Исследование влияния антисептической добавки на физико-механические свойства композиционных материалов
Авторы: Пасько Юлия Вячеславовна, Армизонова Марина Андреевна, Юрочкин Никита Антонович, Карева Екатерина Игоревна
.Рубрика: Технические науки
Страницы: 75-79
Объём: 0,28
Опубликовано в: «Наука без границ» № 6 (23), июнь 2018
Библиографическое описание: Исследование влияния антисептической добавки на физико-механические свойства композиционных материалов /Ю. В. Пасько, М. А. Армизонова, Н. А. Юрочкин, Е. И. Карева // Наука без границ. 2018. № 6 (23). С. 75-79.
Аннотация: В работе проведено исследование влияния антисептической добавки на физико-механические свойства композиционных материалов (древесностружечных плит (ДСтП), фанеры) на основе модифицированной смолы КФК-СФ.
При эксплуатации композиционных материалов на основе древесины, таких как древесностружечные плиты (ДСтП), фанеры и клееной древесины, они подвергаются негативному воздействию окружающей среды и различных микроорганизмов, в том числе грибов.
Древесина для поселяющихся на ней организмов является источником питательных веществ и местом существования. Развитие процесса гниения начинается в древесине с влагосодержанием не ниже 18…20 % в присутствии воздуха и при положительной температуре в интервале от 5 до 45 °С. Но и сухая древесина так же подвержена воздействию дереворазрушающих грибов и насекомых.
Увлажнение композиционных материалов и конструкций из них может происходить как снизу из почвы, так и сверху из-за неисправной кровли, неисправности водопроводных, отопительных и канализационных коммуникаций. От проникновения спор грибов в жилища и другие помещения не спасают даже современные способы жизнеобеспечения, такие как вентиляция и кондиционирование воздуха, поэтому необходимо использовать строительные материалы, устойчивые к биоповреждению.
Продукты жизнедеятельности микробов изменяют среду в материалах, приводя к изменению их прочностных характеристик. Таким образом, в современном жилище могут концентрироваться непосредственно почвенные микроорганизмы (грибы, бактерии, водоросли) и микробы городской пыли. Следовательно, жилище, вместо защиты человека, может стать аккумулятором возбудителей инфекционных заболеваний, а значит и причиной их возникновения [1].
Поэтому возникает вопрос о решении применения биостойких композиционных материалов, чтобы предотвратить воздействие микроорганизмов.
Для решения описанных проблем предлагается ввести антисептическую добавку в смолу КФК-СФ в ходе синтеза и использовать ее в качестве связующего для производства древесно-стружечных плит. Это позволит нам равномерно распределить концентрацию антисептика на весь объем материала. Также использовалась модифицированная смола для производства фанеры и клееного бруса.
В качестве основы для связующего и клеевых композиций была выбрана карбамидоформальдегидная смола марки КФК-СФ, которая является продуктом поликонденсации карбамида с формальдегидом в присутствии щелочного катализатора [4]. Мы предлагаем добавить в нее антисептик тетраборат натрия, который используется при музеефикации сооружений из древесины, пораженной множеством микроорганизмов, способствующих ее разрушению. Основной задачей использования буры при производстве древесно-стружечных плит является защита древесины от гниения [2].
При загрузке компонентов в ходе синтеза смолы так же были введены отходы спиртового производства в количестве 30 мас. %, в качестве модификатора [3]. Перед началом кислой стадии синтеза вместе с дополнительной порцией карбамида ввели 1 мас. % тетрабората натрия.
Рецептура смолы представлена в табл. 1.
Таблица 1
Рецептура смолы КФК-СФ с тетраборатом натрия
Компонент |
Количество, г. |
КФК-СФ с добавкой |
|
Карбамидоформальдегидный концентрат |
230 |
Вода |
86 |
Основная порция карбамида |
80 |
Дополнительная порция карбамида |
82,4 |
Модификатор |
6 |
Тетраборат натрия |
4,8 |
В ходе исследование было отмечено, что для отверждения карбамидоформальдегидной смолы без добавки требуется 1 % хлористого аммония, в то время как для модифицированной необходимо увеличить до 3 % (по массе). Стоит отметить, что дальнейшее увеличение расхода отвердителя не приводит к сокращению времени желатинизации.
В результате исследования были получены характеристики, которые позволяют нам подтвердить соответствие смолы и ее технологических параметров для производства древесно-стружечных плит [3]. Сравнение свойств полученных смол представлены в табл. 2.
Таблица 2
Сравнение свойств полученных смол
Показатели |
Ед. изм. |
Значение показателей |
|
КФК-15 |
КФК-СФ с добавкой |
||
Внешний вид |
- |
однородная суспензия от белого до светло-желтого цвета без посторонних включений |
|
Массовая доля сухого остатка |
% |
62 |
58 |
Условная вязкость при 20°C по ВЗ-4 |
с |
27,3 |
30 |
Концентрация водородных ионов |
рН |
7,5…8 |
8,5…9 |
Время желатинизации при 100°C |
с |
74 |
75 |
Показатель преломления |
- |
1,469 |
1,456 |
Плотность |
г/см3 |
1,28 |
1,27 |
Для исследования влияния антисептической добавки на физико-механические свойства плиты были изготовлены образцы плит, с антисептиком и без, размерами 300×130×16 мм.
