2143

11

8. Содержание формальдегида в клеевых композициях

В качестве связующего материала часто используют формальдегидсодержащие клеящие вещества, например, карбамид-формальдегидные смолы или меламинсодержащие карбамид-формальдегидные смолы. Смолы получают способом поликонденсации из формальдегида с карбамидом или меламином. Для получения хороших клеящих свойств, как правило, при этом формальдегид добавляют в излишке. Это может привести к тому, что в готовом древесном материале появится свободный формальдегид. В результате гидролиза поликонденсатов может высвобождаться дополнительный формальдегид. Свободный формальдегид, содержащийся в древесном материале, и формальдегид, высвобожденный в результате гидролиза во время срока службы древесного материала, могут попасть в окружающую среду.

Кроме того, сама древесина может выделять в окружающую среду формальдегид, в особенности после тепловой обработки. Древесные материалы с покрытием, в общем, обнаруживают меньшее выделение формальдегида, чем субстраты без покрытия ("Древесина в качестве сырья и заготовок", том 47, 1989, стр.227).

Формальдегид выше определенного предельного значения может вызывать у людей аллергию, раздражение кожи, дыхательных путей или глаз. Поэтому сокращение выделения формальдегида в строительных элементах внутренних помещений является важной задачей.

Сокращение выделения формальдегида посредством добавления уменьшенного количества формальдегида при производстве приводит только к относительному результату, т.к. с уменьшением концентрации формальдегида ухудшаются клеящие свойства связующего вещества, кроме того, значительно замедляется твердение связующих веществ. Это приводит к увеличению времени производственных циклов (описывается в "Древесные материалы и клеи", М.Данки, П.Нимц, издательство Шпрингер Берлин-Хайдельберг, 2002 г., 251-302).

Другой возможностью для сокращения выделения формальдегида является добавление реагентов, улавливающих формальдегид, как то карбамид, к древесным частицам или к формальдегидной смоле. Однако недостатком этого способа является замедленная скорость отверждения смолы. Кроме того, оказывается отрицательное влияние на механические свойства продуктов.

9. Выделение формальдегида из древесных материалов

Дж.Майерс (Forest Products Journal (Журнал по лесной промышленности) 1986 г., том 36 (6), 41-51) дает обзор возможных способов: от применения низкомолекулярных реагентов, улавливающих формальдегид, как то карбамид или аммиак в твердой форме (например, карбонат аммония), в водном растворе (например, раствор карбамида) или в газообразной форме (NH3) до нанесения покрытия, действующего как физический барьер.

Техническое значение имеют газация древесных материалов, в особенности стружечных плит, аммиаком (RY АВ-способ, Verko-способ), а также обрызгивание стружечных плит реагентами, улавливающими формальдегид (Swedspan-способ) (Э.Роффаэль и X.Миртцш, Адгезия, 1990 г., 4, 13-19). При Swedspan-способе (ЕР-В 0006486) стружечные плиты в горячем состоянии обрызгивают водным раствором карбамида или растворами, содержащими другие вещества, расщепляющие аммиак. Недостатком является худшая покрываемость стружечных плит, обрабатываемых таким способом. При газации древесных материалов аммиаком (RY АВ-способ, Verko-способ) недостатком являлось то, что с увеличением длительности хранения снова увеличивается выделение формальдегида (стр.16, Э.Роффаэль и X.Миртцш, Адгезия 1999 г., 4, 13-19).

12

ВWO 2004/085125 А2 описывается способ сокращение выделения склеенных древесных материалов, причем на выровненные края, лежащие вертикально к направлению склеивания, наносят альдегид- и изоционатреактивные вещества. При этом необходимо устранить как из древесины, так и из связующего вещества летучие вредные вещества. Для этого можно использовать вещества с аминовой или амидной группой, или гидроксилсодержащие вещества. Среди них называют, например, карбамид, гуанамин, этиламин, этаноламин, протеины, спирты и углеводы.

