдегида клинптило- литом, прошедшим обработку в слабом ИМП: при малых клонцентрациях раствора (до 0,05%) десорбция отсутствует. В результате с максимального повышения концентрации формальдегида в исследуемом растворе (до 0,73%), де- сорбционные процессы возрастают только до 3%.

В исходной КФС содержание мономерного формальдегида 0,15%. Эмиссия формальдегида из отвержденно смолы оценивается 0,128 мг/м3. Введение промышленного наполнителя каолина в количестве 10 мас.ч. не изменяет величину эмиссии формальдегида из отвержденной клеевой композиции. При добавлении в клей каолина совместно с обработанным в ЭМП СВЧ клиноптилолитом выделение формальдегида уменьшается на 0,024 мг/ м3 в сравнении с чистой смолой и на 0,022 мг/м3 сравнительно с клеевой композицией, содержащей только каолин.

Величина адсорбции формальдегида на клиноптилолите из водной среды, мг/г

Рисунок 2 - Величина адсорбции формальдегида на клиноптилолите из водной среды, мг/г

Таким образом обработка клиноптилолита в слабом ИМП имеет меньший адсорбционный эффект, чем воздействие ЭМП СВЧ (рисунок 1, 2).

Следовательно, закономерность воздейсвтия ЭМП СВЧ и ИМП на клиноптилолит в водном растворе формальдегида аналогична данным, представленным на рисунке 1, иллюстрирующий поведение активированного клиноптилолита в различных ЭМП.

В ходе работы были проведены измерения внутренних напряжений клеевой прослойки в процессе ее отверждения. При наличии в клеевой композиции не активированного клиноптилолита внутреннее напряжение снижается только на 6% в сравнении с образцами, изготовленными по традиционной методике. Активация минерала в ЭМП СВЧ снижает внутреннее напряжение клеевого слоя на 23%, при обработке в ИМП - на 14%.

Итак, при введение клиноптилолита в состав клея на основе КФС образуется новый функциональный материал с незначительным повышением экологичности и прочности связующего. Клеевой слой более прочный (на 23%) в результате обработки наполнителя (клиноптилолита) в ЭМП СВЧ. Прочность клеевой композиции возрастает в меньшей степени (на 14%) в результате обработки наполнителя в слабом ИМИ.

Таким образом:

Введение клиноптилолита, во-первых, снижает эмиссию формальдегида из КК, улучшая санитарно-гигиенические свойства клея, оставляя в составе отвержденного клея достаточное количество формальдегида, что повышает адгезионные свойства клея и снижается загазованность производственных помещений.

Исследована адсорбция клиноптилолитом формальдегида из водного раствора и установлено ее повышение в результате предварительного облучения сорбента в ЭМП СВЧ и слабом ИМИ.

Электромагнитная обработка приводит к существенному снижению десорбции формальдегида с поверхности клиноптилолита при его обработке в импульсном магнитном поле.

Эмиссия формальдегида из клеевой композиции, содержащей клинопти- лолит, в меньшей степени протекает при обработке клиноптилолита в электромагнитном поле СВЧ.

Электромагнитная обработка наполнителя способствует образованию более прочного клеевого слоя и снижает внутренние напряжения, в клеевой композиции при активации в ЭМП и большей степени в ЭМП СВЧ.

Исследования выполнены при поддержке проекта ECONANOSORB в рамках 7-ой Рамочной программы Европейского Союза, Акции Мари Кюри, FP7-PEOPLE-IRSES-295260.

Библиографический список

  • 1. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. ООО ТИД «Альянс», 2004. 464 с.
  • 2. Целищев, Н.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья [Текст] / Н.Ф. Целищев, Б.Г. Беренштейн, В.Ф. Володин. - М. : Недра, 1987. - 176 с.
  • 3. Доронин Ю.Г., Мирошниченко С.Н., Свиткина М.М. Синтетические смолы в деревообработке : учебник для вузов. М.: Лесная промышленность, 1987. 224 с.
  • 4. Кузнецова О.Н., Архиреев В. П. Направленное регулирование свойств термореактивных смол и материалов на их основе // Вестник Казанского технол. ун-та. 2008. № 5. С.90- 94.
  • 5. Бегунков О.И.Испытание жидких клеевых материалов. Хабаровск: ХГТУ, 2002.28 с.
  • 6. Клесов А. Древесно-полимерные композиты. - Спб.: Научные основы и технологии, 2010.-736с.
  • 7. Тарасевич, Ю.И. Строение и химия поверхностных слоистых силикатов. - Киев.: Наукова Думка, 1988. - 248 с.
  • 8. Леонович А.А., Шелоумов А.В. Исследование превращений компонентов древесных плит. 1. Термогравиметрическое изучение превращений КФО // Химия растительного сырья, 2010. № 2. С.169-176.

УДК 541.183:547.458

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >