Сучасні деревооброблювані технології

Сучасні деревооброблювані технології

ТЕМА

СУЧАСНІ ДЕРЕВООБРОБЛЮВАЛЬНІ ТЕХНОЛОГІЇ

ВСТУП

Виробництво Стружкових плит (СП) найбільш прогресивна галузь деревообробної промисловості. Виробництво плит виникло і почало розвиватися у економією та з використанням малоцінної низькоякісної деревини замість пиломатеріалів, а також відходів деревини на підприємствах. Виготовлення СП дає можливість використовувати сировинні ресурси, які не знайшли застосування в інших галузях.

Поняття Стружкова плита - з’явилася на початку сорокових років минулого століття в Німеччині. Там в місті Бремені у 1942 році почав працювати перший в світі завод стружкових плит, який випускав лише одношарові СП плити на однопроміжному пресі. В 1943 році у Німеччині було випущено 10 000 тон, а в 1955 році в Європі - 350 000 тон нового матеріалу. За останнє половину століття продуктивність обладнання виросла десятикратно.

Стружкові плити мають переваги в порівнянні з пиломатеріалами, столярними плитами та іншими матеріалами: однакові фізико-механічні властивості в різних напрямках по площині; порівняно невеликі лінійні зміни в умовах змінної вологості; можливість одержання плит зі спеціальними властивостями; високий ступінь механізації і автоматизації при їх виробництві тощо.

Важливою задачею плитного виробництва, являється розширення асортименту продукції. Де одним із шляхів збільшення об’єму виробництва стружкових плит являється використання високоякісних, швидко тверднучих синтетичних в’яжучих, які покращують фізико механічні властивості. Однак застосування нових смол не зняло багатьох актуальних проблем. Наприклад, зниження токсичності полімерів, шляхом зміни відношення вихідних компонентів при отриманні призводить до зниження водостійкості, міцності матеріалів в процесі застосування, а також до збільшення витрат в’яжучого при спробі залишити на відповідному рівні фізико-механічні властивості стружкових плит.

Карбамідні полімери із своїми позитивними якостями, такими як дешевизна та доступність вихідної сировини, легкість отримання та переробка, світлостійкість, стійкість до дії мікроорганізмів, мають багато недоліків в першу чергу малу стабільність розчинів смол при зберіганні, високу токсичність, низьку водостійкість, термо- та теплостійкість, високу крихкість полімеру в затверділому стані. Утворення полімерів, які не мають деяких із перелічених недоліків, являється предметом багатьох наукових досліджень та пошуків. В якості таких полімерів в матеріалі, який експлуатується в житлових та адміністративних приміщеннях, питання зменшення токсичності є першочерговим.

Дана магістерська робота присвячена проблемі направленої на пошук шляхів щодо зниження токсичності СП плит, як одного з основних складових деревинних матеріалів і виробів.

Тому розробка та впровадження у виробництво СП плит малотоксичних, швидко тверднучих, не крихких та водостійких полімерів, які дозволяють отримувати матеріали і вироби високої якості.

Об’єктом дослідження в даній роботі є науково обґрунтована необхідність хімічної модифікації полімерів, шляхом додавання отверджувача, як найбільш ефективного і простого в практичному використанні. В роботі було досліджено ефективність карбамідоформальдегідної смоли, як з хлористим амонієм так із впровадженим персульфатом амонію. Визначені основні фізико-механічні властивості плит, а також економічний ефект впровадженого отверджувача. Всі отримані дослідження з вже розробленою смолою показали, що при співвідношенні персульфат амонію є досить реакційно здатним, який можна використати від двох до п’яти разів менше.

В результаті досліджень, впровадження отверджувача були отримані зразки і отримано значно менший вміст вільного формальдегіду.

Актуальним є подальше вдосконалення карбамідоформальдегідної смоли, додавання до неї нових компонентів, які в свою чергу мінімізують вміст вільного формальдегіду.

Метою даної роботи являється вирішення проблеми направленої на вдосконалення або створення умов, при яких взаємодія з карбамідофомальдегідними смолами підвищить екологічність СП плит.

Відповідно до мети потрібно вирішити ряд завдань:

-    Перевірити життєздатність смоли з існуючим отверджувачем за допомогою експериментальних досліджень;

-       Перевірити життєздатність смоли з персульфатом амонію за допомогою експериментальних досліджень;

-       Виготовити зразки СП плит із новим отверджувачем;

-       Перевірити фізико-механічні властивості СП плит;

-       Визначити вміст вільного формальдегіду, порівнявши значення із значеннями на підприємстві.

РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ

1.1 Основні закономірності утворення стружкових плит та характеристика клеїв для виготовлення СП плит

Розгляд структури стружкової плити та явищ її утворення свідчить, що фізико-хімічний процес відбувається в досить складних умовах, який залежить від багатьох факторів, що визначають властивості готового матеріалу. Використання фізичної та хімічної природи деревного наповнювача і в’яжучого - резерв збільшення адгезійної та когезійної міцності, що являється основою підвищення якісних показників стружкових плит.

Умови утворення полімеру і його взаємодія з деревиною зовнішніх та внутрішніх шарів плит різні: в той час як зовнішні шари мають температуру, близьку до температури нагрівних плит пресу, середина клейової композиції нагрівається поступово до 100-105 0С, при цьому вологість її збільшується[1].

Відповідно внутрішній шар плити не забезпечує необхідні умови для досягнення оптимального ступеня затвердіння в’яжучого і отриманий у звичайних умовах переробки полімер має явні недоліки в структурі.

Велика різноманітність марок клеїв пояснюється, по-перше, їх недосконалістю та не універсальністю, по-друге, різним призначенням того чи іншого полімеру. Останнім часом малотоксичні клеї поступово витісняють своїх попередників, маючи при цьому високу токсичність, із-за великого вмісту вільного формальдегіду[2]. Бурхливий розвиток виробництва стружкових плит, фанери меблів та інших матеріалів призвело до створення нових марок швидкотверднучих карбамідних смол. Вони відіграють важливу роль в інтенсифікації процесів пресування та розвитку способів прискореного склеювання деревних частинок.

Тривалий час у виробництві виготовлялись наступні марки карбамідних смол: УКС-Б, УХС-Л, КС-68А, КС-М, та ряд інших серед яких: КФ-МТС-10 та КФ-МТС-15 тощо [2].

В якості наповнювачів карбамідних клеїв застосовують в основному речовини органічного походження ( карбоксиметилцелюлозу, сульфатну целюлозу, деревинне борошно, гідролізний лігнін, борошно кокосових горіхів, альбумін, залишки затверділих фенольних смол), рідше використовують гіпс, тальк [3]. Наповнювач дозволяє отримати нерозтріскуючий клейовий шов навіть великої товщини (до 2 мм), необхідні при склеюванні стружкових поверхонь. Основною причиною розтріскування клейового шву являється швидке випаровування або адсорбція розчинника (води) деревиною, а більш швидке отвердіння поверхневих шарів клею із-за підвищеного в них отверджувача[4]. Застосування наповнювачів виключає проникнення клею в пори деревних частинок, покращуючи пластичність та зменшує напруги, які виникають в результаті усадки клейового шву, а іноді підвищує водостійкість клею.

Суттєвим недоліком карбамідних смол і матеріалів на їх основі являється висока токсичність, обумовлена виділенням вільного формальдегіду. Відомо, що вміст вільного формальдегіду в смолі визначається мольним відношенням карбаміду та формальдегіду, отриманих із синтезу, а також умов проведення процесу. По мірі збільшення кількості формальдегіду від 1 до 2 молей на 1 моль формальдегіду в смолі. Спосіб конденсації також впливає на кінцевий вміст вільного формальдегіду в смолі.

В останні роки для зниження вільного формальдегіду розроблені двох - та тристадійні методи конденсації смол [5,9], в яких процес починають при надлишку формальдегіду, після чого додають додаткову кількість карбаміду і доводять його вміст до 1,2 - 1,5 молі. Але вміст вільного формальдегіду в смолі ще не відповідає санітарно-гігієнічній характеристиці, так як в процесі затвердження (переробки) смоли із неї виділяється в два - три рази більше формальдегіду, ніж було у вихідній, при чому не спостерігається кореляційної залежності між вмістом формальдегіду у вихідній смолі тат його виділення при затвердінні [5]. Крім того, формальдегід виділяється в процесі експлуатації виробів, отриманих в процесі з використанням таких полімерів. В роботі [6] аналізуються найбільш вірогідні джерела виділення вільного формальдегіду із карбамідних полімерів і матеріалів на їх основі при різних умовах та вказується, що основним джерелом вільного формальдегіду являються метилольні групи, формальдегід, який не ввійшов в реакцію. Розглядаючи способи, що дозволяють знизити виділення вільного формальдегіду, найбільш дієвим з яких являється підвищення степені структурування полімеру в результаті хімічної модифікації.

Для зниження виділення вільного формальдегіду із карбамідних смол при переробці їх у виріб та експлуатація цих виробів застосовують ряд методів [7]. Одні з яких [8-9] засновані на зв’язку виділяючого формальдегіду речовинами, мають здатність реагувати з формальдегідом, інші - на блокування метилольних груп, які являються джерелом виділення вільного формальдегіду. Найбільш широко застосовуються на виробництві способи зв’язку формальдегіду з карбамідом та аміаком [9-10], які додають в смоли на кінцевій стадії синтезу або при переробці. Часто карбамід і аміачну воду змішують з каталізатором отверджувача [11], а потім полімер додають перед її застосуванням. Вільний формальдегід вступає в хімічну реакцію з аміаком або карбамідом і таким чином цей склад в розчині знижується.

Якісним зниженням виділення вільного формальдегіду є блокування кінцевих метилольних груп, макромолекул спиртами з утворенням низькомолекулярних ефірів. До недоліку такого способу відноситься зниження швидкості затвердіння модифікованої смоли. Найбільш ефективними для цих цілей являються речовини, здатні одночасно взаємодіяти як з вільним формальдегідом, так і з метилольними групами з утворенням нових функціональних груп, здатних в подальшому брати участь в структурі карбамідного полімеру. До таких речовин відносяться аміно - та амідоепоксиди [11].

З метою запобігання деструкції карбамідоформальдегідних полімерів, що супроводжують виділення формальдегіду, стабілізуючи їх шляхом введення в розчин олігомерних речовин, здатних утворювати водневі зв’язки з рухомим атомом молекул водню розчинника [10] або утворювати просторові полімери з високою густиною міжмолекулярних зв’язків [10-11]. Суттєвий вплив на зниження виділення формальдегіду показує збільшення молекулярної маси полімеру. Проаналізувавши багато способів зниження виділення формальдегіду, можна сказати, що поки не досліджені головні причини виділення формальдегіду із карбамідних полімерів та деревинних матеріалів на їх основі. В літературі також відсутні відомості комплексного підходу до цього питання о виділенні формальдегіду на стадії переробки та експлуатації деревинних матеріалів на їх основі таких полімерів.

1.2 Процес затвердіння карбамідних смол

При підвищеній температурі, видалення розчинника або зниження pH середовища було показано, що навіть в жорстких режимах отвердіння (підвищена температура, низьке значення рН) в затвердженому полімері, який має невелику кількість вільних метилольних груп, що супроводжує зниження фізико-механічних властивостей полімеру та матеріалів на їх основі.

Відомо, що мольна частка формальдегіда до карбаміду при отриманні смол менше одиниці, показує, що затвердіння утвореної при цьому смоли не проходить. Процес затвердіння Н3О+ або ОН- [18]. Однак на практиці зазвичай застосовують кислі каталізаторі, при чому швидкість затвердіння збільшується завдяки зниженню рН середовища. Кислотність середовища, являється вирішальним фактором, визначення швидкості затвердіння карбамідної смоли.

Коварская та Каргин встановили, що в процесі затвердіння карбамідних смол, подібно фенольним, які проходять через три стадії А, В та С. В стадії (А) полімер розчинений у воді, в твердому стані плавиться. В подальшому полімер переходить в стадію (В) де, він являє собою гель, набрякаючий, але не розчинний. При переході в стадію (С) із полімеру виділяється на 15-20% води і він не розчиняється, але набрякає у воді, спирту, гліцерині та інших розчинниках такого затверджуючого полімеру та має малу молекулярну масу.

В якості каталізатора отвердіння карбамідних смол на практиці використовують кислоти [12], які в основному часто використовують при затвердінні. Часто замість вільних кислот використовують зв’язки, котрі розщеплюються при невідомих температурах або в присутності сокаталізатора, це так звані, латентні каталізатори. До таких каталізаторів відносяться солі амонію, солі амінів, аміноспиртів та в... [13], або солі кислот, наприклад, формат уротропіну, фосфат триєтаноламіака [14-15], котрі активізуються лише при підвищених температурах. До латентних каталізаторів відносяться також нейтральні з’єднання, які розкладаються під дією вільної кислоти, наприклад складні ефіри сульфонових кислот, органічні та неорганічні сульфіди, аміди фосфорної кислоти, хлоргідрини та в... Застосування таких каталізаторів ефективне тим, чим більше швидкість

їх розкладу при підвищених температурах і тим вона менше при температурах зберігання смоли з введеним каталізатором. Із латентних каталізаторів найбільше розповсюдження отримав хлористий амоній заснований на реакції з формальдегідом і виділенням при цьому вільної кислоти [10], виконуючий роль каталізатора за формулою

                                  CH₂=NH|HCL|     ^CH₂^{O; H}₂^O

 NH₄CL+CH₂O                                                                  CH₃^.NH₂^.HCL+HCOOH

                                 HOCH₂ - NH₂ ^. HCL ^CH₂^{O Водний}    _розчин

Відомо, [13] що найбільш чуттєвим до гідролізу являються речовини, вмістом амідних, ацетиленових зв’язків. Але амідний зв’язок являється основною структурною одиницею таких полімерів, в яких низька гідролітична стійкість, що закладена в самій природі цих речовин, взятих із синтезу. Карбамідні полімери після затвердіння навіть при підвищених температурах утримують достатньо велику кількість вільних метилольних груп, які як відомо, являються гідрофільними і здатні утворювати гідрати в структурі макромолекул. Вони утримують в своєму складі до 8-12% вологи, яка поступово виділяється в процесі експлуатації матеріалів, відіграючи важливу роль доструктурового агента полімеру, що призводить до великої усадки та розтріскуванню виробів.

Другим найбільш суттєвим недоліком карбамідних полімерів на їх основі являється висока токсичність, обумовлена виділенням вільного формальдегіду. Після синтезу в них міститься певна кількість вільного формальдегіду, яка залежить від мольного відношення вихідних компонентів, отриманих в реакцію, та окремих умов рівності, що визначається за формулою:

                    +CH2O(K1)

H2N-CO-NH2                 H2N-CONH-CH2OH

                    - CH2O(K2)

Частка формальдегіду в системі крім цього залежить і від мольного відношення вихідних компонентів. Зазвичай кількість вільного формальдегіду в розчинах олігомера в полімер формальдегіду виділяється в 2-4 рази більше, ніж було у вихідному олігомері.

Крім того, формальдегід виділяється в процесі експлуатації виробів, особливо в умовах підвищених температур та високої вологості. Основними джерелами виділення формальдегіду являються метинольні групи, метилен ефірні та метиленамідні групи, котрі при переробці смоли і експлуатації матеріалів та виробів при підвищених температурах, під дією опромінення, вологи та інших факторів схильні гемолітичному та гідролітичному розпаду. Сам формальдегід виділяється у великій кількості при затвердінні, в результаті розпаду метилольних груп і протікання хімічної реакції. Під час отримання матеріалів на основі карбамідних смол в умовах високих температур (160-1800С) можливе гідролітичне розчеплення метиленамідних зв’язків з виділенням вільного формальдегіду за формулою:

                                    +H2O, t

~ NH-CH2-NH-CH2~                  ~NH2+NH2-CH2

                                      - CH2O

В процесі експлуатації деревинних матеріалів, отриманих з використанням карбамідних полімерів, джерелом виділення формальдегіду являються метинольні групи, метиленамідні зв’язки та адсорбований матеріалом формальдегід, який не вступає в реакцію. Збільшити гідролітичну стійкість карбамідних полімерів і знизити виділення вільного формальдегіду можливо за рахунок направленої модифікації, що призводить до підвищення метилольних груп та метиленамідних зв’язків більшу реакційну здатність групами та стабільними зв’язками. Це є доречним, адже ряд авторів [14], полімери мають невисоку молекулярну масу та ступінь об’єднання. Так, як зменшення вмісту метилольних груп в олігомері призводить до зниження структурної та адгезійної властивості полімеру, що в результаті зв’язків метилольних груп повинно компенсуватися іншими знову введеними.

.3 Дослідження основних властивостей модифікованих карбамідних смол

Карбамідні смоли, що застосовуються в деревооброблювальній промисловості, плитній, меблевій та інших галузях виробництва, повинні задовольняти цілий ряд запропонованих до них вимог. Вони повинні бути стабільними при зберіганні, мати велику життєздатність при малому часі отвердіння, володіти розчинністю у воді, причому мати невисоку в’язкість розчину при великій концентрації, гарно проникати в наповнювач або навпаки, мати малу проникну здатність, змішуватись з розчинниками, не володіти токсичністю, в затверділому стані мати високі фізико-механічні властивості.

Такі смоли частіше усього отримують у вигляді розчинів та рідше - тверді порошки. Розчинність смолам придають функціональні групи - метинольні і алкоксильні [11,16]. Від кількості цих груп залежить ступінь розчинності смоли, а природа функціональних груп впливає на об’єкт розчинності. Розчини смол мають велику в’язкість, що обумовлено сольватацією молекул смоли молекулами розчинника та асоціацією молекул олігомера між собою[17] за рахунок водневих зв’язків. Молекулярна маса карбамідних смол не перевищує 650-700, а у бутилерованих вона досягає 1400-1500. В затверділому стані вони мало еластичні, крихкі, та з часом розтріскуються. Це пояснюється невеликою гнучкістю макромолекул, наявністю значної кількості водневих зв’язків, малим ступенем структурованості, гігроскопічністю метилольних та амідних груп, які є в затверділому полімері. Виникнення внутрішніх напруг, і як результат, розтріскування таких полімерів викликано десорбцією вологи з них, а також подальшою конденсацією метилольних груп в твердій фазі. Тенденція полімеру до розчинності зменшується із збільшенням ступеня поліконденсації (молекулярної маси).

Основними технологічними параметрами, які характеризують карбамідні смоли, являється: в’язкість, стабільність, життєздатність розчинів, час отвердіння та вміст вільного формальдегіду. Стабільність розчину смоли залежить в першу чергу від рН середовища, яке встановлює умови синтезу. Зазвичай різні марки карбамідних смол має неоднакову стабільність.

Найбільшу стабільність за одними даними мають з рН 7-7,5, а по іншим з рН 7,5-9 [16,17] і отримані при надлишку взятого в реакцію формальдегіду. Стабільність розчину смоли збільшується із зростанням вмісту формальдегіду як вільного , так і зв’язаного. Життєздатність та стабільність розчину смоли, з введеним в нього отверджувача, залежить від ряду факторів, від рН середовища, а також ступеня поліконденсації та концентрації розчину. Зниження концентрації мають смоли, які зменшують реакційну здатність груп, це означає сповільнення поліконденсації.

Основним фактором, який визначає швидкість поліконденсації карбамідних смол, являється рН середовища, причому життєздатність розчину менша, коли менше РН середовище. Життєздатність смол в залежить також і від температури: чим нижча температура, тим повільніше протікає процес і тим вища ступінь поліконденсації. Швидкість процесів отвердіння можна регулювати за допомого рН середовища смоли, а також концентрацією водневих іонів. Значення рН, при якому швидкість отвердіння максимальна, була названа [18] бар’єрним значенням рН або межею рН, яка становить 2,8-3,2. Крім кислотності середовища на швидкість процесу отвердіння великий вплив має температура, природа отверджувача, концентрація розчину та інші фактори. В працях Забродкина, Ельберта, Отливанчика приводяться дані щодо впливу цих факторів на швидкість отвердіння різних марок карбамідних смол. Вони частково, встановили, що час затвердіння різко знижується з підвищенням температури від 170 до 1800С, і складає 10-45 с.

1.4 Механізм затвердіння карбамідоформальдегідних клеїв ( в присутності персульфату та хлористого амонію)

Із органічних компонентів в Радянському союзі на підприємствах по випуску СП плит найбільшого розповсюдження знайшли карбамідні смоли. Це пояснюється тим, що велика кількість підприємств мала свої підрозділи по виготовленню карбамідних смол.

Процес затвердіння карбамідоформальдегідних олігомерів - результат протікання між ланцюговими молекулами хімічних реакцій із утворенням поперечних зв’язків. Виникнення поперечних зв’язків відбувається при взаємодії метилольних груп, що знаходяться в ланцюгах молекул, і при взаємодії метилольних і амідних груп. Але питання про характер поперечних зв’язків, які з’єднують лінійні молекули залишається незрозумілим.

Затверділа смола має просторову структуру, що підтверджується відносновисокою теплостійкістю і не плавкістю. Але розкладання її під дією гарячої води або водяних розчинів, а також деструкція при нагріванні без доступу повітря вказує на недостатню розгалуженість ланцюгів і малу кількість поперечних ланцюгів. В просторовій макромолекулі залишаються незв’язані метилольні групи, які придають монолітній структурі смоли деяку рихлість. Ці слабкі місця виявляються доступними для води і кислот.

В залежності від молярного співвідношення реагентів, температури і рН середовища співвідношення числа метиленових і диметиленефірних зв’язків розбіжне. Із рентгенівських випробувань відомо, що затверділі смоли абсолютно аморфні.

В процесі випробування залежності середовища рН отверділої смоли від тривалості термообробки і виду каталізатора (табл. 1.1) встановлено, що у випадку затвердіння смоли в присутності персульфату амонію значення рН за 1 хв. Знижується від 6.02 до 3.15 та до 3.35 відповідно при температурі 80 і 100˚С, в присутності хлористого амонію ці значення мають наступний характер змін від 6.28 до 3.05 та до 3.26. Подальше збільшення тривалості термообробки приводить до збільшення даного середовища смоли в присутності як персульфату амонію так і хлористого амонію.

