Конструкционный плитный материал, выполненный из целлюлозосодержащих частиц, пропитанных клеем
Владельцы патента RU 2398676:
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (RU)
Техническое решение относится к получению плитных материалов на основе целлюлозосодержащих частиц, пропитанных клеем на основе карбамидоформальдегидной смолы, используемых в деревообрабатывающей промышленности. Целлюлозосодержащие частицы смешивают с клеем на основе карбамидоформальдегидной смолы и кислотного отвердителя. В качестве целлюлозосодержащих частиц используют костру льна. При этом клей дополнительно содержит модификатор бутанол-1 в количестве 1,4…1,6% от массы карбамидоформальдегидной смолы. Изобретение позволяет создать конструкционный материал с использованием клея на основе карбамидоформальдегидной смолы, обеспечивающего равномерное осмоление частиц костры льна при изготовлении костроплит и повышение физико-механических характеристик готовой продукции. 2 табл., 2 ил.
Изобретение относится к получению клеев на основе карбамидоформальдегидных смол, используемых в деревообрабатывающей промышленности при изготовлении костроплит.
Известен конструкционный материал на основе древесного исполнителя и других целлюлозосодержащих частиц с использованием клея на основе карбамидоформальдегидной смолы и кислотного отвердителя (Справочник по производству древесностружечных плит / И.А.Отлев [и др.] 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесная промышленность, 1990, - с.26-27, 206-208).
Однако при использовании такого клея для осмоления наполнителя в виде костры льна не удается достичь равномерного его распределения по поверхности всех частиц. Как правило, на поверхности готовой плиты присутствуют участки с повышенным содержанием связующего и участки слабо осмоленные. Неравномерность осмоления костры приводит к нестабильности свойств по толщине и формату плиты, что негативно отражается на качестве продукции.
Технической задачей изобретения является создание конструкционного материала с использованием клея на основе карбамидоформальдегидной смолы, обеспечивающего равномерное осмоление частиц костры льна при изготовлении плитных конструкционных материалов и повышение физико-механических характеристик готовой продукции.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в конструкционном материале на основе целлюлозосодержащих частиц, пропитанных клеем на основе карбамидоформальдегидной смолы и кислотного отвердителя, в качестве целлюлозосодержащих частиц использована костра льна, а клей дополнительно содержит модификатор бутанол-1 в количестве 1,4-1,6% от массы карбамидоформальдегидной смолы.
Существенным признаком, отличающим заявляемое техническое решение от известного, является то, что в клеевой состав на основе карбамидоформальдегидной смолы вводится модификатор - бутанол-1 в количестве 1,4-1,6% от массы смолы, что позволяет улучшить равномерность распределения клея по частицам костры и повысить физико-механические показатели костроплит. В предложенном решении бутанол-1 используется как реакционно-поверхностное вещество, при этом бутанолизированная смола не образуется, так как количество бутанола составляет 1,4-1,6% от массы смолы, в то время как для бутанолизированной смолы количество бутанола составляет от 30 до 50%.
Требуемое количество вводимого модификатора определено на основе экспериментальных исследований с привлечением основных положений теории смачивания и адгезии, согласно которой полимерные составы, применяемые при осмолении наполнителей, должны обеспечивать полное смачивание поверхности субстрата. Для достижения полного смачивания и высокой адгезии необходимо, чтобы поверхностное натяжение субстрата (костры льна) было больше поверхностного натяжения адгезива (клея). Величина поверхностного натяжения костры льна определена путем изучения взаимосвязи краевого угла смачивания поверхности костры полимерными составами с различным поверхностным натяжением (табл.1). В данном исследовании использовали карбамидоформальдегидную смолу КФН-66, которая совмещалась с различным количеством бутанола-1 для снижения поверхностного натяжения.
Взаимосвязь косинуса краевого угла смачивания от поверхностного натяжения адгезивов представлена на фиг.1.
Фактическое поверхностное натяжение костры определено графическим способом путем экстраполирования кривой линии, выражающей зависимость cosθ=f(σ) до значения cosθ=I, при котором должно происходить полное смачивание. Таким образом, поверхностное натяжение костры составило 45 МДж/м2. Для достижения полного смачивания и высокой адгезии необходимо, чтобы клей, применяемый
для ее осмоления, имел поверхностное натяжение 45 МДж/м2 и менее. Это достигается при модифицировании карбамидоформальдегидной смолы КФН-66 бутанолом в количестве 1,5%, при этом поверхностное натяжение модифицированного состава составляет 44,7 МДж/м2.
На фиг.2 представлен конструкционный материал на основе целлюлозосодержащих частиц, который содержит целлюлозосодержащий наполнитель - костру льна 1, между частицами наполнителя 1 расположены клеевые прослойки 2.