JP 2002-273145 А описывает способ сокращения выделения формальдегида в соединениях деревянных элементов, где комбинируют несколько отдельных способов, предназначенных для сокращения выделения формальдегида. Описанный водный реагент, улавливающий формальдегид состоит из 20-50 мас.% карбамида, и остатка нелетучего амина, средства повысить проницаемость древесины, чтобы карбамид и нелетучий амин могли проникнуть в соединение, и пленкообразующего твердого вещества, которое после высыхания на соединении деревянных элементов становится физическим барьером для формальдегида. Эта пленка может влиять на покрываемость соединения деревянных элементов. В качестве нелетучих аминов описываются также и полиалкиленполиамины. Под этим классом веществ понимают короткоцепные, линейные полиамины формулы

H2N(-CH2-CH2-NH)n-H, где n=2, 3 и 4.

Несмотря на многие меры, как например, адаптация стехиометрии формальдегидсодержащих связующих веществ или добавки реагентов, улавливающих формальдегид, а также различные способы последующей обработки древесных материалов, необходимы другие меры сокращения выделения формальдегидов из древесных материалов. До сих пор оставалось без внимания выделение формальдегида через открытые участки, появляющиеся вследствие последующей или дополнительной обработки поверхности, например, в результате сверления, фрезерования или распиливания.

Такими открытыми участками могут быть, например, отверстия в сборных стенках из полок или в секциях, используемых для удобства регулировки полок по высоте относительно пола. Кроме того, это могут быть края напольных полок, направленные не в жилое пространство, чаще с непокрытыми поверхностями и, таким образом, открытые. В некоторых напольных полках без покрытия остается даже вся нижняя сторона, которая тем самым представляет собой открытый участок, через который происходит выделение формальдегида.

Всвязи с этим задачей данного изобретения является сокращение выделения формальдегида из древесных материалов, не снижая при этом механические свойства и покрываемость древесных материалов или их величину набухания, что может иметь место, например, в результате высокой концентрации карбамида в реагентах, улавливающих формальдегид или вследствие нанесения солей аммония.

Еще одна задача изобретения - сократить выделение формальдегида из древесных материалов с обработанной поверхностью, не оказывая отрицательного влияния на твердение или качество, т.е. вид и прочность, обработки поверхности. Кроме того, процесс нанесения покрытия не должен быть нарушен.

Следовательно, следующей задачей данного изобретения является сокращение выделения формальдегида через открытые участки древесного материала с обработанной поверхностью.

Эту задачу решают с помощью известного способа сокращения выделения формальдегида в древесных материалах путем нанесения азотистых соединений. Способ, рассматриваемый в данном изобретении, характеризуется тем, что

(i) на древесный материал наносят смесь, содержащую, по меньшей мере, полиамин и, при необходимости до 20 мас.% карбамида относительно массы смеси;

(ii) на или в сформованную заготовку древесно-стружечной плиты или волокнистый ковер наносят полиамин;

13

(iii)полиамин наносят на субстрат покрытия, который используют для обработки поверхности и/или

(iv)на открытые участки наносят полиамин;

причем полиамин имеет молекулярный вес, по меньшей мере, 500 г/моль, и, по меньшей мере, 6 первичных или вторичных аминогрупп.

10. Влияние относительной влажности воздуха на свойства ДСтП

Установлено, что при температурно-влажностных воздействиях скорость и величина набухания плит повышается с подъемом температуры, причем для плит менее токсичных этот процесс более интенсивен. Повышение разбухания объясняется ослаблением адгезионных связей связующего и древесных частиц при снижении содержания свободного формальдегида в смоле или его блокировки посредством акцепторов. Изменение содержания формальдегида после температурно-влажностных воздействий на ДСтП имеет циклический характер при общей тенденции к снижению. Повышение температуры ускоряет снижение содержания формальдегида, хотя циклический характер в первые часы обработки сохраняется. Выделение формальдегида при старении ДСтП проходит в два этапа: на первом под действием температуры и влаги из плит удаляется свободный формальдегид и разрушаются наиболее слабые связи в плите, что приводит к снижению его содержания; на второй стадии разрушаются адгезионные связи, начинается гидролиз связующего, что увеличивает содержание формальдегида, который затем удаляется. Поэтому наряду со снижением прочности плит уменьшается уровень эмиссии формальдегида.