Персульфат амонію в процесі затвердіння взаємодіє з вільним формальдегідом як латентний кислотний каталізатор, в результаті чого відбувається зниження рН в’яжучого при цьому збільшує кислотне середовище, що в свою чергу прискорює процес затвердіння.

Таблиця 1.1 Вплив умов термічної обробки на рН смоли

Отже збільшення швидкості отвердіння карбамідних смол в присутності персульфату амонію можна пояснити тим, що останній, являючись перекісним ініціатором радикального типу, у водних розчинах при 50-70˚С розпадається з утворенням вільних радикалів, завдяки чому при затвердінні разом з реакцією поліконденсації може проходити реакція полімеризації[19].

Для перевірки цієї пропозиції визначався час желатинізації карбамідної смоли в присутності інгібіторів радикальної полімеризації і без них при використані в якості каталізаторів персульфату амонію і хлористого амонію (табл. 1.2). Інгібітори вводили в кількості 1% маси сухої смоли у вигляді 20%-х водних розчинів.

Таблиця 1.2

Вплив інгібіторів на затвердіння карбамідоформальдегідної смоли

Примітка. В чисельнику приведені дані використання каталізаторів персульфату амонію, в знаменнику - хлористого амонію

Показники, приведені в (табл. 1.2) показують, що при використанні хлористого амонію введені інгібітори практично не впливають на час желатинізації. Щодо персульфату амонію, то введення інгібіторів різко збільшив час желатинізації в’яжучого, при чому він майже дорівнює часу желатинізації в’яжучого з хлористим амонієм. Отже, при отвердінні карбамідних смол в присутності персульфату амонію одночасно з реакцією поліконденсації відбувається реакція полімеризації, яка протікає за рахунок дегідратації метилольних груп, де утворюються азометилольні групи з наступною полімеризацією, що проходить за наявності вільних радикалів.

При тривимірній поліконденсації в умовах низьких температур не відбувається повного вичерпування функціональних груп, кінцевий продукт містить деяку їх кількість, так як залишилися невикористаними після переходу в тривимірний стан функціональні групи майже повністю позбавленні рухливості. З підвищенням температури збільшується рухливість сегментів і внаслідок цього виникають додаткові зшивання. Ця закономірність знайшла своє відображення на практиці: при низькій температурі навіть в присутності каталізатора неможливо отримати водостійкі продукти; краща водостійкість досягається нагріванням до 130ºС. В зв’язку з тим,що затверділа карбамідна смола має малу кількість зшивок, для її властивий вплив міжмолекулярних і особливо гідроксильних зв’язків.

Процес затвердіння карбамідних смол може бути ініційований кислотними каталізаторами. В якості каталізаторів затвердіння карбамідоформальдегідних олігомерів використовують в основному латентні каталізатори - з’єднання, що утворюють кислоти тільки в відповідних умовах переробки. Їх перевага полягає в тому, що досягається поступове, а не миттєве досягнення кислотності, при якій відбувається затвердіння, що збільшує життєздатність суміші.

При виробництві СП плит широкого розповсюдження набуло використання хлористого амонію[20]. Взаємодіючи з вільним формальдегідом, що завжди міститься в карбамідоформальдегідних смолах в більшій або меншій кількості, що знаходиться за формулою:

NH4CI+CH2O     CH3NH2*HCI+HCOOH

з утворенням солянокислого метиламіну і мурашиної кислоти, хлористий амоній викликає поступове збільшення кислотного середовища навіть при кімнатній температурі. При досягненні визначеного кислотного середовища(рН 2.5…4.0) відбувається процес желатинізації клею, а потім швидкий перехід в твердий стан.

Для отримання швидкозатвердіваючих малотоксичних клеїв на основі карбамідоформальдегідних смол доцільно застосовувати ефективніші каталізатори , ніж хлористий амоній, а саме: фосфорна кислота, триметилфосфат і триметилфосфіт, в.алість кислотних металів, щавелева кислота, персульфат амонію, в.аліст продукти конденсації карбаміду з епілхлоргідрином , лігносульфонат, модифікований ортофосфорною і мурашиною кислотами [21], фосфати алюмінію і хрому, сірчанокислий алюміній [22] та інші.

На основі проведених досліджень механізм затвердіння карбамідних смол в присутності персульфату амонію виглядає наступним чином. На першій стадії процесу затвердіння зменшення кількості метилольних груп відбувається в результаті гідролізу, при цьому збільшується кількість вільного формальдегіду в в’яжучому

R NH CH2OH     R      NH2+CH2O

а також за рахунок реакції дегідратації, в зв’язку з чим в системі виникають азометанові групи

R NH CH2OH     R N=CH2+H2O

Одночасно з цими реакціями відбувається взаємодія персульфату амонію з вільним формальдегідом приводячи до зниження рН в’яжучого, а також розпад персульфату амонію на вільні радикали.

На другій стадії процесу відбуваються паралельно дві реакції: поліконденсація, в результаті якої при 80-100˚С утворюються головним чином метиленефірні зв’язки, а також полімеризація азометинових груп (завдяки наявності в системі вільних радикалів) з утворенням метиленових зв’язків:

R N = CH2+R*1 R1 N CH2 N CH2 N*

                      R                  R           R

чим і пояснюється велика швидкість зміни метилольних груп в присутності персульфату амонію , ніж при використанні хлористого амонію. Зменшення кількості метилольних груп в процесі затвердіння призводить до зменшення кількості формальдегіду на другій стадії в результаті зміщення рівноваги реакції вліво. При цьому підвищення швидкості витрат метилольних груп приводить до більш швидкого зменшення формальдегіду в в’яжучому,що дозволяє отримати полімери з меншою токсичністю[24-26].

Чащин А. М., Подозьоров А. М. та інші , проаналізувавши існуючу технологію виробництва стружкових плит класу Е2 на лініях СП-25 і СП-35, пропонують виробництво СП класу Е1 на цих же лініях. Запропонована ними технологія включає в себе використання формальдегідної смоли КФ-МТ-15 і комбінованих (чотирьох-п’ятикомпонентних) отверджувачів для зовнішніх шарів із використанням реагенту ОХА і лігносульфонату (КБЖ). Розроблена ними технологія не призводить до зміни основних технологічних параметрів процесу виготовлення плит (збільшення витрати смоли і часу пресування тощо) і зниженню фізико-механічних показників плит. Вміст формальдегіду в готових плитах становив 4,1-9,9 мг/100 г плити.

Ельберт А. А., Коврижних Л. П. та інші [28] розробили клей для отримання стружкових плит до складу якого входять такі компоненти, мас. ч.: КФС - 44,00-94,65; лігносульфонат - 5,0-43,0; їдкий натр - 0,05-5,00; персульфат амонію - 0,20-3,00 і сполука міді, вибрана з групи, що містить сульфат міді, хлорид міді і нітрат міді. Клей відрізняється підвищеною швидкістю твердіння під час гарячого пресування.

У разі введення до карбамідоформальдегідної смоли 0,695-,710% семикарбазиду солянокислого в перерахунку на сухі речовини отримують клей з підвищеною швидкістю затвердіння, високою міцністю і водостійкістю [27].

Згідно отримання малотоксичного клею з підвищеною життєздатністю і міцністю склеювання до КФС потрібно ввести комбінований отверджувач (продукт взаємодії лігносульфонатів алюмінію і ортофосфатів амонію в співвідношенні 100 : 5-20). Рекомендована кількість отверджувача за сухими речовинами - 1,4-5,3 мас. ч.

На основі результатів розрахунків констант гідролізу солей і рН їх розчинів в смолі для випробування були вибрані наступні сполуки: персульфат амонію [(NH4)2S2O8], сірчанокислий амоній [(NH4)2SO4], азотнокислий амоній [NH4NO3], фосфорнокислий амоній [(NH4)2(РО4)3], хлориста мідь [CuCI2], сірчанокисла мідь [CuSO4], сірчанокислий алюміній [Al2(SO4)3]. Ці солі використовувались для розробки комбінованого отверджувача. В результаті проведених досліджень суміщеності смоли з комбінованих отверджувачів були вибрані поєднання хлористого амонію і сірчанокислого алюмінію, а також поєднання азотнокислого амонію і сірчанокислого алюмінію.

В результаті досліджень доведена можливість виготовлення деревинностружковим плит товщиною 16 мм із використанням КФС марки КФ-МТ-15 (з підібраними компонентами отверджувача) за температури плит преса 170±3ºС[23].

Результати випробувань проведених вченими, показали, що в разі використання лігносульфонатів, оброблених персульфатом амонію, для заміщення 10-20% КФС були отримані більш міцні і водостійкі стружкові плити порівняно з контрольними зразками традиційної технології. Було встановлено значне зниження емісії формальдегіду з готових плит виготовлених з використанням модифікованих лігносульфонатів.

Аналіз літератури показав, що застосування карбамідоформальдегідних олігомерів в якості в’яжучого для деревинностружковим плит з підвищеними експлуатаційними показниками обмежується у зв’язку з іі недоліками, зокрема (виділенням вільного формальдегіду у великій кількості). Незадовільні санітарно-гігієнічні властивості деревинностружковим плит з карбомідоформальдегідними смолами стримує широке використання плит в житловому будівництві.

Модифікація властивостей в’яжучого, які до сьогодні не застосовують на підприємстві ВАТ «Аверс» для виготовлення яких додається хлористий амоній, як отверджувач, яких заборонений в інших країнах тому, являється канцерогенною речовиною.

Вивчення властивостей ненаповненої системи, а також фізико-механічних властивостей стружкових плит показало ефективність отверджувача карбамідоформальдегідної смоли в присутності персульфату амонію.

Використання персульфату амонію при виготовленні СП плит показало, що стружкові плити мають менший вміст виділення вільного формальдегіду. При цьому кількість використання отверджувача можна зменшити до п’яти разів в порівнянні з хлористим амонієм.

1.5 Висновки та завдання дослідження

Загальні відомості в літературі і на практиці про карбамідні полімери та їх застосування, можна відмітити, що із усіх відомих полімерів вони знайшли найбільш широке розповсюдження в деревооброблювальній промисловості. Такі полімери, не дивлячись не багато позитивних якостей, залишаються крихкими, неводостійкими з нетермостійкими речовинами, швидко розтріскуються з часом та ще по багатьом показникам не задовольняють запропонованим вимогам.

До сьогоднішнього часу не зовсім відкриті причини низької водостійкості та термостійкості, токсичності та крихкості цих полімерів.

Модифікація карбамідних полімерів повинна бути направлена в першу чергу на підвищення водостійкості, термостійкості, міцності та швидкості отвердіння, зниження до мінімуму токсичності, підвищення еластичності та покращення їх технологічних властивостей.

