Улучшение физико-механических свойств фанеры на основе модифицированных нафтолами карбамидоформальдегидных смол 05. 21. 05 Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

Вид материала

Автореферат диссертации

Содержание Общая характеристика работы Цель и задачи исследований. Научная новизна. Практическая значимость работы Место проведения. Объём и структура диссертации. Краткое содержание работы Во второй главе В третьей главе В четвертой главе В пятой главе В шестой главе Общие выводы и рекомендации Публикации по теме диссертации

Подобный материал:

• Совершенствование технологии производства композиционных материалов на основе древесных, 644.07kb.
• Методы модификации полимерных материалов углеродными наноструктурами, 35.19kb.
• Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 02. 07 «Технология, 256.06kb.
• * Исследование физико-химических и сорбционных свойств синтезированных сорбентов, 26.1kb.
• Л. Г. Шуб (ооо нпп технология) Разработка технологии модифицирования стали включает, 77.82kb.
• Повышение качественного уровня процесса сушки древесины на основе синергетического, 218.29kb.
• Рекомендации по определению физико-механических свойств мерзлых дисперсных грунтов, 747.94kb.
• Утверждаю Кафедра «Технология металлов и металловедение», 330.91kb.
• Развитие методов Оценки физико-механических свойств горных пород в массиве для геомеханического, 794.75kb.
• Протасов В. Н. Ргу нефти и газа им., 101.76kb.

На правах рукописи






ПЛОТНИКОВ НИКОЛАЙ ПАВЛОВИЧ


УЛУЧШЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФАНЕРЫ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ НАФТОЛАМИ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ


05.21.05 – Древесиноведение, технология и оборудование

деревопереработки


Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Красноярск - 2011

Работа выполнена в Братском государственном университете на кафедре технологии деревообработки


Научный руководитель -кандидат технических наук, доцент Денисов Сергей Викторович


Официальные оппоненты -доктор технических наук, доцент

Гороховский Александр Григорьевич


-кандидат технических наук, доцент

Криворотова Анна Ивановна


Ведущая организация: -ГОУ ВПО «Тихоокеанский

государственный университет»


Защита диссертации состоится «25» марта 2011 года в «10» часов на заседании диссертационного совета Д 212.253.04 при ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», по адресу: 660049, г.Красноярск, проспект Мира,82.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного технологического университета.


Автореферат разослан «___»__________2011г.





Ученый секретарь диссертационного совета Мелешко А.В.


Общая характеристика работы


Актуальность темы. Поиск путей более полного удовлетворения возрастающих потребностей в фанере повышенной водостойкости на карбамидоформальдегидных смолах остро стоит перед фанерной отраслью деревообрабатывающей промышленности.

Работа посвящена решению актуальной научной задачи совершенствования технологии производства фанеры, направленной на улучшение эксплуатационных и экологических характеристик последней путем модификации нафтолами используемых карбамидоформальдегидных смол (КФС).

Полученные модифицированные клеевые композиции соответствуют современным требованиям по показателям токсичности и обеспечивают получение клееной древесной продукции с высокими эксплуатационными характеристиками. Расширение сырьевой базы компонентов модификации КФС способствует расширению области применения нафтолов, снижению загрязнения окружающей среды, комплексному использованию соединений нафталинового ряда.

Эффективность предлагаемых решений получения фанеры повышенной водостойкости определяется и экологическим показателем, характеризующим низкую токсичность готовой продукции

Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка технологических режимов производства низкотоксичной клееной фанеры с улучшенными физико-механическими показателями на основе модифицированных нафтолами карбамидоформальдегидных смол

Основные задачи исследований:

-оценка основных показателей физико-химических и реологических свойств модифицированных клеевых композиций;

-обоснование и экспериментальное подтверждение возможности применения α- и β -нафтолов и исследование их применения на качественные характеристики готовой продукции

- оценка влияния модификаторов на структуру модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров;

-разработка оптимальных технологических режимов и составов клеев для получения низкотоксичной фанеры повышенной водостойкости;

-определение экономической эффективности использования новых модификаторов в клеевых композициях.


Научная новизна.