С другой стороны, изучение эмиссии формальдегида из древесины и плит

показывает наличие деструкции древесины (увеличение содержания формальдегида от 0,5-0,6 до 1,2-1,6 мг/100 г) и разрушение даже водостойких экологически чистых плит на основе диизоцианата (повышение эмиссии формальдегида от 1,7 до 5,3 мг/100г). Поэтому при эксплуатации изделий на основе древесины ограничивают допустимую относительную влажность воздуха (Wотн. в.) в зависимости от влажности древесины

риала 7, 9,11, 13% допустимые колебания Wотн. в. при эксплуатации составляют соответственно 30-50%; 50-60%; 60-70%; 70-80% при соблюдении правила соотношения влажностей:

Wк.с.< Wпр. < Wэкспл.,

где Wк. с; Wпр.; Wэкспл - соответственно конечная влажность после сушки, в производстве мебели и при эксплуатации.

Низкое значение Wк.с обеспечивают подбором состава связующего, режима прессования брикета, введением гидрофобных добавок, покрытием плит шпоном и пленками, лаками, эмалями. Величины влажного и соответствующего размерного линейного гистерезиса зависят от пород используемой древесины. Гистерезис сорбции характеризует те пределы влажности древесины, при которых в условиях производства и эксплуатации влажность и линейные размеры еѐ не изменяются. Гистерезис сорбции для образцов древесины толщиной более 15 мм и длиной более 100 мм достигает максимума (около 2,5% влажности) и дальнейшее увеличение образца на его показатель не влияют. Отделка плит и фанеры резко уменьшают размероизменяемость деталей. Так при покрытии шпоном деталей линейные размеры при изменении влажности на 1% изменяются на 0,86 мм при размере детали поперек волокон 330 мм, а при двухслойном покрытии шпоном - 0,317 мм или имеет сокращение в 2,5 раза. Изучение образцов древесины без и с обмазкой водостойкими клеями торцов показали, что пары воды проникают на глубину до 40 мм. Покрытие образцов перхлорвиниловой эмалью,

14

нитроэмалью, масляной краской по сравнению с непокрытым образцом задержало поглощение влажности материала через 80 суток от 7-8% до 9-11,5%. Учитывая, что ДСтП в чистом виде не используются, для исследования часть поверхности плит закрывали ламинатом. Влияние Wотн.в. на десорбцию формальдегида из плит изучали в камере объемом 24 м3 с циркуляцией воздуха со скоростью 0,1м/с и насыщенностью 1,6 м2/м3. Варьировали следующие факторы: кратность воздухообмена (х1) в пределах 0,2-0,5 об/ч,Wотн.в в пределах 30-60% (х2), температура в камере (х3) 22- возле поверхности плиты (х4) в начале исследования в пределах 0,1 мг/м3 (плита Е-2 с отделкой) - 1,26 мг/м3 (плита Е-2 без отделки). Выходной параметр - содержание формальдегида в воздухе камеры (УCH2О) был связан с изменением изучаемых факторов уравнением:

УCH2О = 1,15 + 0,45х2 + 0,3х3 + 0,2х4 + 0,1х1х4 + 0,1х2х4.

Анализ результатов исследований показал, что повышение Wотн.в на 15% вызывает в 2,5 раза большее выделение формальдегида, чем рост начальной концентрации формальдегида у поверхности плиты от 0,1 до 0,68 мг/м3. Совместное повышение Wотн.в

раза.

Таким образом, в реальных условиях эксплуатации плит при высокой Wотн.в и температуре воздуха начальное содержание формальдегида в плите не всегда является определяющим фактором, влияющим на десорбцию формальдегида из плит. Для снижения влияния Wотн.в на эмиссию формальдегида из плит необходимо не допускать влагу в плиту, повышать термостойкость связующих и степень их отверждения, закрывать открытую пористость торцевых поверхностей.

