ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ПРОЧНОСТЬ ФАНЕРЫ ПРИ СКАЛЫВАНИИ ПО КЛЕЕВОМУ СЛОЮ

INFLUENCE OF ELECTROMAGNETIC PROCESSING OF FILLERS ON PLYWOOD DURABILITY AT SKALYVANIYA ON THE GLUE LAYER

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: 10.12737/3969

Аннотация: В работе рассмотрена возможность использования клиноптилолита, активированного в различных электромагнитных полях, в качестве сорбента-наполнителя клеевой композиции при производстве фанеры. Установлено увеличении предела прочности при скалывании по клеевому слою на 26-56% для образцов фанеры, изготовленных на основе связующего, с применением клиноптилолита, активированного в электромагнитных полях.

Summary: This paper considers the using of clinoptilolite activated in various electromagnetic fields, as a sorbent-filler of adhesive composition in the manufacture of plywood. The increase of shear strength of the adhesive layer is 26-56% for the samples fabricated from binder with using of clinoptilolite activated in electromagnetic fields.

Ключевые слова: Фанера, природный цеолит, клиноптилолит, предел прочности при скалывании, электромагнитные поля СВЧ, импульсные магнитные поля

Keywords: Plywood, natural zeolite clinoptilolite, shear strength, electromagnetic fields ща microwave, pulsed magnetic fields

В настоящее время к выпускаемой фанерной продукции предъявляются все более жесткие требования по прочностным и экологическим свойствам. В связи со стремлением отечественных производителей укрепиться на мировом рынке производителей фанеры и других древесных плитных материалов, данные требования должны соответствовать не только российским, но и зарубежным стандартам. Кроме того, большинство современных

инвестиционных проектов, совместных с зарубежными компаниями, требуют повышенного качества применяемых строительных и отделочных материалов, среди которых значится и фанера.

Основным прочностным показателем фанеры является предел прочности при скалывании по клеевому слою. Его допустимые значения регламентируются ГОСТ 9624-93 [1] или внутренним стандартам

предприятия, которые, как правило, имеют более жесткие требования чем государственные документы соответствия. Для фанеры общего назначения марки ФК (береза) предел прочности при скалывании по клеевому слою составляет 1,5 МПа после 24 ч вымачивания в воде. Соответствие изготавливаемой на предприятии фанеры данным требованиям являются необходимым условием для продолжения ее выпуска и возможности реализации на отечественном рынке и за его пределами.

Общеизвестно, что связующим при изготовлении фанеры на отечественном и европейских предприятиях являются

карбамидоформальдегидные (КФ) смолы, которые используются при производстве более чем 80% объема выпускаемой продукции. Повсеместно, на деревообрабатывающих предприятиях при изготовлении фанеры, в связующее вводят различные наполнители, такие как каолин, древесная мука и др., с целью регулирования регламентируемых ГОСТами физико-химических показателей.

Каолин представляет собой традиционный наполнитель клеевой композиции, основным назначением которого является регулирование вязкости и расхода связующего, без придания дополнительных прочностных, экологичных и других физико-химических свойств связующему. Он является слоистым глинистым минералом с жесткой каркасной решеткой типа 1:1 и имеет только внешнюю адсорбционную поверхностью, обладает малой пористостью[2] и сорбционной емкостью [3].

Древесная мука традиционно используется при изготовлении фанеры на предприятиях западной Европы, США и Канады. Она представляет собой мелко дисперсные волокнистые частички сухой древесины (обычно хвойных пород) [4]. Основное ее назначение, так же как и каолина, регулирование вязкости и расхода связующего. При этом она оказывает минимальные воздействия на прочностные характеристики (±10%) конечного продукта (фанеры) [5]. Использование ее в качестве сорбента малоэффективно [5]. Таким образом, можно сделать вывод, что традиционные наполнители клеевых композиций в наименьшей степени влияют на прочностные характеристики конечной продукции (фанеры, ДСтП и т.д.).

Известны работы [3] в которых приводится возможность использования природного цеолита клиноптилолита в качестве сорбента-наполнителя клеевой композиции, что обеспечивает увеличение прочностных характеристик фанеры. Однако данная методика требует проведения предварительной термоактивации минерала. При этом сам процесс обработки цеолита является довольно длительным и при отсутствии должного контроля может привести к преждевременному отверждению связующего и выходу из строя ряда оборудования клееприготовительного отделения. Наряду с термической активацией в литературе [6,7] приводятся методики активации клиноптилолита в электромагнитных полях, которые возможно использовать в качестве альтернативы температурной обработки.

Клиноптилолит является природным цеолитным минералом. Имеет открытую нанопористую каркасную матрицу, с расположением обменных ионов в открытых полостях и каналах [9]. В качестве активных центров данного минерала выступают: неэкранированные (или частично

экранированные) катионы, комплексы из многозарядного катиона и гидроксильных групп, бренстедовские и льюисовские кислотные центры, мостиковые атомы кислорода, дефекты кристаллической структуры [8]. Подобная структура минерала способствует значительной сорбционной емкости цеолита и делает возможным применение его в качестве сорбента- наполнителя клеевых композиций при изготовлении фанеры.