В работе получены следующие научные результаты:

-впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования α- и β -нафтолов в качестве модификаторов карбамидоформальдегидных смол;

-разработаны математические модели, описывающие процесс получения низкотоксичной фанеры повышенной водостойкости на основе модифицированных нафтолами КФС и позволяющие прогнозировать ее качественные показатели;

-разработаны оптимальные режимы склеивания фанеры модифицированными карбамидоформальдегидными олигомерами.

Практическая значимость работы заключается в том, что научно-обоснованные, разработанные технологические решения позволят использовать в основном производстве фанеры разработанные составы модифицированных нафтолами КФС, которые:

а)- не уступают по физико-химическим свойствам промышленным аналогам, отличаются пониженным содержанием свободного формальдегида и повышенной реакционной способностью;

б)-обеспечивают получение клееной фанеры низкой токсичности и повышенной водостойкости;

в)-обеспечивают сокращение цикла прессования с получением фанеры, соответствующей требованиям стандартов на готовой продукцию.

На защиту выносятся:

1. Новые модификаторы КФС для производства фанеры повышенной водостойкости и низкой токсичности.
   
2. Структура модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров
   
3. Результаты исследований физико-химических и адгезионных свойств модифицированных клеевых композиций
   
4. Математические модели процесса склеивания фанеры, описывающие зависимость прочностных характеристик клеевого соединения и содержания свободного формальдегида в готовой продукции от соотношения компонентов клея и режимов склеивания
   
5. Оптимальные режимы склеивания фанеры модифицированными клеевыми композициями
   

Место проведения. Работа выполнена в ГОУ ВПО «Братский государственный университет» на кафедре технологии деревообработки (г. Братск).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены и доложены на VII, VIII и IX Всероссийской научно-технической конференции «Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири» (Братск, 2008-2010); на научно-практической конференции «Молодая мысль – развитию лесного комплекса» (Братск, 2010); на международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте» (Одесса,2010), на четвертой и пятой международной научно-практической интернет-конференции «Леса России в XXI веке» (Санкт-Петербург, СПбЛТА 2010), на Всероссийской научно-практической конференции «Лесной и химический комплексы – проблемы и решения» (Красноярск, 2010). Также результаты исследований отражены в научно-техническом отчете НИР «Исследование и разработка технологии производства клееных материалов на основе низкотоксичных мочевиномеламиноформальдегидных смолах» кафедры технологии деревообработки Братского государственного университета, опубликованы в открытой печати и апробированы в условиях фанерного производства ООО «ИлимБратскДОК», что подтверждается актом промышленных испытаний.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них две статьи в журналах, рекомендованных ВАК. Подана 1 заявка на патент Российской Федерации (№ 2010109134).

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка из 106 наименований Основной текст диссертации изложен на 155страницах, включающих 20 таблиц, 28 рисунков и 3 приложения.


Краткое содержание работы


Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы в связи с необходимостью совершенствования технологии производства фанеры, обеспечивающей получение низкотоксичной фанеры повышенной водостойкости на модифицированных нафтолами карбамидоформальдегид-ных смолах, уменьшения загрязнения окружающей среды.

В первой главе проведен анализ состояния исследуемого вопроса, а именно: выявлены основные проблемы развития производства древесных клееных материалов на современном этапе и факторы, огранивающие их применение; выявлены возможные пути снижения токсичности используемых карбамидоформальдегидных смол и древесных плит, полученных на их основе.

На основании проведенного аналитического обзора можно сделать заключение, что наиболее приемлемыми способами снижения токсичности клеев является использование различных наполнителей (акцепторов) и модификаторов. В результате анализа результатов исследований по данной проблематике установлено, что одним из необходимых условий доведения качества российской фанеры до полного соответствия требованиям Евростандарта является снижение количества формальдегида в клееной фанере до 8 мг/100 г абс. сухой массы фанеры (класс эмиссии формальдегида Е1) и от 8 до 30 мг/100 г абс. сухой массы фанеры (класс Е2). Одним из перспективных решений проблемы снижения токсичности производимых отечественной промышленностью карбамидоформальдегидных смол представляется применение новых видов модификаторов (α- и β-нафтолов), способных связывать формальдегид и в то же время обеспечивать возможность получения клееных материалов высокой прочности и водостойкости.

Анализ литературных источников позволил сформулировать основные задачи исследований.