11. Технология композиционных материалов

Основные сведения о строительных материалах из древесных частиц и минеральных вяжущих веществ. Расширение сферы применения строительных материалов в целях улучшения жилищных условий и благосостояния граждан России. Вяжущие вещества и химические добавки. Влияние химического состава древесины на свойства древесноминеральной смеси. Механизм образования материала. Обеспечение огне- и биостойкости.

Технологическая схема производства арболита методом вибропроката. Подготовка сырья, приготовление древесно-цементной смеси, формирование изделий. Термообработка и выдержка изделий. Основные физико-механические свойства арболита.

Технология производства цементностружечных плит. Подготовка сырья, формирование и прессование плит. Основные свойства этих плит.

Технология получения других видов строительных материалов: опилкобетон, гипсоопилочные блоки, фибролит.

Технико-экономическая эффективность производства и применения в строительстве древесно-минеральных материалов.

Общие сведения и виды прессованных материалов из измельченной древесины без применения связующих веществ. Современные представления о механизме образования материала. Роль продуктов термогидролитического расщепления компонентов древесины. Влияние условий прессования и низкомолекулярных химических добавок на физикохимические свойства материалов из измельченной древесины.

Основные сведения о модификации цельной древесины полимерами. Применяемые для модификации мономеры, смеси мономеров, начальные и олигомерные продукты поликонденсации. Введение модификатора в древесину. Термокаталитический, радиационно-химический способы получения модифицированной древесины. Физикомеханические свойства и применение модифицированной древесины.

15

Физико-химические основы получения композиционных материалов на основе полимерной матрицы и измельченной древесины. Древесные прессмассы. Виды, марки, состав. Технологические процессы получения МДП-О, МДП-С, МДП-К.

Древесно-клеевые композиции. Свойства, состав. Методы формирования изделий из древесно-полимерных композиций.

Характеристика, подготовка и свойства измельченной древесины при получении изделий из измельченной древесины. Приготовление пресскомпозиций. Расчет компонентов.

Классификация методов прессования изделий из древесно-полимерной композиции. Экструзионный способ изготовления погонажных изделий. Технология получения изделий из измельченной древесины с облагороженной поверхностью.

Применение композиционных древесных материалов в производстве мебели. Технико-экономические показатели применения композиционных материалов в конструкциях мебели При монтаже деревянных изделий часто используют клеи-расплавы и универсальные клеи, загрязняющие воздушную среду стиролом, инденом, кумароном, изоцианитами. Из большого количества связующих, применяющихся на предприятиях деревообрабатывающей промышленности, наиболее распространены смолы и клеи, в составе которых содержится свободный формальдегид (ПДК-0,5 мг/м3). Выделяясь из смол и клеев в процессе технологических операций, а также из готовых изделий, он оказывает высокотоксичное воздействие и является определяющим вредным фактором в цехах, по производству мебели. Уровень загрязнения воздушной среды в основном зависит от содержания свободного формальдегида в смоле и клее.

При облицовывании изделий в воздух может поступать до 15 % свободного формальдегида, содержащегося в смоле, в процессе нанесения клея до 20 % и при облицовывании кромок - до I0-12 %. Длительное воздействие формальдегида на работающих приводит к функциональным нарушениям печени, желудочно-кишечного тракта и другим заболеваниям. Содержание свободного формальдегида в смоле и клее свыше 1 % приводит не только к загрязнению воздушной среды, но и к выделению формальдегида из готовых изделий. С учетом этого для ряда изделий устанавливают предельную насыщенность соответствующими связующими и лаками.

Основные биологически активные компоненты воднодисперсионных клеев, обладающие общетоксическим действием, являются винилацетит, дивинил. При изготовлении изделий из древесины используют клей ПВА на базе поливинилового спирта (ПДК-0,5 мг/м3).

12. Проблемы экологически безопасной утилизации отходов древесины

Основными отходами переработки древесины являются кора, опилки, стружка, пыль, смолы и растворимые органические соединения.

