Введение к работе
Актуальность темы исследования. Фенолформальдегидная смола – наиболее часто используемое связующее при производстве древесных композиционных материалов, таких как фанера, древесноволокнистые плиты (ДВП) мокрого способа получения, плиты с ориентированной стружкой (OSB), клееный брус (LVL) и другие. Данные смолы имеют хорошие эксплуатационные характеристики: высокую прочность клеевого шва, высокую влагостойкость, термостойкость, химическую стойкость. В настоящее время фенолформальде-гидные смолы получают путем поликонденсации нефтехимического фенола с формальдегидом. Истощение запасов нефти, высокая стоимость фенола и негативное его воздействие на организм человека являются основными причинами повышенного практического интереса к замене в смолах синтетического фенола на природные фенолы из возобновляемого сырья, такие как танины, лигнин, жидкость скорлупы орехов кешью. Динамично возрастающая потребность экономики в древесноволокнистых плитах сухого способа производства и плитах OSB требует создания, с учтом особенностей технологий их производства, высококачественных водостойких связующих на основе фенолов природного происхождения.
В качестве альтернативной замены нефтехимического фенола в синтезе фенолформальдегидных смол, используемых в производстве плит ДВП и OSB, может быть использован карданол, который представляет собой мета-алкилфенол растительного происхождения.
Степень разработанности темы исследования. Возможность частичной замены фенола на жидкость скорлупы орехов кешью (ЖСОК), содержащей карданол, в составе резольных фенолформальдегидных смол для производства композитов на основе природных волокон джута, кокосовой пальмы, бамбука и сахарного тростника были изучены Maffezzoli, Santos, Balaji, Junior и другими. Lubi и Thachil исследовали свойства древесностружечных плит, изготовленных на основе фенолформальдегидных смол, модифицированных ЖСОК. Шишловым О.Ф., Трошиным Д.П. и Дождиковым С.А. описано получение водостойкой фанеры, древесностружечных плит (ДСтП) и древесно-слоистых пластиков на основе фенолкарданолформальдегидных смол. Сведений о получении древесноволокнистых плит сухого и мокрого способа производства и плит OSB с использованием фенолкарданолформальдегидных смол в научно-технической и патентной литературе найдено не было.
Цель работы – получение ДВП сухого и мокрого способа производства и плит OSB с повышенными эксплуатационными характеристиками со связующими на основе фенолкарданолформальдегидных смол.
Объект исследования – древесноволокнистые плиты сухого и мокрого способа производства и плиты OSB.
Предмет исследования – закономерности влияния на свойства ДВП и плит OSB химического строения фенолкарданолформальдегидных смол и технологических факторов получения плит.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
исследование процессов синтеза и изучение химического строения и свойств фенолкарданолформальдегидных смол;
определение закономерностей влияния на свойства ДВП сухого и мокрого способа производства и плит OSB степени замещения фенола на карданол в составе фенолформальдегидных смол;
изучение закономерностей влияния на физико-механические свойства ДВП мокрого и сухого способа производства и плит OSB технологических факторов их производства;
- разработка технологии получения фенолкарданолформальдегидных
смол для изготовления ДВП сухого и мокрого способа производства и плит
OSB;
- изготовление опытно-промышленной партии фенолкарданолформальде-
гидной смолы и испытания е в производстве плит OSB.
Научная новизна исследования:
- методика синтеза водорастворимых резольных фенолкарданолформаль-
дегидных смол для получения ДВП и плит OSB;
закономерности влияния на свойства ДВП сухого и мокрого способа производства и плит OSB содержания карданола в составе фенолкарданолфор-мальдегидных смол;
закономерности влияния на свойства ДВП сухого и мокрого способа производства и плит OSB технологических факторов их производства.
Теоретическая значимость работы состоит в получении:
закономерностей влияния на свойства ДВП сухого и мокрого способа производства и плит OSB степени замещения фенола на карданол в составе фе-нолформальдегидных смол;
закономерностей влияния на свойства ДВП сухого и мокрого способа производства и плит OSB технологических факторов их производства с фенол-карданолформальдегидными смолами.
Практическая значимость работы состоит в:
- разработке технологии получения фенолкарданолформальдегидных
смол, синтезированных с заменой до 30 мас. % фенола на карданол;
улучшении эксплуатационных характеристик ДВП сухого и мокрого способа производства и плит OSB при использовании фенолкарданолформаль-дегидных смол;
определении влияния технологических параметров изготовления плит OSB и ДВП сухого и мокрого способа производства на основе фенолкарданол-формальдегидных смол;
разработке технологической инструкции для производства фенолкарда-нолформальдегидной смолы СФЖ-OSB в ПАО «Уралхимпласт»;
подтверждении результатов лабораторных исследований при изготовлении опытно-промышленной партии плиты OSB на основе фенолкарданолфор-мальдегидной смолы СФЖ-OSB.
Методология и методы исследования. В работе была использована методология проведения и современного статистического анализа результатов лабораторных экспериментальных исследований. Были применены нормируемые отечественными и зарубежными стандартами методы исследования древесных плит и их связующих, а также современные методы исследования связующих, такие как Фурье-ИК спектроскопия и дифференциальная сканирующая калориметрия.
Научные положения, выносимые на защиту:
- методика синтеза водорастворимых резольных фенолкарданолформаль-
дегидных смол для получения ДВП и плит OSB;
- кинетика отверждения водорастворимых резольных фенолкарданол-
формальдегидных смол;
закономерности влияния содержания карданола в составе фенолкарда-нолформальдегидных смол на свойства ДВП сухого и мокрого способа производства и плит OSB;
закономерности влияния технологических факторов на свойства ДВП сухого и мокрого способа производства и плит OSB с фенолкарданолформаль-дегидными связующими;
Достоверность результатов работы подтверждена на практике при проведении лабораторных и опытно-промышленных экспериментов.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Результаты диссертационной работы соответствуют п. 14 «Химия и технология древесноволокнистых, древесностружечных плит и пластиков, модификация древесины».
Личный вклад автора заключается в сборе и анализе научно-технической и патентной информации по теме диссертации, в формулировании основных идей работы, проведении и анализе результатов экспериментов, подготовке публикаций.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: международной научно-технической конференции «Лесотехнические университеты в реализации концепции возрождения инженерного образования: социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса» (Екатеринбург, 2015), международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» (Кострома, 2015), международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития производства древесных плит» (Балабаново, 2016), международной научно-технической конференции «Лесная наука в реализации концепции уральской инженерной школы: социально-экономические и экологические проблемы лесного сектора экономики» (Екатеринбург, 2017), XIV Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Научное творчество молодежи – лесному комплексу России» (Екатеринбург, 2018).
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 11 работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, четырех приложений и списка литературы из 70 наименований. Общий объем работы составляет 121 страницу машинописного текста (из них 6 страниц приложения), содержит 46 рисунков и 26 таблиц.