ДЕРЕВООБРАБОТКА И ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКА В РОССИИ: КЛЮЧЕВЫЕ ФАКТОРЫ УСПЕХА

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ЭМИССИЮ СВОБОДНОГО ФОРМАЛЬДЕГИДА ИЗ ГОТОВОЙ ФАНЕРЫ

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.

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
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >