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:     | 1 || 3 |

Совершенствование технологии производства древесностружечных плит на основе модифицированных связующих с использованием некондиционной древесины

-- [ Страница 2 ] --

Согласно представленных результатов исследования, увеличение содержания некондиционного сырья в общей массе сырья приводит к увеличению кислотности последнего (табл. 1), что может привести к преждевременному отверждению связующего особенно в поверхностных слоях ковра древесностружечных плит, подвергающихся наиболее интенсивному прогреву в процессе прессования, и, таким образом, - к снижению прочностных характеристик и сортности готовых плит. На основании изложенного, принято решение использовать некондиционное сырье только в составе композиции внутреннего слоя.

Для сравнения химического состава, наличия и количества реакционноспособных функциональных групп был проведен анализ ИК-спектров здоровой древесины и древесины некондиционного сырья (рис.1).

а) б)

Рисунок 1 – ИК-спектр древесины: некондиционного сырья (а) здорового сырья (б).

Сравнивая спектры некондиционного сырья и здоровой древесины, можно отметить, что они мало отличаются друг от друга. Отличие спектров состоит в наличии в древесине некондиционного сырья соединений кислого характера (колебания сульфогруппы S=O в сульфокислотах R-SO3Н, предельных и непредельных сульфоокисях, что свидетельствует о повышенной кислотности исходного сырья)и отсутствии одной полосы колебаний, соответствующей функциональным группам целлюлозы, что определяет несколько меньшую молекулярную массу представленного полимера целлюлозы и гемицеллюлоз.

Зависимость физико-механических характеристик древесностружечных плит от содержания некондиционного сырья в составе пресскомпозиции представлена на рис.2

Анализ представленных на рис.2 зависимостей позволяет сделать заключение о том, что качественные характеристики древесностружечных плит при добавлении в состав пресскомпозиции стружки из некондиционного сырья до 20% снижаются незначительно – прочность при изгибе - на 5-7%, прочность при растяжении перпендикулярно к пласти плиты и разбухание по толщине за 24 ч – на 9-11%, а при большем ее добавлении – до 20 и 30-35% соответственно, но при этом полностью соответствуют требованиям стандартов.

Различают три стадии развития гнили: первую, когда изменяется только цвет древесины: вторую, когда древесина частично изменяет структуру и твердость; третью, когда древесина полностью утрачивает твердость и прочность. Ультрафиолетовое излучение совместно с водой,

а) б)

Рисунок 2 – Зависимость физических (разбухание по толщине за 24 ч. (а)) и механических (б) (пределов прочности при изгибе (1) и растяжении перпендикулярно к пласти плиты (2)) характеристик древесностружечных плит от содержания некондиционного сырья в составе пресскомпозиции

температурой, кислородом и другими внешними воздействиями (грибки, соединения серы) способны привести к окислению древесины и дальнейшему ее постепенному разрушению. Причиной разрушения клеточных стенок грибами является процесс гидролиза целлюлозы, объем клеточных стенок при этом изменяется, в клеточных стенках появляются многочисленные продольные и поперечные трещины, в гемицеллюлозах уменьшается количество легкогидролизуемых веществ, которые переходят в лигнины. Как известно грибы, поражающие древесину, наиболее интенсивно развиваются в слабо кислой среде. Учитывая то, что рН некондиционной древесины составил 5,54 (табл.1), данные спектрального анализа, а также то, что физико-механические показатели древесностружечных плит ухудшаются при изготовлении их с использованием некондиционного сырья, можно констатировать наличие дереворазрушающих грибов в древесине определенного рода и стадию некондиции отнести ко второй.

Нахождение древесины длительное время на открытом воздухе под действием кислорода, солнечных лучей, способствует, таким образом, появлению в ее структуре кислот, которые инициируют прохождение медленного гидролиза гемицеллюлоз и аморфной части макромолекулы целлюлозы из-за отсутствия трехмерного порядка в этой ее части с образованием целлодекстринов и олигосахаридов, а, следовательно, несколько уменьшается молекулярная масса полимера.

