3 Связующие и добавки, применяемые в промышленности для изготовления древесных композитов

Наряду с технологической щепой и стружкой необходимым компонентом для изготовления древесных композитов являются химические материалы – связующие, которые обладают способностью под воздействием температуры и давления склеивать древесные частицы.

Наиболее распространенными связующими веществами, применяемыми для изготовления ДСтП различного назначения, являются карбамидоформальдегидные олигомеры благодаря ряду преимуществ: способности к быстрому отверждению в присутствии ускорителей, сочетанию сравнительно высокой концентрации с пониженной вязкостью. Они обеспечивают высокую прочность ДСтП, используемых в производстве мебели и частично в строительстве, уступая другим смолам главным образом в стойкости к одновременному и длительному воздействию влаги и повышенной температуре. Карбамидоформальдегидные смолы примерно в два раза дешевле фенолоформальдегидных.

Фенолоформальдегидные олигомеры обеспечивают образование клеевых соединений, способных хорошо сопротивляться переменным воздействиям повышенной влажности и температуры окружающей среды. Однако они требуют применение более высоких температур прессования плит или удлинения продолжительности этого процесса. Кроме того, существенное улучшение показателей водостойкости достигается только при введении более 15% смолы. Применение фенолоформальдегидных смол для ДСтП ограничено также неудовлетворительными санитарно-гигиеническими свойствами, связанными с токсичностью фенола. Меламиноформальдегидные олигомеры обладают всеми преимуществами карбамидо- и фенолоформальдегидных и не имеют их недостатков. Меламиноформальдегидные смолы обладают высокой водо- и теплостойкостью. Однако из-за ограниченного объема производства и дороговизны меламина они не нашли широкого применения для изготовления ДСтП.

В развитии древесных композитов важную роль сыграло изобретение и внедрение синтетических полимеров (смол). Разработаны следующие смолы: невакуумированная низкотоксичная смола (КФ-НВ) и безметанольная невакуумированная смола (СКФ-НМ) на основе карбамидоформальдегидного конденсата (КФК). КФС марки КФ-НВ успешно освоена на ряде предприятий по производству фанеры, гнутоклеёных деталей мебели и древесностружечных плит (ДСП).

Установлены требования к величинам основных показателей КФК, вырабатываемых химическими предприятиями: массовое содержание общего формальдегида должно составлять не менее 60%; общего карбамида - не менее 25; метанола - не более 0,2; хромовых производных (уронов)- 9 - 15; метанольных групп – 20 - 25%. Выполнение этих требований обеспечивает возможность получения высококачественных КФС и производства высоко­качественной продукции на их основе .

ОАО "Тольяттиазот", г. Тольятти выпускает новую, бесфенольную (экологически чистую) водостойкую смолу с высокими клеящими и санитарно-гигиеническими свойствами. Ей присвоена марка СДЖ-Н (смола диановая жидкая низкотоксичная). Эта смола - продукт реакции поликонденсации диана, или дифенилолпропана с формальдегидом в щелочной среде. Физико-химический анализ состава смолы СДЖ-Н показал, что массовое содержание (%) сухих веществ в ней составляет 41 - 43; метилольных групп (в пересчёте на абс. сух. смолу) - 31,5 - 39; свободного фенола - 0; свободного формальдегида -0,03-0,05 (жидкое состояние) и 0,1 -0,2 (отверждённое состояние); щёлочи - 6,6-7,1.

Для приготовления клеев на основе смолы СДЖ-Н используют разно­образные по химическому составу вещества органического и минерального происхождения. Так, резорциноформальдегидные смолы Р-1 и РМ-1 обеспечивают ускорение процесса отверждения клея.

Вещества, повышающие огнестойкость древесных пластиков

Вещества, повышающие влагостойкость древесных пластиков

В состав ДСтП применяют введение 0,5 - 1,0% гидрофобизаторов. В качестве гидрофобных веществ при изготовлении древесных плитных материалов можно использовать различные воска: парафин, церезин, озокерит. Эмульгаторами этих веществ являются мыло, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и др. Лучшим эмульгатором признан ПАВ марки ОП-7. Содержание их в плитах обычно не превышает одного процента веса, так как эти вещества ослабляют связь между волокнами, тем самым понижая плотность плит. Существует методика приготовления парафиновой эмульсии в ультразвуковом диспергаторе АД-6. Эмульсия имеет следующий состав (в % по массе): парафин технический - 24, хозяйственное мыло - 1, вода - 75.