Конструкционный плитный материал изготавливают следующим образом. Частицы костры льна 1 смешивают с клеем 2, который готовят с использованием карбамидоформальдегидной смолы, например КФН-66, отвердителя, например хлористого аммония и модификатора - бутанола-1 в количестве 1,4-1,6% от массы карбамидоформальдегидной смолы. Карбамидоформальдегидная смола марки КФН-66 синтезирована при мольном соотношении карбамида к формальдегиду 1:1,12 и в принципе не отличается по свойствам от карбамидоформальдегидных смол марок КФ-МТ 15 и КФ-НФП, синтезированных при мольном соотношении карбамида к формальдегиду К:Ф=1:1,1-1,5. Кроме хлористого аммония при приготовлении клея можно использовать аммониевые соли в виде нитрата, фосфата и сульфата. В качестве отвердителя для предложенного решения можно использовать органические и минеральные кислоты, такие как лимонная, винная, яблочная, фосфорная и соляная кислоты. Карбамидоформальдегидные смолы отверждаются в кислой среде, поэтому применяют кислотные отвердители (см. З.Вирпша и др. "Аминопласты", М.: "Химия", 1973 г., стр.96-105).
Предлагаемые в качестве отвердителя аммониевые соли в виде нитрата, фосфата и сульфата относятся к кислотным отвердителям, так как при воздействии воды они выделяют свободную кислоту.
Полученную смесь из частиц костры льна, пропитанных клеем на основе карбамидоформальдегидной смолы и кислотного отвердителя, подвергают пьезотермообработке.
Технологический процесс изготовления предлагаемого конструкционного материала состоит из следующих технологических операций:
1. Измельчение костры льна.
2. Сушка костры до влажности 2%.
3. Смешивание костры с клеем при соотношении 90:10 мас.%.
4. Формирование ковра путем специальных формирующих машин с объемно-весовым дозированием.
5. Холодная подпрессовка для уменьшения толщины ковра и придания транспортной прочности ковру.
6. Горячее прессование в одно- или многопролетных прессах при температуре 150-190°С, давлении 2,5-3,0 МПа и времени выдержки, равном 0,25-0,4 мин/мм. Полученный таким образом конструкционный материал представляет собой плиту с размерами 3500×1750×h или 2440×1830×h, где h - толщина плиты, и может быть использован в конструкциях мебели и строительных конструкциях.
В табл.2 сравнительные физико-механические характеристики конструкционных материалов, изготовленных на основе костры с применением клея на основе карбамидоформальдегидной смолы КНФ-66, отвердителя хлористого аммония и модификатора бутанола-1. Расчетное количество абсолютно сухой смолы составляло 12% от массы костры, расчетная плотность плиты - 750 кг/м3.
Таким образом, предложенное решение обеспечивает повышение физико-механических характеристик костроплит.
| Таблица 1 | ||||
| Характеристики исследуемых адгезивов | ||||
| Адгезив | Вязкость по ВЗ-4, с | Поверхностное натяжение, σ, мДж/м2 | Косинус угла смачивания | Угол смачивания, град |
| Смола КФН-66 | 52 | 63,4 | 0,531 | 57° 54′ |
| Смола КФН-66 + 0,5% бутанола | 51 | 49,6 | 0,714 | 44° 30′ |
| Смола КФН-66 + 1% бутанола | 50 | 47,0 | 0,835 | 33° 30′ |
| Смола КФН-66 + 1,5% бутанола | 49 | 44,7 | 0,954 | 17° 30′ |
| Смола КФН-66 + 2% бутанола | 49 | 42,3 | 1,0 | 0° |
| Таблица 2 | ||||||
| Сравнительные свойства конструкционных материалов (костроплит) на основе олигомера КФН-66 | ||||||
| № | Количество модификатора (бутанола), % | Плотность плиты, кг/м3 | Предел прочности при изгибе, МПа | Предел прочности при перпендикулярном отрыве, МПа | Разбухание по толщине, % | Водопоглощение, % |
| 1 | 0 | 740 | 12,15 | 0,23 | 37,6 | 95 |
| 2 | 1 | 732 | 18,21 | 0,57 | 29 | 79 |
| 3 | 1,5 | 738 | 20,98 | 0,59 | 26,1 | 74,1 |
| 4 | 2 | 729 | 21,07 | 0,57 | 25,8 | 72,2 |
Конструкционный плитный материал, выполненный из целлюлозосодержащих частиц, пропитанных клеем на основе карбамидоформальдегидной смолы и кислотного отвердителя, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащих частиц использована костра льна, а клей дополнительно содержит кодификатор бутанол-1 в количестве 1,4…1,6% от массы карбамидоформальдегидной смолы.
