авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Улучшение физико-механических свойств фанеры на основе модифицированных нафтолами карбамидоформальдегидных смол

-- [ Страница 1 ] --

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 - и -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 - и -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 (- и -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 - и -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 -нафтола

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

для -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 -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. -нафтола

Т.е., как -, так и -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- -нафтол» -228 Гц.; « Н2О-КФС--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. - и -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
-нафтол -нафтол
Значение pH 6,49 6,52


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.