Способ производства фанеры
Владельцы патента RU 2764302:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) (RU)
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к получению фанеры. Выполняют гидротермическую обработку заготовок древесины, изготовление шпона, его сушку, нанесение на шпон полимерного связующего для склеивания, формирование пакета, его подпрессование и горячее прессование. Гидротермическую обработку заготовок древесины для получения шпона проводят при температуре 40-45°С в течение 4 ч. Сушат шпон в паровой сушилке и газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 мин. В качестве теплоносителя в газовой сушилке используют природный газ. Снижается выделение удельных выбросов формальдегида и метанола в окружающую среду в процессе сушки шпона при производстве фанеры. 2 з.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к получению фанеры.
Известен способ производства огнезащищённой фанеры, содержащей антипирен моноамминийфосфат, на основе фенолоформальдегидной смолы СФЖ-3014, в котором не контролируется гидротермический процесс получения шпона из заготовок берёзы по санитарно-химическим характеристикам. При увеличении времени гидротермической обработки приводит к повышенному выделению удельных выбросов формальдегида и метанола при сушке шпона в паровой и газовой сушилках при производстве фанеры [1] (Патент RU 2144856, МПК, кл. B 27 D 1/04).
Также недостатком в способе [1] является отсутствие санитарно-химических характеристик огнезащищённой фанеры и удельных выбросов в атмосферу по формальдегиду, метанолу, фенолу, аммиаку при производстве фанеры.
Известен способ изготовления композиционных древесных материалов (КДМ) ̶ фанеры, заключающийся в подготовке древесной основы путем гидротермической обработки древесины берёзы при температуре воды 40-45°С (мягкий режим) в течение нескольких часов в зависимости от времени года и диаметра древесного сырья. После гидротермической обработке заготовок древесины берёзы подвергают лущению на лущильных станках с получением шпона толщиной 1,55 мм. Полученный шпон сушат в среде, не содержащей продуктов пиролиза древесины при горении и природного газа. Данную операцию целесообразно осуществлять конвективным способом – нагретым воздухом в паровой сушилке. Шпон сушат до влажности 8 ± 2%. На листы высушенного шпона наносят полимерное связующее (например смолы СФЖ-3014), формируют пакет, его подпрессовывают и осуществляют горячее прессование [2] (Патент RU 2057638, МПК, кл. B 27 D 1/04). После прессования фанеру подвергают технологической выдержке в стопах в течение 24 ч. Формирование пакета, подпрессовку, прессование и выдержку осуществляют с использованием эффективной вытяжной вентиляции.
Санитарно-химическая оценка фанеры и древесины березы проводилась в моделированных условиях эксплуатации в камерах из стекла в соответствии с МУК [3] с применением СТП 01-94 методом газовой хроматографии [4]. За фоновую концентрацию формальдегида, принята концентрация формальдегида, выделяющегося из древесины березы через одни сутки кондиционирования ее образцов при 40°С, кратности воздухообмена 1 об/ч и насыщенности 1,2 м2/м3 составляет 0,239 мг/м3.
Учитывая, что древесина березы содержит воды 35%, при гидротермической обработке древесины березы при температуре 40-45°С в течение 24 и 48 ч, содержание воды увеличивается до 80-90%, шпон березы после лущения содержит воды на 10-12 % меньше. В процессе кондиционирования образцов древесины березы и шпона после лущения в моделированных условиях эксплуатации в камерах из стекла выделяется вода, формальдегид и метанол, и динамическое равновесие их выделения устанавливается через 30 суток при температуре 40°С.
В [5] при санитарно-химической оценке древесины березы с влажностью 35% методом газовой хроматографии в соответствии с [4], концентрация формальдегида через 30 суток кондиционирования образцов при 40°С, кратности воздухообмена 1 об/ч и насыщенности 1,2 м2/м3 составляет 0,047 мг/м3.
Недостатком известного способа [2] является не контролируемый процесс гидротермической обработки древесины берёзы по содержанию формальдегида и метанола в лущённом шпоне, что приводит к повышенному содержанию формальдегида и метанола в высушенном шпоне в паровой (теплоноситель нагретый воздух) и газовой (теплоноситель природный газ) сушилках. При сушке шпона в паровой и газовой сушилках выделяется в окружающую среду повышенное количество формальдегида и метанола.
Для сокращения времени определения санитарно-химических характеристик КДМ по формальдегиду, производители КДМ в странах Евросоюза разработали другой подход по определению формальдегида в соответствии с EN 120:1994 [6] в мг/100 г массы. Стандарт EN 120:1994 [5] – аналог ГОСТ 27678-2014 [7] регламентирует определение формальдегида перфораторным методом в ДСП и фанере (экстракцией формальдегида из материала толуолом и спектрофотометрическим определением с ацетилацетоновым реактивом) в мг/100 г массы. ГОСТ 27678-2014 и стандарт EN 120:1994 не регламентируют определение метанола и фенола.
Техническое решение [2] является наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому результату.
Задача, решаемая данным изобретением ̶ улучшение санитарно-химических характеристик лущеного шпона по содержанию формальдегида и метанола при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы и снижение выделения удельных выбросов формальдегида и метанола в окружающую среду в процессе сушки шпона в паровой и газовой сушилках при производстве фанеры.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что предлагается новый способ гидротермической обработки заготовок древесины берёзы при температуре 40-45°С в течение 4 ч для получения шпона с пониженным содержанием формальдегида, метанола и снижении удельных выбросов формальдегида и метанола в окружающую среду при сушке шпона в паровой и газовой сушилках, изготовление шпона на лущильных станках, нанесение на листы высушенного шпона полимерного связующего ̶ карбамидо- или фенолоформальдегидную смолы, формирование пакета, его подпрессовывание и горячее прессование.
Санитарно-химические характеристики при различных режимах гидротермической обработки заготовок древесины берёзы для получения лущёного шпона, высушенного шпона в паровой и газовой сушилках и фанеры, содержание формальдегида и метанола определяли в соответствии с СТП методом газовой хроматографии [4].
Изобретение поясняется следующими примерами:
Пример 1 (контроль). Заготовку древесины березы диаметром 25 см (гидротермическая обработка не проводилась) подвергают лущению на лущильных станках с получением шпона заданной толщины – 1,55 мм.
Пример 2. Заготовку древесины березы диаметром 25 см подвергают гидротермической обработке при температуре воды 40-45°С (мягкий режим) в течение 4 ч в теплый период года (температура воздуха 15-25°С) с последующим лущением на станках и получением шпона толщиной 1,55 мм.
Пример 3. Заготовку древесины березы диаметром 25 см подвергают гидротермической обработке при температуре воды 40-45°С в течение 12 ч в теплый период года (температура воздуха 15-25°С) с последующим лущением на лущильных станках и получением шпона толщиной – 1,55 мм.
Пример 4. Заготовка древесины березы диаметром 25 см подвергают гидротермической обработке при температуре воды 40-45°С в течение 48 ч в теплый период года (температура воздуха 15-25°С) с последующим лущением на лущильных станках и получением шпона толщиной – 1,55 мм.
В табл. 1 приведены санитарно-химические характеристики шпона березы, полученного по режимам гидротермической обработки заготовок древесины берёзы по примерам 1-4.
Таблица 1. Санитарно-химические характеристики шпона толщиной 1,55 мм при различных режимах гидротермической обработки заготовок древесины берёзы методом газовой хроматографии, мг/100 г и мг/м2
| Примеры | Режим гидротермической обработки заготовок древесины берёзы | Концентрация в шпоне, мг/100 г | Концентрация в шпоне, мг/м2 | ||
| Формаль-дегид | Метанол | Формаль-дегид | Метанол | ||
| 1 (кон-троль) | Гидротермическую обработку древесины не проводили | 0,45 | 0,65 | 4,5 | 6,5 |
| 2 | Гидротермическая обработка древесины при температуре 40-45°С в течение 4 ч | 0,85 | 0,98 | 8,5 | 9,8 |
| 3 | Гидротермическая обработка древесины при температуре 40-45°С в течение 12 ч | 1,73 | 2,43 | 17,3 | 24,3 |
| 4 | Гидротермическая обработка древесины при температуре 40-45°С в течение 48 ч | 2,11 | 3,48 | 21,1 | 34,8 |
Из табл. 1 следует, что режим гидротермической обработки древесины березы по примеру 2 является оптимальным и содержание формальдегида больше в 2 раза и метанола в 1,5 раз по сравнению с древесиной берёзы не подвергнутой гидротермической обработке по примеру 1. Шпон на лущильных станках по примеру 2 не рвется и равномерен по толщине. Режимы гидротермической обработки древесины березы по примеру 3 и 4 приводят к увеличению содержания в шпоне берёзы формальдегида в 2 и 2, 5раза и метанола 2,5 и 3,6 раза по сравнению с гидротермическим режимом обработки древесины берёзы по примеру 2 при температуре 40-45°С в течение 4 ч. Шпон на лущильных станках по примерам 3 и 4 не рвется и равномерен по толщине.
Пример 5. Удельные выбросы формальдегида и метанола при производстве 20000 м3 в год шпона берёзы при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы по примерам 1-4 (табл. 2).
Таблица 2. Удельные выбросы формальдегида и метанола при производстве 20000 м3 в год шпона березы толщиной 1,55 мм при различных режимах гидротермической обработки древесины берёзы методом газовой хроматографии, кг
| При-меры | Режим гидротермической обработки заготовок древесины берёзы |
Удельные выбросы органических веществ в сушилках при производстве шпона берёзы объёмом 20000 м3 в год, кг | |
| Формальдегид | Метанол | ||
| 1 (кон-троль) | Гидротермическую обработку древесины не проводили | 58 | 84 |
| 2 | Гидротермическая обработка древесины при температуре 40-45°С в течение 4 ч | 110 | 127 |
| 3 | Гидротермическая обработка древесины температуре при 40-45°С в течение 12 ч | 223 | 314 |
| 4 | Гидротермическая обработка древесины при температуре 40-45°С в течение 48 ч | 273 | 449 |
Из табл. 1 следует, что увеличение времени гидротермической обработки заготовок древесины берёзы по примерам 3 и 4 ̶ до 12 и 48 ч приводит к увеличению удельных выбросов в окружающую среду формальдегида в 2 и 2,5 раза и, соответственно, метанола 2,5 и 3,6 раза при сушке шпона в паровой и газовой сушилках по сравнению с исходной заготовкой древесины березы до гидротермической обработки по примеру 1.
Примеры 6, 7. Санитарно-химические характеристики шпона берёзы при гидротермической обработке древесины березы по примеру 2 ̶ при температуре 40-45°С в течение 4 ч, высушенный в паровой сушилке при температуре 140-145°С в течение 20 минут и газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут на технологической линии по производству фанеры (табл. 3).
Таблица 3. Санитарно-химические характеристики шпона при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы при температуре 40-45°С в течение 4 ч, высушенный в паровой и газовой сушилках, методом газовой хроматографии, мг/100 г
| При-меры | Режим гидротермической обработки заготовок древесины берёзы |
Концентрация, мг/100 г | |
| Формальдегид | Метанол | ||
| 2 (кон-троль) | Шпон берёзы получен при гидротермической обработке древесины берёзы при температуре 40-45°С в течение 4 ч | 0,85 | 0,98 |
| 6 | Шпон берёзы, получен по примеру 2, высушен в газовой сушилке СРГ-25М при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут |
0,50 | 0,31 |
| 7 | Шпон берёзы, получен по примеру 2, высушен в паровой сушилке СУР-4 при температуре 140-145°С в течение 20 минут | 0,33 | 0,55 |
Из табл. 3 следует, что шпон березы, полученный по примерам 6 и 7, высушенный в паровой и газовой сушилках, содержит формальдегида меньше в 1,7-2,6 раза и метанола в 1,8-3,2 раза по сравнению с шпоном березы, полученным при гидротермической обработки заготовок древесины берёзы по примеру 2 при температуре 40-45°С в течение 4 ч.
Из табл. 3 также следует, что шпон берёзы, высушенный в газовой сушилке, содержит формальдегида в 1,5 раза больше и метанола в 1,8 раза меньше по сравнению со шпоном, высушенным в паровой сушилке.
В шпоне березы, высушенном в газовой сушилке, повышенное содержание формальдегида связано с тем, что при горении природного газа образуется формальдегид, который сорбируется шпоном, а пониженное содержание метанола связано с более жестким режимом сушки шпона в газовой сушилке.
Примеры 8, 9. Санитарно-химические характеристики шпона берёзы при гидротермической обработке древесины березы по примеру 3 ̶ при температуре 40-45°С в течение 12 ч, высушенный в паровой сушилке при температуре 140-145°С в течение 20 минут и газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут по примерам 8 и 9 на технологической линии по производству фанеры (табл. 4).
Примеры 10-12. Изготовление фанеры проводили по технологическому регламенту завода и включали гидротермическую обработку заготовок древесины берёзы по примеру 3 ̶ при температуре 40-45°С в течение 12 ч, изготовление шпона толщиной 1,55 мм на лущильных станках, сушку шпона в паровой сушилке при температуре 140-145°С в течение 20 минут и газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут, нанесение на шпон карбамидо- или фенолоформальдегидной смолы для склеивания, формирование пакета и его прессование.
В табл. 4 приведены санитарно-химические характеристики фанеры на основе карбамидо- и фенолоформальдегидной смол из шпона берёзы при гидротермической обработке древесины березы по примеру 3 ̶ при температуре 40-45°С в течение 12 ч, высушенный в паровой сушилке при температуре 140-145°С в течение 20 минут и газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут на технологической линии по производству фанеры.
Таблица 4. Санитарно-химические характеристики шпона при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы при температуре 40-45°С в течение 12 ч, высушенный в паровой и газовой сушилках, и фанеры ФК на основе карбамидоформальдегидной смолы КФМТ-15 и фанеры ФБС на основе фенолоформальдегидной смолы методом газовой хроматографии, мг/100 г
| При-меры | Режим гидротермической обработки заготовок древесины берёзы |
Концентрация, мг/100 г | |||
| Формаль-дегид | Метанол | Фенол | *формаль-дегид | ||
| 3 (кон-троль) |
Шпон берёзы получен при гидротермической обработке древесины берёзы при температуре 40-45°С в течение 12 ч | 1,73 | 2,43 | - | - |
| 8 | Шпон берёзы получен по примеру 3, высушен в газовой сушилке СРГ-25М при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут | 1,08 | 0,72 | - | - |
| 9 | Шпон берёзы, получен по примеру 3, высушен в паровой сушилке СУР-4 при температуре 140-145°С в течение 20 минут | 0,86 | 1,18 | - | - |
| 10 | Фанера ФК толщиной 9 мм из шпона берёзы, высушенный в газовой сушилке СРГ-25М | 1,15 | 7,93 | - | 6,0-8,5 |
| 11 | Фанера ФК толщиной 18 мм из шпона берёзы, высушенный в газовой сушилке СРГ-25М | 1,95 | 16,1 | - | 7,0-9,5 |
| 12 | Фанера ФБС толщиной 12 мм из шпона берёзы, высушенный в газовой сушилке СРГ-25М | 1,25 | 0,66 | 1,34 | - |
Примечание. *Определяли содержание формальдегида спектрофотометрическим методом с ацетилацетоном по ГОСТ 27678-2014 [6].
Из табл. 4 следует, что шпон березы, полученный по примерам 8 и 9, высушенный в паровой и газовой сушилках, содержит формальдегида меньше в 1,6-2,0 раза и метанола в 2-3,4 раза по сравнению с шпоном березы, полученным при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы по примеру 3.
Из табл. 4 следует, что при увеличении времени гидротермической обработки заготовок древесины берёзы до 12 ч по примерам 8 и 9 приводит к увеличению содержания в шпоне березы формальдегида в 2 раза и метанола в 2,6 раза по сравнению с шпоном березы, полученным при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы по примеру 2.
Анализ результатов табл. 4 показывает, что при определении методом газовой хроматографии, в фанере на основе карбамидоформальдегидной смолы содержится метанола в 7-8 раз больше по сравнению с формальдегидом. Содержание формальдегида в фанере, определённое методом газовой хроматографии, ниже в 3,6-7,4 раза по сравнению с спектрофотометрическим методом с ацетилацетоном по ГОСТ 27678-2014 [6]. При определении с ацетилацетоном формальдегида в фанере определяется сумма органических веществ, которую ошибочно принимают за формальдегид. Фанера толщиной 9 и 18 по содержанию формальдегида соответствует классу Е1 по ГОСТ 3916.1-2018 [8].
В фанере ФК толщиной 9 мм и шпоне, высушенном в газовой сушилке, соответственно, содержится формальдегида 1,15 и 1,08 мг/100 г. В фанере ФК толщиной 18 мм содержится формальдегида в 1,7 раза больше по сравнению с фанерой ФК толщиной 9 мм.
В фанере ФК толщиной 9 и 18 мм содержится метанола 7,93 и 16,1 мг/100 г и связано это с высоким содержанием метанола в карбамидоформальдегидной смоле КФМТ-15.
В фанере ФБС толщиной 12 мм основе фенолоформальдегидной смолы содержится формальдегида в 2 раза больше по сравнению с метанолом и фенола в 2 раза больше по сравнению с метанолом
Пример 13. Санитарно-химические характеристики шпона берёзы при гидротермической обработке древесины березы по примеру 4 ̶ при температуре 40-45°С в течение 48 ч, высушенном в газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут на технологической линии по производству фанеры (табл. 5).
Таблица 5. Санитарно-химические характеристики шпона березы при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы при температуре 40-45°С в течение 48 ч, высушенный в газовой сушилке, методом газовой хроматографии, мг/100 г
| Примеры | Режим гидротермической обработки заготовок древесины берёзы |
Концентрация, мг/100 г массы | |
| Формальдегид | Метанол | ||
| 4 (контроль) | Шпон берёзы получен при гидротермической обработке древесины берёзы при температуре 40-45°С в течение 48 ч | 2,11 | 3,48 |
| 13 | Шпон берёзы получен по примеру 4, высушен в газовой сушилке СРГ-25М при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 минут | 1,58 | 1,65 |
Из табл. 5 следует, что шпон березы, полученный по примеру 13, высушенный в газовой сушилке, содержит меньше формальдегида в 1,3 раза и метанола в 2,1 раза по сравнению с шпоном березы, полученным при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы по примеру 4.
Из табл. 5 также следует, что при увеличении времени гидротермической обработки заготовок древесины берёзы до 48 ч приводит к увеличению содержания в шпоне березы формальдегида в 2 раза и метанола в 2,6 раза по сравнению с шпоном березы, полученным при гидротермической обработке заготовок древесины берёзы по примеру 2 при температуре 40-45°С в течение 4 ч.
Таким образом, изобретение позволяет производить фанеру с пониженным содержанием формальдегида и метанола и снижать удельные выбросы этих веществ в окружающую среду в процессе производства шпона на технологической линии по производству фанеры.
Выявленные закономерности в заявляемом техническом решении распространяются не только на производство фанеры, но и другие древесные композиционные материалы, таких как ДСП, отделанные шпоном ценных пород древесины, используемых для внутренней жилых и общественных помещений.
Использование метода газовой хроматографии [4] для определения санитарно-химических характеристик (мг/100 г, мг/м2) древесины берёзы, шпона после лущения, шпона высушенного в сушилках и фанеры на основе карбамидо- и фенолоформальдегидных смол позволяет разрабатывать и производить древесные композиционные материалы с пониженным содержанием вредных летучих химических веществ – формальдегида, аммимака, метанола, метилаля, фенола и других органических соединений.
Источники информации:
1. Патент RU 2144856. МПК B 27 D 1/04. Бюл. 2000. № 3. Способ изготовления огнезащищённой фанеры // Бирюков В.Г., Новичков В.Ф., Сибримов Н.И., Неклюдов А.Д., Мишков С.Н., Карпо Б.С., Балакин М.И., Соболев А.В.
2. Патент RU 2057638. МПК В 27 D 1/04. Бюл. 1996. № 10. С. 166. Способ производства древесных композиционных материалов // Хабаров В.Б., Бирюков В.Г., Львов А.И., Садкеева М.Н., Юрин В.М.
3. Методические указания по санитарно-гигиеническому контролю полимерных строительных материалов, предназначенных для применения в жилых и общественных зданий. Издание 3-е, дополненное, Минздрав СССР. М.: 1980, с. 51 с.
4. Хабаров В.Б., Панина Л.И., Львов А.И. стандарт предприятия (СТП) 01-94 НИОКО «Биоэкомониторинг». Унифицированная методика санитарно-химической оценки полимерных и композиционных материалов на основе карбамидо-, меламино- и фенолоформальдегидных смол методом газовой хроматографии. М., 1994. - 59 с. - Введ. 01.06.95.
5. Хабаров В.Б. Применение газовой хроматографии при контроле санитарно-химических характеристик древесины сосны, берёзы и фанеры из шпона берёзы // Деревообрабатывающая промышленность. 2009. № 1. С. 14-18.
6. EN 120:1994. Панели на основе древесины. Определение концентраций формальдегида. Экстракционный метод, называемый перфораторным.
7. ГОСТ 27678-2014. МГС. Плиты древесностружечные и фанера. Перфораторный метод определения содержания формальдегида. М.: Стандартинформ. 2015. 11 с. – Введ. 01.01.2016.
8. ГОСТ 3916.1-2018. МГС. Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород. Технические условия. М.: Стандартинформ. 2019. 19 с. – Введ. 06.12.2019.
1. Способ производства фанеры, включающий гидротермическую обработку заготовок древесины, изготовление шпона, его сушку, нанесение на шпон полимерного связующего для склеивания, формирование пакета, его подпрессование и горячее прессование, отличающийся тем, что гидротермическую обработку заготовок древесины для получения шпона проводят при температуре 40-45°С в течение 4 ч, сушат шпон в паровой сушилке и газовой сушилке при температуре 200-230°С и выходе 100°С в течение 7 мин и в качестве теплоносителя в газовой сушилке используют природный газ.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что санитарно-химические характеристики шпона и заготовки древесины по формальдегиду и метанолу определяют в мг/100 г массы и мг/м2 методом газовой хроматографии.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сушат шпон в паровой сушилке при температуре 140-145°С в течение 20 мин.
