применение золя кремнезема в качестве самостоятельного связующего в производстве древесно-волокнистых плит

Формула изобретения

Применение золя кремнезема в качестве самостоятельного связующего в производстве древесно-волокнистых плит.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии полимерных связующих и древесных плит.

Древесно-волокнистые плиты (ДВП) сухого способа производства изготавливают в основном с использованием фенолформальдегидных (ФФС) или карбамидоформальдегидных (КФС) смол [Мелони Т. Современное производство древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит. Пер. с англ. - 1982. - С.65-66; Обседшевская Г.Н. Производство древесно-волокнистых плит средней плотности за рубежом. Обз. Информ. - ВНИПИЭИлеспром, 1991. - 80 с. (плиты и фанера. Вып.3)]. Основным недостатком данных синтетических полимеров является наличие токсичных свободных мономеров: фенола и формальдегида. Имеется возможность снизить содержание формальдегида в древесно-стружечных плитах при использовании золя кремнезема за счет его взаимодействия с функциональными группами карбамидного связующего [Пат. 2132272. Россия, МКИ⁶ В 27 N 3/00; oпубл. 27.06.99. Бюл. №18]. Однако в случае производства древесно-волокнистых плит сухого способа формования возможно полное замещение токсичных синтетических смол нетоксичным золем кремнезема (силикатом натрия). Сиалит-30-50, 30-60 (Гигиенический сертификат. Минздравоохранения РФ №02.ЦН.214. Т.00064.01.М.98).

Золь кремнезема представляет собой коллоидный раствор с размером частиц (SiO₂)n 6...10 нм, стабилизированный гидроксидом натрия, с модулем SiO₂/Na₂O выше 25. Производство золя кремнезема в качестве реагента при нефтедобыче как связующий, армирующий и изоляционный материал в различных отраслях промышленности: целлюлозно-бумажной, текстильной, а также в производстве катализаторов и полимерных материалов, но не как клея.

Об использовании золя кремнезема как самостоятельного связующего для древесных плит данные отсутствуют.

Получен положительный эффект при использовании золя кремнезема в качестве связующего твердых древесно-волокнистых плит сухого способа формования. Изобретение иллюстрируется примерами (составы - в табл.1, свойства плит - в табл.2 и 3).

Древесно-волокнистые плиты были изготовлены по общепринятому режиму: температура прессования 200°С; продолжительность прессования 0,3 мин/мм, толщина плит 10 мм; максимальное удельное давление 5 МПа.

Анализ полученных результатов испытаний, представленных композицией ДВП с золем кремнезема в качестве связующего (табл.2), показал реальную возможность замены традиционных синтетических смол данным эффективным и нетоксичным неорганическим полимером - золем кремнезема (коллоидным силикатом).

Использование золя кремнезема как самостоятельного связующего в производстве древесных плит типа древесно-волокнистых заключается в использовании развернутой поверхности волокон (но не древесных частиц), которые имеют повышенную эластичность, а на их поверхности имеются функциональные группы, активированные размолом. Только с такими группами золь кремнезема вступает во взаимодействие и только в этих условиях возможно использование золя как самостоятельного связующего. Возможно образование водородных связей между группами SiOH и ОН группами раскрытой поверхности волокна. Показатели прочности и водостойкости соответствуют требованиям действующего стандарта, при этом содержание свободного формальдегида в плитах практически отсутствует, поскольку он не вводится, а фоновое содержание определяется только свойствами древесного волокна.

Отмеченный положительный эффект может быть связан с упрочняющим воздействием на волокно золя кремнезема, что зафиксировано на термомеханических кривых древесного волокна, обработанного золем кремнезема: при температуре выше 175°С не происходит роста деформации образца с увеличением нагрузки. Когезионную прочность, которая во многом определяет прочность склеивания, определяли по величине прочности на разрыв образцов бумаги, пропитанным золем кремнезема и отвержденных при температуре 120...180°С. Прочность на разрыв составила 27,7-34,5 МПа и сопоставима с величиной данного показателя для образцов, пропитанных карбамидной смолой: 30,3...36,2 МПа.

Таким образом, благодаря чрезвычайно развитой поверхности (1000 м²/г) частицы золя кремнезема в процессе гелеобразования способны образовывать достаточно прочные клеевые соединения с развитой поверхностью (0,59 м²/г) древесного волокна в процессе горячего прессования ДВП.

Увеличение количества золя кремнезема в составе плиты свыше 15...18% нецелесообразно ни с экономической точки зрения, ни технологической, поскольку в этом случае вносится избыточное количество влаги (концентрация золя кремнезема не выше 30%), что увеличивает продолжительность прессования плит и незначительно влияет на рост прочности и водостойкости. Дополнительная термообработка существенно повышает прочность и водостойкость плит, особенно при малом содержании золя кремнезема, так как способствует образованию дополнительных силоксановых связей (табл.3).

Таким образом, применение золя кремнезема в качестве связующего в производстве древесно-волокнистых плит позволяет заменить токсичные синтетические смолы (карбамидо- и фенолоформальдегидные) и обеспечивает получение нетоксичного плитного материала с высокими показателями прочности и водостойкости.