В связи с изложенным, а также из теоретических предпосылок принято решение компенсировать отрицательное влияние морфологических характеристик, повышенной кислотности стружки, полученной из некондиционного сырья, на качественные показатели ДСтП, для чего предлагается создать оптимальную сырьевую и клеевую композиции плит с использованием модифицированного связующего и заменой части кондиционной щепы на стружку-отход от оцилиндровки круглых сортиментов, что даст дополнительный экономический эффект.

Отходы от оцилиндровки круглых сортиментов представляют собой стружку лепесткового вида из натуральной здоровой древесины, в основном, заболонной части ствола. Выбор стружки-отхода вызван также возможностью дополнительного вовлечения некондиционного сырья из здоровой древесины в производство древесностружечных плит.

Влияние стружки-отхода на качественные показатели ДСтП исследовалось по режимам технологического регламента, используемого на производстве. Результаты экспериментов представлены на рис. 3.

а) б)

Рисунок 3 – Зависимость физических (разбухания по толщине за 24 ч (а)) и механических (пределов прочности при изгибе (б) и растяжении перпендикулярно к пласти плиты (б)) показателей древесностружечных плит от содержания стружки-отхода от оцилиндровки круглых сортиментов в пресскомпозиции ДСтП

Анализ представленных на рис. 3 зависимостей позволяет сделать заключение о том, что увеличение содержания стружки-отхода в общей пресскопозиции приводит к небольшому снижению прочности древесностружечных плит при изгибе на 4-6%, но при этом положительно влияет на прочность при растяжении перпендикулярно к пласти плиты и разбухание по толщине за 24 ч (при количестве ее введения до 30%). Эти выводы хорошо согласуются с результатами, полученными Шварцманом Г.М, Щедро Д.А. Объясняется это тем, что «неплоская (закругленная) стружка-отход от оцилиндровки частично располагается не в плоскости плиты, а под углом. В результате этого, сопротивление растяжению плит перпендикулярно пласти оказывают не только клеевые швы, но и волокна древесины».

Прочность ДСтП при растяжении перпендикулярно к пласти плиты и разбухание ее по толщине за 24 ч. определяются, большей частью, характеристиками стружечно-клеевой композиции внутреннего слоя, что дает основание выдвинуть предположение о возможности некоторой компенсации отрицательного влияния некондиционного сырья в составе внутреннего слоя на качественные показатели ДСтП введением стружки из здоровой древесины (стружки-отхода от оцилиндровки круглых сортиментов).

Осуществить задачу нейтрализации кислотности некондиционного сырья нами предложено созданием новой клеевой композиции внутреннего слоя, включающей помимо стандартных компонентов парафиновую эмульсию, модифицированную буроугольным воском, выбор которого обоснован его химическим составом (является эфиром одноосновных насыщенных карбоновых кислот нормального строения и спиртов), наличием реакционноспособных функциональных групп (алифатических и фенольных гидроксилов, карбоксилов), а также химическими и поверхностно-активными свойствами. Кроме того, известно, что парафин хорошо сплавляется с буроугольным воском при температуре 100-1100С, а модельные соединения на основе сплавления парафина и воска обладают в 1,5-2,0 раза большей прочностью, чем соединения на основе сплавления парафина со стеарином.

ИК-спектр буроугольного воска представлен на рис. 4.

Рисунок 4 – ИК-спектр буроугольного воска

В спектре буроугольного воска были обнаружены карбонильные группы, присущие сложным предельным алифатическим эфирам и карбоновым кислотам, а также гидроксильные группы фенольного происхождения. Наличие этих групп в воске, а, соответственно, в эмульсии, дает нам основание предполагать возможность создания химических связей эмульсии со связующим, а также с функциональными

группами древесного вещества, что будет способствовать улучшению качественных показателей готовых плит.

В этой же главе приведены результаты поисковых исследований влияния модификатора на свойства парафиновой эмульсии.