Опираясь на проведенный анализ используемых сорбентов и литературные данные о возможности использования новых минералов в качестве сорбентов-наполнителей клеевой композиции при изготовлении фанеры, а также способов их предварительной активации, была сформулирована цель данной работы: изучение эффекта введения в клеевую композицию на основе карбамидоформальдегидной смолы, применяемой при изготовлении фанеры, природного цеолита клиноптилолита, активированного в электромагнитном поле сверх высокой частоты СВЧ и слабом импульсном магнитном поле (СИМИ) на основной прочностной показатель готовой фанеры - предел прочности при скалывании по клеевому слою.

Ранее [6,7] были определены оптимальные режимы активации природного цеолита клиноптилолита: для ЭМП СВЧ величина мощность поля СВЧ = 800 Вт, время обработки = 4 мин, для ИМП время обработки - 0,5мин., величина магнитной индукции 71 мТл.

В ходе настоящей работе проводили частичное замещение традиционных наполнителей клеевых композиций (каолин и древесная мука) природным минералом клиноптилолитом (К95) словацкого происхождения, с содержанием клиноптилолита 95% и 5% гидрослюда, размер частиц 20 мкм. В качестве связующего при изготовления фанеры использовали малотоксичную смолу словацкого происхождения KRONORES СВ 1100 и российскую смолу КФ- Н66Ф. Хлорид аммония выполнял роль традиционного отвердителя связующего для 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)

Для полученных материалов проводились физико-механические испытания (ГОСТ 9624-93 [10]) по определению предела прочности при скалывании по клеевому шву [11]. Образцы изготовленной фанеры выдерживали в воде при температуре 20 ± 5 °С в течение суток и затем определяли предел прочности при скалывании по клеевому слою согласно приведенной методике на установке, показанной на рисунке 1.

Схема приспособления для проведения физикомеханических испытаний готовой фанеры, где 1- захват; 2 - образец; 3 - упор; 4 - упорная планка

Рисунок 2.9 - Схема приспособления для проведения физикомеханических испытаний готовой фанеры, где 1- захват; 2 - образец; 3 - упор; 4 - упорная планка.

Полученные в ходе работы результаты представлены в таблице 2. Таблица 2. Предел прочности при скалывании по клеевому слою.

Номер образца

1

2

3

4

5

6

7

8

Предел прочности при скалывании,

Рскал» Мпа

1,64

1,7

3,15

2,43

1,53

1,55

3,46

2,06

Р, %

-

3

48

33

-

1

56

26

Примечание: |3 - процент увеличения предела прочности при скалывании по клеевому слою.

Из данных таблицы 2 следует вывод об увеличении прочности при скалывании по клеевому слою выше в сравнении с этой характеристикой для фанеры, изготовленной по традиционной методике с учетом требовании ГОСТов и предприятий для данного показателя. В связи с этим очевидна возможность применения клиноптилолита, активированного в ЭМП СВЧ и СИМП в качестве сорбента-наполнителя, обеспечивающего увеличение предела прочности при скалывании по клеевому слою для готовой фанеры. Выводы:

  • 1. Установлено увеличение предела прочности при скалывании по клеевому слою готовой фанеры при введении в клеевую композицию клиноптилолита, активированного в ЭМП СВЧ и СИМП.
  • 2. Увеличение предела прочности при скалывании по клеевому слою для фанеры на основе смолы KRONORES СВ 1100 составляет 48% при активации клиноптилолита в ЭМП СВЧ и 33% процента при обработке цеолита в СИМП.
  • 3. Обработка клиноптилолита в СИМП приводит к увеличению прочностных показателей готовой фанеры с использованием смолы КФ-Н66Ф на 26%, в то время как активация цеолита в ЭМП СВЧ увеличивает исследуемый показатель в 2 раза (56%).

Библиографический список

  • 1. ГОСТ 9624-93. Древесина слоистая клееная. Метод определения предела прочности при скалывании [Текст]. - Введ. с 95.01.01. - М. : Изд-во стандартов, 1994. 10 с.
  • 2. Клёсов А. Древесно-полимерные композиты. - Спб.: Научные основы и технологии, 2010. - 736с.
  • 3. 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
  • 4. Клёсов А. Древесно-полимерные композиты. - Спб.: Научные основы и технологии, 2010. - 736с.
  • 5. В. English, N. Stark, and С.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.
  • 6. 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 : Zbornic referatov XXI International Sympozium, 26- 28.06.2013 / Technical University in Zvolen. - Zvolen, 2013. - PP.80-85
  • 7. 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.).
  • 8. Бельчинская Л.И. Природозащитные технологии обезвреживания и утилизации отходов мебельных производств. - Воронеж: Воронеж, гос. лесотехн. акад., 2002. - 210 с.
  • 9. Челищев, Н.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья [Текст] / Н.Ф. Челищев, Б.Г. Беренштейн, В.Ф. Володин. - М. : Недра, 1987. - 176 с.
  • 10. ГОСТ 9624-93. Древесина слоистая клееная. Метод определения предела прочности при скалывании [Текст]. - Введ. с 95.01.01. - М. : Изд-во стандартов, 1994. 10 с.
  • 11. Разиньков Е.М., Технология клееных материалов и древесных плит. Изготовление и испытание материалов [Текст]: методическое указание к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 260200 (250303) - Технология деревообработки / Е.М. Разиньков, В. С. Мурзин, О. В. Лавлинская; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2007. - 52с.

УДК 630

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >