Отделочные строительные материалы на основе вторичного сырья

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Отделочные строительные материалы на основе вторичного сырья

Глазков С.С. канд. техн. наук, доцент,

Рудаков О.Б. д-р хим. наук, профессор

При исследовании возможности модифицирования карбамидоформальдегидных смол (КФС) латексными композициями авторами достигнуты определенные положительные результаты [1,2]. Они обусловлены как пластифицирующим эффектом, так и влиянием карбоксильных групп в составе бутадиен-стирольных полимеров на устойчивость коллоидной системы и физико-механические свойства связующего [3].

Состав клеевой латексной композиции (КЛК) на основе бутадиен-стирольного латекса может включать следующие ингредиенты: загуститель - защитный коллоид, вещество, повышающее клейкость (ВПК), эмульгатор-стабилизатор ОП-10, тринатрийфосфат (ТНФ)- 20%-ный раствор, активный наполнитель - аэросил (вулкасил). Стабилизацию бутадиен-стирольных латексов обеспечивают введением в их состав водорастворимых полимеров (ПВС, КМЦ, казеин др.). В частности для латекса БС-65А показано, что процесс стабилизации коллоидной системы 10%-ным раствором КМЦ сопровождается изменением величин поверхностного натяжения () и краевого угла смачивания (). Для этих величин наблюдается экстремум: максимум для первой и минимум для второй, находящиеся в интервале от 2 до 6 % раствора КМЦ. Величины термодинамических работ в исследованном диапазоне содержания КМЦ проходят через максимум, который в 2-3 раза выше, чем для исходного латекса. Выполняя роль защитного коллоида, молекулы КМЦ за счет полярных (гидроксильных) групп обеспечивают структурирование коллоидных частиц латекса в более крупные агломераты.

Существенную роль при изготовлении ДКМ играет средняя толщина клеевого слоя.

Анализ показывает, что максимальную толщину слоя можно получить в случае, если связующее не будет проникать в межфибриллярные поры и капилляры древесины.

Для приближения условий пропитки к этим предельным значениям технологией изготовления древесных композиционных материалов (ДКМ) предусматриваются следующие наиболее эффективные пути: смешивание древесных наполнителей с сухими связующими и скоростное смешивание древесных частиц с жидкими связующими при условии равномерного распределения связующего по наружной поверхности древесных наполнителей.

Размеры капилляр древесины (от 2040 до 100200 нм в зависимости от породы древесины), межфибриллярных пор (710 нм) и молекул олигомеров (740 нм) имеют сопоставимые величины. Для частиц латексов наблюдаются более крупные размеры. В связи с отмеченными обстоятельствами, введение латексов в связующие, на основе карбамидоформальдегидных смол (КФС) будет обеспечивать следующее:

снижение поверхностного натяжения, краевого угла смачивания и вязкости будет способствовать лучшей смачиваемости и более равномерному нанесению связующего по наружной поверхности древесного наполнителя;

с другой стороны, частицы латекса обладают размерами большими или сопоставимыми с размерами капилляров. Поэтому они способны закупорить капиллярную систему и, тем самым, замедлить впитывание связующего в капиллярно-пористую структуру древесных частиц и увеличить среднюю толщину клеевого слоя (уравнение 1).

В соответствии с современной адсорбционной теорией образование клеевого шва является многостадийным процессом. Согласно данной теории, вторым этапом является адсорбция. Введение небольших количеств латексных композиций, размеры частиц которых достигают в случае синтетических латексов 300-400 нм, должно обеспечивать на стадии адсорбции снижение величины последней. Глобулы латекса, играя роль активного наполнителя, оседают на поверхности подложки, обеспечивают закупорку пористой структуры адсорбата и тем самым увеличивают число точек контакта. Выполняя своеобразную роль “шлюзового затвора” латексные частицы способствуют увеличению толщины клеевого слоя и снижают риск образования “голодного” клеевого шва.

Величина удельной адсорбции или количество поглощенного древесным образцом полимерного вещества имеет максимальное значение (0,17г/г) для чистой смолы. Для модифицированной смолы с ростом содержания латекса наблюдается последовательное снижение величины удельной адсорбции 0,09 ; 0,058; 0,042 г/г при содержании латекса соответственно 0,05; 0,1; 15,0 % мас. В случае чистого латекса отмечен минимальный уровень удельной адсорбции - 1,510-2 г/г.

Введение латексной композиции обеспечивает снижение вязкости КФС (табл.1), улучшает смачиваемость поверхности древесины. Снижение краевого угла смачивания происходит, вероятно, за счет эмульгатора, содержащегося в латексе, а также за счет самих частиц латекса, которые, экранируя полярные, гидрофильные (метилольные, метоксильные и др.) группы смолы уменьшают тем самым и величину поверхностного натяжения.

Таблица 1 Физико-химические свойства КФС

Примечание:* прочность при сдвиге определяли при горячем склеивании дубовых образцов

Снижение содержания свободного формальдегида можно объяснить также его способностью образовывать устойчивые связи с адсорбционно-гидратной оболочкой мицеллярных частиц латекса. Концентрируя, таким образом, формальдегид, и, являясь термодинамически неустойчивыми, частицы латекса выступают в качестве центров поликонденсационных процессов, где начинает возникать твердая полимерная фаза. Последним соображением можно объяснить снижение времени желатинизации, т.е. повышение реакционной способности КФЖ в случае низких концентраций латекса (табл.1).

Анализ микроснимков экспериментально подтвердил предположение о возможном механизме модифицирующего влияния КЛК на процесс образования клеевого шва. В отличие от чистой КФС, клеевой шов которой имеет разрывы сплошности, а также большую толщину и глубину впитывания; для модифицированной КФС наблюдается более узкий и равномерный характер клеевого шва без видимых разрывов сплошности.

С целью более детального изучения выявленной области соотношений между латексной композицией, КФС и активным наполнителем вулкасилом осуществлялось планирование эксперимента для диаграмм состав - свойство. Оптимальный состав связующего был использован для получения прессованных плит (ПП) на основе различного вида древесного наполнителя.

Для латексных композиций существует оптимум содержания, который в первую очередь определятся наличием максимума для прочности склеивания, содержания свободного формальдегида и времени желатинизации. Наполнитель-вулкасил имеет аналогичный, но менее выраженный характер для первых двух показателей, а для третьего наблюдается монотонный рост.

Оптимальный состав связующего был использован для получения прессованных плит на основе различного вида древесного наполнителя. Результаты представлены в табл.2.

Таблица 2 Физико-механические и химические свойства плит

Рекомендуемая модификация связующего обеспечивает изготовление плит на основе опилок (табл.2) с содержанием свободного формальдегида ниже 10 мг/100 г плиты, что соответствует аналогичному показателю продукции класса Е1, не имеющей ограничений по областям применения. При этом для плит из различного наполнителя наблюдаются как ранее обозначенные закономерности, так и специфические, определяемые физико-химическими свойствами частиц наполнителя.

карбамидоформальдегидный смола латексный вторичный

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Глазков С.С., Бельчинская Л.И., Саушкин В.В. Низкотоксичные прессованные плиты на основе модифицированных связующих //Матер.симп."Модификация древесины - 93". - Познань, 1993. - С.45-48.

Глазков С.С., Болдырев В.С. Модификация связующих в производстве древесностружечных плит // Деревообрабатывающая пром-сть. - 1996. - № 4. - С.24-25.

Глазков С.С. Использование латексных систем для регулирования свойств карбамидоформальдегидных смол // Журн. прикл. химии. - 2004. - Т.77. - Вып. 10. - С. 1725-1728.

Размещено на Allbest.ru