Russian Federation
from 01.01.2009 until now
Plywood on phenol-formaldehyde binder is used in carriage building, construction, finishing of small-tonnage vessels and yachts and is an effective substitute for wood. Improving the competitiveness of plywood is possible by reducing the consumption of the binder or decreasing the pressing temperature. In this work, the temperature of hot pressing of plywood FSF and the consumption of the binder were simultaneously reduced. Sulfosalicylic acid was used as a modifier. IR spectra of the binder and plywood were obtained on a Nicolet iS10 IR Fourier spectrometer. In the modified binder and plywood based on it, the amount of bound water and hydroxymethyl groups decreases, the num-ber of CH2 groups increases. At the second stage, the study of the mechanical properties of plywood was carried out by implementing an experiment according to the 2nd order B-plan. Regression models were developed for the strength of plywood under static bending and the strength when shearing along the adhesive layer after boiling for 1 hour. The fol-lowing factors were varied: pressing temperature (X1) from 85 to 105 °C, resin consumption (X2) from 88 to 98 g/m2, modifier additive share (X3) from 0 to 1 %. Reducing resin consumption to 88 g/m2 and decreasing plywood pressing temperature to 85 °C on an unmodified binder provides the material static bending strength limit of 76.4 MPa, while maximally reducing adhesive strength - 0.05 MPa. Plywood samples are destroyed under a load of 20...24 kgf when tested for chipping after boiling, chipping occurs along the adhesive layer. Plywood made with a modified binder at a pressing temperature of 95 °C, a resin consumption of 93 g/m2 of resin surface and a sulfosalicylic acid consumption of 0.5% of the resin weight has the following indicators: shear strength along the adhesive layer after boiling - 0.748 MPa, strength of samples under static bending - 111.57 MPa.
plywood, phenol-formaldehyde binder, modifying additive, sulfosalicylic acid, pressing, IR spectra.
Введение
Фанера строительного назначения составляет около половины всей фанерной продукции, изготавливаемой в России. Для производства фанеры ФСФ применяется фенолоформальдегидное связующее (ФФС), второе по использованию в мире (после карбамидоформальдегидного связующего) [1]. Широкое распространение фанеры ФСФ в строительстве обусловлено тем, что при меньшей стоимости 1 м3 водостойкой фанеры способен заменить от 4,3 до 4,9 м3 традиционных пиломатериалов. Для использования фанеры в строительной индустрии показатели данной продукции должны отвечать нормативным требованиям, предъявляемым к строительным материалам [2].
В 2023 г. Федеральной службой государственной статистики (Росстат) было зафиксировано снижение объема производства фанеры в России на 3,265 млн. м3 (на 1,1 %) в сравнении с 2022 г. Однако в июне 2023 г. объем производства фанеры вырос на 3,5 % по сравнению с июнем 2022 г., когда российские фанерные комбинаты еще экспортировали продукцию в страны ЕС [3]. Для достижения и сохранения тенденции роста объемов производства фанеры, в том числе фанеры ФСФ, необходим целый комплекс мер, в числе которых – повышение ее конкурентоспособности путем снижения затрат на производство. Существенный вклад в затраты на производство фанеры вносят стоимость связующего и затраты на горячее прессование. T. Biadała с коллегами считают, что для прессования фанеры необходима температура 140 °С [4]. По мнению Z. Qinи K. Teng, температура 130 °С является оптимальной для прессования фанеры на модифицированном фенолоформальдегидном связующем [5]. На российских производствах фанера ФСФ прессуется обычно при температуре 120–130 °С [6].
Снижение расхода фенолоформальдегидного связующего (ФФС) и уменьшение температуры горячего прессования фанеры позволяет снизить затраты. Однако следует помнить, что использование фенолоформальдегидного связующего обеспечивает длительную водостойкость только при достижении стадии резита, т.е. при прессовании в температурном интервале отверждения фенольных резольных смол 130…200 °С.
Цель данной работы – обоснованное с использованием ИК-спектроскопии и регрессионного анализа повышение механических свойств фанеры на модифицированном фенолоформальдегидном связующем, изготовленной при пониженной температуре прессования и уменьшенном расходе связующего.
В структуре фенолоформальдегидного полимера, отверждаемого при низкотемпературном режиме, имеются гидроксиметильные группы, что негативно сказывается на показателях изготавливаемых материалов [7], в том числе фанеры ФСФ.
Вопросы отверждения ФФС при более низких температурах, чем стадия резита в немодифицированном фенолоформальдегидном связующем, решаются, в числе прочих методов, использованием модификаторов на стадии синтеза смолы [8, 9], однако, по мнению Т.А. Жаббарова, эти модификации, часто улучшая некоторые показатели связующего, полученного при совместной поликонденсации, не могут существенно улучшить свойства термореактивных композиций [10].
Существует большое количество исследований по модификации ФФС для производства фанеры [11–15]. Однако прессование фанеры при низкой температуре (100°С), и низком расходе связующего (около 100 г/м2) в настоящее время остается не решенной проблемой из-за физико-химических особенностей отверждения фенолоформальдегидного связующего и существенного влияния расхода связующего на показатели качества фанеры.
Объектом исследования является фанера из березового шпона на фенолоформальдегидном связующем.
Предмет исследования – связи в структуре отвержденного фенолоформальдегидного связующего и фанеры, а также механические показатели фанеры, изготавливаемой при сниженном расходе связующего в условиях низкотемпературного прессования.
В данном экспериментальном исследовании изготавливалась пятислойная фанера из березового шпона при уменьшенном расходе фенолоформальдегидного связующего на основе смолы СФЖ-3014 при сниженной температуре прессования. В качестве модификатора ФФС использована сульфосалициловая кислота двухводная C7H6O6S·2Н2О (ССК), она вводилась в связующее в водном растворе 10%-ной концентрации. Совместно с ССК в связующем использовался моноалкилфениловый эфир полиэтиленгликоля (поверхностно-активное вещество ОП-10) в количестве 1 % от массы жидкой смолы. ОП-10 вводился в растворе 10%-ной концентрации. Давление прессования составляло 2,0 МПа, время выдержки в прессе – 10 мин.
Образцы фенолоформальдегидной смолы без добавки модификатора и ФФС с добавкой 0,5 % сульфосалициловой кислоты от массы смолы отверждались в сушильном шкафу при температуре 95 °С и высушивались до постоянной массы.
ИК-спектры связующего и фанеры снимали на спектральном комплексе на базе ИК-Фурье спектрометра Nicolet iS10 в сторонней испытательной лаборатории ФГУП «ЦНИИХМ». Снимались спектры поглощения в области длин волн 4000–600 см-1.
Анализ данных
Поскольку в отверждаемом при низкой температуре резольном фенолоформальдегидном олигомере имеются свободные гидроксиметильные группы, необходимо ввести в клеевую композицию модификатор, способный связывать эти группы. Для прессования фанеры при низкотемпературном режиме в качестве модификатора выбрана сульфосалициловая кислота.