Объем коры по отношению к объѐму ствола в среднем составляет около 12%. Кора до сих пор является отходами производства, не нашедшего полного промышленного использования. Причиной является своеобразное высокая влажность, повышенная зольность, загрязнение различного рода неорганическими включениями, затрудняющими еѐ переработку. Вместе с тем кора, особенно еѐ лубяной слой, содержит большое количество весьма ценных компонентов. В настоящее время ее сжигают, используют в качестве субстрата для получения удобрений, для мульчирования почв, изготовления сухой подстилки для скота. Кора содержит смолы и другие экстрактируемые водой вещества, губительно (при 1-2 мг/л) действующие на флору и фауну водоемов. При анаэробном брожении осевших на дно водоемов частиц коры выделяется метил, сероводород, углекислый газ при одновременном снижении концентрации кислорода в

16

воде. В таких условиях икра, мальки и рыба гибнут от удушья. По данным обследования ВПИИБа, доля коросодержащих вод составляет10 12% от общего количества производственных стоков. Загрязнения, сбрасываемые в процессе подготовки древесины, отнесенных к 1м3, достигает 4-5 кг, концентрация взвешенных веществ в стоках составляет 800-1200мг. Сточные коросодержащие воды характеризуются слабокислотной реакцией и содержанием большого количества мелких трудноотделяемых взвесей с низкой плотностью. В цехах подготовки древесины производится только механическая очистка стоков. Для этих целей применяются различные фильтры, действие которых основано на фильтровании стоков через мелкую сетку. Кора содержит значительное количество смолы, способной эмульгировать в воде и вновь коагулироваться в капли, которые оседают на стенках оборудования и особенно на фильтровальных сетках, уменьшая их живое сечение. Из числа металлических сеток бронзовые сетки удерживают наибольшее количество смолы. Поэтому в последние годы взамен сеток из фосфористой бронзы делают попытки применить сетки из незасмаливающегося синтетического материала - сарана. Вода, поступающая на фильтры, содержит до 1000 мг/л сухих, в том числе 420 мг/л органических взвесей. После очистки на фильтрах содержание сухого вещества в воде снижается до 400 мг/л. Количество растворенной органики снижается до

70мг/л.

Воздействие древесной пыли на работающего может привести к заболеваниям органов дыхания, кожных покровов и глаз. развитию у работающих пневмокониоза и пылевого бронхита.

Мелкие пылевые частицы способны химически воздействовать с биологической средой организма благодаря им: большой удельной поверхностью.

При шлифовании и полировании лаковых покрытий образуется пыль лакокрасочных материалов с содержанием; абразивных частиц. Такие токсические химические вещества, как фенол и формальдегид, содержатся в древесной пыли, которая образуется при механической обработке древесностружечных изделий. Наиболее опасна пыль тропических деревьев.

Большое влияние на характер опасности оказывает размер пыли. Установлено, что пыль с размером 1-2мкм и менее, глубоко проникают в дыхательную систему, оказывают аллергическое воздействие.

Действующая в настоящее время норма на содержание древесной пыли в воздухе, равна 6 мг/м3 не учитывает токсические свойства пыли тропических пород и требует корректировки и не должна превышать 1мг/м3.

Отходы пока используются недостаточно полно и рационально. Чаще всего они сжигаются. В настоящее время на долю лесопильного производства приходится почти 3/4 отходов деревообрабатывающей промышленности. В общем объеме отходов на долю твердых или кусковых отходов (горбыль, рейки, вырезки, карандаши) приходится 60%, а на долю мелких (спички, стружки и др.) - 40%.

13. Экологические вопросы клеевых материалов

Клеевые материалы для переплетных работ. В основной массе клеи, применяемые для переплетных работ, отвечают требованиям экологической безопасности. Все клеи можно условно разделить на две группы: клеи натуральные и синтетические клеи. Применяемые для переплетных работ клеи должны отвечать повышенным требованиям в отношении стойкости, антисептических свойств экологической безвредности, не должны разрушать бумагу в другие материалы, из которых делают книги. Имеющиеся в продаже конторский, канцелярский (силикатный), универсальный и подобные им клеи не пригодны для переплетных работ из-за низкой липкости, наличия в их составе большого количества щелочей и кислот, разрушающих склеиваемые материалы.Натуральные клеи

Натуральные клеи

17

Раньше наиболее употребительны были клеи животного происхождения - костный, мездровый, рыбий, относящиеся к коллагеновым (или глютиновым), и казеиновый, а также растительного происхождения - крахмальный, декстриновый, мучной. Эти клея широко используются и до сих пор, не все больше вытесняются синтетическими.