Во второй главе сделано теоретическое и экспериментальное обоснование применения нафтолов в качестве модификаторов карбамидоформальдегидных смол.

Модификаторы α- и β-нафтолы – полиароматические соединения с конденсированными ядрами – обладают высокой химической активностью. Можно предположить, что взаимодействие модификаторов с низкомолеку-лярными соединениями карбамидоформальдегидной смолы осуществляется по следующей схеме:



Так как нафтолы по строению и свойствам сходны с фенолами, то возможна реакция их взаимодействия со свободным формальдегидом:

для α-нафтола



и дальнейшая конденсация бис-(1-гидрокси 2-нафтил) метан с образованием смолообразных продуктов


для β-нафтола




Модифицированная нафтолами карбамидоформальдегидная смола, вероятно, содержит фрагменты, сходные с фенолоформальдегидной смолой резольного типа или с резорциноформальдегидной смолой, имеющие трехмерную структуру и характеризующиеся большим количеством связей между цепями молекул, что вытекает из строений нафтолов, по сравнению с чистыми карбамидоформальдегидными смолами. Этим можно и объяснить повышенную водостойкость и механическую прочность клеевых соединений, получаемых на основе модифицированных клеевых композиций.

Метод ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) занимает одно из ведущих мест среди других физико-химических методов анализа при определении структуры органических и неорганических веществ. Ядерный магнитный момент ядра оказался очень чувствительным показателем для получения обширной структурно – спектральной информации.

При введении в образец карбамидоформальдегидной смолы α-нафтола обнаружено, что ХС основного вещества (КФС) так и нафтола практически не изменились (в пределах 0.1 м.д.). Это свидетельство того, что донорно-акцепторная связь, которая должна наблюдаться по крайней мере через фрагменты, которые могут в ней участвовать, а именно содержащие карбонильные группы и атомы азота КФС и ОН-группу нафтолов, не проявляется. Это свидетельство того, что в образцах модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров значительную роль играют релаксационные процессы, связанные с обменными процессами между нафтолом и КФС, затрагивающие молекулы нафтола в целом. Скорее всего это связано с диффузионными процессами проникновения нафтола в пустоты глобул КФС. Согласно результатов можно сделать вывод, что нафтол диффундирует в различные по размерам пустоты, ячейки структуры макромолекул КФС, заполняя их и тем самым изменяя структурную матрицу КФС, существенно уплотняет ее. Это может принципиально менять ширину сигналов в спектре нафтола за счет изменения их релаксационных характеристик ядер ¹³С.




а) б)

Рис. 1 – ЯМР-спектроскопия смолы КФ-МТ-15 на ядрах ¹³С с различным содержанием модификатора, мас.ч.

а) КФ-МТ-15 без наполнителя; б) КФ-МТ-15 + 5 мас.ч. α-нафтола

Т.е., как α-, так и β-нафтолы изменяют надмолекулярную структуру КФС за счет устранения пустот в макромолекуле карбамидоформальдегид-ной смолы. Для подтверждения этой версии нами изучены эти системы методом спектроскопии ЯМР на ядрах кислорода ¹⁷О. Измерено время релаксации ядер О¹⁷ характеризующих водную матрицу «Н₂О –нафтол-КФС» и «Н₂О-КФС». Обнаружено, что значение времени релаксации _1/2 ¹⁷О составляет: матрица «Н₂О-КФС»-269 Гц; матрица «Н₂О-КФС- α-нафтол» -228 Гц.; « Н₂О-КФС-β-нафтол» -199 Гц.; вода эталонная имеет значение – 86.7 гц. Обнаружена значительная ширина линии ядер ¹⁷О в матрице « Н₂О -КФС» 269 Гц. Это соответствует _1/2 ¹⁷О =1/Т2 0.0037 с. Это очень быстрое время релаксации. Т.е. вода в системе «Н₂О - КФС» сильно структурирована за счет связывания и заполнения пустот (ячеек, локальных полостей) молекулами воды в макромолекулах КФС. Введение нафтола частично разрушает этот порядок в системе «Н₂О -КФС»- 228 и 199 Гц соответственно. Это естественно, так как ароматические углеводороды действительно разрушают структуру воды. Но при этом нафтол существенно меняет надмолекулярную структуру КФС.

