Введение к работе
Актуальность темы. В современных экономических условиях потребность промышленности в фенолоформальдегидных смолах растет более быстрыми темпами, чем их производство. Повышение спроса на фенолоформальдегидные смолы вызвано комплексом их положительных свойств, позволяющих значительно расширить область применения клееной продукции.
Фенолоформальдегидные смолы применяют в производстве фанеры, фанерных и древесных из измельченной древесины плит, а также другой клеёной продукции, эксплуатируемой в условиях повышенной влажности. Их модифицируют, когда необходимо получить низкое содержание токсичных веществ, повысить прочность, надежность склеивания, тепло- и морозостойкость, водо- и атмосферостойкость древесных материалов.
В связи с этим, одной из актуальных задач отрасли является поиск новых модификаторов для смол, которые позволят получать продукцию из древесины, обладающую требуемыми эксплуатационными свойствами. Эффективными модификаторами, могут быть побочные продукты целлюлозного производства, в частности пектол.
Введение пектола в состав фенолоформальдегидной смолы позволяет не только снизить содержание токсичных веществ, повысить производительность прессового оборудования за счет ускорения отверждения клея, но и утилизировать отходы целлюлозно-бумажного производства, уменьшить расход дорогостоящего связующего.
Степень разработанности темы исследования. Проблемами исследования процессов склеивания древесных материалов занимались известные российские ученые: Леонович А.А., Онегин В.И., Цой Ю.И., Чубинский А.Н., Кондратьев В.П., Чубов А.Б., Синегибская А.Д. и другие.
Поисковый анализ научно-технической литературы показал, что перспективным направлением по ускорению процессов склеивания фенолоформальдегидных смол является применение модификаторов, позволяющих улучшить технологические характеристики связующего и эксплуатационные свойства древесных материалов, снижающих содержание свободного формальдегида в готовой продукции.
Цель и задачи исследования. Целью работы является снижение токсичности фанеры и повышение эффективности фанерного производства за счет ускорения процесса ее склеивания. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Выбрать эффективный модификатор.
2. Исследовать влияние пектола на свойства клея.
3.Исследовать технологические и эксплуатационные свойства модифицированной фенолоформальдегидной смолы марки СФЖ-3013.
4.Обосновать механизм снижения токсичности модифицированных клеевых композиций
5. Исследовать закономерности ускорения процесса склеивания за счет воздействия пектола.
6. Исследовать влияние пектола на токсичность и прочность фанеры.
7.Обосновать параметры режима склеивания шпона на модифицированной смоле СФЖ-3013.
8.Рассчитать экономическую эффективность от внедрения модифицированных клеевых композиций.
Научной новизной обладают:
1.Механизм снижения токсичности фанеры, склеенной модифицированным пектолом фенолоформальдегидным клеем, построенный на сорбции предельными углеводородами, содержащимися в мицеллах омыленного таллового пека свободного формальдегида.
2. Закономерности ускорения процесса отверждения клеевого соединения в результате химического взаимодействия катионов натрия, образующихся при диссоциации омыленных жирных кислот с водородом фенольной гидроксильной группы фенолоформальдегидной смолы.
3.Математико-статистические модели процесса склеивания, позволяющие обосновать режимы прессования древесных материалов.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Для теории имеют значение:
Обоснование снижения токсичности фанеры и ускорения процесса отверждения клеевого соединения путем введения в фенолоформальдегидную смолу пектола.
Уравнения регрессии, устанавливающие влияние основных технологических факторов на физико-механические свойства фанеры.
Для практики имеют значение:
Разработанный состав клеевой композиции на основе фенолоформальдегидного клея, модифицированного пектолом – отходом сульфатно-целлюлозного производства.
Режимы склеивания шпона модифицированным клеем.
Внедрение результатов в производство позволит:
- снизить содержание свободного формальдегида в фанере;
- ускорить процесс отверждения связующего;
- увеличить производительность труда на участке прессования;
- уменьшить расход смолы на изготовление клея.
Методология и методы исследования. Исследования базировались на принципах системного подхода с использованием обоснованных методов и методик научного поиска; современных средств научного проникновения, включая спектрофотометрию, дериватографию, химический анализ; поверенных оборудования, приборов и средств контроля.
Информационную базу исследования составляют материалы научных исследований, научная, учебная и методическая литература, материалы периодических изданий, патентная информация, сведения из сети Интернет.
Научные положения, выносимые на защиту.
1. Способность пектолов значительно снижать содержание формальдегида в готовой продукции за счет химического связывания свободного формальдегида фенолоформальдегидной смолы со смоляными кислотами омыленного таллового пека. В результате реакции присоединения с разрывом кратных связей, образуется многоядерный щелочной полимер.
2. Способность пектолов ускорять процесс отверждения фенолоформальдегидных смол за счет замещения гидроксильных групп фенолоформальдегидной смолы на катионы натрия мицелл омыленного таллового пека с уменьшением массовой доли щелочи в клее и увеличением активности ионов водорода (водородный показатель - pH). Мицеллы встраиваются в молекулу полимера фенолоформальдегидной смолы, образуя пространственно-разветвленную структуру, что ведет к образованию щелочного полимера с новым комплексом свойств обеспечивающих ускорение процесса отверждения клея и повышение прочности склеивания.
Степень достоверности научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается обоснованными упрощениями и корректными допущениями при разработке математических моделей; современными средствами научного проникновения, включая спектрофотометрию, дериватографию, химический анализ; подтверждением адекватности разработанных моделей; результатами промышленной проверки и положительными результатами внедрения разработок в производство. Разработанные технологические режимы склеивания фанеры с использованием пектола апробированы на ОАО «Братсккомплексхолдинг» и ОАО «Леспром СПб».
Апробация работы и публикации. Основные положения, разработанные в диссертации, отдельные ее разделы были рассмотрены на следующих конференциях:
- IV Всероссийская научно-техническая конференция «Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири» (г. Братск, 2005 г.);
- IV Международный евразийский симпозиум «Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент ХХI века» (г. Екатеринбург, 2009 г.);
- Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы механической технологии древесины» (Санкт-Петербург, СПбГЛТА, 2010 г.);
- Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы переработки древесины» (Санкт-Петербург, СПбГЛТА, 2011 г., Санкт-Петербург, СПбГЛТУ, 2012 г., Санкт-Петербург, СПбГЛТУ, 2013 г.).
По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений. Объем диссертации 153 страницы основного текста, включает 20 рисунков и графиков, 19 таблиц, 121 наименование литературных источников.