Бурхливий ріст деревообробної промисловості, і все більше вимог до якості виробів, з однієї сторони, наявність суттєвих недоліків деревинних матеріалів, які суперечать застосуванню виробів із таких матеріалів, з другої сторони, була створена основа щодо досліджень, з яких необхідно було вирішити слідуючи питання:

-     Знайти причини, недоліки карбамідних полімерів та деревинних матеріалів на їх основі;

-        Дослідити можливості отверджувачів та взаємодію їх з карбамідною смолою;

         Дослідити можливість використання персульфату амонію, як отверджувача при виготовленні СП плит;

         Вивчити процеси отвердіння карбамідних смол і взаємодію їх з компонентами, як основні, що мають місце при виготовленні деревинних матеріалів;

         Здійснити науково-промислові дослідження та впровадження результатів з техніко-економічним обґрунтуванням;

         Визначити фізико-механічні показники СП плит та перевірити їх з контрольними;

         Зменшити токсичність СП плит готової продукції.

РОЗДІЛ 2. МТОДИКА РОЗРАХУНКУ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕРТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

2.1 Матеріали дослідження та їх характеристика

-   стружка, що використовується для виготовлення СП плит (для внутрішнього та зовнішніх шарів);

-        карбамідоформальдегідна смола марки КФ-МТС-15;

         персульфат амонію (чистий );

         хлористий амоній (технічний ).

Фізико-хімічні властивості карбамідоформальдегідної смоли КФ МТС 15

В’язкість згідно з віскозиметром ВЗ- 246, с 45-80;

рН смоли 7,5-8,5;

Сухий залишок, % 66;

Кількість вільного формальдегіду, %, не більше 0,15.

Характеристика хлористого амонію NH4CI (додаток Б)

Даний отверджувач використовують для отвердіння карбамідних олігомерів. Дана речовина має вигляд порошку білого кольору, розчинний у воді. Хімічна формула - NH4CI. Молекулярна маса М=53,49.

Характеристика персульфат амонію (NH4)2S2O8 (додаток В)

Сильний окислювач. На вигляд це порошок або гранули білого кольору, розчинний у воді (г/100 мл) при 0˚С: 58.2; при 0˚С: 74.8. Щільність 1.982 (20°C, г/см3). Молекулярна маса 228.19. Стандартна ентальпія утворення ΔH (298 К, кДж/моль):-1648 (т). Сухий і чистий персульфат амонію може зберігатися необмежено довго, в присутності води розкладається з виділенням О2 і О3. При нагріванні до 120˚С перетворюється в піросульфат (NH4)2S2O7 .

2.2 Прилади та обладнання для проведення експериментальних досліджень

Під час проведення експериментальних досліджень використовувалось наступне обладнання:

-     віскозиметр ВЗ-246 (ГОСТ 9070-75);

-        рефрактометр;

         лакмусові папірці;

         електронні ваги AD2000 ( точність вимірювання 0,01 г);

         скляні палички;

         пробірки;

         секундомір;

         рН-метр;

         фарфорові чашки;

         скляні колби;

         дистильована вода;

         сушильна шафа SNOL 67/350;

         стакани хімічні термостійкі;

         електрична плитка;

         прес для холодного підпресування;

         прес для гарячого пресування;

         прилади для перевірки фізико-механічних властивостей СП плит;

         термометр 0-2000С;

2.3 Методика дослідження властивостей клеїв

2.3.1 Планування експерименту

Для дослідження впливу вмісту персульфату амонію на хімічні властивості клеїв, протягом проведення експериментів визначаємо такі фізико-хімічні властивості в’яжучого:

-   умовну в’язкість;

-        концентрацію іонів водню рН;

         час отвердіння;

         сухий залишок;

Дослідження впливу вмісту персульфату амонію на фізико-механічні властивості СП плит згідно з ГОСТ 10632-89:

    вологість;

-        розбухання;

         границя міцності при згині;

         межа міцності внутрішнього шару.

2.4 Визначення життєздатності карбамідоформальдегідної смоли (КФ-МТС-15) із отверджувачем

Дослідження проводились в лабораторії підприємства ВАТ «Аверс».

Методика відбору смоли

Відбір смоли здійснюється за допомогою точкових випробувань металічною трубкою з бочки з верхнього, середнього та нижнього шарів продукту у рівній кількості. Отриману масу ретельно змішують і зважують. Вага смоли під час випробувань повинна бути не менше 1-го літра. Зовнішній вигляд смоли перевіряють наочно.

Визначення сухого залишку карбамідоформальдегідної смоли

На підприємстві ВАТ «Аверс» визначення сухого залишку перевіряють за допомогою рефрактометра. Метод визначення сухого залишку полягає наливанні(капанні) одного граму смоли на скляну пластину, яку поміщають у рефрактометр. Світло, яке направляється на смолу дає змогу побачити за допомогою мікроскопа коефіцієнт рефракції. Коефіцієнт рефракції визначається наочно через мікроскоп на перетині двох прямих.

Під час випробування смоли даний коефіцієнт був в межах граничної норми і складав для зовнішнього шару в плитах 1.431, що дорівнює 51.5% сухого залишку. Для внутрішнього шару він становив 1.432, що дорівнює 52% сухого залишку.

Визначення в’язкості смоли

Перевірка смоли полягає у перевірці робочої в’язкості смоли протягом певного часу і здійснюється вона за допомогою віскозиметра, у який наливають 100г смоли і спостерігають час витікання смоли із сопла віскозиметра. Початок і кінець витікання смоли називається робочою в’язкістю. Робоча в’язкість карбамідоформальдегідної смоли (КФ-МТС-15) повинна бути в межах витікання із сопла віскозиметра від 45 до 80с.

В’язкість після відбору смоли на момент випробувань становила 49секунд.

2.4.1 Визначення життєздатності смоли з різними отверджувачами

Життєздатність смоли прямо-пропорційна робочій в’язкості. Вона показує період, протягом якого часу смола може бути використана на виробництві.

В даному випадку карбамідоформальдегідна смола змішується з отверджувачем, який розбавляється дистильованою водою. Кількість отверджувача в одному літрі смоли на підприємстві ВАТ «Аверс» дорівнює 5-ти грамам. Співвідношення отверджувача і дистильованої становить 1:4.

Приготування отверджувача

Приготування отверджувача здійснюється за допомогою змішування трьох компонентів:

. Отверджувача ;

. Води;

. Смоли карбамідоформальдегідної (КФ-МТС-15).

У пробірку насипають одну масову частину хлористого амонію і додають чотири масові частини дистильованої води (табл. 2.1). Отриману суміш перемішують до повного розчинення протягом 5-10хв. Розчинений затверджував із водою змішують з смолою повільно перемішуючи розчин скляною або металевою палицею.

Тривалість змішування компонентів повинен складати 10-15хв.

Згідно проведених досліджень можна зробити висновок, що життєздатність та в’язкість карбамідоформальдегідної смоли КФ-МТС-15, яку використовує підприємство повністю відповідає технічним умовам щодо використання. Дослідження показали, що під час додавання двох компонентів (води, та хлористого амонію), в’язкість смоли спочатку зменшилась, що дало змогу сподіватись на підвищений термін життєздатності смоли але за рахунок вмісту хлористого амонію жоден із зразків не перевищив заданий час, тобто всі зразки, які залишили більше ніж на 4,5 години змінили свій агрегатний стан (табл. 2.2, 2.3).

Таблиця 2.2 Експериментальна перевірка життєздатності та в’язкості смоли від кількості персульфату амонію для внутрішнього СП плит

Примітка: В’язкість смоли без отверджувача дорівнює 50с згідно ВЗ-246.

Таблиця 2.3 Експериментальна перевірка життєздатності та в’язкості смоли від кількості персульфату амонію для внутрішнього СП плит (друге випробування)

Примітка: В’язкість смоли без отверджувача дорівнює 52с згідно ВЗ-246

Після проведених експериментальних досліджень слід зауважити, що оптимальним вмістом отверджувача на 100 грамів смоли є:

1.   Смола із отверджувачем - 0.2г;

2.      Смола із отверджувачем - 0.3г;

.        Смола із отверджувачем - 0.4г.

Використання смоли із отверджувачем - 0.5 грама входить в допустимі межі, але використання його протягом даного періоду може спричинити непередбачену поліконденсацію (отвердіння) смоли .

Отримані результати дають змогу стверджувати, що вміст новим отверджувачем від 0.2 до 0.4г на 100г смоли є нормальним і може використовуватись при виготовлення СП плит. Адже життєздатність і в’язкість компонентів відповідають технологічним нормам підприємства.

формальдегід стружковий плита клей

2.5 Перевірка фракційного складу стружки на (вологість, щільність, лінійні розміри)

Для виготовлення якісних плит потрібно щоб стружка, яка подрібнюється мала розміри, які відповідають розмірам виготовлення стружки.

Виготовлення стружки відбувається за двома (режимами) схемами

Класифікація схем виготовлення стружки:

.        Деревина - тріска - стружка;

.        Деревина - стружка.

Перша схема виготовлення є більш універсальною тому, що на підприємство може завозитись не лише деревина, а й тріска, яка може подрібнюватись у стружку. Виготовлення стружки за цією схемою дає (сировину) стружку голчастої форми, яку потрібно додатково подрібнювати, що збільшує кількість пороху.

Друга схема дає змогу виготовляти стружку пласкої форми, що є кращою для виготовлення плит. Недоліком виготовлення стружки пласкої форми є мала продуктивність верстатів, які її виготовляють.

Даний склад перевіряють за допомогою сито-аналізаторів, яких налічується до 8 шт, де на перше сито засипається суха стружка масою 50 г. За допомогою кругових рухів протягом 15хв стружка ділиться на фракції різних розмірів. Саме за допомогою даного пристрою можна побачити процентний склад стружки.

Важливу роль при виготовленні СП плити відіграє вологість стружки. Саме від неї залежить якість склеювання деревних частинок. Якщо стружка має вологість на виході з сушильного барабану більше ніж 4%, тоді в процесі пресування можуть виникнути непередбачені наслідки. Тому перед виготовленням плит обов’язково потрібно перевіряти дані показники[17].

Вологість зовнішніх шарів повинна бути в межах: 2-4%,

Вологість внутрішнього шару повинна бути в межах: 2-3.1%.

Великий вплив мають розміри стружки для зовнішнього та внутрішнього шарів після того, коли вона висохла до заданої вологості (табл. 2.4,2.5).

Розміри стружки для зовнішнього шару (потік А) повинні бути: 5 10х2х0.4 мм,

Розміри стружки для внутрішнього шару (потік Б) повинні бути: 26 30х10х0.8 мм.

Таблиця 2.4 Перевірка якості сухої стружки Суха стружка

Таблиця 2.5 Перевірка якості сухої стружки (друге випробування) Суха стружка

2.6 Виготовлення зразків плит із персульфатом амонію з використанням аналогічної технології для виготовлення СП плит на підприємстві ВАТ «Аверс»

Виготовлення зразків СП плит проводилося в лабораторії УКРНІІМОД.

Виготовлення зразків СП плит починається з визначення кінцевої щільності плити. Середня щільність для тришарових плит складає 680 - 750 кг/м3.

Щільність(q) зразків плит розраховується за формулою:

q =  = , кг/м3

де m - маса зразка, г;- довжина зразка, мм;- ширина зразка, мм;- товщина зразка, мм.

Відповідно до цієї формули можна розрахувати необхідну кількість стружки, яку потрібно затратити для виготовлення одного зразка плити.

