ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ЭМИССИЮ СВОБОДНОГО ФОРМАЛЬДЕГИДА ИЗ ГОТОВОЙ ФАНЕРЫ

INFLUENCE OF ELECTROMAGNETIC PROCESSING OF FILLERS ON

EMISSION OF FREE FORMALDEHYDE FROM READY PLYWOOD

Анисимов M.B., аспирант кафедры химии

ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script DOI: 10.12737/3968

Аннотация: В работе изучался эффект введения клиноптилолита, активированного в электромагнитном поле СВЧ и слабом импульсном магнитном поле в клеевую композицию на эмиссию свободного формальдегида из готовой фанеры. Определено снижение данного физикохимического показателя на 7-33% для образцов фанеры, изготовленных на основе связующего с использованием клиноптилолита, активированного в электромагнитных полях.

Summary: This paper studies effect of entering of clinoptilolite, activated in an electromagnetic field of microwave and weak pulsed magnetic field in the adhesive composition on the emission of free formaldehyde from the finished plywood. Reduction of this physico-chemical parameters is 7-33% for samples of plywood, made on the basis of the binder using clinoptilolite activated in electromagnetic fields.

Ключевые Слова: Фанера, клиноптилолит, эмиссия, формальдегид, электромагнитные поля СВЧ, импульсное магнитное поле

Keywords: Plywood, clinoptilolite, emission, formaldehyde, electromagnetic fields of microwave, pulsed magnetic field

Одним из наиболее востребованных клееных плитных материалов, получившим широкое распространение во многих отраслях промышленности является фанера. Фанера применяется в строительстве для изготовления опалубки, возведении лесов и подмостей, при облицовке зданий и создании элементов крыш, в качестве деревянных конструкций для фасадов зданий, в интерьере - при изготовлении подоконников, звукоизолирующих стеновых панелей, в качестве облицовки, для производства дверей, при оснащении игровых и спортивных площадок и т.д.

В качестве связующего для производства фанеры используют карбамидоформальдегидные (КФ) смолы, имеющий второй класс опасности и отрицательно влияющий на здоровье человека.

Традиционно предприятиях при производстве фанеры в клеевую композицию вводят различные наполнители, такие как природный минерал каолин, древесная мука и др., обеспечивающие регулирование определенных физико-химических показателей связующего. Каолин является слоистым глинистым минералом с жесткой каркасной решеткой типа 1:1. Пакеты в структуре минерала прочно связаны друг с другом большим числом водородных связей. Каолин характеризуется только внешней адсорбционной поверхностью, его пористость обусловлена зазорами между контактирующими частицами [1]. В работах ранее [2] установлена малая сорбционная емкость (4мг/г) минерала, что делает невозможным его использование в качестве сорбента формальдегида.

Древесная мука является мелко измельченной, высушенной древесиной, обладающей волокнистой структурой [3]. Ее традиционно получают из хвойных пород: ели, сосны, пихты и ряда других мягких пород, однако такой вид наполнителя может содержать древесную смолу. Введение в связующее древесной муки значительно влияет на вязкость клея и незначительно (на ±10%) изменяет прочность при изгибе [4], при этом адсорбционная способность древесной муки по формальдегиду довольно мала и делает ее непригодной для использования в качестве сорбента.

В литературе [2] приводится возможность использования термоактивированного природного цеолита клиноптилолита в качестве сорбента-наполнителя клеевой композиции при изготовлении экологичной фанеры. Однако добавление термоактивированного минерала является достаточно трудоемким процессом и требует повышенного контроля при производстве связующего, вследствие влияния температуры вводимого сорбента на время желатинизации клеевой композиции. Однако ранее в работах [5,6] изучалась возможность использования активации клиноптилолита в электромагнитных полях с целью увеличения его сорбционной емкости. Анализ данных работ позволяет сделать вывод о возможности использования применяемых исследователями способов активации минерала для активации клиноптилолита, вводимого в клеевую композицию при изготовлении экологичной фанеры.

Клиноптилолит представляет собой нанопористый природный цеолит с каркасной структурой, активные центры которого имеют различную природу: неэкранированные (или частично экранированные) катионы, комплексы из многозарядного катиона и гидроксильных групп, бренстедовские и льюисовские кислотные центры, мостиковые атомы кислорода, дефекты кристаллической структуры [7]. Для сорбционных процессов, определяющим являются размеры и расположение каналов. Кроме каналов цеолитные каркасы содержат пустоты, образующие совместно с каналами полиэдры, внутри которых имеются свободные объемы размерами 0,6-1,1 нм. В структуре клиноптилолита имеется 4 типа каналов эллиптического сечения. Размеры десятичных каналов равны 0,705x0,425, а восьмичленных - 0,46x0,395 нм. Матрица клиноптилолита - каркасная открытая, с расположением обменных ионов в открытых полостях и каналах [8]. Подобная структура минерала способствует значительной сорбционной емкости цеолита и делает возможным применение его в качестве сорбента-наполнителя клеевых композиций при изготовлении фанеры.

В связи с этим целью данной работы было изучение введения в клеевую композицию на основе карбамидоформальдегидной смолы, применяемой при изготовлении фанеры, клиноптилолита, активированного в электромагнитных полях (ЭМП) СВЧ и слабых импульсных магнитных полях (СИМП) на уровень эмиссии свободного формальдегида из готовой фанеры.

В работе частично заменяли традиционные наполнители клеевых композиций (каолин и древесная мука) природным минералом клиноптилолитом (К95) словацкого происхождения, с содержанием клиноптилолита 95% и 5% гидрослюда, размер частиц 20 мкм. В работах ранее [5,6] определены показати оптимальных режимов предадсорбционной активации клиноптилолита. Для ЭМП СВЧ- мощность поля СВЧ - 800 Вт, время обработки - 4 мин. Для ИМП время обработки - 0,5мин., величина магнитной индукции 71 мТл. В качестве основы клеевой композиции при изготовления фанеры использовали малотоксичную смолу словацкого происхождения KRONORES СВ 1100 (KR) и российскую смолу КФ-Н66Ф (КФ). Традиционным отвер дител ем связующего являлся хлорид аммония, широко используемый в промышленности при горячем способе отверждения.

Рецептуры используемых клеев и соотношение традиционных наполнителей с клиноптилолитом в используемых клеевых композициях представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Рецептуры применяемых клеевых композиций.

№ образца

Клей (мас.ч.)

Отвердитель

(мас.ч.)

Наполнитель

  • 1
  • (мас.ч.)

Наполнитель 2 (мас.ч.)

Образец 1

KRONORES

СВ

1100(100)

Хлористый

аммоний

(0,8)

Древесная мука (10)

Образец 2

KRONORES

СВ

1100(100)

Хлористый

аммоний

(0,8)

Древесная мука (7,8)

Неактивированный клиноптилолит (2,2)

Образец 3

KRONORES

СВ

1100(100)

Хлористый

аммоний

(0,8)

Древесная мука (7,8)

Клиноптилолит, активированный в СВЧ (2,2)

Образец 4

KRONORES

СВ

1100(100)

Хлористый

аммоний

(0,8)

Древесная мука (7,8)

Клиноптилолит, активированный в ИМП (2,2)

Образец 5

Смола КФ- Н66Ф (100)

Хлористый

аммоний

(0,6)

Каолин

(10)

Образец 6

Смола КФ- Н66Ф (100)

Хлористый

аммоний

(0,6)

Каолин

(7,8)

Неактивированный клиноптилолит (2,2)

Образец 7

Смола КФ-

Н66Ф

(ЮО)

Хлористый

аммоний

(0,6)

Каолин

(7,8)

Клиноптилолит, активированный в СВЧ (2,2)

Образец 8

Смола КФ- Н66Ф (100)

Хлористый

аммоний

(0,6)

Каолин

(7,8)

Клиноптилолит, активированный в ИМП (2,2)

Определение эмиссии свободного формальдегида из готовой фанеры проводили с помощью камерного (образцы 1- 4) [9] и эксикаторного (образцы5-8) методов [2], а также с применением фотоколорометрического ацетилацетонового способа анализа концентрации формальдегида [9].