Коллагеновые клея вырабатываются и обезжиренных костей и подкожного слоя (мездры) шкур животных, а также путем вываривания плавательных пузырей и костей осетровых рыб. Но эти клеи подвержены воздействию гнилостных бактерий, плесени, сырости. Для улучшения качества и предохранения от быстрой порчи в них вводят добавки буры или формалина (строго в соответствия с рецептурой превышение концентрация добавок может привести к изменению цвета склеиваемого материала). Повышение эластичности клея достигается добавкой глицерина.

Наиболее доступен был костный клей. Хотя он несколько уступает по клеящей способности мездровому и рыбьему, но дешевле и всегда имелся в продаже.

Казеиновый клей вырабатывают на обезжиренного творога с добавлением щелочи, минеральных содей, фтористого натра, медного купороса и небольшого количества керосина. Наличие этих добавок иногда приводит к изменению цвета склеиваемы материалов или к уменьшению прочности.

Декстриновый клей получают путем нагревания крахмала в слабых растворах кислот с доследующим выпариванием и просушиванием порошка или нагреванием крахмала при температуре 180-200оС в специальных жаровнях. В результате такой обработки крахмал приобретает желтоватый цвет и способность растворяться в холодной и горячей воде. Вырабатываются три сорта декстрина - белый, падевый и желтый. Наиболее распространен декстрин палевый.

Особые требования предъявляются к клеям, применяемым при реставрации листов книги. Этим требованиям лучше всего отвечает клей, приготовленный из 30% ной пшеничной муки.

В перечисленных натуральных клеях экологическую опасность представляют такие вещества как: бура, формалин, кислоты, глицерин содержание которых достигает 2-3%.

Синтетические клеи Из синтетических клеев наиболее широко используются поливинилацетатная

дисперсия (водная дисперсия - золь поливинилацетата) и водный раствор натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ). Клей из поливинилацетатной дисперсии поступает в продажу под названием «Клей ПВА». По внешнему виду это вязкая, сметанообразная жидкость молочно-белого цвета, без комков и механических загрязнений, иногда со слабо выраженным запахом уксуса. Клей обладает исключительно высокой адгезией к переплетным материалам, высокой эластичностью клеевой пленки, прозрачностью в тонком слое, отсутствием неприятного запаха, удобством в работе (он имеет стабильные свойства, вязкость можно легко понизить добавлением воды), не подвергается бактериальному разложению. Применяется как в чистом виде, так и в смеси с костным клеем и Na-КМЦ.

Синтетические клеи для крепления облицовочных материалов Клей К-17 применяется для склеивания древесностружечных и древесноволокнистых

плит. В состав клея входит 82% мочевиноформальдегидной смолы, 13% раствор щавелевой кислоты и 5% древесной муки. Наибольшую экологическую опасность составляет мочевиноформальдегидная смола. Клей Бустилат с составом: 41% - бутадиенстирольный латекс, 6% - бензин или уайт-спирит, 27% - меловая паста, 26% - раствор карбоксиметилцеллюлозы. Поливинилацетатный клей с составом: поливенилацетатная дисперсия - 88%, цемент, мел - 12%. Кумароно - бутилфенолформальдегидный клей 88-Н представляет раствор резиновой смеси № 32 Н и бутилфенолформальдегидной смолы в смеси этилацетата с бензином в соотношении 2:1. Этот клей относительно неустойчив и разлагается с выделением вредных компонентов, бутилметакрилатный клей БМК-5 на основе метакрилатной смолы растворяется ацетоном.