Маса стружки необхідної для виготовлення зразка визначають за формулою

m = v×q, кг

де v - об’єм зразка плити, який залежить від площі та товщини дистанційної планки. Площа дистанційної планки дорівнює 0.0625 м2, а товщина 18мм).- кінцева щільність плити, кг/м3.= 0.250×0.250×0.018×750 = 0.84375 = 0.844 кг.

2.6.1 Співвідношення змішування зовнішніх та внутрішнього шарів із в’яжучим

Отриману вагу сухої стружки розділяють у процентному співвідношенні для внутрішнього та зовнішніх шарів.

Процентне співвідношення для тришарових плит складає:

-     Для внутрішнього шару співвідношення складає 65% від загальної маси плити;

-        Для зовнішніх шарів співвідношення складає 35%, від загальної маси плити.

Відповідно розраховуємо кількість сухої стружки для внутрішнього та зовнішніх шарів.

К-ть.ст.вн шару = (0.84375:100)×65) = 0.5484375 кг;

К-ть.ст.зовн. шарів = (0.84375:100)×35) = 0.2953125 кг.

Окремо до кожного шару стружку змішують із в’яжучим.

Кількість в’яжучого для тришарової плити становить:

         Внутрішній шар дорівнює 8% в’яжучого від маси сухої стружки для внутрішнього шару;

         Зовнішні шари становлять 12% в’яжучого від маси сухої стружки для зовнішніх шарів.

Після змішування стружки із в’яжучим внутрішнього та зовнішніх шарів її засипають у відповідну ємкість (змішувач) пошарово.

Одержаний килим з трьох шарів подають у прес холодного підпресування. Холодне підпресування килиму є необхідним для виготовлення плит СП, (особливо коли основне пресування здійснюється у багатопроміжному пресі). Дане підпресування зменшує товщину килиму ущільнюючи стружку і тим самим утворює оптимальну товщину килима для завантаження його у багатопроміжний прес. Ущільнення стружки потрібне для того щоб під час транспортування не виникало тріщин пакету та не було викришування крайки. Максимальне зусилля питомого тиску для зразків 5Мпа. Після підпресування кожний зразок плити подається до пресу гарячого пресування. Пресування плит здійснюється при температурі 1700С та питомому тиску 2.5 Мпа. Тривалість пресування зразків плит складає від 6.30 до 7 хвилин (табл. 2.6, 2.7).

Таблиця 2.6 Час пресування зразків плит

Таблиця 2.7 Час пресування зразків плит (друге випробування)

Отримані зразки відстоюють протягом 24 годин і перевіряють на фізико-механічні властивості СП плит згідно з ГОСТ 10632 - 89 ( табл. 2.10).

2.7 Перевірка фізико-механічних властивостей СП плит та порівняння показників згідно з ГОСТ

Досліди проводились в лабораторії на підприємстві ВАТ «Аверс» згідно з ГОСТ 10633-78, ГОСТ 10634-78, ГОСТ 10635-88, ГОСТ 10636-88 ( табл. 2.8, 2.9)

Визначення вологості СП плит

Даний показник визначають шляхом висушування зразків розміром 100х100 мм в сушильній шафі при температурі 100±30С до отримання стабільної маси. Вологість розраховують за формулою:

Ẃ =  = 6.45%

де m2 - маса зразка до початку сушіння,- маса зразка після сушіння, г.

Визначення розбухання СП плит

Випробування проводиться на зразках розмірами 100х100 мм. Після виміру ( з точністю до 0,1% ) товщини та маси зразка його занурюють у воду, яка має температуру 20 0С , так зразки не доторкались один до одного і були повністю занурені у воду і витримують протягом 24 годин . Розбухання розраховують за формулою:

,        

t =  

де t1- товщина зразку до занурення у воду;- товщина зразку після вимочування, мм.

Згідно ГОСТ 10634-78 було проведено досліди на розбухання СП плит. Відповідно до результатів випробувань відхилень знайдено не було.

Визначення границі міцності при згині СП плит

Випробування модуля пружності та межу міцності при згині проводяться в такій послідовності:

Зразок розмірами 250х55х15,3 мм, кладеться на дві нерухомі опори між якими відстань становить 200 мм. На зразок за допомогою навантажуючого валика, (по середині зразка) подають навантаження до початку руйнування зразка. В цей час лаборант знімає дані, тобто максимальне навантаження, яке призвело до руйнування зразка.

Міцність при згині характеризується відношенням згинаючого моменту М моменту опору W поперечного перерізу зразка, до якого прикладена максимальне навантаження, для прямокутного зразка вона визначається за формулою

зг = 2 = 14.5, Мпа,

де Pmax - максимальне зусилля, яке надають зразку ,- довжина зразка ;- ширина зразка ;- висота зразка .

Визначення границі міцності при розтягу впоперек пласті СП плит

По даному показнику оцінюють якість склеювання середнього шару і міцність стружкових плит в найбільш слабкому напрямі.

Для досліду беремо три зразки, з яких два зразки розмірами 65х50 мм, які слугують як колодки, третій зразок розміром 50х50 мм який піддається випробовуванню. Між колодками кладуть зразок 50х50 мм попередньо змащений смолою та затискають у ваймі до повного склеювання ( не менше 24 годин). Після склеювання зразок розміщують в затискачах , вмикають навантаження яке розтягує зразок перпендикулярно пласті поступово нарощуючи навантаження до руйнування зразка в середньому шарі.

Межу міцності визначають розрахунковим шляхом як відношення руйнуючого навантаження до руйнування зразка в середньому шарі, що розраховується за формулою

і =  Мпа

де: F - прикладена сила розтягу;- довжина розтягаю чого зразка;- ширина розтягуючого зразка .

Визначення щільності в СП плитах

Визначення щільності проводяться на зразках розміром 100х100, а саму щільність перевіряють, як відношення маси зразку до її об’єму. Зразки зважують на вагах з точністю 0.1% і розраховують за формулою:

де m- маса зразку, г;,b,h- габаритні розміри зразку, мм.

щ =

Таблиця 2.8

Результати отриманих випробувань на підприємстві ВАТ «Аверс»

Таблиця 2.9 Результати отриманих випробувань на підприємстві ВАТ «Аверс» (друге випробування)

Таблиця 2.10 Перевірка фізико-механічних показників СП плит згідно ГОСТ 10632-89

2.8 Перевірка вмісту вільного формальдегіду (перфораторний метод) згідно з ДСТУ EN 120:2006

Перед випробовування відбирають 12 зразків розміром 25 мм х 25х мм для визначення вологості, а також зразків загальною масою приблизно 500 г для екстрагування у перфораторі. Дані зразки герметично запаковують за кімнатної температури.

Визначення кількості формальдегіду у випробному зразку виконують не більше ніж через 72 години після відбирання зразків, але не більше ніж два тижні.

Визначення вмісту вологи

Вміст вологи визначають згідно з EN 322.

Визначення вмісту вологи проводять з чотирьох випробних зразків (25 ммх25мм).

Перед визначенням вологи зразок зважують з точністю 0.1% на годинниковому склі, а потім висушують в сушильній шафі за температури (103±2) 0С до постійної маси (приблизно 12 год).

Постійна масу зважують, коли результати двох зважувань, проведених в інтервалі не менше ніж через 6 год, де показник не повинен відрізнятися більше ніж на 0.1% від маси випробного зразка.

Після видалення зразків з сушильної шафи випробні зразки охолоджують в ексикаторі перед зважуванням.

Екстрагування у перфораторі

Приблизно 110 г випробних зразків зважують з точністю до 0.1 г і розташовують у кругло донній колбі, додаючи 600 см3 толуолу, потім колбу з’єднують з перфоратором. Приблизно 1000см3 дистильованої води наливають у перфоратор, залишивши від 20 мм до 30 мм між поверхнею води та сифонним виходом перфоратора. Потім приєднують холодильник та устаткування абсорбції газу. Абсорбційну місткість устаткування наповнюють 300 см3 дистильованої води і приєднують до апарату.

Коли апарат зібрано, нагрівають та охолоджують воду.

Толуол просочується через перфоратор зі швидкістю від 70 крапель до 90 крапель за хвилину.

Треба слідкувати щоб з абсорбційною колбою в усі частини устаткування не потрапила вода: як під час екстрагування, так і після закінчення процесу.

Екстрагують протягом двох годин, починаючи з моменту, коли перша бульбашка пройде через встановлений фільтр. Нагрів має бути таким, щоб процес створення бульбашок почався в діапазоні часу від 20 хвилин до 30 хвилин після увімкнення нагрівача.

Через дві години нагріву нагрівач вимикають і від’єднують абсорбційну місткість.

Воду, яка міститься у перфораторі, після охолодження до кімнатної температури переливають у мірну колбу за допомогою трубки зі стопорним вентилем. Перфоратор обполіскують дистильованою водою у кількості 200см2. Цю процедуру проводять дворазово. Цю воду далі переливають у мірну колбу разом з виділеним толуолом. Об’єм вмісту у колбі, разом з дистильованою водою, повинен бути 200см3.

«Холосте» випробування

Випробування проводять повторно без випробних зразків, використовуючи толуол з тієї самої упаковки, яку використовували для екстрагування.

2.8.1 Визначення вмісту формальдегіду в екстракті

Вміст формальдегіду у водному екстракті визначають фотометричним методом, використовуючи ацетил ацетоновий метод.

Визначення базується на реакції Ханца, згідно з якою формальдегід у водному розчині реагує з іонами амонію та ацетил ацетону, що призводить до утворення діацетилдігідролутидину далі - ДДЛ. ДДЛ має максимальну абсорбцію на довжині хвилі 412 нм. Реакція характерна для формальдегіду.

Розчин ацетил ацетону 4 см3 ацетил ацетону поміщають у мірну колбу місткістю 1000 см3 і доводять до мітки дистильованою водою

Розчин ацетату амонію

мг ацетату амонію поміщають у мірну колбу 1000 см3 і доводять до мітки дистильованою водою.

Випробування

У колбу місткістю 50 см3 за допомогою піпетки додають 10см3 водного розчину, 10 см3 розчину ацетил ацетону, а також 10 см3 розчину ацетату амонію. Колбу закривають, струшують і протягом 15 хв. Нагрівають на водяній бані за температури 400С. Потім жовто-зелений розчин охолоджують до кімнатної температури, захищаючи від світла (протягом однієї години). Визначають спектральну поглинальну здатність на довжині хвилі 412 нм. Порівняно з дистильованою водою за допомогою спектрофотометра. Результат « холостого» випробування з дистильованою водою, визначений паралельно, використовують для визначення величини перфорації.

Стандартний розчин формальдегіду

Реактиви:

-     Стандартний розчин йоду (J2) = 0.05 моль/дм3

-        Стандартний розчин тіосульфату натрію с ( Na2S2O3) = 0.1 моль/дм3

         Стандартний розчин гідроксиду натрію с (NaOH ) = 1 моль/дм3

         Стандартний розчин сірчаної кислоти с (H2SO4) = 1 моль/дм3

         Стандартний розчин крохмалю = 1% (за масою).

Розчин калібрують перед використанням.

Приблизно 2.5 г розчину формальдегіду концентрацією від 35% до 40% розчиняють у мірній колбі на 1000 см3 і доводять до мітки дистильованою водою. Точну концентрацію формальдегіду визначають так.

Змішують 20 см3 стандартного розчину формальдегіду з 25 см3 розчину йоду та 10 см3 розчину гідроксиду натрію. Після 15 - хвилинної витримки за умови захисту від світла до суміші додають 15 см3 розчину сірчаної кислоти. Надмірну кількість йоду вилучають титруванням розчином тіосульфату. Після завершення титрування для індикації додають по краплі крохмалю. Паралельно проводять «холосте» випробування з 20 см3 води.

Вміст формальдегіду розраховують за формулою:

с (НСНО) = (V0 - V) x 15 [c (Na2S2O3)] /20

де с (НСНО) - концентрація формальдегіду, мг/дм3;- об’єм розчину тіосульфату в «холостому» випробуванні, см3;- об’єм розчину тіосульфату для титрування, см3;(Na2S2O3) - концентрація розчину тіосульфату, моль/дм3.

2.8.2 Опрацювання результатів

2.8.2.1 Визначення вмісту вологи

Вміст вологи Н (за масою %) у деревних плитах розраховують за формулою:

Н = ((m1 - m0)/(m0))x100

де m1 - маса випробних зразків до висушування, г;- маса випробних зразків після висушування, г.

Визначаємо вологість зразку:

Н = ((27.228 - 25.445)/(25.445))x100 = 7 %.

2.8.3 Визначення величини перфорації

Вміст формальдегіду, відомий як «величина перфорації», вимірюють у мг формальдегіду на 100 г сухої плити та розраховують за формулою:

Величина перфорації =  мг/100г сухої плити

де  - спектральна поглинальна здатність аналізованого розчину;

 - спектральна поглинальна здатність розчину з дистильованою водою;

 - нахил калібрувального графіка (мг/см3);

 - вміст вологи в деревинній плиті, %;

- масса випробних зразків, у граммах;

Визначаємо величину перфорації зразків СП плит із персульфатом амонію

Величина перфорації =  мг/100г сухої плити

Відповідно, вміст вільного формальдегіду на підприємстві становить від 19 до 22 мг/100г сухої плити (табл. 2.12).

Таблиця 2.12 Вміст вільного формальдегіду в СП плитах

2.9 Аналіз результатів досліджень

Точність та об’єктивність значення вимірювальної характеристики і правильність залежить від правильності обробки експериментальних даних.

Результат експериментальних досліджень розглядається як статистична сукупність випадкових величин. Достовірність даних вибірки забезпечується попереднім розрахованим числом спостережень. Для первинного оброблення експериментальних даних вибірки визначаємо такі статистичні дані вибірки: середнє арифметичне значення ; вибіркову дисперсію ; середнє квадратичне відхилення ; коефіцієнт варіації ; середню похибку значення , показник точності досліду .

Розрахунок проводимо для експериментальних досліджень із 0,2 масовими частинами персульфату амонію на:

вологість;

розбухання;

границя міцності при згині;

границя міцності при розтягу;

Щільність (густина).

Проводимо статистичний розрахунок вологості

Спочатку визначаємо середнє арифметичне значення :

де , … - результати серії досліджень,

 - кількість дослідів.

Дисперсія вибірки S2 становить:

Середнє квадратичне відхилення розраховується за формулою:

Коефіцієнт варіації, що є оцінкою змінності значень вибірки або відносною похибкою даної характеристики.

Середня похибка значень:

Показник точності:

Показник точності досліду повинен бути Р< 5%.

Проводимо статистичний розрахунок на розбухання СП плит

Спочатку визначаємо середнє арифметичне значення :

,

Дисперсія вибірки S2 становить:

Середнє квадратичне відхилення розраховується:

Коефіцієнт варіації, що є оцінкою змінності значень вибірки або відносною похибкою даної характеристики розраховується:

Середня похибка значень розраховується:

Показник точності розраховується :

Показник точності досліду повинен бути Р< 5%.

Проводимо статистичний розрахунок границі міцності при згині СП плит

Спочатку визначаємо середнє арифметичне значення :

,

Дисперсія вибірки S2 становить

Середнє квадратичне відхилення розраховується:

Коефіцієнт варіації, що є оцінкою змінності значень вибірки або відносною похибкою даної характеристики розраховується:

Середня похибка значень розраховується:

Показник точності розраховується :

Показник точності досліду повинен бути Р< 5%.

Проводимо статистичний розрахунок границі міцності при розтягу внутрішнього шару СП плит

Спочатку визначаємо середнє арифметичне значення :

,

Дисперсія вибірки S2 становить:

Середнє квадратичне відхилення розраховується:

Коефіцієнт варіації, що є оцінкою змінності значень вибірки або відносною похибкою даної характеристики розраховується:

Середня похибка значень розраховується:

Показник точності розраховується :

Показник точності досліду повинен бути Р< 5%.

Проводимо статистичний розрахунок щільності СП плит

Спочатку визначаємо середнє арифметичне значення :

,

Дисперсія вибірки S2 становить:

Середнє квадратичне відхилення розраховується:

Коефіцієнт варіації, що є оцінкою змінності значень вибірки або відносною похибкою даної характеристики розраховується:

Середня похибка значень розраховується:

Показник точності розраховується :

Показник точності досліду повинен бути Р< 5%.

Розрахунок статистичних даних із 0,3 та 0,4 мас. ч. наводяться в (табл. 2.13), а також другої частини випробувань(табл. 2.14).

Таблиця 2.13 Результати статистичної обробки зразків СП плит

Таблиця 2.14 Результати статистичної обробки зразків СП плит (друге випробування)

РОЗДІЛ 3. ЕФЕКТИВНІСТЬ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ

3.1 Ефективність запропонованих рішень

Вихідні дані для розрахунку параметрів СП плит:

Розміри готових плит (l, b, h) 3500х1750х16 мм

Товщина не шліфованої плити 17,5

Щільність тришарової плити 750 кг/м3

Зовнішні шари ( 35% від товщини) - дрібно-структурні

Головний прес - позиційний 20-ти поверховий

Температура пресування 180 0С

Розрахунок продуктивності головного обладнання

При виробництві СП плит головним обладнанням є гарячий прес. Через це від нього розраховують потужність підприємства. Кількість іншого обладнання розраховують, так щоб забезпечити безперервний процес пресу та використовувати його протягом трьох змін.

Розраховуємо ефективність машинного часу для обладнання в плитному виробництві, що розраховується за формулою:

Теф =  год.,

де 365 - кількість днів у році;

20 та 32 - кількість днів, які передбачені , відповідно, на капітальний та профілактичний ремонт;

- святкові дні;

- число робочих змін за добу;

- тривалість зміни в годинах.

Розраховуємо погодинну продуктивність головного обладнання за формулою:

Пгод = , м3/год;

де n - кількість поверхів пресу, в.;

l,b,h - розміри обрізної плити, м;

Тц - тривалість циклу пресування, в.;

Квк - коефіцієнт використання головного конвеєру (0.8-0.85).

Тривалість циклу пресування в позиційному пресі залежить від питомого часу пресування  розраховується за формулою:

Тц = h+

де  в./мм;

h - товщина не шліфованої плити;

 - час на допоміжні операції (1,8 - 2,0).

Пгод =  = 12,33552632 м3/год.

Потужність підприємства М дорівнює річній продуктивності головного обладнання, яка розраховується за формулою:

Мр = ПгодхТеф

М = 12,33552632 х 7296 = 90000 м3/год.

3.1.1 Потреба в клейових матеріалах

На підприємстві ВАТ «Аверс», в якості в’яжучого використовується карбамідоформальдегідна смола з отверджувачем у вигляді 20% водного розчину хлористого амонію. Для зовнішніх шарів можна використовувати смолу без отверджувача.

Розрахунок потреби в’яжучого qсух.см (за сухим залишком), кг/м3, визначається для внутрішнього шару за формулою:

Квт.вн

де  та  - щільність смоли в шарах плити;пл - вологість готової плити (8%);

  процентне співвідношення зовнішнього та внутрішнього шарів (для плити товщиною 16 мм, яка до шліфування має товщину 17,5 мм, з них 6,65 мм (38%) відповідно зовнішні шари та 10,85 мм (62%) - внутрішній шар, який не змінюється після шліфування;

Квт.вн - коефіцієнти втрат смоли на усіх ділянках виробництва внутрішнього шару, що розраховується за формулою:

Квт.вн =КсмКтрКроз. (3.6)

Ксм - коефіцієнти втрат смоли на усіх ділянці змішування ( в розрахунку Ксм = 1,007);

 коефіцієнт втрат при транспортуванні стружки ;

- коефіцієнт втрат при форматному розкрої (емпірично, для лінії с позиційним пресом =1,05);

Квт.вн =1,007×1,01×1,05=1,07.

Відповідно, щільність внутрішнього шару  складає:

 кг/м3.

Рецепт смоли на підприємстві: Смола 100 м. ч.

-    хлористий амоній 1,0 м. ч..

-    персульфат амонію 0,2 м. ч..

Потреба в хімічних речовинах на 1м3 готової продукції, яка використовується на підприємстві розраховується за формулою:

= n×

де n - Кількість затверджувача.

.

.

Кількість грошей, Ех,а, яка затрачається для закупівлі хлористого амонію на річну програму випуску СП плит становитиме:

Ех,а = Qх.х.б хЦх.а хQп,р, грн./рік

де Qх.х.б - витрати затверджувача на 1м3 плити;

Цх.а - ціна одного кілограму хлористого амонію, грн. Цх.а = 10,2 грн (додаток Г);

Цх.а - ціна одного кілограму персульфату амонію, грн. Цп.а = 15 грн (додаток Г)

Qп,р - річний обсяг виготовленої продукції.

Ех,а = 1,6921х10,2х90000 = 1553347 грн/рік

Кількість грошей, Ех,а яка затрачається для закупівлі персульфату амонію на річну програму випуску СП плит становитиме:

Еп.а. = Qп.а. хЦп.а. хQп.а., грн./рік

Еп.а. = 0,3384х15х90000 = 456840 грн/рік.

Різниця між затраченими грошима на закупівлю отверджувачів буде економією Е підприємства від впровадженого (табл. 3.1), що розраховується за формулою:

Е = Ех.а - Ех а

Е = 1553347 -456840 =1096507 грн.

Таблиця 3.1 Економічний ефект від впровадження персульфату амонію

Примітка: Крива червоного кольору показує затрати отверджувача на річну програму грн./рік. Крива червоного кольору показує економічність впровадження персульфату амонію.

РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ

4.1 Загальні відомості про охорону праці

Питання трудового законодавства, взаємини між власником (керівником) підприємства або організації й працівником, які стосуються техніки безпеки, виробничої санітарії й гігієни, в нашій країні регулюються Законом «Про охорону праці» від 14 жовтня 1992 року[29]. Вивченням умов праці в різних галузях промисловості, де проводять розробку рекомендацій з їх поліпшення.

Охорона праці - це комплекс законодавчих, технічних, санітарно-гігієнічних й організаційних заходів, спрямованих на забезпечення здорових і безпечних умов праці.