Рисунок 5 – Зависимость физико-технологических характеристик эмульсии от содержания в ней буроугольного воска: 1-вязкости условной по ВЗ-246, с.; 2 - рН, ед.

Согласно зависимостям, представленным на рис.5, вязкость эмульсии с заменой части парафина буроугольным воском сначала уменьшается (до 11 сек.) до соотношения парафин/воск: 60/40, а затем стабилизируется на одном уровне. Следовательно, модификация буроугольным воском способствует стабилизации вязкости эмульсий, что достигается, как правило, введением компонентов, обладающих поверхностно-активными свойствами. рН эмульсии с добавлением буроугольного воска монотонно снижается. Однако, для нейтрализации влияния кислотности некондиционного сырья, рН эмульсии не должен быть менее 7 ед. Поэтому с целью предотвращения резкого уменьшения рН связующего, принято решение изготавливать эмульсию в соотношении парафин/воск: 60/40.

ИК-спектры карбамидоформальдегидной смолы, модифицированной парафино-буроугольной эмульсией в сравнении со спектром чистой карбамидоформальдегидной смолы представлены на рис. 6.

а) б)

Рисунок 6 - ИК-спектры карбамидоформальдегидной смолы

а) – модифицированной парафино-буроугольной эмульсией; б) – чистой.

Сравнивая спектры можно увидеть, что количество алифатических гидроксилов в модифицированной эмульсией карбамидоформальдегидной смоле увеличилось, чем по сравнению со спектром чистой КФС, а также появились новые метиленовые связи в молекуле связующего. Наличие новых функциональных групп (алифатических гидроксилов) и метиленовых связей в молекуле карбамидоформальдегидного связующего дало нам основание предполагать о возможном увеличении когезионной

прочности связующего и адгезионной прочности на границе связующее-древесина, что, в свою очередь, позволяет сделать предположение о том, что это приведет к некоторому увеличению прочностных показателей готовых плит. Таким образом, принимая характеристики водоотталкивающего элемента, буроугольный воск может в данном случае считаться модификатором карбамидоформальдегидных смол.

Результаты поисковых исследований влияния характеристик эмульсии на качественные показатели древесностружечных плит представлены на рис.7

а) б)

Рисунок 7 – Зависимость физических (а) (влажность (1), разбухание по толщине за 24 ч (2)) и механических (б) (пределов прочности при изгибе (1), при растяжении перендикулярно к пласти плиты (2))

показателей древесностружечных плит от содержания эмульсии в связующем внутреннего слоя

Анализ представленных на рис. 7 зависимостей позволяет сделать заключение, что увеличение содержания эмульсии во внутреннем слое до 5-7 м.ч. приводит к возрастанию влажности плит, что, обуславливает повышение пластичности древесного вещества. Наличие в макромолекулах эмульсии карбоксильных групп улучшает адгезионное взаимодействие клеевой композиции с компонентами древесины. Увеличение поперечных связей в модифицированном связующем дает нам основание для предположения о возможном повышении когезионной прочности связующего, что подтверждается прочностными характеристиками готовых плит.

Выдвинутые теоретические предположения и результаты поисковых экспериментальных исследований дают основание для использования парафино-буроугольной эмульсии в составе связующего внутреннего слоя для нейтрализации кислотности некондиционного сырья. Однако, требуется проведение дополнительных экспериментальных исследований по разработке режимов производства плит, соответствующих по качеству требованиям стандартов.

В третьей главе изложены методики проведения экспериментальных исследований, представлены характеристики применяемых веществ и материалов, методов и средств измерения, применяемого оборудования и приборов, расчетные формулы и уравнения. Физико-химические свойства карбамидоформальдегидных смол и клеев на их основе такие как: водородный показатель рН, время желатинизации при 100°С, условная вязкость (по ВЗ - 246) определялись по методикам, приведенным в ТУ 2221-870-55778270-2009 «Смолы карбамидоформальдегидные для материалов на основе древесины марки «Карбона». Технические условия», испытания древесностружечных плит с целью определения их физико-механических показателей осуществляли в соответствии с действующим ГОСТ 10632-2007 «Плиты древесностружечные. Технические условия». Спектральное ИК-исследование проводилось в соответствии с инструкцией к прибору с Фурье-преобразованием модели IRPrestige-21 производства SHIMADZU (Япония)

Результаты экспериментальных исследований обрабатывали методами математической статистики.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований по определению возможности использования некондиционного сырья в производстве древесностружечных плит.

