Краткие теоретические сведения. В условиях производства плит на карбамидоформальдегидном связующем (КФС) особенно важен выбор отвердителя

В условиях производства плит на карбамидоформальдегидном связующем (КФС) особенно важен выбор отвердителя, от эффективности которого зависит структура отвержденного связующего, а значит и показатели плитного материала.

В процессе прессования многофазная система, состоящая из древесины, карбамидоформальдегидного связующего, воды (в древесных частицах и связующем) и воздуха (в древесных частицах и порах стружечного брикета) в результате сложных реакций, протекающих под действием температуры и давления, преобразуется в материал с совершенно иными физико-механическими свойствами.

Свойства эти зависят породы древесины, вида и количества дискретных древесных частиц (а, следовательно, и от плотности изготавливаемого материала), вида и количества связующего и его распределения между слоями, вида и количества используемых добавок, влажности и ее распределения по слоям, от степени сближения древесных частиц, вида адгезионного взаимодействия между древесиной и связующим.

Процесс образования материала основан на переходе карбамидоформальдегидного связующего в неплавкое и нерастворимое состояние, при этом возникают адгезионные связи между отвержденным связующим и древесными частицами. Требуемые прочностные и другие эксплуатационные характеристики материала могут быть достигнуты путем сочетания высокой адгезионной прочности связующего и древесных частиц и необходимой пространственной структуры отвержденного связующего.

Высокая адгезия к древесине клеев на основе КФС обусловлена содержанием в них сильнополярных метилольных групп −СН₂ОН.

При неполной степени отверждения полимерная матрица содержит некоторое количество метилольных групп, это приводит к низкой гидролитической стойкости отвержденного карбамидоформальдегидного связующего и снижению прочности полимерной матрицы. Причиной этого может быть малая продолжительность воздействия тепла и невысокая активность инициатора реакции поликонденсации.

Кроме гидролитически нестойких метилольных групп полимерная матрица содержит устойчивые к гидролизу метиленовые группы−СН₂− и частично гидролизуемые метиленэфирные группы −СН₂−О−СН₂−, которые могут деструктировать под воздействием влаги, температуры и присутствия кислоты или основания.

Особенности механизма поликонденсации и пространственной структуры смолы обуславливают свойства плит, изготовленных на ее основе. С увеличением в цепях молекул относительного содержания эфирных −СН₂−О−СН₂− и метилольных −СН₂ОН групп, кроме снижения прочности и водостойкости готового композита, увеличивается выделение формальдегида и воды в процессе отверждения связующего.

Следует отметить, что древесина под воздействием нагрева и влаги выделяет определенное количество кислот, количество которых зависит от породы древесины (табл. 9.1).

Таблица 9.1

Количество уксусной и муравьиной летучих кислот,

выделяющихся из древесины при нагреве

Однако кислот, выделяющихся при нагревании в результате начинающейся деструкции лигноцеллюлозного комплекса древесины, недостаточно для обеспечения требуемой степени отверждения связующего в прессуемой плите.

Необходимость применения отвердителей объясняется, во-первых, тем, что рН карбамидных смол, применяемых для производства ДСтП, колеблется от 6 до 9. При столь значительной разнице в активной кислотности отверждение смол в процессе прессования плит только за счет кислотности самой древесины может протекать далеко не одинаково. У одних партий смолы, имеющих более низкое значение рН, кислотность древесины окажется вполне достаточной для формирования клеевых связей. Зато другие партии смолы, с более высоким значением рН, могут при том же режиме прессования не отвердиться в должной мере, что скажется на прочности плит. Во-вторых, в процессе производства ДСтП очень важна возможность регулирования скорости отверждения связующего в строго определенных пределах, что возможно только при применении отвердителей определенного состава.

В качестве отвердителя обычно используется NH₄Cl в количестве 0,7…1% от массы абсолютно сухой смолы. Ввиду различных условий нагрева наружных и внутреннего слоев плит необходимо применять связующее с различной длительностью отверждения для внутреннего (30…60 с) и наружных (110…130 с) слоев. Разная активность связующего наружных и внутреннего слоев необходима для предотвращения термодеструкции связующего наружных слоев плит в процессе горячего прессования. Этого можно добиться (используя разный состав отвердителя) двумя способами: 1) замедляя отверждение связующего наружных слоев; 2) ускоряя отверждение внутреннего слоя.

Определим рациональный рецепт отвердителя, изготовив и испытав три партии образцов плит с разным расходом отвердителя (вид отвердителя согласно заданию).