В ходе работы установлено влияние введения активированного клиноптилолита в клеевую композицию на уровень эмиссии свободного формальдегида из готовой фанеры. Определение относительного снижения эмиссии формальдегида из готовой фанеры рассчитывали по формуле:

где С0бр - эмиссия свободного формальдегида из исследуемого образца фанеры, мг/м3

Страд - эмиссия свободного формальдегида из образца фанеры, изготовленного по традиционной методике, мг/м3

Полученные данные представлены в таблице 2.

Таблица 2. Эмиссия свободного формальдегида из готовой фанеры.

Номер образца

1

2

3

4

5

6

7

8

Эмиссия

формальдегида из фанеры, С, мг/м3

0,091

0,090

0,077

0,085

0,134

0,123

0,090

0,101

д, %

-

1

15

7

-

8

33

25

Примечание: номер образцов соответствует определенному клеевому составу, типу обработки и типу наполнителя приведенным в таблице 1, g - относительное снижение эмиссии свободного формальдегида из готовой фанеры, %

Снижение эмиссии свободного формальдегида из готовой фанерой при введении в клеевые композиции клиноптилолита, активированного в ЭМП СВЧ и СИМП наблюдается для всех образцов применяемого связующего. Данный эффект максимален для фанеры, изготовленный на основе отечественной смолы.

Обработка клиноптилолита полем СВЧ приводит к поглощению энергии волны в большей степени гидратированными молекулами воды в составе цеолита, за счет так называемого дипольного сдвига, который характерен для материалов, содержащих полярные молекулы, представителем которых и является вода. Данный процесс протекает в считанные доли секунды [10]. При этом происходит разрыв связей между структурой цеолита и молекулами воды. Воздействие поля СВЧ приводит к непрерывному вращению диполей перпендикулярно направлению движения электромагнитной волны и при достижении температуры 100°С происходит ее испарение. Ионы структуры минерала приобретают направленное положение в сторону действия силовых линий поля и за счет частой смены этого направления происходит интенсивное их взаимодействие с выделением тепла. В совокупности же движение дипольных молекул и ионов структуры минерала приводит к быстрому разогреву образца. Таким образом, механизм воздействия СВЧ поля сводится к моментальному нагреву и дегидратации минерала.

Влияние СИМП на эмиссию формальдегида из фанеры меньше, чем эффект обработки в ЭМП СВЧ. Согласно работам [11,12] влияния слабых импульсных магнитных полей на структуру сложных систем возможно на уровне спиновой подсистемы. Применительно к клиноптилолиту вероятно спиновое разупорядочивание в группах АЮН, FeOH, MgOH, гидроксилированных катионах и др., и, как следствие, образование радикальных пар, являющихся активными центрами. Таким образом, эффект использования СИМП для активации адсорбционных свойств клиноптилолита возможен в связи с наличием на поверхности минерала находятся функциональных групп, обладающих определенным зарядом, на который влияет магнитное поле, вызывая, по данным [13], перестройку структуры минерала которая способствует повышению сорбционных свойств минерала.

Выводы:

  • 1) Впервые установлено влияние вводимого в клеевую композицию клиноптилолита, активированного в ЭМП СВЧ и СИМП на величину эмиссии свободного формальдегида из готовой фанеры.
  • 2) Определено снижение уровня эмиссии свободного формальдегида из готовой фанеры на основе отечественной смолы ниже класса Е1.
  • 3) Снижение эмиссии свободного формальдегида из готовой фанеры с применением неактивированного клиноптилолита в качестве сорбента-наполнителя клеевой композиции минимальны и составляют для смолы KRONORES СВ 1100 - 1%, а для КФ-Н66Ф - 8%.
  • 4) Обработка природного цеолита в ЭМП СВЧ приводит к снижению выделения свободного формальдегида из фанеры для словацкого клея KR на 15%, для российского КФ на 33%.
  • 5) Активация клиноптилолита в СИМП уменьшает эмиссии свободного формальдегида из готовой фанеры на 7% при использовании KR связующего и на 25% для отечественной смолы КФ.