4 Особенности технологии изготовления и испытания.

Технологический процесс производства ДСП отличается стабильностью и последовательностью выполняемых операций независимо от вида изготовляемых плит.

Технологический процесс предусматривает в общем виде выполнение следующих операций:

1. Доставку, выгрузку, укладку и хранение сырья (кругломерная древесина или технологическая щепа).

2. Сортировку сырья по виду и породам, сортировку технологической щепы.

3. Разделку кругломерного сырья на мерные отрезки или переработку его в технологическую щепу или непосредственно в стружку.

4. Переработку мерных отрезков или технологической щепы в стружку.

5. Калибрование стружки по длине и ширине или измельчение плоской и игольчатой стружки в мелкие древесные частицы (микростружку).

6. Сушку древесных частиц (стружки).

7. Сортировку стружки с целью разделения ее по фракциям (потокам) или для отделения некондиционных древесных частнц.

8. Приготовление связующего и добавок.

9. Дозирование стружки, связующего и добавок и смешивание компонентов.

10. Формирование стружечного ковра (пакетов).

11. Разделение непрерывного стружечного ковра на пакеты и контроль нх массы.

12. Предварительную подпрессовку стружечного ковра или пакетов.

13. Загрузку подпрессованных стружечных брикетов в пресс и горячее прессование плит.

14. Охлаждение, кондиционирование и выдержку плит.

15. Форматную обрезку, шлифование и сортирование плит.

16. Облицовывание плит бумажно-смоляными пленками.

17. Раскрой плит на спецификационные заготовки.

В зависимости от вида применяемого сырья и вида плит некоторые из перечисленных операций могут отсутствовать или идти в другой последовательности. Например, операция 5 «Калибрование и измельчение стружки» часто выполняется после сушки стружки (операции 6) или даже после сортирования стружки (операции 7). Операции 11 и 12 могут меняться местами в зависимости от конкретной схемы главного конвейера, а операция 16 выполняется не на всех предприятиях и т. д.

Применяемое оборудование связано между собой различными видами непрерывного транспорта, образуя механизированные, полуавтоматические и автоматические линии, которые в целом составляют полуавтоматическое производство — цех, завод. Для обеспечения непрерывной работы линий и всего производства в целом на стыке отдельных участков предусматривается образование межоперационных запасов стружки, в основном между операциями 4, 5 и 6 и между операциями 7 и 9. Существует большое разнообразие технологических схем и способов производства плит, которые невозможно четко разграничить между собой. Условно можно разделить способы производства по двум характерным признакам: по конструкции плит — производство однослойных, пятислойных и многослойных плит; по способу формирования стружечного ковра и горячего прессования — формирование ковра и прессование плит на поддонах; формирование ковра на поддонах (ленте) и прессование плит без поддонов; формирование ковра и прессование плит на гибких проницаемых поддонах. Именно эти два основные признака определяют технологический процесс и состав оборудования для производства плит.

При изготовлении однослойных и многослойных плит технологический процесс отличается наибольшей простотой, так как навсех технологических операциях применяется однотипное единичное оборудование. Эти производства различаются между собой только операцией (и, естественно, применяемым оборудованием) формирования стружечного ковра. Вследствие более совершенного процесса формирования стружечного ковра многослойные плиты имеют значительные преимущества перед однослойными, и поэтому производство многослойных плит довольно широко применяется в зарубежной практике.

Лекция 5.

ПРИМЕНЕНИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕССОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ – 2 Ч.

План лекции

1 Перспективные технологии экологически безопасных биопластиков с применением лигнолитических грибов

1.1Биомодификация лигнина древесины

1.2Технология получения экологически чистых плит

2 Перспективные технологии экологически безопасных биопластиков с применением продуцентов полисахаридов.

3 Перспективные технологии получения экологически безопасных биопластиков с применением модифицированных органических отходов.

