СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕЗАЩИЩЕННЫХ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ Российский патент 2002 года по МПК B27N3/02 C08L97/02 C09K21/14 C08L97/02 C08L61/24 

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и касается технологии изготовления композиционных древесных материалов.

Известен способ изготовления огнезащищенных древесностружечных плит (ОДСтП), по которому в процессе производства на поверхности плиты создается защитный слой [Леонович А.А. Теория и практика изготовления огнезащищенных древесных плит. Л. , Изд-во Ленинградского ун-та, 1978, с.157]. В качестве огнезащитного средства для создания покрытия используют вермикулит, который смешивают с карбамидоформальдегидной смолой (КФС) и послойно формируют ковер с таким расчетом, чтобы толщина покрытия составляла 2-6 мм. Отрицательными сторонами способа является укрывистость древесной поверхности вермикулитом, невозможность калибровки и шлифования плит.

По другому способу ОДСтП получают, смешивая осмоленные древесные частицы с порошкообразным антипиреном [патент РФ 2028338, кл. С 08 L 97/02, 1995]. В качестве антипирена используют модифицированный фосфогипс, который вводят в количестве 5-20% от абс. сух. древесины. Недостатком является неравномерное распределение антипирена по объему плиты, а также потери сыпучей массы при транспортировке стружечно-клеевой смеси.

Известен также способ изготовления ОДСтП, основанный на совместном введении водного раствора антипирена с карбамидоформальдегидным связующим [Йосифов Н., Вълчева Л., Танев С. Състав за получаване на огнстойчиви плочи от древна частиц// Дървообрабатваша и мебельна промышленост, 1990, 1, с. 28-30] . В качестве антипирена используют водный раствор гидроортофосфата аммония в количестве 10% от массы древесных частиц по сухому веществу. Недостатком способа является снижение физико-механическим свойств и повышение влажности стружечно-клеевой смеси, что может привести к расслоению плиты.

Известен способ получения трудногорючих ДСтП и ДВП на основе амино- или фенолоформальдегидных смол, где в качестве антипирена используются полифосфаты аммония и фосфат магния [патент РФ 2148600, кл. С 08 L 97/02, 10.05.2000] . Применение данного полифосфата аммония снижает прочность и водостойкость плит, что обусловлено выделением аммиака в процессе горячего прессования. С целью улучшения условий отверждения и повышения прочности плит по данному патенту предусматривается частичная замена полифосфата аммония на фосфат магния, что обеспечивает сокращение негативного действия выделяющегося аммиака. Однако фосфат магния практически не растворим [Горюновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. - 5-е изд., испр. и доп. - Киев: Наукова думка, 1987, с.148-149] и по этой причине обладает низким огнезащитным действием, поскольку не является кислотообразователем в условиях возгорания древесины. Кроме того, использование суспензии фосфата магния в растворе полифосфата аммония связано с технологическими сложностями из-за неустойчивости композиции. Предлагаемая пресс-композиция требует операции сушки частиц после нанесения всех композитов, в том числе и связующего. Последнее ухудшает адгезионное взаимодействие связующего с древесными частицами и требует прессования высокоплотного материала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления ОДСтП, по которому водный раствор антипирена наносят на сырые древесные частицы перед операцией сушки древесных частиц (прототип). В качестве антипирена используют состав ФМД, который представляет собой водный раствор фосфорной кислоты, нейтрализованный карбамидом и дициандиамидом до рН 4,0-4,5 [а. с. СССР 346145, кл. В 27 N 9/02, 1972]. Водный раствор антипирена 25%-ной концентрации наносят на измельченные древесные частицы в количестве 15% от абс. сух. вещества. Модифицированные древесные частицы направляют на сушку и термообработку, которую проводят в одной установке. Термообработка предназначена для перевода антипирена в водонерастворимое состояние. На сухие древесные частицы наносят карбамидоформальдегидное связующее. Дальнейшая технология изготовления ОДСтП не имеет каких-либо отличий от общепринятой технологии изготовления древесностружечных плит плоского прессования. Прессование проводят при температуре 180^oС, давлении прессования 1,8-2,0 МПа в течение 10 мин. Плиты имеют следующие физико-механические показатели:
Плотность, кг/м³ - 510
Прочность при изгибе, МПа - 8
Прочность при растяжении перпендикулярно пласти плиты, МПа - 0,23
Разбухание по толщине, % - 37,1
Используемый в данном способе антипирен ФМД разлагается с выделением аммиака в процессе прессования под действием воды и температуры. Данный огнезащитный состав имеет высокое соотношение рабочих элементов азота и фосфора (N/Р), равное 12, которое обуславливает выделение аммиака в больших количествах. Аммиак нарушает процесс отверждения КФС и, как результат, падает прочность плит и увеличивается разбухание по толщине. Плиты обладают низкой плотностью, которая не может быть увеличена, так как снижается проницаемость плиты и затрудняется выход из нее аммиака и в целом парогазовой смеси во время прессования. Большая часть аммиака остается внутри плиты и снижает прочность плит.

