Ускорение процесса склеивания шпона фенолоформальдегидными клеями Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 674.02

Анатолий Николаевич Чубинский,

доктор технических наук, профессор [email protected]

Г алина Степановна Баранкина,

кандидат технических наук, доцент

Дмитрий Сергеевич Русаков, аспирант

Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия

Сергей Викторович Денисов,

кандидат технических наук, профессор

Братский государственный университет

УСКОРЕНИЕ ПРОЦЕССА СКЛЕИВАНИЯ ШПОНА ФЕНОЛОФОРМАЛЬДЕГИДНЫМИ КЛЕЯМИ

Шпон, фенолоформальдегидная смола, модификация, пектол, режимы склеивания.

Veneer, phenol - formaldehyde resins, modification, pektol, schedule of gluing.

Введение. Широко используемые в производстве фанеры фенолофор-мальдегидные смолы, позволяющие получать фанеру повышенной водостойкости, характеризуются большей по сравнению с карбамидоформаль-дегидрыми клеями продолжительностью процесса склеивания, что снижает производительность прессового оборудования.

Ускорение отверждения связующего может быть достигнуто путем их модификации различными химически активными веществами [1], в качестве которых могут быть использованы резорцин, параформ, сернокислый алюминий, кремнеземный дисперсный порошок, цеолиты, шунгиты, а также вещества, содержащиеся в отходах различных производств [2]. Время желатинизации фенолоформальдегидных смол можно уменьшить, совмещая их с карбамидоформальдегидными клеями.

Эффективными модификаторами, снижающими продолжительность процесса склеивания фанеры могут быть побочные продукты целлюлозного производства, в частности пектол (табл. 1).

Таблица 1

Свойства клея на основе смолы СФЖ-3013

Наполнитель, модификатор Массовое содержание наполнителя, % Условная вязкость клея через 1 час после изготовления, с Жизнеспособность клея, ч Продолжительность процесса отверждения, с

Без наполнителя 0 49 - 579

Совмещенный клей (СФЖ 3013 - 80 м. ч., КФ-Ж - 20 м. ч. 0 73 8 509

Кремнеземный дисперсный порошок 1,5 - 5 440

Шунгиты 8-10 76,5 6-8 521

Пектол 15 82 10-12 450

Введение пектола в состав фенолоформальдегидной смолы позволяет не только повысить производительность прессового оборудования за счет ускорения отверждения клея, но и утилизировать отходы целлюлознобумажного производства, уменьшить расход дорогостоящего связующего.

Методика проведения исследований. Для проведения исследований использовали сосновый шпон различной влажности и фенолоформальде-гидную смолу СФЖ-3013. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 20907 (физико-химические свойства смолы СФЖ-3013) и ГОСТ 9624 (физико-механические свойства фанеры). В качестве модификаторов использовали кремнеземный дисперсный порошок, шунгиты, пектол.

Исследования проводили по известным методикам [3]. Определению подлежали продолжительность желатинизации клея, его условная вязкость и поверхностное натяжение, угол смачивания, прочность клеевого соединения при скалывании по клеевому слою [4].

Предварительную оценку реакционной способности клея в соответствии с молекулярно-адсорбционной теорией адгезии проводили на осно-

вании изменения поверхностного натяжения клея на границе раздела фаз жидкость - газ при введении в смолу различного количества модификатора

Wa =ажг(1 + cos ФХ

где Wa - работа адгезии, мДж/м2; а жг - поверхностное натяжение на границе раздела фаз жидкость - газ, мН/м; cos ф - косинус угла смачивания.

Результаты исследований и их анализ. В соответствии с молекулярно-адсорбционной теорией адгезии с увеличением площади контакта связующего и подложки повышается прочность клеевого соединения при условии смачивания им древесины. Известно, что древесину хорошо смачивают жидкости, у которых поверхностное натяжение меньше, чем у нее. Ранее [3] установлено, что критическое поверхностное натяжение у березового, осиного, соснового и лиственничного шпона при влажности 8 % в нормальных условиях составляет 40-50 мН/м, что сопоставимо с поверхностным натяжением фенолоформальдегидных смол без модификаторов и наполнителей и свидетельствует о способности древесины смачиваться этими связующими.

Введение модификатора изменяет свойства клея, его способность взаимодействовать с древесиной (табл. 1). Уровень взаимодействия зависит от влажности и шероховатости поверхности шпона, количества введенного в смолу модификатора (рис. 1, 2).

Рис. 1. Зависимость угла смачивания от влажности и шероховатости шпона при содержании пектола в клее на основе смолы СФЖ-3013 в количестве 10 %

Рис. 2. Зависимость угла смачивания от содержания пектола в смоле и влажности шпона (шероховатость 250 мкм)

Анализ результатов исследований (рис. 3, 4, 5) показывает необходимость ограничения содержания пектола в фенолоформальдегидной смоле для создания благоприятных условий межмолекулярного взаимодействия.

Рис. 3. Зависимость угла смачивания от влажности шпона

Рис. 4. Зависимость продолжительности прессования фанеры от содержания пектола в смоле

Рис. 5. Зависимость поверхностного натяжения клея от содержания пектола в смоле

Зависимость краевого угла смачивания от влажности шпона описываются уравнениями регрессии:

9 = -0,0219Х12 + 0,1X1 + 59,888 (шероховатость поверхности шпона 200 мкм); 9 = -0,0188 X12 + 0,075 X1 + 60,025 (шероховатость поверхности шпона 250 мкм);

9 = -0,0156X!2 + 60,563 (шероховатость поверхности шпона 300 мкм),

при 2 % < Х1 < 12 %,

где 9 - краевой угол смачивания, град; X1 - влажность шпона, %.

Зависимость поверхностного натяжения смолы от содержания пектола в смоле описывается уравнением регрессии:

ст = -0,0886Х22 + 3,409X2 + 25,47, приX1 = 6 %; 5 % <Х2 < 15 % .

где ст - поверхностное натяжение смол, мН/м; Х2 - содержание пектола в смоле, %.

Зависимость продолжительности прессования фанеры от содержания пектола в смоле (рис. 4) описывается уравнением регрессии:

т = -0,2X2 + 9,5 при 5 % < Х2 < 15 %,

где т - продолжительность прессования фанеры, мин; Х2 - содержание пектола в смоле, %.

Для обоснования условий и параметров режима склеивания был проведен многофакторный эксперимент на примере склеивания сосновой фанеры толщиной 9 мм из шпона толщиной 2,0 и 2,2 модифицированным пектолом клеем на основе фенолоформальдегидной смолы СФЖ-3013. Переменные факторы и уровни и варьирования приведены в табл. 2.

Таблица 2

Переменные факторы и уровни их варьирования

Наименование фактора Единица измерения Условное обозначение Уровни варьирования

НИЖНИЙ средний верхний

Содержание пектола в смоле % Х2 5 10 15

Температура плит пресса °с Х3 108 115 122

Склеивание производили в условиях фанерного завода Братскком-плекс холдинг в соответствии с принятым на предприятии технологическим регламентом. Склеенную фанеру испытывали на прочность при изгибе и скалывании.

В результате математической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии:

Уизг = 97,332 - 0,3746X2 - 0,1441Хз + 0,0427Х22 + 0,0003Хз2 - 0,0129X3X3; Ускал = 2,0537 - 0,0008X2 - 0,00329X3 + 0,00187Х22 - 0,00016X^X3, при 5 % < Х2 < 15 % и 108 °С < Х3 < 122 °С,

где Уизг - прочность при статическом изгибе, МПа; ускал - прочность при скалывании по клеевому слою, МПа; Х2 - содержание пектола в смоле, %; Х3 - температура плит пресса, °С.

Графическая зависимость прочности при изгибе от влияющих факторов представлена на рис. 6.

Прочность фанеры при изгибе, МПа

122

Температура

прессования

Содержание пектола в смоле, %

108

Рис. 6. Зависимость прочности фанеры при изгибе от содержания пектола в смоле и продолжительности склеивания

Выводы. Введение пектола в фенолоформальдегидную смолу повышает реакционную способность клея, уменьшает продолжительность его отверждения, незначительно снижая смачивающую способность. Полученные уравнения регрессии, связывающие прочность клеевого соединения с влияющими факторами, позволяют определить рациональные режимы склеивания шпона модифицированным пектолом клеем на основе смолы СФЖ-3013.

1. Чубинский, А.Н. Формирование клеевых соединений древесины [Текст] / А.Н. Чубинский. - СПб.: СПбГУ, 1992. - 164 с.

2. Чубинский, А.Н. Совершенствование технологии склеивания фанеры [Текст] / А.Н. Чубинский, Г.С. Баранкина, К.Г. Брутян // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. - СПб.: СПбГЛТА, 2007. - С. 167175.

3. Чубинский, А.Н. Моделирование процессов склеивания древесных материалов [Текст] / А.Н. Чубинский, В.В. Сергеевичей. - СПб.: Изд. дом Герда, 2007. - 176 с.

4. Денисов, С.В. Оптимизация технологических режимов склеивания фанеры модифицированными клеевыми композициям [Текст] / С.В. Денисов, Д.С. Русаков // Современные проблемы механической технологии древесины. - СПб.: СПбГЛТА, 2010. - С. 116-120.

Рассмотрено влияние ряда модификаторов на свойства фенолоформальде-гидных смол. Экспериментально исследовано влияние модификатора пектола на продолжительность процесса склеивания шпона и прочность клеевого соединения. Установлено, что применение пектола в качестве модификатора фено-лоформальдегидной смолы СФЖ-3013 позволяет ускорить процесс склеивания шпона.

* * *

Carrid out investigations give the possibility to determine the parameters of gluing process of plywood using the modified by «pektol» phenol - formaldehyde resins. Using modified glue give the possibility to short the gluing time.