. Производство древесных плит - одна из наиболее динамично развивающихся подотраслей деревообрабатывающей промышленности. Основную массу древесностружечных плит (ДСП), производимых в России, изготавливают с использованием карбамидоформальдегидных и фенолформальдегидных смол. Главный недостаток этих плит - их токсичность: в изделиях эти смолы постепенно разлагаются, и в воздух выделяются вредные для человека компоненты - фенол и формальдегид.

Проблема создания экологически чистых и доступных плит тесно связана с использованием отходов растительного происхождения и созданием композиционных материалов без токсичных связующих веществ. Особое внимание обращено на биотехнологические разработки, в основе которых лежит микробное воздействие на древесные отходы.

1 Перспективные технологии экологически безопасных биопластиков с применением лигнолитических грибов

1.1Биомодификация лигнина древесины

Эффективными деструкторами лигниновой компоненты лигноцеллюлозных субстратов являются высшие базидиальные грибы, вызывающие белую гниль древесины и относящиеся к родам Coriolus, Panus, Pleurotus и др. Направленная частичная биотрансформация полимеров древесины под действием мицелия гриба и его метаболитов приводит к образованию активных центров и реакционноспособных групп в молекулах биополимеров. За счет этого в макромолекулах лигнина и полисахаридов при горячем прессовании в местах контакта древесных частиц возникают прочные химические связи между молекулами - образуется общая полимерная структура.

Компоненты лигноцеллюлозного сырья, в особенности лигнин, имеют сложную структуру. Лигнин – трехмерный, нестереорегулярный полимер ароматической природы. Он является обязательным структурным компонентом всех наземных растений и составляет 20 - 35% их сухой массы. Лигнин устойчив к химическому и микробиологическому разложению, что создает ряд проблем при переработке лигноцеллюлозного сырья. Между тем, реакционно-способные группы лигнина, возникающие при химической или биологической обработке и способные вступать во взаимодействия, придают лигноцеллюлозе пластифицирующие свойства, что позволяет изготавливать на ее основе древесные (лигноуглеводные) пластики. Наиболее перспективной представляется предобработка лигниновой компоненты для увеличения ее адгезивных свойств.

Биомодификация лигнина – многоступенчатый процесс, в котором участвуют окислительные и гидролитические ферменты. Гриб «белой гнили» Panus tigrinus обладает высокой скоростью роста на лигноцеллюлозных субстратах, эффективно разрушает все их компоненты. Его можно использовать для модификации и утилизации лигнинсодержащих отходов целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства, например, в производстве композиционных материалов – лигноуглеводных пластиков.

Биотрансформация древесины микроорганизмами – это естественный процесс, за счет которого происходит круговорот углерода в природе. Разложение древесины осуществляется ассоциациями микроорганизмов, но наибольшей разрушающей способностью обладают базидиальные грибы, вызывающие белую гниль древесины и относящиеся к родам Coriolus, Pleurotus, Panus и др., которые могут разрушать, преимущественно лигнин. Они обладают способностью к биосинтезу очень активных экзосистем окислительных и гидролитических ферментов и отличаются высокой эффективностью использования органических источников энергии.

Первоначальный рост гриба на поверхности древесины незначителен. Это объясняется тем, что в оболочках растительных клеток сильные связи между молекулами, препятствующие проникновения мицелия внутрь древесины. Постепенно нитевидные волокна гриба утончаются, приобретают форму сверла и механически проникают в клетки, поглощая из них элементы питания. Одновременно образуются внеклеточные ферменты и органические кислоты, способные частично видоизменять компоненты клеточных оболочек древесины. Они отщепляют боковые ответвления гемицеллюлозы и видоизменяют лигнин, целлюлозные фибриллы затрагиваются в меньшей степени. Целлюлоза выполняет роль арматуры в пластиках и снижение ее прочности отрицательно сказывается на механических свойствах готового материала.

В разложении древесины основную роль играют ферменты: целлюлаза – расщепляют целлюлозу, в том числе и кристаллическую; гемицеллюлазы способны деполимеризовать линейные цепи гемицеллюлоз и удалять боковые заместители; оксидоредуктазы – участвуют в утилизации лигноцеллюлозы.

Таким образом, для получения ДСП по биологической технологии нужны такие штаммы грибов, которые способны быстро высвобождать лигнин, отщепляя боковые цепи от молекул гемицеллюлоз и мало затрагивать целлюлозу.