Таким образом, модифицированные карбамидные олигомеры получаются за счет снижения количества низкомолекулярных продуктов конденсации КФС, что дает основание предполагать возможность получения низкотоксичной фанеры повышенной водостойкости, изготовленной на их основе, за счет связывания нафтолами свободного формальдегида в карбамидоформальдегидных смолах и существенного изменения надмолекулярной структуры модифицированной смолы.

В третьей главе изложены методики проведения экспериментальных исследований, представлены характеристики применяемых веществ, методов и средств измерения, применяемого оборудования и приборов, расчетные формулы и уравнения.

Исследования по определению физико-химических показателей модифицированных КФС проводили в соответствии с ГОСТ 14231-88 «Смолы карбамидоформальдегидные». Исследования по определению смачивающей способности модифицированных смол проводили с помощью МИС-11. Содержание свободного формальдегида в клееной фанере определяли йодометрически баночным методом WKI.

Физико-механические показатели готовой продукции определяли согласно ГОСТ 3916.2-96 «Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона хвойных пород». Все производственные испытания проводили на серийном оборудовании.

Полученные экспериментальные данные одно- и многофакторных экспериментов обрабатывали методами математической статистики.

В четвертой главе представлены результаты исследований основных показателей физико-химических и адгезионных свойств модифицированных нафтолами карбамидоформальдегидных смол.

При выборе количества вводимых модификаторов при разработке рецептуры клея учтены особенности поведения нафтолов в клеевых композициях, которые оцениваются показателями физико-химических свойств карбамидоформальдегидных смол. Для оценки влияния вводимых модификаторов на свойства смолы на первом этапе в карбамидоформальдегидную смолу добавляли от 1 до 15 мас.ч. α- и β-нафтолов. Результаты исследований основных физико-химических показате-лей модифицированных смол приведены в табл. 1 и на рис. 2-6.

Таблица 1 – Значения водородного показателя pH модификаторов – нафтолов

Наименование показателя	Модификаторы
	α-нафтол	β-нафтол
Значение pH	6,49	6,52

Согласно результатов, представленных в табл.1, можно сделать вывод что введение нафтолов в смолу приводит к снижению кислотности клеевых композиций. Пониженное значение кислотности объясняется повышенной реакционной способностью модификаторов, вводимых в смолу,

При введении нафтолов вязкость клеевых композиций повышается за счет увеличения концентрации полученных композиций. На рис. 2 представлена зависимость начальной вязкости композиций от количества добавляемых модификаторов.


Рис. 2 — Зависимость начальной вязкости клеевых композиций от количества добавляемого модификатора


Согласно результатов графических зависимостей (рис.2) стабильность вязкости клеевых композиций сохраняется при введении α- и β-нафтолов в количестве, не превышающем 6-7 %. Дальнейшее увеличение приводит к заметному повышению вязкости. Очевидно, это связано с большей интенсивностью процесса реакции поликонденсации, что хорошо согласуется с результатами исследований, приведенных в виде графических зависимостей на рис.3.




Рис.3 – Зависимость концентрации композиций от количества вводимых модификаторов

На рис.4 приведены результаты исследований влияния количества вводимых модификаторов на токсичность полученных модифицированных смол, характеризующаяся содержанием свободного формальдегида в 100 г смолы.



Рис. 4 – Содержание свободного формальдегида в модифицированных смолах


При введении до 7 мас.ч. α-нафтола наблюдается значительное снижение содержания массовой доли свободного формальдегида, а именно в 4-6 раз по сравнению с исходной КФС (0,175%).При введении от 5 и более мас.ч. β-нафтола также происходит снижение массовой доли свободного формальдегида в 2-4 раза по сравнению с исходной КФС.

Согласно результатов, представленных в виде графических зависимостей на рис.5, введение модификаторов до 5-7% приводит к заметному снижению продолжительности желатинизации. Очевидно, это связано с повышением реакционной способности вводимых модификаторов за счет сшивки с макромолекулой смолы. Дальнейшее увеличение количества вводимых нафтолов в КФС не оказывает изменения на продолжительность желатинизации.



Рис. 5– Зависимость продолжительности желатинизации (τ) в модифицированных КФ-олигомерах от количества вводимых нафтолов (q):

α-нафтол β-нафтол

Для оценки влияния физико-химических свойств клеевых композиций на их адгезионные свойства были проведены исследования влияния количества вводимых модификаторов на поверхностное натяжение и смачивающую способность. Зависимость краевого угла смачивания от количества вводимых модификаторов в КФС представлена на рис.6.