18

К физическим свойствам древесины и древесных материалов относят внешний вид древесины, ее плотность, влажность и свойства, связанные с еѐ изменением, проницаемость древесины жидкостями и газами, тепловые, электрические и звуковые свойства, свойства древесины, проявляющиеся под воздействием излучений, биостойкость древесины. Внешний вид характеризуется цветом, блеском, текстурой и макроструктурой и др. визуально оцениваемыми признаками, изучаемыми в дисциплине «Древесиноведение и лесное товароведение». Влажность древесины и ее распределение в стволе дерева Количественной характеристикой содержания воды в древесине является влажность. Под абсолютной влажностью понимают выраженное в процен- (1.1) где m- начальная масса образца древесины, г; m0 - масса образца абсолютно сухой древесины, г. Измерение уровня влажности может быть выполнено прямыми и косвенными методами. При использовании прямых методов влагу удаляют из древесины, например при помощи высушивания. Такие методы позволяют определить влажность древесины испытуемых образцов с высокой достоверностью, однако для их реализации необходимо осуществлять длительные процедуры. Косвенные методы основаны на оценке иных физических свойств, связанных с влажностью древесины. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, определяющие электропроводность древесины, а также емкостные влагомеры, определяющие зависящую от влажности диэлектрическую проницаемость древесины. Такие влагомеры просты в использовании, однако при их использовании измеряется влажность в диапазоне 7-30% непосредственно в месте проведения измерения. Следует различать две формы воды, содержащейся в древесины: связанную и свободную. Связанная вода находится в клеточных стенках, а свободная в полостях клеток и межклеточных пространствах. Связанная влага удерживается преимущественно физическими и химическими связями, изменение ее содержания оказывает существенное влияние на свойства древесины. Свободная влага, удерживаемая только механическими связями, удаляется легче, чем связанная, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины.По степени влажностного состояния древесину можно разделить на 5 групп /1/: - мокрая древесина, W > 100% (длительное нахождение в воде); - свежая (свежесрубленная) древесина, W > 40% (W соответствует влажности растущего дерева); - древесина воздушно-сухая, W = 15-20% (сушка или выдержка на открытом воздухе); - древесина комнатно-сухая, W = 8-12% (сушка или выдержка в отапливаемом помещении); - абсолютно сухая древесина, W = 0% (сушка при t = 103±2 оС). По содержанию связанной влаги древесина может быть в состоянии /6/: - транспортной влажности Wтр, характеризуемая полным отсутствие сво-

- минимальное значение предела гигроскопичности ≈ 25%; Sw - среднее квадратическое отклонение значения влажности древесины при сушке ее до предела гигроскопичности, равное на основе производственных наблюдений 2%; - эксплуатационной влажности, т.е. влажности соответствующей условиям эксплуатации (в технологическом процессе ее обработки отсутствуют операции склеивания и защитно-декоративной обработки); - технологической влажности, при которой достигается требуемое физи- ко-химическое взаимодействие между адгезивом и древесиной; - влажности, соответствующей содержанию химически связанной (водородными связями) влаги. Удаление химически связанной влаги (5-6%) может привести к нарушению целостности древесины на микроуровней.Водопоглощение и разбухание древесных материалов из измельченной древесины Плитные материалы широко используются в строительстве и мебельном производстве. Древесностружечные плиты (ДСтП) используются в производстве мебели, строительстве, производстве тары и т.д. Основной сферой использования древесноволокнистых плит (ДВП) также является мебельное производство, изготовление декоративных элементов (профильные стеновые панели, плинтуса и т.д.) и изготовление дверных элементов. Вследствие того, что плитные материалы изготавливают из

19

измельченной древесины, волокна древесины перерезаются, а прочность готовых материалов обеспечивается за счет склеивания древесных частиц.