Библиографический список

  • 1) Клёсов А. Древесно-полимерные композиты. - Спб.: Научные основы и технологии, 2010. - 736с.
  • 2) Бельчинская, Л.И., Влияние наполнителей клеевой композиции для обеспечения экологической безопасности фанеры [Текст], Бельчинская Л.И., Анисимов М.В.//Научный вестник. Строительство и архитектура. №1-2012
  • 3) Клёсов А. Древесно-полимерные композиты. - Спб.: Научные основы и технологии, 2010. - 736с.
  • 4) В. English, N.Stark, and C.Clemons. Weight reduction: wood versus mineral fillers in polypropylene. In: Fourth International Conference on Wood- Plastic Composites, Forest Product Society, Madison, WI, May 12-14, 1997, pp. 237-244.
  • 5) Anisimov, M.V. Neutralization of waste water from formaldehyde and heavy metals by activated clinoptilolite in electromagnetic fields / M. V. Anisimov, L. I. Belchinskaya, K.V. Strokova, J. Sedliacik, G.A. Petuhova // Adhesives in woodworking industry : Zbomic referatov XXI International Sympozium, 26- 28.06.2013 / Technical University in Zvolen. - Zvolen, 2013. - PP.80-85
  • 6) Активация клиноптилолита в электромагнитных полях для очистки сточных вод от формальдегида [Текст] / М. В. Анисимов, Ю. С. Струкова, Е. А. Шатилова, Л. И. Бельчинская // Актуальные вопросы химической технологии и защиты окружающей среды : сборник материалов Всероссийской конференции, Новочебоксарск, 25-26 октября 2012 г. / редкол.: О. Е. Насакин, П. М. Лукин, К. В. Липин (отв. ред.). - Новочебоксарск, 2012. - С. 39-40. - Библиогр.: с. 40 (3 назв.).
  • 7) Бельчинская Л.И. Природозащитные технологии обезвреживания и утилизации отходов мебельных производств. - Воронеж: Воронеж, гос. лесотехн. акад., 2002. - 210 с.
  • 8) Челищев, Н.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья [Текст] / Н.Ф. Челищев, Б.Е. Беренштейн, В.Ф. Володин. - М. : Недра, 1987. - 176 с.
  • 9) Liptakova, Е. Chemia a aplikaciapomocnych latok v drevarskom priemysle / Eva Liptakova, Milan Sedliacik. - Bratislava, 1989. - 520 c.
  • 10) B.C. Побединский, Активирование процессов отделки текстильных материалов энергией электромагнитных волн ВЧ, СВЧ и УФ диапазонов [Текст]. — Иваново: ИХР РАН, 2000.— 128 с.
  • 11) Бучаченко, А. Л. Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях [Текст] / А.Л. Бучаченко, Р.З. Сагдеев, К.М. Салихов. - Новосибирск : Наука, 1978.
  • 12) Salikhov, К.М. et al. Spin Polarization and Magnetic Effects in Radical Reactions (Studies in Physical and Thejretical Chemistry, Vol. 22) (Amsterdam: Elsevier, 1984).
  • 13) Ходосова Наталия Анатольевна. Снижение концентрации формальдегида в окружающей среде алюмосиликатными сорбентами : диссертация ... кандидата химических наук : 03.00.16 / Ходосова Наталия Анатольевна; [Место защиты: Иван. гос. хим.-технол. ун-т].- Иваново, 2009.- 197 с.: ил. РЕБ ОД, 61 10-2/129

УДК 674.8: 574

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >