Разработка клеевой композиции с пониженным содержанием свободного формальдегида для склеивания и облицовывания древесины, обезвреживание и утилизация сточных вод Ткачева, Ольга Анатольевна

Введение к работе

Актуальность темы, В производстве древесных композиций (ДК) и изделий из древесины, номенклатура и объемы изготовления которых постоянно увеличиваются, широкое распространение получили процессы склеивания. Особое место склеивание занимает в производстве щитовых изделий из древесины (производство паркетных щитов и досок, склеивание и облицовывание щитовых элементов мебельных изделий).

Наибольший удельный вес среди связующих, применяемых в производстве ДК и изделий из древесины, как в нашей стране, так и за рубежом имеют клеи на основе карбамидоформальдегидных смол (КФС). Приоритет КФС связан с целым рядом положительных технологических, эксплуатационных и экономических факторов. Однако, наряду с неоспоримыми достоинствами КФС, они обладают весьма существенным недостатком - наличием свободного формальдегида, который в последнее время привлек внимание ученых всего мира в связи с ужесточением требований к охране окружающей среды. Свободный формальдегид, являясь токсичным веществом и выделяясь в процессе склеивания древесных композиционных материалов, при эксплуатации готовых изделий из ДК, а также попадая в сточные воды в результате различных технологических операций, загрязняет промышленные помещения, продукцию и отходы деревообрабатывающих предприятий, что оказывает негативное воздействие на окружающую среду. В связи с этим проблема повышения качества древесных композиционных материалов, а также обезвреживания и утилизации токсичных отходов деревообрабатывающих предприятий остается весьма актуальной как в нашей стране, так и за рубежом.

Исследования, результаты которых обобщены в диссертации, выполнялись в 1991-1995 годах по заказ-наряду Госкомитета по высшей школе "Использование адсорбционных свойств минеральных и растительных сорбентов для очистки от токсикатов газовых выбросов и сточных вод мебельных и деревообрабатывающих предприятий", по НИР с АО "Графское" "Количественное определение токсичных веществ в ДСтП" (1994-95г.) и с АО "Мебель Черноземья" "Разработка технологического регламента сброса формальдегидсодержащих сточных вод в канализацию" (1995 г.).

Целью работы является разработка клеевой композиции с пониженным содержанием свободного формальдегида для склеивания и облицовывания древесных материалов, а также обезвреживание и утилизация образующихся отходов.

Задачи работы:

выявление эффективных адсорбентов и исследование возможности их использования для снижения содержания формальдегида в карбамидофор-мальдегидной смоле и водных растворах;

изучение влияния различных факторов, позволяющих интенсифицировать процесс адсорбции формальдегида из клея и сточных вод мебельных

предприятий;

исследование возможности комплексного применения глинистых минералов в качестве наполнителя, отвердителя и адсорбента формальдегида в карбамидоформальдегидных клеях, используемых для склеивания и облицовывания древесных материалов;

разработка и оптимизация рецептуры клея по критериям одновременной минимизации содержания свободного формальдегида, расхода смолы и отвердителя с сохранением прочностных характеристик клеевого слоя;

разработка комплексной технологической схемы участка облицовывания мебельных деталей с использованием низкотоксичного клея и с замкнутой системой водоснабжения;

проведение производственных испытаний и внедрение в практику выполненных научно-технических разработок по очистке и утилизации отходов;

расчет эколого-экономического эффекта от предлагаемых технологических решений.

Научная новизна,

1. Для склеивания и облицовывания щитовых элементов изделий из древесины предложена клеевая композиция с минеральным глинистым наполнителем, отличающаяся от традиционной возможностью одновременно минимизировать содержание свободного формальдегида, а также уменьшить расход смолы и отвердителя без снижения прочности клеевого соединения.

2. Разработан способ получения полусинтетического сорбента для снижения концентрации формальдегида в материалах и отходах деревообрабатывающей промышленности.

3. Определены кинетические и термодинамические характеристики процесса адсорбции формальдегида на полусинтетическом адсорбенте в условиях естественной конвекции и при перемешивании.

4. Разработанный способ очистки формальдегидсодержащих сточных вод защищен патентом Российской Федерации № 2060953.

Практическая значимость.

1. Разработанная клеевая композиция с пониженным содержанием свободного формальдегида, не уступающая по физико-механическим и технологическим свойствам традиционной и более экономичная по сравнению с промышленным аналогом, может применяться на мебельных предприятиях для склеивания холодным способом паркетных щитов и фасадов корпусной мебели из натуральной древесины, а также для облицовывания щитовых деталей горячим способом.

2. Разработанная технологическая схема обезвреживания формальдегидсодержащих сточных вод, внедренная на двух мебельных комбинатах, позволяет осуществить замкнутый цикл водоснабжения отдельных технологических операций и снизить экологическую напряженность на предприятии.

3. Утилизация формальдегидсодержащих твердых отходов в строитель-

ных организациях позволит рационально использовать природные ресурсы.

4. Разработанная модифицированная методика определения формальдегида в кислых сточных водах мебельных предприятий используется в лабораторном практикуме для студентов 4 курса Воронежской государственной лесотехнической академии.

На защиту выносится:

1. Разработанная рецептура низкотоксичной и экономичной клеевой композиции на основе карбамидоформальдегидной смолы с активированным глинистым наполнителем для склеивания и облицовывания древесных материалов.

2. Математические модели процесса склеивания древесных материалов, описывающие зависимость прочностных характеристик клеевого соединения и содержания свободного формальдегида в клее от соотношения компонентов рецептуры и продолжительности склеивания.

3. Установленные закономерности влияния различных факторов на эффективность снижения концентрации свободного формальдегида в клеевых композициях и смолосодержащих отходах деревообрабатывающих производств.

4. Научно обоснованная принципиальная технологическая схема участка облицовывания мебельных щитов с применением предлагаемого низкотоксичного карбамидоформальдегидного клея, позволяющая осуществить замкнутый цикл водоснабжения данного участка и утилизировать смоляные и глинистые отходы.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 22 работы, имеется патент Российской Федерации.

Апробация работы. Результаты работы доложены на международных (Томск - 1995, Зволен (Словакия) - 1996, 1997, 1999, Екатеринбург - 1999); на Всесоюзных и Всероссийских (Минск - 1990, Гомель - 1991, Санкт-Петербург - 1993); на региональных (Липецк - 1997, Воронеж - 1995, 1998) и на городских и внутривузовских конференциях (Воронеж -1995, 1997).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и выводов; изложена на 153 страницах, включает 18 таблиц, 22 рисунка, список литературы из 141 источника, из них 26 - на иностранных языках, и 7 приложений.