Декоративные бумажнослоистые пластики на основе аминосмол

Аннотация: В статье рассматриваются вопросы изготовления декоративных бумажнослоистых пластиков на основе меламиноформальдегидных смол. Представлены свойства декоративных бумажнослоистых пластиков на основе пропиточных смол с различным содержанием меламина.

Современные декоративные бумажнослоистые пластики (ДБСП), являясь широко распространенным конструкционно-отделочным материалом, обладают высоким качеством поверхности, широкой гаммой расцветок и рисунков, износостойкостью и ударопрочностью, низкой сорбционной способностью. Они стойки к маслам, жирам, косметическим препаратам, пищевым продуктам, химическим реагентам, влагостойки и устойчивы к термическим воздействиям бытового характера. Однако, применяемые в настоящее время ДБСП на основе фенольных смол имеют ряд недостатков, основным из которых является токсичность, большое время отверждения и окрашиваемость в черный цвет [1-3].С целью устранения данных недостатков в работе было изучены возможности замены фенольных смол на меламиновые.

Для изготовления ДБСП или водостойких древесных плит получают модифицированную смолу. Для этого часть меламина заменяют карбамидом. Модифицирование синтезированных олигомеров проводят на заключительной стадии добавкой модификатора, например триэтаноламина, толуолсульфамида, одноатомных спиртов.

Процесс получения меламиноформальдегидных смол, как правило, состоит из следующих этапов:

1. Загрузка формалина и воды для разбавления до 30 %-й концентрации, при необходимости – присадок.
2. Установка уровня pH 7,8…8,5 добавлением раствора щелочи.
3. Загрузка меламина.
4. Подогрев реакционной смеси до 80…95 °С, после чего начинается процесс гидроксиметилирования меламина.
5. Реакция поликонденсации меламина с различно метилированным меламином; дает линейную и слегка разветвленную меламиноформальдегидную смолу, конденсация завершается при водном числе, равном 6…15.
6. Прерывание конденсации охлаждением; смола содержит в основном ди- и тригидроксиметилмеламины, либо разветвленные, либо линейные, связанные метиленовыми или диметиленэфирными мостиками.
7. Точная установка определенных свойств смолы с модификаторами (присадками).
8. Установка конечного уровня pH и содержания сухих веществ, обычно получают смолу 50 %-й концентрации.

В лабораторных условиях были синтезированы пропиточные смолы с различным содержанием меламина и катализатора, физико-механические свойства которых представлены в табл. 1.

Таблица 1

Основные свойства пропиточных смол

Наименование показателя	Значения для смол марок
	СП-200	СП-300
Плотность, г/мл	1,21	1,21
Вязкость по ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, с	14	15
Пенетрация, с	3	3,5
рН	9,7	9,8
Водное число	1,8	2,04
Показатель преломления	1,459	1,456
Время желатинизации, с	64	65
Содержание сухого остатка, %	53	54
Содержание свободного формальдегида,  %	0,36	0,21

Технология производства слоистых пластиков предусматривает пропитку специальных видов пропиточных бумаг связующими, в качестве которых используют аминоформальдегидные и фенолоформальдегидные смолы. Пропитка производится в специальных пропиточных линиях, управляемых электронными компьютерными системами. В этих линиях предусмотрены сушка, нарезка бумаги на заданный размер или намотка в рулоны. В результате этих процессов получается пропитанная и высушенная бумага, пригодная для прессования.

Структура лицевой поверхности пластика может быть любой – по желанию заказчика. Она образуется с помощью текстурированных лент или специальных текстурированных бумаг, имитирующих структуру различных пород древесины, натурального камня, матового или глянцевого блеска, кристалла, жемчуга и т. п.

Нелицевая сторона пластика может быть шероховатой или гладкой также в зависимости от требований заказчика. Тонкий слоистый пластик (ТСП) используют для горизонтальных и вертикальных поверхностей, для отделки фасадов, для рабочих поверхностей столешниц, подоконных досок, облицовки дверей, офисной мебели, строительной отделки помещений. Применение специальных покрывных бумаг позволяет изготовлять высокоустойчивые к истиранию слоистые пластики, которые применяют и для покрытия полов. Стойкость к истиранию может составлять более 15 тыс. оборотов.

Пропитка крафт-бумаги осуществлялась пропиточным составом, содержащим 100 масс. ч. смолы, 0,15 масс. ч. отвердителя (20 %-го раствора хлористого аммония), 10 масс. ч. пластификатора. Скорость пропитки составляла 50 м/мин, температура сушки бумажно-смоляной пленки – 110…140 °С.

Анализ свойств бумажно-смоляной пленки показал, что содержание летучих веществ в ней составляет 5…6 %, содержание смолы – 32…34 %.

Набор пакета – весьма трудоемкий процесс, так как его производят вручную.

Пакеты-заготовки представляют собой комплекты уложенных в определенной последовательности листов пропитанной бумаги, нарезанной на формат. Количественный состав пакета зависит от необходимой толщины пластика и массы исходной бумаги.