Антипирен ФМД обладает невысокой растворимостью, что увеличивает энергозатраты на сушку обработанных антипиреном древесных частиц. Введение антипирена в количестве 15% от абс. сух. древесины позволяет получить только трудновоспламеняющийся материал. При попытке получения трудногорючих ДСтП необходимо существенно увеличить расход антипирена, что делает невозможным обеспечение нормативных физико-механических показателей плит.

Целью настоящего изобретения является создание способа изготовления огнезащищенных древесностружечных плит с физико-механическими показателями, соответствующими требованиям ГОСТ 10632-89 и относящихся к группе трудногорючих материалов. При необходимости степень огнезащиты легко может быть понижена сокращением расхода антипирена до 10% для получения трудовоспламеняющихся плит. Согласно заявленному способу поставленная цель достигается тем, что в качестве антипирена используют амидофосфат, являющийся продуктом поликонденсации фосфорной кислоты и карбамида в расплаве и синтезируемый в соответствии с а.с. СССР 517491, кл. В 27 К 3/52, 1976. Данный амидофосфат используют в виде водного раствора с концентрацией, близкой к насыщенному (50-60%). Дальнейшее разбавление раствора нецелесообразно из-за необходимости удаления лишней воды при сушке древесных частиц и прессования плит. Раствор амидофосфата наносят на древесные частицы в количестве 10-30% по сухим веществам с последующей сушкой древесных частиц. Перед осмолением высушенных древесных частиц в КФС вводят формальдегид в виде формалина в количестве 5-15% от абс. сух. амидофосфата и дополнительно в КФС, предназначенную для среднего слоя, вводят муравьиную кислоту в количестве 0,1-0,5% от абс. сух. смолы. Дальнейшее изготовление осуществляется по технологии, принятой для изготовления древесностружечных плит общего назначения.

Эффект заключается в использовании антипирена, синтезированного для данной цели с N/Р, равным 2-3, что существенно снижает количество выделяющегося аммиака и в связывании этого количества при горячем прессовании водным раствором формальдегида в стехиометрическом соотношении с образованием гексаметилентетрамина (уротропина), устойчивого в условиях горячего прессования плит. Ускорение отверждения среднего слоя плиты в присутствии амидофосфата обеспечивается использованием муравьиной кислоты.

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом обусловлены использованием антипирена с соотношением рабочих элементов N/P, равным 2-3, близким к синергическому, что позволяет получить трудногорючие плиты при минимальном расходе антипирена. Данное соотношение обуславливает меньшее количество выделяющегося при прессовании аммиака, которое не вызывает разрушение сплошности плиты при плотности порядка 750-800 кг/м³, соответствующей потребности мебельной и строительной отраслей. Кроме того, растворимость используемого антипирена составляет 150 г на 100 г воды, в то время как у ФМД - 33 г на 100 г воды. Большая растворимость используемого антипирена и меньший требующийся его расход снижают количество воды в древесных частицах, что позволяет снизить затраты на их сушку. Данный способ обеспечивает изготовление ОДСтП с физико-механическими показателями, соответствующими требованиям ГОСТ 10632-89. При этом плиты обладают низкой токсичностью по формальдегиду.