Охорона праці і забезпечення умов дотримання правил техніки безпеки на виробничому майданчику - прямий обов'язок керівництва деревообробних організацій, фірм і відповідальних за виконання таких робіт. За загальний стан техніки безпеки на виробництві або організації відповідають начальник (керуючий) і головний інженер (управління, фірми). Контроль за дотриманням правил техніки безпеки й виконанням організаційно-технічних і санітарно-гігієнічних заходів щодо запобігання травматизму й професійних захворювань покладено на осіб, призначених адміністрацією будівельної організації із числа інженерно-технічного персоналу, а також на інспекторів. Ці особи зобов'язані контролювати виконання відповідних наказів, інструкцій і розпоряджень із питань техніки безпеки, проводити інструктажі, брати участь у періодичних випробуваннях машин, механізмів, тощо, а також брати участь у комісіях з розслідування причин аварій і випадків травматизму на будівельному майданчику.

Травматизм - це несподіване ушкодження організму людини, нанесення йому травми. Травми бувають виробничі й побутові. Виробничі травми трапляються при виконанні працівником його службових обов'язків, а також на шляху до місця роботи й з роботи. Побутові травми - це ушкодження, що відбулися в домашніх умовах або в інших обставинах, не пов'язаних з виробництвом.

Із даних визначень можна зробити висновок, що поняття травматизм трактується неоднозначно, адже травми можуть виникати, якщо використовуються різні хімічні компоненти, які не є повністю дослідженими або досліджуються. Саме із таких речовин виготовляють багато композиційних матеріалів. Серед таких матеріалів є плитне виробництво, а саме: стружкові та волокнисті плити різної щільності, в яких використовується така речовина, як формальдегід, що перебуває в них у двох станах:

·  зв’язаному;

·        вільному.

Відповідно зв’язаний формальдегід становить 70-80%, а вільний займає решту але він при цьому виділяється в процесі експлуатації виробів з деревини та виробів на їх основі.

Завданням охорони праці є виявити та мінімізувати шкідливий вплив таких речовин.

4.2 Вплив вільного формальдегіду на здоров’я людини

Формальдегід - потужний подразник очей, верхніх дихальних шляхів та шкіри. За свідченням ряду досліджень, він також впливає на центральну нервову систему, викликаючи головні болі, втому і депресію. Він також потенційно може викликати астму і астматичні напади як неспецифічний подразник. Крім того, дослідження на тваринах дозволяють припустити, що формальдегід - потенційно канцерогенна речовина.

Останні медичні обстеження людей з професійним ризиком дозволяють припустити, що формальдегід викликає рак у людини. Обстеження мешканців пересувних будинків, в яких концентрація формальдегіду перевищує 0,10 проміле протягом понад 10 років, вказують на значно збільшує ризик раку горла. Цей ризик приблизно 2 на 10000 чоловік.

Хоча стурбованість з приводу раку отримала основну частку уваги громадськості і регулюючих органів, розслідування скарг споживачів і медичні дослідження вказують, що гострі симптоми роздратування, які пов'язані з присутністю формальдегіду в повітрі житлових приміщень - дуже суттєва проблема охорони здоров'я.

Недавні наукові дослідження вказують, що формальдегід здатний викликати симптоми в чутливих людей при тих концентраціях, які зазвичай зустрічаються в самих різних будинках виготовлених із плитного виробництва.

При рівнях формальдегіду, типових для багатьох мобільних і модульних будинків (0,35 проміле), датські дослідники виявили досить часту зустрічальність наступних ознак (у порівнянні з контрольною групою): подразнення очей, носа і горла, головний біль, нетипова втома, менструальні порушення і неприродна спрага. Канадські дослідження мешканців будинків з карбамідофомальдегідною піноізоляцією показали кількісний зв'язок між концентрацією формальдегіду в повітрі всередині будівель і наступними ознаками: запаморочення, діарея, подразнення очей, кровотеча з носа, кашель і слиновиділення. Середні значення концентрації формальдегіду в цих будинках були дуже низькі - 0,045 проміле. Цікаво, що проживання в таких будинках було пов'язано з істотним збільшенням об'єктивних симптомів, опірності носових дихальних шляхів і метаплазія носових епітеліальних клітин. Останнє, як вважають, є відповіддю на подразнення.

Дослідження, які проводилися в Державному університеті Болл, продемонстрували кількісну зв'язок між рівнем формальдегіду в житлових приміщеннях типу пересувних будинків і будинків з основою підлоги з СП плит і серйозністю 16-ти різних ознак. Вони включають: подразнення очей, сухе запалене горло, слизисто-водянисті виділення з носа, кашель, подразнення та інфікування пазух носа, головний біль, незвичну втому, депресію, труднощі зі сном, висип, кровотеча з носа, нудоту, діарею, біль у грудей і черевну біль. Ці значущі зв'язку спостерігалися при середній концентрації 0,09 проміле. Дослідження змушують припустити, що низький рівень формальдегіду (менше 0,10 проміле), звичайний в багатьох будинках у США, достатній, щоб підсилити існуючі ознаки або безпосередньо їх викликати.

4.2.1 Формальдегід - джерела і рівні

Хоча формальдегід використовується в різноманітних споживчих виробах, досить невеликої кількості виділеного вільного формальдегіду, щоб значно забруднити повітря в приміщенні. Проблемні вироби, серед яких основа підлоги з СП плит, дерев'яна обшивка, меблі, фанера, при виробництві яких використовуються формальдегідні смоли. Для дерев'яних виробів ці смоли використовуються як внутрішні клеї.

Формальдегідні смоли хімічно нестабільні. Вони можуть виділяти як формальдегід, який не прореагував і залишився в смолі, так і формальдегід, безпосередньо виділився при гідролітичною розкладанні смоли. Саме виділення непрореагованого формальдегіду перш за все є відповідальним за високі початкові рівні формальдегіду в таких приміщеннях, як нові пересувні будинки, звичайні будинки з основою підлоги з СП плит.

Виділення більшої частини непрореагованого формальдегіду зазвичай відбувається, в залежності від виробу, приблизно протягом 6 місяців. Після того, як основна частина летючого формальдегіду виділилася, його рівень усередині приміщення може бути лише часткою від того, коли вироби були новими. Зазвичай зниження на 50 і більше відсотків.

Хоча істотне зниження очікуване, проблема не зникає, як можна було б подумати. Може відбуватися істотне безперервне виділення формальдегіду, оскільки полімерна смола піддається гідролітичного розкладання. Через це виділення вільного формальдегіду з виробів з смолами формальдегідів може тривати протягом невизначеного періоду.

Вироби, що виділяють формальдегід, відрізняються за потенціалом емісії. Отже, внутрішні рівні формальдегіду будуть значною мірою визначатися характером готівкових джерел. Додатково вони також визначаються кількістю матеріалів, використаних в інтер'єрі.

Всупереч звичайній думці про те, що внутрішній рівень формальдегіду визначається сукупною емісією всіх наявних джерел, лабораторні дослідження показують, що головні джерела формальдегіду взаємодіють. Ця взаємодія може призводити до самих різних результатів: до пригнічення виділення, до невеликого збільшення або до повної адитивності тощо.

4.2.2 Меблі - вплив формальдегіду

З метою економії і простотою виготовлення меблів найчастіше використовують матеріали плитного виробництва.

Саме з меблями пов'язані дві проблеми забруднення житла формальдегідом і супутніх житлу симптомів, які звичайно недооцінюють. Тільки меблі для кухні або ванної кімнати потенційно може підняти рівень формальдегіду в житловому приміщенні до 0,10 проміле і вище, особливо, коли вони нові. Майже всі меблеві комплекти з дерева, у тому числі з масиву, можуть виділяти суттєві кількості вільного формальдегіду в житлових приміщеннях будинків. Типові матеріали, які використовуються у виготовленні меблів, включають СП, МДФ (фіброліт) і фанеру. МДФ - найбільш потужне джерело формальдегіду, знайдений в житлових приміщеннях. Він часто використовується в меблях як основний матеріал, що покриваються фанерою. Звичайно це плита товщиною 5 / 8 дюйма, що нагадує товсту ВП (оргаліт). Однак, оргаліт зазвичай товщиною 1 / 4 дюйма і не використовує клейкі речовини, що містять карбамідоформальдегіди. СП плити часто використовується для полиць, як серцевина матеріал для обклеювання шпоною і для стільниць. У стільницях нижня поверхня не закрита бар'єрами із пластику і може бути потужним джерелом формальдегіду. Меблі можуть бути зроблені із фанери хорошої якості. Навіть такі меблі стають потужним джерелом формальдегіду, хоча і меншим, ніж зроблена з СП і ВП. Досить зазвичай використання всіх трьох типів матеріалів (СП, ВП і фанери) в одному предметі або комплекті меблів.

Більша частина продається дерев'яних меблів зроблена з деревних матеріалів з використанням карбамідоформальдегідних смол. Вони особливо помітні там, де використовують ВП і СП плити. Останні, як правило, служать основними матеріалами, на які накладається фанера або шпон (або, у разі недорогих меблів, ламінат на основі паперу або пластика).

Меблі, зроблені з фанери і масиву або ж цілком з масиву, також можуть бути суттєвим джерелом формальдегіду. У даному випадку їм стають окислені оздоблювальні (лакофарбові та ін..) матеріали, що містять карбамідоформальдегідну смолу, - особливо протягом перших шести місяців після застосування. Такі оздоблювальні матеріали звичайно застосовуються до підлог з дерева та передпродажної оброблених дерев'яним матеріалами.

.3 Екологічні фактори

Рівні формальдегіду в житловому будинку або іншій будівлі залежать не тільки від потужності і кількості його джерел, але також і від екологічних умов зовні і всередині. Особливо істотні серед них внутрішня температура і відносна вологість. Як правило, в діапазоні 18-30 градусів Цельсія. Зростання температури на кожні 5 градусів призводить приблизно до подвоєння вмісту формальдегіду в повітрі. Відповідно, зниження на 5 градусів викличе 50%-е зниження рівня. Менш суттєвим, але, проте, важливим ефектом володіє вологість. При збільшенні відносної вологості від 30 до 70% можна очікувати приблизно 40%-ого збільшення рівня формальдегіду.

Низька відносна вологість протягом зимового періоду в багатьох будинках - одна з головних причин значно менших рівнів формальдегіду, що реєструються в житлових приміщеннях взимку. Ефект низької вологості особливо важливий у будинках з карбамідофомальдегідною піноізоляцією.

На додаток до низької вологості, більш низькі зимові рівні формальдегіду викликані збільшенням вентиляції, що природно знижує вміст формальдегіду в повітрі приміщень. Збільшення вентиляції пов'язано з більшою різницею температури всередині і зовні і сильнішими струмами повітря. Чим більша різниця температур між внутрішньою та зовнішньою частиною будівлі, тим нижче рівень формальдегіду. Навпаки, менша різниця температур підвищує концентрацію формальдегіду. Такі температурні умови звичайні навесні і восени. Визначення кількості вільного формальдегіду в СП плитах та шляхи його зниження наведено в (Розділі 2).

Максимальні значення концентрація формальдегіду, як правило, досягає при теплих, вологих умовах, особливо в закритих приміщеннях непровітрюваних. Підвищена концентрація може очікуватися в північних районах навесні і восени, якщо в літні місяці приміщення провітрюють, відкриваючи вікна, або ж навесні, влітку та восени, якщо використовуються кондиціонери.