Рис.6 – Зависимость краевого угла смачивания на подложке ДВП от количества вводимых модификаторов


Согласно представленным результатам можно сделать вывод, что при введении нафтолов в КФС до 7 мас.ч. наблюдается улучшение смачивающей способности, что хорошо согласуется с результатами исследований вязкости композиций. Дальнейшее увеличение количества вводимых модификаторов приводит к повышению вязкости композиций и ухудшению смачивающей способности и увеличению поверхностного натяжения. Результаты исследований влияния вводимых α- и β-нафтолов на поверхностное натяжение смол представлено в виде графических зависимостей на рис.7.

Рис.7 – Зависимость поверхностного натяжения клеевых композиций от количества вводимых модификаторов


Используя полученные результаты экспериментов по уравнению Дюпре-Юнга определена вероятная (теоретическая) работа адгезии (табл.2). Анализ приведенных результатов клеев позволяет сделать заключение, что максимальные значения расчетной работы адгезии, представленные в табл.2 наблюдаются при введении от 1 до 7 мас.ч. нафтолов в клеевые композиции. Полученные значения расчетной работы адгезии позволяют прогнозировать прочность клеевых соединений готовой продукции.

Количество модификато-ра, мас.ч.	Поверхностное натяжение,σ мДж/м2		Краевой угол смачивания, θ/cos θ		Работа адгезии, мДж/м2
	КФС+α-нафтол	КФС+β- нафтол	КФС+α-нафтол	КФС+β- нафтол	КФС+α-нафтол	КФС+β- нафтол
0	86,2	86,2	0,297	0,297	111,80	111,8
1	79,0	84,9	0,60	0,468	126,40	124,63
3	71,7	82,4	0,771	0,536	126,98	126,57
5	72,2	79,1	0,79	0,536	129,4	121,50
7	75,7	78,5	0,827	0,536	138,30	120,58
9	73,8	78,1	0,637	0,454	120,81	113,56
11	75,4	79,5	0,673	0,468	126,14	116,71

Таблица 2 – Результаты расчетов теоретической работы адгезии модифицированных смол

В пятой главе приведены результаты исследований влияния параметров режима склеивания фанеры модифицированными клеевыми композициями. Получены математические модели, адекватно описывающие влияние исследуемых технологических факторов на процесс склеивания фанеры и обеспечивающие возможность прогнозирования прочности и токсичности готовой продукции.

Склеивание фанеры форматом0,4 м х 0,4 м осуществлялось в лабора-торном прессе марки ОКС 1671М по следующим технологическим параметрам: влажность соснового шпона – 6±2%; расход клея – 120 г/м²; толщина фанеры - 12 мм; слойность пакета 5; время сборки пакета и выдержки перед склеиванием – 10 мин; склеивание в одном промежутке пресса - по 1 листу; давление склеивания - 1,4 МПа; продолжительность склеивания - 5,5 мин; выдержка после склеивания - не менее 24 ч.

Прочность клееной фанеры оценивалась пределом прочности при скалывании по клеевому слою согласно ГОСТ 3916.2-96 .

Учитывая предположение о том, что введение α- и β-нафтолов в КФС будет способствовать повышению водостойкости клеевых соединений, определись показатели прочности и токсичности для водостойкой фанеры (на примере фанеры на фенолоформальдегидных клеях): предел прочности при скалывании фанеры по клеевому слою после кипячения ее в течение 1 часа=1,0 МПа; предел прочности фанеры при статическом изгибе – 35 МПа; токсичность фанеры, соответствующая классу эмиссии Е1 – 8 мг/100 г. а.с.п..