Нижний предел выбранного диапазона расхода амидофосфата (10% от абс. сух. древесины) обеспечивает получение трудновоспламеняющихся плит, а при расходе 20% от абс. сух. древесины и выше - трудногорючих. Расход формальдегида выбран исходя из количества образующегося в условиях горячего прессования аммиака для его связывания с образованием уротропина. Значение заявленных параметров зависит от расхода амидофосфата, а также от температуры горячего прессования. Эквимолярность формальдегида и аммиака обеспечивают минимизацию токсичности огнезащищенных плит по формальдегиду. Верхний предел интервала расхода формальдегида выбран для обеспечения класса эмиссии плит по формальдегиду не ниже класса Е-2, а нижний позволяет получить плиты, соответствующие классу Е-1. Расход муравьиной кислоты назначается в зависимости от толщины плиты, расхода амидофосфата и свойств исходной КФС. Высокая реакционноспособность КФС (низкое время желатинизации при температуре 100^oС) обуславливает расход муравьиной кислоты на нижнем пределе интервала расхода, а низкая реакционноспособность КФС (высокое время желатинизации при температуре 100^oС) требует расхода муравьиной кислоты на верхнем пределе интервала расхода кислоты.

Примеры конкретного исполнения способа изготовления ОДСтП приведены далее. Рецептуру назначают соответственно задаче получения ОДСтП с определенной степенью огнезащиты. В табл.1 представлены рецептуры изготовления ОДСтП в расчете на получение одного образца плиты размером 480•480 мм толщиной 16 мм. Для наглядной иллюстрации формулы изобретения эта таблица дополнена выражением количествннной характеристики компонентов в массовых процентах по сухому остатку (табл. 2).

Пример 1 (запредельный). На 3200 г измельченных древесных частиц влажностью 60% с помощью пневматического распыления наносят 200 г 50%-ного раствора амидофосфата рН 5,0±0,5 (ТУ 23332-002-23063581-95), что соответствует расходу 5% от абс. сух. древесины. Древесные частицы подают на сушку, где они высушиваются до влажности 2% и поступают на сортировку для разделения на наружные и средний слои. Массовое соотношение наружных и среднего слоя составляет 40: 60. В качестве связующего используют КФС. В качестве КФС могут быть взяты карбамидоформальдегидные смолы промышленно вырабатываемых марок - КФЖ, КФ-МТ, КФ-МТ-02, КФ-МТ-015, КФ-МТ-15 и др. Показатели плит, изготовленных на этих смолах, обнаруживают незначительные колебания ±5%. В наружные слои вводят 170 г смолы, что соответствует расходу 14% от абс. сух. древесины, а в средний слой - 181 г смолы, что соответствует 10% от абс. сух. древесины. В раствор КФС добавляют 5,4 г формалина, что соответствует расходу формальдегида 2% от абс. сух. амидофосфата. Древесные частицы смешивают со связующим и направляют на формирование пакета. Готовый стружечный пакет подпрессовывают и затем прессуют в горячем прессе при температуре 160^oС, удельном времени прессования 0,5 мин/мм готовой плиты и давлении прессования 2 МПа. После прессования плиты кондиционируют при температуре 20±2^oС и относительной влажности воздуха 65±5% в течение 3 сут. Готовые плиты испытывают по ГОСТ 10634-88, ГОСТ 10636-90, ГОСТ 10635-88, ГОСТ 27678-88 и ГОСТ 12.1.044-89.

Пример 2 (предельный). Плиты изготавливают по примеру 1. На древесные частицы наносят 400 г 50%-ного раствора амидофосфата, что составляет 10% от абс. сух. древесины. В раствор КФС добавляют 27 г формалина, что соответствует расходу формальдегида 5% от абс. сух. амидофосфата. В связующее среднего слоя добавляют муравьиную кислоту в количестве 0,12 г, что составляет 0,1% от абс. сух. смолы.

Пример 3 (оптимальный в отношении горючести). Плиты изготавливают по примеру 1. На древесные частицы наносят 800 г 50%-ного раствора амидофосфата, что составляет 20% от абс. сух. древесины. В раствор КФС добавляют 54 г формалина, что соответствует расходу формальдегида 5% от абс. сух. амидофосфата. В связующее среднего слоя добавляют муравьиную кислоту в количестве 0,24 г, что составляет 0,2% от абс. сух. смолы.

Пример 4 (усредненный). Плиты изготавливают по примеру 1. На древесные частицы наносят 800 г 50%-ного раствора амидофосфата, что составляет 20% от абс. сух. древесины. В раствор КФС добавляют 108 г формалина, что соответствует расходу формальдегида 10% от абс. сух. амидофосфата. В связующее среднего слоя добавляют муравьиную кислоту в количестве 0,24 г, что составляет 0,2% от абс. сух. смолы.

Пример 5 (оптимальный в отношении основных показателей). Плиты изготавливают по примеру 1. На древесные частицы наносят 800 г 50%-ного раствора амидофосфата, что составляет 20% от абс. сух. древесины. В раствор КФС добавляют 162 г формалина, что соответствует расходу формальдегида 15% от абс. сух. амидофосфата. В связующее среднего слоя добавляют муравьиную кислоту в количестве 0,24 г, что составляет 0,2% от абс. сух. смолы.

Пример 6 (предельный). Плиты изготавливают по примеру 1. На древесные частицы наносят 1200 г 50%-ного раствора амидофосфата, что составляет 30% от абс. сух. древесины. В раствор КФС добавляют 244 г формалина, что соответствует расходу формальдегида 15% от абс. сух. амидофосфата. В связующее среднего слоя добавляют муравьиную кислоту в количестве 0,6 г, что составляет 0,5% от абс. сух. смолы.

Пример 7 (запредельный). Плиты изготавливают по примеру 1. На древесные частицы наносят 1400 г 50%-ного раствора амидофосфата, что составляет 35% от абс. сух. древесины. В раствор КФС добавляют 76 г формалина, что соответствует расходу формальдегида 4% от абс. сух. амидофосфата. В связующее среднего слоя добавляют муравьиную кислоту в количестве 1,2 г, что составляет 1% от абс. сух. смолы.

Свойства огнезащищенных древесностружечных плит представлены в табл. 3.

Таким образом, при изготовлении плит по примеру 3 ОДСтП характеризуются оптимальными в отношении огнезащиты свойствами при соответствии нормативным физико-механическим показателям и низким содержанием формальдегида (класс Е-1). При изготовлении плит по примеру 5 ОДСтП характеризуются оптимальными показателями в отношении основных физико-механических свойств, однако эмиссия формальдегида, составляющая 10,9, несколько выше требований к классу Е-1, и плиты переходят в класс Е-2. При изготовлении плит по усредненному варианту примера 4 достигается низкая горючесть ОДСтП и низкое содержание свободного формальдегида при соответствии основных показателей нормативным. Огневые испытания, выполненные по ГОСТ 12.1.044-89, показали, что плиты относятся к материалам с малой дымообразующей способностью и умеренноопасным по токсичности продуктов горения.

Способ относится к деревообрабатывающей промышленности и касается технологии композиционных древесных материалов. При изготовлении огнезащищенных древесностружечных плит в качестве антипирена используют амидофосфат путем нанесения его водного раствора на древесные частицы в количестве 10-30% по сухому веществу. Высушенные древесные частицы смешивают с карбамидоформальдегидной смолой, в которую для связывания выделяющегося аммиака предварительно добавляют формальдегид в виде формалина в количестве 5-15% от абсолютно сухого амидофосфата. Для ускорения отверждения в смолу среднего слоя дополнительно вводят муравьиную кислоту в количестве 0,1-0,5% по сухой смоле. Изготовленные плиты соответствуют требованиям ГОСТ 10632-89, имеют класс эмиссии по формальдегиду Е-1 и являются трудногорючим материалом с малой дымообразующей способностью. 3 табл.

Способ изготовления огнезащищенных древесно-стружечных плит с нанесением антипирена на древесные частицы и последующей сушкой, смешиванием их с карбамидоформальдегидным связующим, формированием и горячим прессованием, отличающийся тем, что в качестве антипирена используют амидофосфат, который в виде водного раствора наносят на древесные частицы в количестве 10-30%, считая на абсолютно сухое вещество, а для связывания выделяющегося аммиака в состав карбамидоформальдегидного связующего перед операцией осмоления вводят формальдегид в виде формалина в количестве 5-15% от абсолютно сухого амидофосфата и дополнительно в связующее среднего слоя для ускорения отверждения вводят муравьиную кислоту в количестве 0,1-0,5% от абсолютно сухого карбамидоформальдегидной смолы.