Россия
с 01.01.2009 по настоящее время
Фанера ФСФ используется в вагоностроении, строительстве, отделке малотоннажных судов и яхт и яв-ляется эффективным заменителем древесины. Повышение конкурентоспособности фанеры возможно путем снижения расхода связующего или уменьшения температуры прессования. В работе одновременно снижены температура горячего прессования фанеры ФСФ и расхода связующего. В качестве модификатора использо-вана сульфосалициловая кислота (ССК). На ИК-Фурье спектрометре Nicolet iS10 получены ИК-спектры связу-ющего и фанеры. В модифицированном связующем и фанере на его основе уменьшается количество связанной воды и гидроксиметильных групп, увеличивается количество групп СН2. На втором этапе выполнено исследо-вание механических свойств фанеры путем реализации эксперимента по В-плану 2-го порядка. Разработаны регрессионные модели прочности фанеры при статическом изгибе и прочности при скалывании по клеевому слою после кипячения в течение 1 часа. Варьировались факторы: температура прессования (Х1) от 85 до 105 °С, расход смолы (Х2) – от 88 до 98 г/м2, доля добавки модификатора (Х3) – от 0 до 1%. Снижение расхода смо-лы до 88 г/м2 и уменьшение температуры прессования фанеры до 85°С на не модифицированном связующем обеспечивает показатель предела прочности материала при статическом изгибе – 76,4 МПа, при этом макси-мально снижается адгезионная прочность – 0,05 МПа. Образцы фанеры при испытании на скалывание после кипячения разрушаются при нагрузке 20…24 кгс, скалывание идет по клеевому слою. Фанера, изготовленная на модифицированном связующем при температуре прессования 95 °С, расходе смолы 93 г/м2 и расходе ССК 0,5 % от массы смолы имеет показатели: прочность при скалывании по клеевому слою после кипячения – 0,748 МПа, прочность образцов при статическом изгибе – 111,57 МПа.
фанера ФСФ, фенолоформальдегидное связующее, модифицирующая добавка, сульфосалициловая кислота, прессование, ИК-спектры
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.
