Разработка состава композиции для получения древесных плит на основе механоактивированной массы

Древесностружечные плиты (ДСтП) широко используются в производстве мебели и других изделий. Существенным недостатком этих плит является то, что в процессе эксплуатации происходит эмиссия формальдегида, обусловленная наличием формальдегидных смол. В данной работе приводятся результаты исследований по разработке состава композиции для получения стружечных плит, по свойствам аналогичным ДСтП, но без использования синтетических связующих.

Предложено получать плиты, состоящие из древесных частиц (наполнитель) и активированной древесной массы (матрица). В исследованиях в качестве наполнителя использовалась стружка, изготовленная на бегунковой дробилке. Древесную массу получали путем обработки древесных опилок на гидродинамическом диспергаторе роторного типа. Для получения зависимостей влияния состава композиции (доля и фракционный состав наполнителя, плотность плит) на механические свойства (прочность при статическом изгибе, прочность на разрыв перпендикулярно пласти) и разбухание плит был проведен многофакторный эксперимент. В результате исследований установлено, что показатели прочности плит возрастают при уменьшении размера частиц наполнителя, увеличении плотности плит и уменьшении доли наполнителя в композиции. Разбухание плит по толщине снижается при увеличении размера частиц наполнителя, уменьшении его доли в композиции и увеличении плотности плит. Используя полученные закономерности влияния состава композиции на ее свойства была проведена поликритериальная оптимизация. В результате установлен оптимальный состав композиции: доля наполнителя – 70 %, номер фракции стружки – 3, плотность плит – 700 кг/м³. Такой состав композиции позволяет получить плиты, которые по всем свойствам соответствуют требованиям, предъявляемым к ДСтП. Но при этом полученные плиты имеют класс эмиссии формальдегида Е 0. Они могут использоваться без каких-либо ограничений.

1. Леонович А. А. Технология древесных плит: прогрессивные решения. 2005.

2. Jambreković V. et al. Mogućnost proizvodnje kompozitnih materijala od usitnjenog drva u Republici Hrvatskoj // Drvna industrija. 2006. Т. 57, № 4. С. 183–191.

3. Johannes Karl Fink,Chapter 4 – Phenol/ Formaldehyde Resins, Editor(s): Johannes Karl Fink,In Plastics Design Library, Reactive Polymers Fundamentals and Applications (Second Edition), William Andrew Publishing, 2013. P. 155–177. ISBN 978-1-45573-149-7.

4. Дедкова Л. А., Лисецкая Л. Г. Эмиссия формальдегида в воздух закрытых помещений // Acta Biomedica Scientifica. 2011. № 3-2. С. 76–79.

5. https://zctc.ru/sections/fenol_i_formaldegid_v_pomesheniyah.

6. Antonović A. et al. Influence of urea-formaldehyde resin modification with liquefied wood on particleboard properties // Drvna industrija. 2010. Т. 61, № 1. С. 5–14.

7. Каримов О. Х. и др. Развитие химии и технологии биополимера лигнина // Промышленное производство и использование эластомеров. 2020. № 1. С. 25–39.

8. Prasittisopin L., Li K. A new method of making particleboard with a formaldehyde-free soy-based adhesive // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2010. Т. 41, № 10. С. 1447–1453.

9. Gross G. G. Biosynthesis of lignin and related monomers // The Structure, Biosynthesis, and Degradation of Wood. 1977. С. 141–184.

10. Sivasubramanian S., Schmidt D. F., Reynaud E. Novel bio-based thermoset resins from epoxidized vegetable oils for structural applications // 68th Annual Technical Conference of the Society of Plastics Engineers. 2010. С. 1673–1677.

11. Preechatiwong W., Yingprasert W., Kyokong B. Effects of phenol-formaldehyde/isocyanate hybrid adhesives on properties of oriented strand lumber (OSL) from rubberwood waste // Songklanakarin Journal of Science and Technology. 2007. Т. 29, № 5. С. 1367– 1375.

12. Зарубина А. Н. и др. Целлюлоза и наноцеллюлоза. Обзор // Лесной вестник / Forestry bulletin. 2019. Т. 23, № 5. С. 116–125.

13. Рахимова Б. У. и др. Наноцеллюлоза: характеристика, модификация и биосовместимость // Новости науки Казахстана. 2019. № 4 (142). С. 72.

14. Amini E. et al. Utilization of cellulose nanofibrils as a binder for particleboard manufacture // BioResources. 2017. Т. 12, № 2. С. 4093–4110.

15. Применение наноцеллюлозы в процессах склеивания и модифицирования древесины / В. А. Шамаев, Н. С. Никулина, С. А. Константинова и др. // Вестник МГУЛ – Лесной вестник. 2012. № 8(91). С. 107–110.

16. Gardner D., Tajvidi M. Hydrogen bonding in wood-based materials: an update // Wood and Fiber Science. 2016. Т. 48, № 4. С. 234–244.

17. Ермолин В. Н. и др. Водостойкость древесных плит, получаемых без использования связующих веществ // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2020. № 3 (375). С. 151–158.

18. Обливин А. Н., Лопатников М. В. Нанотехнологии и наноматериалы в лесном комплексе : монография. М. : МГУЛ, 2011. 221 с.

19. Пучков Б. В. Измельчение сырья для древесных плит. М. : Лесн. пром-сть, 1980. 117 с.

20. Александрова А. Н., Соловьева Т. В. Интенсификация дефибраторного размола щепы. 2013.

21. Модлин Б. Д., Отлев И. А. Производсто древесностружечных плит. М. : Высш. школа, 1977.

22. ГОСТ 19222–84. Арболит и изделия из него. Общие технические условия.

23. ГОСТ Р 54854–2011. Бетоны легкие на органических заполнителях растительного происхождения. Технические условия.

24. Ермолин В. Н. и др. Разработка режима гидродинамической активации древесных частиц с целью получения плит без связующих веществ // Хвойные бореальной зоны. 2017. Т. 35, № 3-4. С. 79–83.

25. Демидов Ю. М. Измельчение древесины для производства древесностружечных плит // Лесная промышленность. 1974. С. 100–105.

26. Gravelsins R. J. Studies of grinding of wood and bark-wood mixtures with the Szego mill : дис. 1999.

27. Войт В. Б., Хусаинов Д. Ф. Свойства ДСтП с точки зрения реокинетики отверждения карбамидоформальдегидной смолы в процессе ее старения // Технология древесных плит и пластиков: межвузовский сборник. 1997. С. 76–83.

28. Metzger M. T. Naturnahe Bindemittel aus nachwachsenden Rohstoffen auf Proteinbasis zur Herstellung von Holzwerkstoffen. München: Technischen Universität München, 2007. 159 s.

29. Roffael E., Dix B., Schneider T. Zur Verwendung von Tanninen als Bindemittel in der Holzwerkstoffindustrie // Tagungsband “Internationales Simposium Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen”. Erfurt: WKI, 2001. S. 15‒22.

30. Мальцев В. В. Технологии детоксикации карбамидо-формальдегидных смол (КФС) и древесноплитных материалов на их основе [Электронный ресурс] // Тезисы доклада на 12-м Международном форуме «Высокие технологии ХХI века». 2011. URL: http://www.ecrushim.ru/articles/pg171.php (дата обращения: 24.09.2017).

31. ГОСТ 10632–2014. Плиты древесно-стружечные. Технические условия. Введ. 01.07.2015. М. : Стандартинформ, 2014. 16 с. (Национальный стандарт Российской Федерации).