На лабораторном прессе изготавливались плиты с размерами 300x400x17,5 мм, для испытаний использовалась только средняя часть образца. Плиты изготовливались при расходе связующего 12-14% к массе стружки по сухому веществу для различных слоев. Порода древесины: 100% сосна. Продолжительность прессования варьировалась от 0,23 до 0,29 мин./мм. Температуру плит пресса варьировали на уровнях: 180, 190, 2000С.

На рис. 8 представлены зависимости физико-механических характеристик древесностружечных плит, изготовленных на модифицированном связующем от продолжительности прессования с использованием кондиционной древесины при варьировании температуры от 180 до 2000С.

Согласно анализа полученных зависимостей максимальная прочность ДСтП при растяжени перпендикулярно к пласти плиты достигается при температуре прессования 1800С за 4,5-4,75 мин., при 1900С - за 4,25-4,5 мин., при 2000С – за 4,0-4,25 мин. Такая же тенденция наблюдается и для параметра разбухание по толщине за 24 ч. Для прочности ДСтП при изгибе эта тенденция слабо выражена.

а) б)

в)

Рисунок 8 – Зависимость пределов прочности ДСтП при изгибе (а) и растяжении перпендикулярно к пласти плиты (б), разбухания по толщине за 24 ч (в) от продолжительности прессования при различной температуре плит пресса: 1 – 1800С, 2 – 1900С, 3 – 2000С.

Продолжительность прессования при стандартном сырьевом составе и стандартной композиции связующего составляет 0,27 мин/мм. При изготовлении ДСтП на модифицированном связующем требуемая прочность плит достигается при продолжительности прессования на 0,02-0,03 мин/мм меньше и составляет 0,24-0,25 мин/мм. Объясняется это повышением реакционной способности связующего и образованием новых функциональных групп, что в конечном итоге обеспечивает ускорение процесса отверждения и рост прочности. Т.е. взаимодействие функциональных групп связующего и древесины и между собой, процесс

сшивания полимера с одновременным ростом макромолекулы и образованием трехмерной сетки протекает несколько быстрее. Это говорит о большей разветвленности цепей и достаточном количестве поперечных связей между реакционноспособными группами модифицированного связующего с древесным веществом и друг с другом, образующихся еще до процесса прессования.

В этой главе приведены также результаты многофакторного эксперимента по исследованию влияния основных технологических параметров и составов стружечно-клеевых композиций на качественные показатели древесностружечных плит.

Для разработки математической модели процесса с количественными факторами, проверки ее адекватности и для оценки влияния на процесс каждого варьируемого фактора, использован регрессионный анализ.

В качестве выходных величин были приняты качественные показатели готовой продукции:

- предел прочности ДСтП при изгибе (), МПа;

- предел прочности ДСтП при растяжении перпендикулярно к пласти плиты (), МПа;

- разбухание ДСтП по толщине за 24 ч. (t), %.

Интервалы и уровни варьирования параметров отражены в таблице 2

Таблица 2 - Переменные факторы и уровни их варьирования

Наименование фактора Код. обозн-е Ниж. уровень Основ. уровень Верх. уровень Интерв. варьирования
1 2 3 4 5 6
Состав стружечной композиции внутреннего слоя ДСтП: стружка из некондиционного сырья/стружка-отход от оцилиндровки /стружка из щепы марки ПС, %/%/% 5/35/60 20/20/ 60 35/5/60 15/15/60
Содержание парафино-буроугольной эмульсии в связующем внутреннего слоя, изготовленной при соотношении компонентов 60/40, м.ч. 3 6 9 3
Продолжительность прессования,, мин 4 4,5 5 0,5


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 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.