Главная страница › Технологии › Новые разработки

ОТДЕЛ СВЯЗУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ И ОТДЕЛКИ ФАНЕРЫ ООО «ЦНИИФ».

Зав. отделом Кондратьев В.П., кандидат технических наук.

Тел (факс): (812) 327-43-20

ПЕРЕЧЕНЬ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ В ОБЛАСТИ

СМОЛ, СВЯЗУЮЩИХ И КЛЕЕВ.

1. Проект цеха синтетических смол мощностью 10000-25000 т/год и оказание технологической помощи во внедрении современных марок смол и клеев.

2. Кондратьев В. П., Кондращенко В. И., Синтетические клеи для древесных материалов. - М.: Научный мир, 2004.

3. Производство низкотоксичной карбамидоформальдегидной смолы марки СКФ-НМ на базе КФК-85. Технологическая инструкция, ТИ 6-2005.

4. Смола карбамидоформальдегидная СКФ-НМ. Технические условия, ТУ 2223-00273235-2005.

5. Производство карбамидоформальдегидной смолы СКФ-НМ, модифицированной порошкообраз-ными лигносульфонатами. Технологическая инструкция, ТИ 4-2006.

6. Производство водостойкой меламиноформальдегидной смолы марки МФ-ВНФ, ТИ 3-2006.

7. Смола водостойкая меламиноформальдегидная МФ-ВНФ. Технические условия, ТУ ОП 13-574-75-2006.

8. Производство водостойкой карбамидомеламиноформальдегидной смолы КФМ-1. ТИ 1-2008.

9. Смола водостойкая карбамидомеламиноформальдегидная КФМ-1. Технические условия.

10. Производство низкотоксичной синтетической смолы на базе дифенилолпропана. Технологическая инструкция, ТИ 4-2003.

11. Смола диановая марки СДЖ-Н. Технические условия, ТУ 2221-001- 00273235-2001.

12. Производство фенолоформальдегидной смолы СФЖ-3014, модифицированной порошкообраз-ными лигносульфонатами. Технологическая инструкция, ТИ 5-2006.

НОВЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЯМ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОПАСНОСТИ СИНТЕТИЧЕСКИХ СМОЛ.

     8-11 апреля 2008 г. в Санкт-Петер­бурге, в отеле "Россия", проходила III международная конферен-ция по вопросам безопасности и экологи­ческой чистоты продукции фанер­ной подотрасли деревооб-рабатыва­ющей промышленности. Её органи­затором выступил Центральный на­учно-исследова-тельский институт фанеры (ООО "ЦНИИФ").

     Тема конференции обусловлена тем, что страны Европейского Сою­за (ЕС) ввели новое зако-нодатель­ство (регламент RЕАСН) в отноше­нии производителей химических ве­ществ. Фанерная по-дотрасль непос­редственно потребляет последние для синтеза смол, с использованием которых она вырабатывает свою продукцию, экспортируемую в стра­ны ЕС. Поэтому возникла необходи­мость выяснить, как повлияет соб­людение требований упомянутого регламента на показатели качества и экологическую чистоту этой продук­ции.

     Регламент RЕАСН по химическим веществам № 1907/2006, вступивший в силу 01.06.2007 г. Он обязате­лен для выполнения всеми странами — членами ЕС, производящими хи­мические вещества, а также странами, экспортирующими соответству­ющую продукцию в страны ЕС. Рег­ламент наклады-вает новые обяза­тельства и на последующих потре­бителей химикатов.

     Аббревиатура RЕАСН означает регистрацию (Registration), оценку (Evaluation) и авторизацию (Authorization) химикатов (of Chemicals). Цель регламента КЕАСН - обеспе­чить высокий уровень здравоохране­ния и охраны окружающей среды на всей территории стран ЕС путём ус­тановления вы-соких требований в отношении безопасности продукции и соответствующего стимулирова­ния субъек-тов разработки новых продуктов. Этапы достижения пос­тавленных целей: регистрация ве­ществ в центральной базе данных; оценка отдельных веществ; автори­зация наиболее вредных из них; зап­реты и ограничения на производство и использование химикатов, образу­ющие так называемую сеть безопас­ности. Новая система основана на управлении рисками, связанными с веществами, содер-жащимися в хи­мических соединениях, а в отдель­ных случаях и в изделиях.

     Согласно Регламенту в управляе­мой Европейским химическим аген­тством базе данных регистри-руют все вещества, изготовляемые в ЕС или ввозимые на его территорию в количестве не менее 1 т/год на про­изводителя или импортёра. Регист­рация служит для документирования оценки безопас-ности вещества и ис­пользованных при этом данных. Во избежание ненужных тестов Хими­ческое агентство проводит оценку необходимости предложенных реги­стратором тестов. Кроме того, оно вместе с властями стран ЕС ежегод­но оценивает риски отдельных ве­ществ. На использование особо опасных веществ запрашивают разрешение.

     Производитель или импортёр ве­щества должен провести оценку бе­зопасности его изготовления и при­менения с учётом цели использова­ния вещества, данные о которой пре­доставляет потребитель. Производи­тель отражает результаты оценки бе­зопасности в паспорте безопаснос­ти.

     Новое Химическое агентство ЕС будет находиться в Хельсинки. Оно будет управлять системой RЕАСН и поддерживать национальные власти в технических и научных вопросах, связанных с выполнением Регламен­та. В задачи Агентства входят: при­нятие регистрации, поддержание различ-ных баз данных, информиро­вание. Персонал Агентства будет состоять из представителей всех стран ЕС.

     Регламент RЕАСН будет входить в компетенцию финляндского Агент­ства по контролю за продук-цией, благосостоянию и здравоохранению (SТТV) и Экологического центра Финляндии (SYKE). Эти органы соз­дают также справочную службу по вопросам RЕАСН.

РАЗРАБОТКА МЕЛАМИНОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОСТОЙКОЙ ФАНЕРЫ.

     Имея в виду новый регламент REACH по химическим веществам, ЦНИИФ, СПГЛТА и другие оте-чественные научно-производственные объединения и предприятия направляют свои усилия на иссле-дование и разработку новых видов синтетичес­ких смол и клеёв на их основе, на развитие и освоение современных технологий производства фанеры, обеспечивающих выработку продук­ции в соответст-вии с требованиями европейского законодательства. На­коплен положительный опыт работы в этом направлении.

     В настоящее время значительно снизился объём спроса со стороны рынка стран ЕС и США на во-достой­кую фанеру российского производ­ства, изготовляемую с использо­ванием фенолоформаль-дегидных смол. Эти страны предпочитают им­портировать фанеру, изготовленную с использованием меламиноформальдегидных смол (МФС), - эколо­гически чистую, водо- и атмосферостойкую продук-цию.

     В России нет производств фанеры на МФС. В 2005 г. в небольших ко­личествах её начали осваи-вать на Жешартском ФК. Меламин - исход­ное сырьё для синтеза МФС - отече­ственная промышлен-ность не вы­пускает. Из-за недоступности сырья МФС дороги.

     МФС достаточно хорошо изучены. Их применяют в качестве клеёв, свя­зующих в производстве дре-весност­ружечных плит (ДСП), лаков и эма­лей. В связи со спросом на облицо­ванную древесноплитную продук­цию МФС используют для изготов­ления бумажно-смоляных плёнок повышенного качества. Производ­ство последних требует стабильных при хранении растворов МФС.

     В ООО "ЦНИИФ" выполнены по­исковые работы по изучению ста­бильности растворов МФС при хра­нении. Реакция меламина с фор­мальдегидом подчиняется законо­мерностям общего кислотно-ос-нов­ного катализа, причём величина рН определяет не только величину ско­рости реакции, но и струк-туру обра­зующейся смолы.

     Механизм стабильности растворов МФС при хранении включает раз­личные процессы, одновре-менно происходящие в растворе смолы оп­ределённой степени конденсации. Стабильные при хране-нии МФС можно получить только при строго определённых условиях. В процессе хранения при темпе-ратуре 20-25°С эти прозрачные жидкости превраща­ются в мутные гели, а затем стано­вятся твердообразными. При нагре­ве такие гели и массы снова становятся прозрачными.

      Результаты проведённых в ЦНИИФе исследований позволили разработать технологию синтеза стабиль­ных низкотоксичных МФС и клеёв на их основе. Величины показателей качества МФС таковы: внешний вид - бесцветная однородная прозрачная жидкость; относительное массовое содержание сухого остатка 60-66%, а свободного формальдеги­да - 0,3%; показатель условной вяз­кости по виско-зиметру ВЗ-246 после изготовления - 40-90 с; продолжи­тельность периода протекания про­цесса же-латинизации при 100°С с 1% - NH4C1 - 45-70 с; показатель жизнеспособности - 90 сут.

     Установлено, что МФС можно по­лучать на обычном для цеха смол оборудовании, а клеи на основе МФС можно приготовлять в обыч­ных смесителях. Освоение произво­дства МФС не требует дополни-тель­ного оборудования и капитальных затрат. Оно позволит исключить из обычного технологического процес­са синтеза водостойких смол высо­котоксичный фенол и, как следствие, ликвидировать на де-ревообрабаты­вающих предприятиях участки по приёмке фенола и его хранению при температуре 42-50°С, а также обус­ловит улучшение экологических по­казателей окружающей среды - из-за исключения выбросов в атмосфе­ру высокотоксичных газов, а также сточных вод; по показателю токсич­ности (степени вредного воздействия на организм человека) меламин на порядок лучше фенола.

     Опытную партию МФС испытали при получении берёзовой фанеры. Из шпона толщиной 1,5 мм со-бира­ли пакеты и склеивали их по одному и по нескольку штук в одном проме­жутке пресса. Клей состо-ял из 100 мас.ч. МФС и 1 мас.ч. хлористого аммония (отвердителя). В результате проведения экспе-римента установле­но: для получения фанеры толщиной 8 мм и более пакеты шпона необхо­димо склеивать по одному, а толщи­ной до 8 мм - пакеты можно склеи­вать по нескольку штук сразу.

     Анализ результатов физико-меха­нических испытаний опытной пар­тии фанеры показал: для получе-ния фанеры толщиной 4 мм величина продолжительности выдержки паке­тов шпона в прессе должна состав­лять 8-9 мин, толщиной 12 мм - 7-8 мин, толщиной 18 мм - 13-15 мин. При этом достигаются высокие уровни физико-механических пока­зателей как фанеры, вымоченной в воде в течение 24 ч, так и фанеры, кипячённой в воде в течение 3 и 6 ч. Разработка и освоение технологии производства МФС и клеёв на её ос­нове позволят предприятиям лесо­промышленного комплекса (ЛПК) России: производить экологически чистые, безопасные древесноплитные материалы повышенной водо- и атмосферостойкости для строитель­ства, транспорта и производства ме­бели; сократить величину продол­жительности склеивания (в сравне­нии с величиной того же показателя при использовании ФФС - пример­но в 1,2 раза), а также затраты тепло­ты на производство фанеры; уверен­но конкурировать на рынке высоко водостойкой фанеры с другими странами.

Исследование и разработка технологии синтеза специальной карбамидомеламиноформальдегидной смолы и опытно-промышленные испытания ее в производстве водостойкой фанеры.

     Кондратьев Владимир Петрович – Заведующий отделом связующих материалов и отделки фанеры, к.т.н., с.н.с., ООО «ЦНИИФ»., Болотова Елена Николаевна – Инженер –химик ОАО «Жилевский завод пластмасс»., Агапитов Александр Петрович – Начальник департамента нефтепереработки, нефтехимии, общей и специальной химии ООО «Единая торговая система»., Чубов Алексей Борисович – Профессор., Матюшенкова Екатерина Ивановна – Аспирант СПбЛТА.

     Для производства водостойкой фанеры применяются фенолоформальдегидные смолы. Однако эти смолы токсичны и их производство является экологически опасным. При их производстве также складывается трудная ситуация и с токсичными газовыми выбросами. Суммарное количество токсичных газовых выбросов из хранилищ сырья, емкостей аппаратов, мерников и другого технологического оборудования составляет 700-1000 м3/час. Содержание вредных выбросов в газовых выбросах, в частности по фенолу, во много раз превышает нормы ПДК. Поэтому производство фенольных смол является экологически опасным, что привело уже к прекращению их выпуска на ряде деревообрабатывающих предприятий.

      Кроме того фанера, выделяющая свободный фенол, который является высокотоксичным и канцерогенным веществом согласно регламенту REACH подлежит авторизации, так включает вещества, признанные как вызывающие особое беспокойство. Поэтому с целью повышения качества, снижения токсичности фанеры и обеспечения ее конкурентоспособности на мировом рынке на второй московской международной конференции «Меламин 2007» нами был представлен доклад об исследовании технологии производства фанеры с использованием клеев на основе меламиновых смол. Однако все возрастающая стоимость меламина и отсутствие отечественного производства его не позволили осуществить широкое внедрение меламиновых смол в производство водостойкой фанеры и влагостойких древесностружечных плит.

     Целью данного сообщения является продолжение исследований в данном направлении и разработка технологии синтеза специальной карбамидомеламиноформальдегидной смолы и опытно-промышленные испытания ее на фанерных заводах.

     Реакция формальдегида с меламином известна давно и при этом установлено, что метилольные производные образуются из меламина и формальдегида после дегидратации метиленгликоля и образуют метиленовые и метиленэфирные мостики, по соответствующим реакциям, подчиняющимся закономерности кислотно-основного катализа. При синтезе меламиновых смол водное число WT является важнейшей характеристикой, связанной со степенью конденсации, которая зависит от условий синтеза: мольного соотношения F/M, величины pH, температуры реакции, сухого остатка.

     Нами изучалась зависимость водного числа как функции сухого остатка для смол с различным мольным соотношением F/M. Увеличение сухого остатка увеличивает время достижения смолой WT ниже 2. Полученные зависимости позволили уточнить мольное соотношение и разработать необходимый рецепт смолы. При этом установлено, что изменения в величине pH являются основным определяющим фактором процесса поликонденсации и, следовательно, количества образующихся метиленовых и метиленэфирных связей (мостиков) с целью получения карбамидоформальдегидных смол длительной жизнеспособности важно было изучить явление нестабильности растворов при хранении, и взаимосвязь с условиями синтеза смол и их строением. Явление нестабильности растворов меламиновых смол исследовано в работах специалистов фирмы

“DSM Melamine” (Jahromys и др.), а также в работах Романова Н.М. и др.

     Ha основании проведенных «исследований следует, что механизм стабильности при хранении раст-воров МЛФС яв­ляется комплексным и включает различные процессы, кото­рые, возможно, происходят одновременно в растворе смолы с определенной степенью конденсации.

     Установлено, что нестабильность смол на основе меламина вызвана процессом физического гелирования за счет водородных связей, образование агрегатов меламиновых смол происходит сразу же после охлаждения смолы от температуры синтеза до комнатной и продолжается в течение определенного периода времени.

      Процесс отверждения меламиновых смол – продолжение химических реакций их синтеза. Изученные закономерности позволили разработать технологию производства стабильной специальной карбамидомеламиноформальдегидной смолы для производства водостойкой фанеры и влагостойких древесностружечных плит.

     Производство специальной карбамидомеламиноформальдегидной смолы марки КФМ-1 организовано на ОАО «Жилевский завод пластмасс». Основные показатели смолы марки КФМ-1 приведены в таблице 1.

      На основе разработанной смолы КФМ-1 предполагается получение влагостойких древесност-ружечных плит с физико-механическими показателями, которые должны соответствовать марке P5, по Европейскому стандарту V312 , классу эмиссии Е1, разбухание через 9 часов не более 9%.

      В области фанерного производства проводилась сравнительная оценка свойств фанеры на ме-ламино- и карбамидомеламиноформальдегидной марки КФМ-1.

      С целью оценки эффективности применения клеев на основе меламино- и карбамидомеламино-вой смол для изготовления фанеры и предварительного установления условий и режима склеивания шпона был поставлен ряд экспериментов. Они проводились с использованием смол, изготовленных на меламине китайского и американского производства. Ряд показателей этих смол, параметры и режимы склеивания приведены в таблице 2.

      Сравнительная оценка прочности экспериментальных образцов фанеры, склеенной с примене-нием меламиновой и карбамидомеламиноформальдегидной смол проводилась в соответствии с ГОСТ9624 после кипячения в течение 3 и 6 часов. Результаты испытаний фанеры приведены в таблице 3.

      Из таблицы 3 видно, что удалось достичь высокой прочности склеивания как на меламиновой, так и на специально разработанной карбамидомеламиноформальдегидной КФМ-1 при времени склеи-вания 7,5 мин.