Согласно представленным графическим зависимостям на рис. 8 влияния количества вводимых модификаторов на предел прочности фанеры можно сделать вывод, что максимальные прочностные показатели наблюдаются при введении от 4 до 7 мас.ч. нафтолов в качестве модификаторов КФС. Дальнейшее увеличение содержания количества добавляемых модификаторов приводит к незначительному снижению прочности фанеры, очевидно, в результате ухудшения смачивающей способности композиций и, как следствие, слабого адгезионного взаимодействия подложки и адгезива. Установлено, что введение α- и β-нафтолов в КФС повышает водостойкость клееной фанеры: максимальные прочностные показатели клееной фанеры наблюдаются при введении от 4 до 7 мас.ч. нафтолов в клеевую композицию, таким образом, при данном количестве вводимых модификаторов в КФ-олигомер полученная фанера обладает повышенной водостойкостью, т.к. ее прочность при скалывании после кипячения в течение 1 часа составляет более 1 МПа, равном 1,07-1,12 МПа, что соответствует требованиям ГОСТ на фанеру марки ФСФ.

	t=120°C
	P=1,4МПа
	τ=5,5мин норма по ГОСТ 3916.2-96 для фанеры марки ФСФ

Р ис. 8 Зависимость предела прочности при скалывании по клеевому слою фанеры от количества вводимых модификаторов


Для оценки влияния переменных факторов исследований на выходные параметры (параметры качества фанеры) разработаны регрессионные модели, обеспечивающие возможность управления технологическими параметрами склеивания с целью прогнозирования прочностных и экологических показателей фанеры.

Постоянные и переменные факторы экспериментов выбраны исходя из реальных условий производства

фанеры и задач, поставленных в данной работе, и представлены в табл. 3.

В таблице 3 представлены варьируемые факторы в натуральном и кодовом обозначении, их уровни и интервалы варьирования при применении в качестве модификаторов КФС α- и β-нафтолов. В качестве выходных величин приняты прочность при скалывании по клеевому слою, при статистическом изгибе, содержание свободного формальдегида.

В результате обработки экспериментальных данных и после оценки значимости коэффициентов регрессии уравнения функций отклика имеют следующий вид:

1)-для математического описания прогнозирования прочности клееной фанеры при скалывании по клеевому шву:

а) - при применении в качестве модификатора α-нафтола

₍₁₎


Таблица 3 - Переменные факторы и уровни их варьирования


б) - при применении в качестве модификатора β-нафтола

Наименование фактора	Кодовое обозначе-ние	Нижний уровень	Основной уровень	Верхний уровень	Интер-вал варьиро- вания
Массовая доля -нафтола,мас.ч.		4	5,5	7	1,5
β-нафтола, мас.ч		4	5	6	1
Продолжительность цикла прессования, ,мин		4,5	5,5	6,5	1,0
Температура прес-сования, °С		105	115	125	10

₍₂₎

2)-для математического описания прогнозирования прочности клееной фанеры при статическом изгибе:

а)-при применении в качестве модификатора α-нафтола

₍₃₎

б)-при применении в качестве модификатора β-нафтола

₍₄₎

3)-математическое описание токсичности (содержания свободного формальдегида) клееной фанеры от варьируемых технологических факторов:

а) - при применении в качестве модификатора α-нафтола

₍₅₎


б)-при применении в качестве модификатора β-нафтола

₍₆₎


В результате проведенных исследований установлено, что выход-ные величины существенно зависят от всех управляемых факторов. Это адекватно описывается уравнениями регрессии в виде полинома второй степени. Для наглядности результаты представлены на рис.9 в виде выборочных поверхностей отклика, которые позволяют охарактеризовать влияние технологических факторов и количество добавляемого α-нафтола в клеевую композицию на предел прочности при скалывании по клеевому слою клееной фанеры после кипячения ее в течение 1 часа.


а) б)

Рис. 9 – Зависимость предела прочности при скалывании по клеевому слою фанеры после кипячения ее в течение 1 часа от количества вводимого модификатора и продолжительности прессования (а); от количества вводимого модификатора и температуры прессования (б);

При проведении поликритериальной оптимизации полученных математических моделей по методу прямого поиска с целью получения низкотоксичной клееной фанеры с повышенными качественными показателями и с учетом технологии ее изготовления получены оптимальные параметры склеивания фанеры повышенной водостойкости.

Использование предлагаемых оптимальных режимов рецептуры клеев обеспечит получение низкотоксичной клееной фанеры повышенной водостойкости.


