Источник публикации – Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Древесные плиты и фанера: теория и практика»

Ссылка для цитирования – Пермяков А.В., Гамова И.А., Иванов Д.В. Модифицирование клея для фанеры измельчёнными отходами бумажно-смоляных плёнок //Древесные плиты и фанера: теория и практика: Всерос. науч.-практ. конф., 17–18 марта 2021 г. – СПб.:ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2021 – С. 94-98.

Бумажно-смоляные плёнки, как компоненты фанерных клеёв из фенолформальдегидной смолы, способны заменить в композиции клея такие наполнители как мел или пшеничная мука. При этом обеспечивается ускорение отверждения клея на 22...26% и увеличивается прочность фанеры при скалывании по клеевому шву на 24%.

Отходы бумажно-смоляных плёнок (БСП) образуются в больших количествах при производстве декоративных бумажно-слоистых пластиков (ДБСП) и отделки древесных плит (ДП) методом ламинирования. Декоративные БСП представляют собой специальную бумагу, изготовленную из белёной сульфитной целлюлозы (СФИ) и пропитанную определёнными марками термореактивных смол. БСП состоят из 50…60% смолы; 25…30% целлюлозы и 15…20% минерального наполнителя (считая на сухие вещества).

Благодаря особенностям пропиточной смолы и мягкому режиму сушки плёнок, 60…70% смолы в них составляет растворимая в воде фракция, которая сохраняет свойства исходного олигомера и способна к дальнейшим превращениям [1]. Сохранение реакционной способности смолы, содержащейся в декоративных БСП, необходимо для того, чтобы они обладали высокой адгезией и прочно удерживались на поверхности ДП при ламинировании или при изготовлении ДБСП могли образовать прочную связь с внутренними слоями [2].

Фанера представляет собой слоистый материал, полученный путём склеивания в горячих прессах листов древесного шпона с клеем на основе термореактивных смол [5]. Для её производства используются многокомпонентные клеи; наряду с синтетической смолой в них могут присутствовать такие добавки, как наполнитель, отвердитель, пластификатор и другие компоненты. Одним из вариантов наполнителя, используемого в клее, является комбинация мела и пшеничной муки, где каждый исполняет определенную функцию. Мука активно адсорбирует влагу, мел закрывает поры древесины, тем самым предотвращая впитывание клея в шпон, что в свою очередь способствует образованию прочного клеевого шва между двумя листами шпона.

Декоративные БСП, измельченные до порошкообразного состояния, проявляют высокую адгезию к древесине и могут эффективно использоваться в качестве связующего вещества при производстве ДП [3]. Применение порошков декоративных БСП в производстве фанеры может наравне с решением проблемы утилизации отходов производств ДБСП улучшить физико-механические свойства готового материала, то есть модифицировать фенолоформальдегидную смолу (ФФС), применяемую в производстве фанеры повышенной водостойкости.

Таблица 1. Прочность сдвига и время отверждения в зависимости от состава клея

Для изучения клеящей способности клея, содержащего порошки из БСП, определяли прочность сдвига клеевого шва по методике [4]. В качестве контроля служил клей, изготовленный по традиционной рецептуре, содержащий мел и муку в качестве наполнителя. Использовали фенолформальдегидную смолу марки СФЖ-3014 и БСП, полученную нами от ООО «Завод слоистых пластиков».

За основу взяли рецептуру клея для водостойкой фанеры Усть-Ижорского комбината «Невский ламинат». Состав такого традиционного клея следующий, вес. части: ФФС (конц. 50%) – 75; мел – 8; мука – 6; вода –11. Расход клея от массы древесины – 15%.

Исследовали следующие рецептуры клея, сохраняя во всех вариантах одинаковую концентрацию:

В табл. 1 показано влияние порошков из БСП на прочности сдвига и время отверждения различных образцов клея. Как показывают полученные результаты, присутствие БСП ускоряет переход ФФС в отверждённое состояние. Клеящая способность клея также зависит от количества введённого в композицию БСП и растёт с увеличением содержания наполнителя. Испытание образцов фанеры, где в составе клея заменили мел, затем муку и, наконец, оба эти компонента на порошок из БСП, показало, что образцы фанеры при одинаковой плотности с контрольными образцами имеют более высокую прочность. У контрольного образца этот показатель 134 МПа, у образца, содержащего 14% БСП – 177 МПа, то есть больше чем на 24%. При замене мела на такое же количество исследуемого наполнителя образцы также имели более высокую прочность, равную 140 МПа, а при замене муки - 153 МПа. Данные испытаний образцов представлены в табл. 2.

Таблица 2. Влияние вида и количества наполнителя клея на свойства фанеры

Следует отметить, что мы определяли набухание за 24 ч, чтобы установить, как влияет новый компонент на изменение гидрофобности фанеры при её вымачивании (хотя этот показатель не входит в требования действующего ГОСТ 3916.1–2018). Во всех экспериментах разбухание образцов увеличивается незначительно (табл. 2, 3).

В дальнейших экспериментах в образцах фанеры использовали различное количество наполнителя: 12, 14, 16 и 18 масс. ч. Использовали порошок различной степени помола: после размола измельчённые БСП просеивали и использовали частицы, прошедшие через сито с размером ячеек 0,5 и 0,2 мм.

В табл. 3 представлены результаты физико-механических испытаний этих образцов. Они показывают, что тонкость помола БСП оказывает большое влияние на прочность фанеры. С уменьшением размера частиц увеличивается площадь контакта между компонентами клея и его адгезионное взаимодействие с древесиной, что способствует увеличению прочности фанеры.

Таблица 3. Физико-механические свойства фанеры с наполнителем разных фракций

Обязательным показателем, который входит в требования ГОСТ, является предел прочности при скалывании по клеевому шву. По этому показателю наилучшие значения имеют образцы, содержащие 16% порошка из БСП, причём с увеличением расхода БСП синхронно повышается прочность при изгибе и прочность при скалывании.

Таким образом, замена инертных компонентов, какими являются мука и мел, на измельченные БСП, содержащие значительное количество реакционноспособной смолы, оказывает положительное влияние на свойства фанеры. Разработана рецептура клея для водостойкой фанеры марки ФСФ с использованием в его составе измельчённых отходов БСП. Установлено, что их применение в клее для фанеры в количестве 16…18% приводит к увеличению прочности клеевого соединения в сравнении с традиционной рецептурой. 

Можно отметить экологический аспект данной работы: предприятие, производящее фанеру, получает экономический эффект, вовлекая в изготовление фанеры отходы БСП, а предприятие, производящее декоративные пластики, не несёт убытки из-за затрат на утилизацию образующихся химических отходов.

Антон Пермяков

Ирина Гамова

 Даниил Иванов

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова

Список использованной литературы

Получить презентации спикеров 
Всероссийской научно-практической конференции «Древесные плиты и фанера: теория и практика»