      Следует отметить, что время склеивания такой же фанеры на фенолоформальдегидных клеях (12,4) мин значительно больше, чем минимально принятое (табл.3) – 7,5 мин. Полученный результат позволяет утверждать о возможности увеличить производительность процесса склеивания фанеры повышенной водостойкости.

      Нормативная прочность фанеры с учетом доверительного интервала, равного 1,68 и рассчитанного среднего квадратичного отклонения, приведены в таблице 4. В целом прочность фанеры при использовании клея на основе меламина производства как КНР так и США, отвечает требованиям ГОСТ3916.1 – не менее 1,2 МПа.

        На основе результатов проведенной работы можно сделать следующие выводы:

1. Освоение производства карбамидомеламиноформальдегидной смолы КМФ1:

· исключить из технологического процесса изготовления водостойких смол высокотоксичный компонент – фенол и, как следствие, ликвидацию на деревообрабатывающих предприятиях участков по его приемке и хранению в подогретом (до температуры 42…50 0С) состоянии;

· улучшить экологические показатели окружающей среды ввиду отсутствия высокотоксичных газовых выбрасов в атмосферуp;

· уменьшить вредное влияние на организм человека ядовитых веществ (меламин на порядок менее токсичен, чем фенол);

2. Разработка и освоение технологий производства карбамидо- меламиноформальдегидных смол и изготовления фанеры с их применением позволит предприятиям лесопромышленного комплекса:

· получить экологически безопасную продукцию повышенной водо- и атмосферостойкости для использования в строительстве, в частности в домостроении, на транспорте и в производстве мебели;

· уменьшить не менее чем на 15% время склеивания в сравнении со временем склеивания на феноло-формальдегидных клеях, а также тепловые затраты на производство фанеры;

· уверенно конкурировать на рынке высоко водостойкой фанеры с другими странами.

 

Таблица 1. Основные показатели смолы КМФ-1

Наименование показателей

Величина

1. Внешний вид

Прозрачная бесцветная жидкость

2. Условная вязкость по В3-246 с.4 при 20 0С, с.

40-70

3. pH

8,5 – 9,5

4. Время желатинизации при 1000С с 1% хлористого аммония, с ., не более

90

5. Смешиваемость с водой

1:1 – 1:2,5

6. Содержание сухого вещества, %

66,5 – 68,5

7. Срок хранения; сутки

30

Таблица 2. Свойства использованных смол, параметры условий и режима склеивания

Наименование параметра

Значение параметра

Меламиновая смола

Смола марки КФМ-1

1. Свойства смолы

-Вязкость условная по В3 -246 после изготовления

- время желатинизации при 1000С с 1% NH4Cl, с.

- показатель концентрации водородных ионов, pH

50

93

9,3

63

89

8,7

2. Состав клея, масс.ч.

Смола -100

Аммоний хлористый -1

3. Характеристики шпона:

- порода

- влажность

- средняя толщина, мм

Береза

6…8

1,66

4. Расход клея, г/м2

125…130

5. Слойность пакета

3

6. Средняя толщина пакета, мм

5

7. Количество пакетов в промежутке пресса

4

8. Давление на пакет, МПа

1,8…2,0

9. Температура плит пресса, 0С

125…130

10. Время склеивания, мин

7,5

11. Время снижения давления, мин.

1

Таблица 3. Сравнительные результаты испытания фанеры

Толщина фанеры, мм

Значения параметра

Меламиновая смола

Смола марки КФМ-1

6 ск., МПа, после кипячения

6 ск., МПа, после кипячения

4

34

1,6

2,6

2,1

2,0

2,4

1,7

1,9

1,7

1,8

1,9

64

1,6

1,8

1,8

1,9

1,6

1,5

1,6

1,5

1,6

1,4

34

1,6

1,6

1,7

1,8

1,7

1,6

1,6

1,7

1,8

64

1,3

1,4

1,3

1,3

1,5

1,4

1,5

1,3

1,2

Таблица 4. Нормативная прочность фанеры

Производительность меламина

Нормативная прочность фанеры при скалывании, МПа, при времени склеивания, мин.

10,5

7,5

КНР

1,22

1,20

США

1,61

1,34