применение золя кремнезема в качестве компонента древесных плит на основе карбамидоформальдегидного связующего

Формула изобретения

Применение золя кремнезема в качестве компонента древесных плит на основе карбамидоформальдегидного связующего.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии полимерных связующих и древесных плит.

Древесно-стружечные плиты (ДСтП) изготавливают, в основном, на основе карбамидоформальдегидных смол (КФС). Основным их недостатком является содержание формальдегида, выше допустимых значений (0,012 мг/м³ воздуха). Для снижения токсичности КФС и ДСтП используют акцепторы формальдегида [Пат. 2059456 Россия, МКИ⁶ B 27 K 3/52; опубл. 10.8.96; Бюл. N 13; "Деревообрабатывающая промышленность", 1995. -N 15.- С.9-10], карбамид, модифицированный парафиновой эмульсией [А.С. 1698334, МКИ⁵ D 21 J 3/12; Опубл. 15.12.91; Бюл. N 46], модифицированные лигносульфонаты [А.С. 1237433, МКИ⁵ B 27 N 3/02; Опубл. 15.06.86; Бюл. N 22]. Многочисленные добавки для снижения токсичности ДСтП приведены Э.Роффаэлем [Выделение формальдегида из древесно-стружечных плит. -М.: Экология, 1991. -С. 90-95]. Несмотря на имеющиеся разработки, острота проблемы получения ДСтП класса эмиссии E1 сохраняется.

В качестве акцептора формальдегида имеется возможность использовать золь кремнезема.

Золь кремнезема (SiO₂)_n представляет собой коллоидный раствор, где атом кремния координирует 4 атома кислорода. Концентрированные золи кремнезема стабилизированы гидроксидами щелочных металлов или аммония. Золь (SiO₂)_n получают, например, путем декатионирования жидкого стекла с использованием ионообменной смолы /ТУ 105-СТ.ПС-01-89. Производство кремнезема в цехе подготовки составов. Череповецкий металлургический комбинат/.

Известно применение кремнезоля для приготовления огнеупорных покрытий железнодорожных вагонов (см. ГОСТ 105-СТ.ПС-01-89). В отличие от силикатов щелочных металлов (жидкого стекла) для золя характерна полимерная структура при СП выше 50000, в то время, как в жидком стекле присутствуют мономеры и олигомеры кремнезема /Корнеев В.И., Данилов В.В. Производство и применение растворимого стекла (жидкое стекло). -Л., Стройиздат.- 1991./ В кремнеземе содержание щелочных металлов не превышает, как правило, 0,5 мас.%, тогда как в жидком стекле содержание щелочных оксидов выше 9 мас.%. В процессе гелеобразования золя кремнезема образуются прочные силоксановые связи /P. Айлер. Химия кремнезема. М., Мир: 1982, т. 2.-712 с./.

Об использовании золя кремнезема в композициях с карбамидоформальдегидными смолами (КФС) данные отсутствуют.

Получен положительный эффект при использовании кремнезоля в композиции с КФС в соответствии с КФС: золь кремнезема 10: (1...3) для получения древесно-стружечных плит (ДСтП).

Изобретение иллюстрируется примерами (составы - в табл.1, свойства связующего - в табл.2, свойства ДСтП - в табл.3).

В качестве отвердителя композиций связующего применяли хлорид аммония в количестве 2% от массы абс. сухого связующего.

Анализ полученных результатов испытания представленных композиций связующего (табл. 2) показал положительный эффект введения золя кремнезема в композицию КФС: возросла степень отверждения связующих, которую оценивали по количеству остаточного формальдегида и содержанию водорастворимых веществ, а также увеличилась в 1,5 раза прочность склеивания древесины. Связующее, содержащее золь кремнезема, имело высокую жизнеспособность - более 24 часов, отличалось однородностью структуры, введение жидкого стекла (силиката натрия) и КФС в этих же условиях привело к коагуляции полимера. Даже небольшие количества стекла ухудшают поликонденсацию карбамидоформальдегидного связующего.

Отмеченный положительный эффект введения золя кремнезема в КФС может быть связан с образованием водородных связей между группами и реакционными центрами КФС (азотом, метилольными или карбонильными группами полимера). Увеличение прочности склеивания показало возможность взаимодействия золя кремнезема с древесиной, а образующиеся прочные силоксановые связи выполняют в полимере роль упрочняющего и армирующего агента. При содержании золя в составе КФС более 30 мас.% pH связующего возрастает до 8,5...9,0, что замедляет и затрудняет процесс поликонденсации полимера.

Древесно-стружечные плиты в качестве связующего содержали карбамидоформальдегидную смолу и золь кремнезема (табл.3). Температура прессования 1605^oC, максимальное удельное давление 2,0 МПа. Использовали древесину березы, высушенную до влажности 2%. Другая партия плит была изготовлена из древесины, предварительно обработанной золем кремнезема в количестве 1% от массы абс. сухой древесины и высушенной до конечной влажности 2%.

Представленные данные свидетельствуют, что введение поликремниевой кислоты - золя (SiO₂)_n в композицию КФС и/или на древесину в указанных количествах увеличивает прочность и водостойкость плит и значительно снижает из токсичность, которую оценивали по ГОСТ 27678-88. Перфораторный метод определения содержания формальдегида.

Как показали проведенные исследования, указанный эффект связан со снижением сорбции формальдегида древесными частицами при использовании золя кремнезема для модифицирования древесных частиц, кроме того, отмечен факт связывания золем (SiO₂)_n свободного формальдегида в процессе гелеобразования.

Таким образом, применение золя кремнезема в качестве компонента карбамидоформальдегидного связующего и в качестве модификатора древесных частиц в производстве древесно-стружечных плит снижает токсичность и увеличивает прочность плит.