Режимы прессования составляли: время прессования – 380 с, температура греющих плит пресса – 190 °C. Результаты физико-механических испытаний ДСтП представлены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты физико-механических испытаний ДСтП
Показатель |
Ед. изм. |
Значения показателя |
|
ДСтП |
ДСтП-б |
||
Плотность |
кг/м3 |
800 |
|
Предел прочности при изгибе |
МПа |
13,74 |
17,37 |
Предел прочности при растяжении перпендикулярно к пласти |
МПа |
0,28 |
0,52 |
Разбухание по толщине |
% |
43,67 |
51,59 |
Водопоглощение |
% |
83,43 |
79,38 |
Кол-во формальдегида |
мг/100 г |
2,33 |
5,42 |
Как видно из испытаний, прочностные характеристики плит с добавкой улучшились, количество формальдегида осталось в пределах нормы и соответствует классу эмиссии формальдегида Е-1.
Самым важным пунктом при использовании фанеры в мебельном производстве или строительстве являются антисептические свойства фанеры. Фанера нуждается в защите от внешних факторов и воздействий. Это необходимо для того, чтобы продлить срок службы фанеры.
Самые распространённые способы обработки фанеры от гнили и влаги – покрытие фанеры лаками, красками, олифой или стеклотканями.
В этой статье предложено применять антисептическую добавку в смоле, используемую в качестве клея, и проанализированы показатель физико–механических свойств фанеры.
Для достижения поставленных целей были поставлены следующие задачи:
- исследовать новую смолу КФК–СФ, модифицированную отходами спиртового производства, в которую был введен тетраборат натрия в качестве антисептика;
- изучить влияние новой смолы на процесс изготовления фанеры, физико–механические свойства фанеры и гигиенические свойства фанеры.
Для склеивания фанеры используется горячий гидравлический пресс. Давление пресования 2…3 МПа и температуре прессования 130 ⁰С на 4 минуты. После прессования остужаем фанеру и приступаем к испытаниям.
Обработка результатов испытаний на скалывание. ГОСТ 9624–93 «Древесина слоистая клееная. Метод определения предела прочности при скалывании»
Данные по испытанию фанеры представлены в табл. 4.
Таблица 4
Результаты на скалывание фанеры
Образец |
Pmax, Н |
B, мм |
L, мм |
τ, МПа |
τ по ГОСТу, МПа |
Ф3 |
60 |
15 |
25 |
1,57 |
1,5 |
Ф4 |
70 |
15 |
25 |
1,83 |
1,5 |
ФМ3 |
70 |
15 |
25 |
1,83 |
1,5 |
ФМ4 |
80 |
15 |
25 |
2,1 |
1,5 |
Разрыв фанеры по древесине, клеевой шов не затронут.
Сравнив результаты, можно сказать, что показатель предела прочности фанеры с добавление антисептика не уступает показателю предела прочности фанеры без добавления антисептика.
Одним из самых существенных показателей фанерной продукции является класс эмиссии свободного формальдегида. Для того, чтобы отнести фанеру к классу эмиссии Е1 или Е2, необходимо определить содержание формальдегида в продукции. ГОСТ 27678 – 88 с 01.07.90 г. распространяется не только на фанеру, но и на ДСтП.
По расчётным данным среднее значение показателя выделения свободного формальдегида составляет 6,5, что соответствует классу эмиссии свободного формальдегида Е1.
На основании результатов испытаний композиционных материалов на основе модифицированной смоле КФК-СФ с антисептической добавкой, тетраборатом натрия, можно сделать вывод, что прочностные характеристики с добавкой повысились, по сравнению со значениями ГОСТа, количество формальдегида осталось в пределах нормы и соответствует классу эмиссии формальдегида – Е-1.
Список литературы
- Токач Ю. Е., Рубанов Ю. К., Василенко М.И., Гончарова Е. Н. К решению вопроса о создании строительных композиционных материалов с высокой активной защитой от микробиологического воздействия.
- Никитин М. К., Мельникова Е. П. Химия в реставрации. Справочное пособие. Л., 1990 г.
- Пасько Ю. В., Екимов В. О., Щеглов М. А. Исследование физико-механических свойств композиционных материалов на основе КФК-СФ. Июнь, 2017. Красноярск: 2017. С. 152-153.
- Пасько Ю. В., Цветков В. Е., Романова М. С. Исследование технологических свойств КФК-СФ // Наука без границ. 2017. № 12 (17). С. 46-49.
- Пасько Ю. В. Древесностружечные плиты на основе карбамидоформальдегидных смол, модифицированных смесью одноатомных спиртов: дис. … канд. техн. наук, Москва. 2003. 164 с.
Материал поступил в редакцию 17.06.2018
© Пасько Ю. В., Армизонова М. А., Юрочкин Н. А., Карева Е. И., 2018