Для получения образцов декоративного бумажнослоистого пластика толщиной 4 мм набирался пакет из семнадцати слоев пропитанной крафт-бумаги плюс два наружных слоя декоративной бумажно-смоляной пленки.

При прессовании пропитанных бумаг под воздействием высокой температуры и давления смола расплавляется, растекается, заполняет поры между волокнами бумаги, склеивает листы бумаги между собой и отверждается, образуя монолитные листы. При этом аминоформальдегидная смола образует на поверхности листов прозрачную пленку.

Температура в процессе прессования – величина переменная. После загрузки материала в пресс происходит смыкание плит пресса, затем, по достижении нужного давления, их нагрев до температуры прессования, выдержка материала при этой температуре и охлаждение готового изделия. Температура, при которой происходит прессование, прежде всего зависит от типа связующего. Для меламиноформальдегидных – 145…150 ºС. От температуры прессования зависят продолжительность выдержки и необходимое давление.

Прессование образцов осуществлялось при температуре 140 °С и удельном давлении 8 МПа.

Физико-механические свойства полученных пластиков в сравнении с предъявляемыми требованиями [4] представлены в табл. 2.

Таблица 2

Свойства декоративного бумажнослоистого пластика

Наименование показателя	Норма показателя	Значения показателей для пластиков на основе смол СП-200/СП-300
Гидротермическая стойкость лицевой поверхности	Не должно быть трещин, вздутий, расслоения, потери блеска	нет/нет
Термическая стойкость лицевой поверхности при 180 °С	Не должно быть изменений поверхности и цвета, за исключением незначительной потери блеска	нет/нет
Стойкость к загрязнению веществами бытового и хозяйственного назначения	Не должно быть изменения внешнего вида лицевой поверхности	нет/нет
Стойкость к кипячению в воде: - увеличение массы, % - увеличение толщины, % - изменение внешнего вида	Не более 6,0 Не более 6,0 Не должно быть вздутий и расслоений заметных невооруженным глазом	1,0/1,0 0,2/0,2 микрорасслоения / микрорасслоений нет
Водопоглощение: - увеличение массы, % - увеличение  толщины, % - изменение внешнего вида	Не более 6,0 Не более 5,0 Не должно быть вздутий и расслоений заметных невооруженным глазом	3,1/0,7 0,1/0,6 нет/нет
Стабильность линейных размеров, %	Не более 0,4	около 0
Твердость декоративного покрытия, Н	Не менее 2,0	3,5/5,0
Стойкость к истиранию: - количество оборотов, необходимое для истирания декоративного слоя - скорость износа,  мг/100 оборотов	Не менее 300 Не более 80	290/370 89,1/89,1
Ударная прочность поверхности	Не должно быть трещин и расслоения лицевой поверхности в местах падения шарика. Диаметр отпечатка не более 9 мм	трещин и расслоения лицевой поверхности не наблюдается 7,3/7,3
Разрушающее усилие при изгибе, МПа	Не менее 117,6	129,2/137

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что декоративные бумажнослоистые пластики на основе меламиноформальдегидных смол обладают повышенными физико-механическими характеристиками, их изготовление является экономически выгодным и более безопасным для окружающей среды. Полученный пластик по своим характеристикам соответствует нормативно-техническим требованиям, в настоящее время проводится работа по серийному освоению данной продукции.

Список литературы 

1. Плоткин Л. Г. Технология и оборудование пропитки бумаги полимерами. – М. : Лесная промышленность, 1975. – 144 с.
2. Бараш Л. И. Слоистые пластики, декоративные поверхности. – СПб. : Химиздат, 2007. – 256 с.
3. Бараш Л. И. Современное производство декоративных слоистых пластиков. – СПб. : Химиздат, 2004. – 200 с.
4. ГОСТ 9590-76. Пластик бумажнослоистый декоративный. – М. : Изд-во стандартов, 1985. – 18 с.
5. Азаров В. И., Цветков В. Е. Технология связующих и полимерных материалов. Учебное пособие для вузов. – М. : Лесная пром-ть. – 1985. – 216 с.
6. Никитин А. А., Карасев Е. И. Свойства пропиточных олигомеров. / Науч.тр. / Моск. Лесотех.ин-т. – 1989. – Вып. 215. – С. 53–56.
7. Цветков В. Е., Пасько Ю. В., Кремнев К. В., Мачнева О. П. Полимеры в производстве древесных материалов. – М. : ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. – 55 с.
8. Плоткин Л. Г. Производство и применение декоративных бумажнослоистых пластиков. – Д. : Машиностроение, 1975. – С. 67–70.
9. Вирпша 3., Бжезиньский Я. Аминопласты. – М. : Химия, 1972. – 206 с.
10. Доронин Ю. Г., Свиткин М. М., Мирошниченко С. Н. Синтетические смолы в деревообработке. – М. : Лесн. пром-сть, 1979. – 408 с. 

Материал поступил в редакцию 26.01.2017
© Цветков В. Е., Тесовский А. А., 2017