В шестой главе произведен расчет технико-экономических показателей эффективности технологии производства низкотоксичной фанеры повышенной водостойкости на модифицированных нафтолами карбамидоформальдегидных смолах. Ожидаемый годовой экономический эффект на фанерном производстве ООО «ИлимБратскДОК» по производству низкотоксичной фанеры марки ФК повышенной водостойкости с годовым объемом производства 100 тыс. м³/год составит не менее 12,81 млн. руб./год


ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ:


1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность и целесообразность применения соединений нафталинового ряда – α- и β-нафтолов в качестве модификаторов карбамидоформальдегидных смол в составе клеевой композиции с массовой долей 4-7 % для получения низкотоксичной фанеры повышенной водостойкости.

2. Установлено, что по химическим свойствам нафтолы сходны с фенолами, но обладают большей реакционной способностью;что связано с особыми свойствами двойной связи соединений нафталинового ряда, более короткой (менее насыщенной), чем любая из связей в бензольном кольце.

4 Доказано, что нафтолы обладают способностью сорбции формальдегида из карбамидоформальдегидных олигомеров за счет сокращения количества метилольных групп в смоле, поэтому использование модифицированных нафтолами КФС позволит в значительной степени снизить токсичность исходных и, как следствие, получить низкотоксичную клееную древесную продукцию на основе применения полученных клеевых композиций

5.Разработаны математические модели, адекватно описывающие влияние исследуемых технологических факторов на процесс склеивания фанеры и обеспечивающие возможность прогнозирования прочности и токсичности готовой продукции.

6. Определены оптимальные параметры склеивания фанеры марки ФК повышенной водостойкости толщиной 12 мм:

а)-при применении в качестве модификатора КФС α-нафтола

количество модификатора – 7 мас.ч.; продолжительность прессования – 5,5 минут; температура прессования - 105°С; давление прессования – 1,4 МПа

б)-при применении в качестве модификатора КФС β-нафтола

количество модификатора – 6 мас.ч.; продолжительность прессования – 5,5 минут; температура прессования - 115°С; давление прессования – 1,4 МПа

7. Ожидаемый годовой экономический эффект на фанерном производстве ООО «ИлимБратскДОК» по производству низкотоксичной фанеры повышенной водостойкости марки ФК на модифицированном карбамидном связующем составит при объеме производства в 100 тыс. м³ не менее 12,81 млн. руб./год


ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ


В изданиях, рекомендованных ВАК

1. Денисов С.В., Плотников Н.П. Оптимизация технологических режимов склеивания фанеры модифицированными клеевыми композициями. Вестник Красноярского Государственного аграрного университета КрасГАУ. Выпуск 5.- Красноярск, 2010.- с.143-148
   
2. Симикова А.А., Плотников Н.П. Снижение токсичности карбамидоформальдегидных смол. Вестник КрасГАУ. Выпуск 6.- Красноярск, 2010.- с.155-158
   

В прочих изданиях

3. Денисов С.В., Плотников Н.П. Склеивание фанеры низкотоксичными клеями. Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири: материалы VII Всероссийской научно-технической конференции. – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2008. – с 64-65
   
4. Плотников Н.П. Анализ физико-химических свойств α- и β-нафтолов и фенолов. Молодой ученый. Ежемесячный научный журнал. № 4. – Чита, 2009. – с. 40-45.
   
5. Денисов С.В., Плотников Н.П. Влияние модифицирования нафтолом на физико-механические свойства карбамидоформальдегидной смолы. Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири: материалы VIII (XXX) Всероссийской научно-технической конференции. – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2009. – с 69-70
   
6. Плотников Н.П. Получение клееной фанеры на основе применения модифицированной карбамидоформальдегидной смолы. Леса России в XXI веке. Материалы четвертой международной научно-практической интернет-конференции. Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия им. С.М.Кирова.- Санкт-Петербург, 2010.- с.13-16
   
7. Плотников Н.П. Склеивание хвойной фанеры модифицированными клеевыми композициями. Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте 2010. Материалы международной научно-практической интернет-конференции. Том 23.- Одесса, 2010. – с.69-72
   
8. Симикова А.А., Плотников Н.П. Исследование реологических характеристик модифицированных клеевых композиций. Труды Братского Государственного университета. Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири. Том 2 – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2010. – с.289-293
   
9. Денисов С.В., Плотников Н.П. Склеивание фанеры на основе применения модифицированных смол. Труды Братского Государственного университета. Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири. Том 2 – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2010. – с.298-303.