Большинство технологических процессов изготовления современных древесных материалов и изделий на их основе включают операции склеивания и создания защитнодекоративных покрытий (ЗДП). На процесс формирования клеевых соединений и ЗДП оказывает влияние большое количество факторов, рис. 3.1. Для образования адгезионной связи между связующим или защитным материалом и древесиной необходимо обеспечить возможность поглощения поверхностью древесины наносимых жидких веществ. Смачивание характеризуется искривлением формы капли жидкости, нанесенной на поверхность твердого тела на границе взаимодействия трѐх фаз - твѐрдого тела, жидкости и газа. Молекулы жидкости на поверхности капли стремятся уменьшить ее поверхность, т.е. привести каплю к шарообразному виду. Для образования прочных адгезионных связей необходимо чтобы клей смачивал древесину. Смачивание поверхности древесины жидким связующим, как одна из характеристик адсорбции, – важное условие формирования качественного клеевого соединения и лакокрасочного покрытия, так как характеризует возможность поглощения древесиной раствора клея и лакокрасочного материала, взаимодействие между микрочастицами контактирующих веществ в результате адсорбции, а также способность адгезива распределяться по подложке. Удовлетворительное протекание адсорбционных явлений способствует сближению молекул разнородных веществ, что, в свою очередь, при достижении определенных расстояний (0,5 нм) между микрочастицами вызывает действие сил Ван-дер-Ваальса, а также создает возможность химического взаимодействия. Проблема взаимодействия тел при склеивании и отделке достаточно сложна. До сего времени не существует единого мнения о механизме соединения разнородных веществ. Предлагаемые теории, делающие попытки объяснить природу сил взаимодействия тел при склеивании, не дают точного представления о явлении адгезии, теоретические ее оценки не согласуются с экспериментальными данными, полученными при разрушении клеевых соединений. Адгезию можно разделить на специфическую и механическую. Первая -- характеризует взаимодействие элементарных частиц (молекул, ионов, функциональных групп) разнородных тел, возникает в момент контакта адгезива и субстрата в результате физикохимической адсорбции и зависит от характера и плотности адгезионных связей, различных по своей природе: химических (ионных, ковалентных), водородных, межмолекулярных (ориентационных, индукционных, дисперсионных). Специфическое взаимодействие усиливается при отверждении Пористые тела (например, древесина) способны устанавливать не только специфические, но и механические связи между связующим и веществом, на которое оно наносится. Механическое взаимодействие - результат проникновения жидкого клея в полости древесины и перехода его в твердое состояние, т.е. имеет место так называемый эффект «гвоздевания». Энергетический уровень специфической адгезии различен и зависит от природы взаимодействующих тел, их поверхностных свойств, характера массо- и теплообменных процессов, сопровождающих контактирование веществ при склеивании, площади контакта и глубины проникновения клея, возможности установления химических связей. Механическая адгезия определяется когезионной прочностью связующего и древесины в зоне контакта и зависит от количества «гвоздевых» связей и их глубины. Когезионная прочность клея при прочих равных условиях – функция степени его отверждения. Количественно оценку работы адгезии Wa , мДж/м2 , (характеризующую силу сцепления разнородных веществ) можно определить исходя из поверхностного натяжениея жидкости на границе раздела жидкого и газообразного тела; - капли, нанесенной на поверхность твердого тела.

20

14. Композиционные материалы для строительства и производства мебели

Материалами, которым уделили самое большое внимание как источникам загрязнения воздуха помещений, являются панели с древесной основой, содержащие корбамидноформальдегидный (UF) полимер, а также карбамидоформальдегидный изолятор пустотной стены (UFFI). Эмиссия формальдегида из этих продуктов приводит к поднятию уровня содержания формальдегида в воздухе здания, и с этим было связано большое количество жалоб по поводу плохого качества воздуха помещений в развитых странах, особенно в конце 1970-х и начале 1980-х годов. Таблица 44.2 приводит примеры материалов, которые являются источником формальдегида в зданиях. Из нее следует, что самые высокие уровни эмиссии могут быть связаны с материалами на древесной основе и UFFI, которые являются продуктами, часто очень широко используемыми в зданиях.

--------------------------------------------------------------------------------

Таблица 44.2 Скорость выделения формальдегида мебелью и предметами бытового назначения из различных

конструктивных материалов

Древесностружечная плита (ДСП) производится из высококачественных деревянных частиц (размером приблизительно в 1 мм), которые смешиваются с UFсмолами (6-8 % от веса) и прессуются в деревянные панели. Данный материал широко применяется для настила пола, покрытия стен, в производстве мебели (полки и