4.4 Заходи щодо використання та зберігання карбамідоформальдегідних в’яжучих

Клеї, а також їх складові компоненти (отверджувачі, розчинники), можуть негативно виливати на слизові оболонки, шкіру, нервову систему і печінку людини. Як наслідок може бути поява дерматиту, гнійного кон'юнктивіту, сильного подразнення слизових оболонок дихальних шляхів, задухи і хрипів у легенях. Тому мають бути передбачені заходи для захисту шкіряних покривів робітників і забезпечена повна чистота повітря виробничих приміщень.

Вміст продуктів, які виділяються з клеїв, обмежується величинами, наведеними у (табл. 4.1).

Шкідливі і небезпечні фактори, що виникають на окремих дільницях виробництва, усувають шляхом виконання вимог, наведених вище, а також вживанням специфічних заходів безпеки і охорони праці.

Робота на складах сировини пов'язана з небезпеками під час переміщення і складування важких вантажів і шкідливістю, зумовленою фізичними навантаженнями і роботою в умовах атмосферних впливів на організм людини.

Таблиця 4.1 Допустимий вміст в різних середовищах деяких продуктів

Основною небезпечною зоною на підприємстві є зона гарячого пресу, тому вона повинна бути обладнана зонтами з механічною витяжкою, для забезпечення видалення шкідливих речовин, що виділяються в процесі склеювання СП плит.

.5 Охорона навколишнього середовища

Питання збереження навколишнього середовища мають величезне міждержавне значення. Будь-яке промислове підприємство повинно організовувати своє виробництво так, щоб викиди стічних вод, відпрацьованих димових газів, випаровувань, різних твердих відходів були мінімальними. Всі можливі джерела забруднення території підприємства і прилеглих земельних ділянок, водоймищ, атмосфери повинні бути ретельно вивчені і класифіковані за ступенем їх екологічної небезпеки. Потім необхідно передбачити ефективні заходи щодо зниження і усунення їх впливу на навколишнє середовище.

Ефективні заходи щодо охорони навколишнього середовища на складі сировини і дільниці підготовки сировини до такі:

-    обладнання бетонованих майданчиків для складування деревини з організацією добре і ефективно діючої системи очищення стічних вод;

-    утилізація всіх деревинних відходів що утворюються під час переробки деревинної сировини;

-    створення безвідходної технології перероблення деревини (починаючи зі складу сировину) із замкненим циклом виробництва.

При цьому необхідно враховувати високу ефективність комбінованої хіміко-механічної технології. Наприклад, відходи від розкроювання сировини доцільно разом з іншими відходами обрізного цеху готових плит, використати у виробництві стружкових плит.

Аналогічні вимоги ставляться до роботи дільниць з приготування смол і клеїв, та до дільниці склеювання СП плит. На цих дільницях потрібно особливо ретельно контролювати викиди стічних вод, які можуть містити в собі токсичні речовини (фенол, формалін, їдкий натрій і ін.). Попадання навіть невеликої кількості цих хімікатів в прилеглі до підприємства водоймища неприпустимі.

ВИСНОВОК

Висунуті та підтверджені уявлення про те, що властивості композиційних матеріалів можуть бути значно покращені, а технологічний процес їх виготовлення інтенсифікований шляхом додавання персульфату амонію до карбамідоформальдегідної смоли.

Зіставлення отриманих властивостей олігомерів і полімерів, показало можливість не знижуючи фізико-механічні властивості СП плит покращити показник екологічності композиційних матеріалів.

Під час випробувань було встановлено, що виготовлення зразків СП плит із 0,2, 0,3, 0,4 масовими частинами, де використовувався запропонований отверджувач задовольнило вимоги поставленні в завданні.

Для видалення відмічених вище недоліків, що пов’язані із виділенням вільного формальдегіду, де спільна прискорена поліконденсація персульфату амонію разом із карбамідофомальдегідною смолою у внутрішньому шарі підтвердила запропонований метод, в результаті чого зменшилася кількість вільного формальдегіду.

Отримані співвідношення були перевірені дворазово, з яких отримані дані для кожного співвідношення смоли та отверджувача. Після проведених досліджень були отримані такі співвідношення:

1.   Смола із отверджувачем - 0.2г;

2.      Смола із отверджувачем - 0.3г;

.        Смола із отверджувачем - 0.4г.

Із даних співвідношень було виготовлено по три зразки плит.

Виготовлені зразки СП плит перевірялись на фізико-механічні властивості, а також визначення вмісту вільного формальдегіду.

Вологість зразків плит виготовлених в УКРНІІМОД відповідала встановленим нормам і не перевищувала їх.

При перевірці зразків СП плит було виявлено, що кожний зразок відповідає вимогам встановлених для СП плит, тобто задовольняють встановленим нормам згідно ГОСТ 10632-89.

При визначенні вмісту вільного формальдегіду, отримані зразки СП плит мали майже в двічі вміст вільного формальдегіду, тому можна стверджувати, що виготовлення плит із новим отверджувачем є виправданим і може використовуватись при виготовленні СП плит.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ЖДЕРЕЛ

1.     Петров Г.С. Кристаллические продукты конденсации мочевины с формальдегидом и их превращение в смолы/ Петров Г.С. -М.: 1988 - 516 с.

2.      Лесникова С.И. Применение смолы КС-68/ Лесникова С.И. -М.: - Плиты и фанера, 1975, №1 -4-5 с.

3.      Богуш В.Д . Способ изготовления малотоксичных древесностружечных плит. / Богуш В.Д., Гловацкий Г.Г., Хоровьева Л.И., Верига С.В. Максименко В.В., Снопков В.Б., Соловьева Т.В.. Хмызов И.А., Янушко Е.В. // Речиц. произв. деревообраб. об-ние. - №4862501/15; Заявл. 11.06.90; Опубл. 07.12.92, Бюл. №45.

.        Терахмунов О.А. Композиции для аминопласта / Терахмунов О.А., Беккерт Л.Г., Потехина Е.С. и др. 391158 (СССР). - Опубл. В 1973. №31.

5.      Гагарина Б.Н. и др. Теплоизоляция на основе карбамидной смолы. - Пластические массы / Гагарина Б.Н. - М.: 1973, №12 - 50 с.

6.      Хотилович П.А Технология древесностружечных плит с использованием карбамидоформальдегидной смолы и модифицированных лигносульфонатов Чиркова В.О., Михин А.В. „Технол. древес. плит и пласт.” Свердловск, 1987, 55-61с.

7.      Ковальчук Л.М. Изучение вопросов образования клееных швов при высокочастотном склеивании / Ковальчук Л.М. - 98 с.

8.      Анохин А.Е. Создание новых нетоксичных плит и их санитарно-гигиенические исследования / Анохин А.Е., Щедро Д.А. - В сб. Науч. ислл. Работы Лесная промышленность - М.: 1974 - 10 с.

9.      Анохин А.Е. Исследование по созданию нетоксичной фанеры на основе синтетических карбамидных клеев / Анохин А.Е. канд. десертация. - М.: 1975 - 281 с.

10.    Азаров В.И. Снижение токсичности ДСП и Фанеры / Азаров В.И - сб. Лесн. пром. 1977, №9 - 10 с.

11.    Азаров В.И. Теоретические предложения модификации карбамидных полимеров / Азаров В.И. - сб. науч. тр. / Московский лесотехнический институт / - М.: МЛТИ 1974 - 66-70 с.

12.    Коврыжных Л.П. Древесностружечные плиты с техническими лыгносульфонатами. / Коврыжных Л.П., Штембах А.П., Садовский И.Ф., Ширнина Т.В., Ростовкина О.К., Огурешков В.С „Технол. древес. плит и пласт.” Свердловск, 1988, 52-56 (рус.)

.        Тембовский В.Н. Прессование ДСП на мочевиноформальдегидной смоле модифицырованой сульфитно-бардяным концентратом «Лиственница» Тембовский В.Н., Романова В.Н. - Красноярск, 1979 - 131-135 с.

14.    Чащин А.М. Производство древесностружечных плит класса Е1 на линиях СП-25 и СП-35/ Чащин А.М., Подозеров А.М., Мурашев А.П., Салтыкова Л.П., Цапук А.К. Деревообраб. пром-сть. - 1991. - №9. - с. 17-18.

15.    Леонов А.А. Пресс-композиция для древесно-стружечных плит / Леонов А.А., Волчанова М.Н., Грунина Н.В., Фаренюк Р.М., Цапук А.К. - Опубл. 12.05.88.

16.    Цветков В.Е. Исследования физико-механических свойств изделий, на основе модифицированных капролактаном карбамидных смол / Цветков В.Е., Азаров В.И., Тришин С.П. - Сб. науч. тр. МЛТИ 1979 вып.116 - 21-23 с.

17.    Артамонов Б. И. Быстроотверждаючаяся карбамидная смола КС-Б40 / Артамонов Б. И., Минаева В.В., Терахмунов О.А. - М.: Деревообрабатывающая промышленность 1979, №7, - 9 с.

18.    Романов Н.Т. Технология древесных пластиков и плит / Романов Н.Т. - М.: Лесн. пром. 1965 - 500 с.

19.    Вирпша З., Амнинопласты Випрша З., Бжерзинский Я. - М.: 1973 - 23 с.

20.    Баженов В.А. технология оборудования производства древесных плит и пластиков/ Карасёв Е.И., Мерсов Е.Д. - М.: Лесн. пром-сть., 1980. - 375 с.

21.    Доронин Ю.Г. Синтетические смолы в деревообработке / Мирошниченко С.Н., Свиткина М. М., 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесн. пром-сть., 1987. - 224 с.

22.    Кардашов А.А. Синтетические клеи. - М.: 1968. - 592 с.

23.    Волынский В.Н. Технология стружечных и волокнистых плит/, Учебное пособие для вузов. - Талин: Дезирата, 2004. - 192 с.;

24.    Волынский В.Н. Технология клееных материалов / Волынский В.Н. (2-е изд.): Уч. Пособие для вузов. - Архангельск : Изд- во АГТУ, 2000.

25.    Шварцман Г. М. Производство древесностружечных плит / Шварцман Г. М. - 4-е изд., перераб, и боп. - М.: Лесн. пром- сть, 1987. -320 с.

26.    Каратаев С.Г. Новый наполнитель для клеев на основе карбамидоформадьднгидных смол / Деревообраб. пром-сть, - 1991, - №7

.        Эльберт А.А. Химическая технология древесностружечных плит/ Эльберт А.А. - М.: Лесн. пром-сть.,1956. - 535 с.

28.    Применение лигносульфонатов для снижения расхода карбамидных смол в производстве древесностружечных плит Эльберт А.А., Штембах А.П., Коврижных Л.П. - Л., 1990. - с. 38-43. -( Исслед. и внедрение нов. технол. процессов и соврем. оборуд. на предприятиях лес., деревообраб. и целлюл. бум. пром-сти: Матер. науч.-техн. семин О-во „Знание” РСФСР. ).

.        Закон України «Про охорону праці» Президент України Л. Кучма - 2002 №229-IV.