Способ изготовления фанеры с использованием пленочного клея Российский патент 2024 года по МПК C09J7/35 B32B21/08 B27D1/04 

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к изготовлению фанеры методом горячего прессования пакета, состоящего из листов шпона и клеевых слоев между листами шпона.

Известно изобретение «Фанера и способ ее изготовления» (заявка WO2021101493A1, МПК B27D1/04, B27D1/06, B27G11/00, B32B21/14, C09J123/06, C09J123/12, опубл. 27.05.2021). Сущность изобретения заключается в том, что фанера состоит из листов шпона, соединенных клеевым слоем, где в качестве клеевого слоя используются полимеры пленочного типа: полиэтилен или полипропилен. Фанеру изготавливают методом горячего прессования при давлении 0,5-7,5 МПА и температуре 115-215°. Затем плиту выдерживают в холодном прессе. Недостатком данного изобретения является то, что используемые в способе пленочные клеи из полиэтилена или полипропилена при контакте с древесным шпоном создают только механическое зацепление с древесиной при затекании расплава полимера в поры в процессе горячего прессования, химическое взаимодействие с древесиной отсутствует. Механического зацепления (механической адгезии) недостаточно для обеспечения эксплуатационных свойств фанеры. Например, при ее увлажнении влага попадает на границу раздела полимер - древесина, что приводит к резкому снижению прочностных характеристик материала. Кроме того, охлаждение отформованного изделия в холодном прессе увеличивает время изготовления продукта, что отражается на его стоимости.

Известны исследования по разработке пленочных термопластичных клеевых материалов, направленные на повышение адгезии к древесному шпону путем создания композиционных материалов на основе полиэтилена, полипропилена и веществ, повышающих липкость к древесине. В качестве таковых использовались: диспропорционированная канифоль, канифоль модифицированная малеиновым ангидридом, продукты взаимодействия канифоли с аминами (Ревяко М.М., Петрушеня А.Ф., Яценко В.В. Способ повышения адгезионных свойств в композиционных материалах на основе шпона и термопластов [Электронный ресурс] // Труды Белорусского государственного технологического университета. Химия, технология органических веществ и биотехнология. - 2013. - №4 (160). - С. 29-32. - URL: https://elib.belstu.by/bitstream/123456789/9560/1/revyako.pdf). Такие модификаторы позволяют повысить прочностные показатели адгезионного взаимодействия полиолефинов к древесным материалам. Приводятся данные об увеличении адгезионной прочности на 29% при введении в полиэтилен высокого давления 3% модифицированного аддукта канифоли и малеинового ангидрида при незначительном снижении физико-механических свойств клеевой композиции. Однако рассмотренные клеевые композиции при горячем прессовании не позволяют производить распрессовку изделий при температуре формования. Следовательно, увеличение времени изготовления изделия отражается на его стоимости. Кроме того в данной работе не приводятся данные о результатах проведенных испытаний по определению адгезионной прочности при скалывании после вымачивания, кипячения, или переменном кипячении, высушивании и последующем кипячении испытуемых образцов, как основного эксплуатационного показателя нормируемого в стандартах на изделия.

Наиболее близким является изобретение «Поддающееся последующему формованию изделие из фанеры и способ его изготовления» (патент RU 2482966, МПК B32B7/12, B32B21/08, B32B27/06, B32B27/32, B32B37/04, C09J123/26, опубл. 27.05.2013), где изделие из фанеры получено соединением друг с другом шпона фанеры самоклеящимся материалом из полиолефиновой пленки, содержащей малеиновый ангидрид, привитый к полиолефину. В процессе производства фанеры малеиновый ангидрид образует с гидроксильными группами древесных материалов ковалентные связи, при этом сам малеиновый ангидрид является привитой структурной частью химически модифицированного полиолефина. Процесс изготовления фанеры включает в себя соединение листов шпона самоклеящим материалом в виде пленки из функционализированного малеиновым ангидридом полиолефина. Пленка может быть трехслойной с внутренним слоем из полиолефина, как частично сшитого или сшитого поперечными связями между макромолекулами полимера, наружные самоклеящиеся слои содержат группы, способные реагировать с ОН-группами древесины. Соединение листов шпона функционализированной полиолефиновой пленкой осуществляется путем горячего прессования, при этом температура может превышать 190°С. После этого полиолефиновая пленка содержит активированные функциональные группы, которые могут образовывать максимальное количество ковалентных связей с древесиной. Существенным недостатком изобретения является использование малеинового ангидрида, который относится к токсичным материалам, оказывающим вредное воздействие на человеческий организм, вызывая сильное раздражение слизистых оболочек глаз, носа, горла.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, является токсичность клеевых материалов при обеспечении высокой прочности сцепления слоев шпона.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение экологичности, упрощение композиционного состава пленочного клея, повышение производительности и упрощение технологии изготовления фанеры за счет возможности исключения операции охлаждения (холодного прессования) перед расформовкой.

Технический результат достигается за счет того, что пленочный клей для изготовления фанеры, представляющий собой полиолефиновый полимер в виде пленки, согласно изобретению, содержит перекисное соединение с температурой разложения выше температуры плавления полиолефина, способное при нагреве образовывать макрорадикалы в полиолефине пленки и древесине шпона, образуя химические связи между ними, при этом также происходит переход клея в реактопластичное состояние при сшивке его макромолекул, а способ изготовления фанеры, включающий соединение шпона друг с другом пленочным клеем и последующее горячее прессование, согласно изобретению, пленочный клей располагают между слоями шпона и нагревают таким образом, чтобы образовались химические связи между полиолефиновой пленкой и древесиной, и клей перешел в реактопластичное состояние.

Рассматривая древесину как материал, состоящий преимущественно из природных полимеров, следует обратить внимание на конифериловые и синаповые структуры лигнина, в макромолекулах которого имеются двойные связи. При воздействии на них продуктов разложения перекисных соединений они способны образовывать активные радикалы и прививаться к образовавшимся радикалам в местах метильных групп полиолефинов. Процесс прививки природного полимера в древесине к синтетическому полимеру способен добавить к механическому взаимодействию полиолефина и древесины химическое адгезионное взаимодействие. При этом нет необходимости использовать токсичный малеиновый ангидрид в композициях пленочного клея для производства фанеры. Достаточно в полиолефиновую пленку при ее производстве вводить перекисное соединение с температурой разложения выше температуры переработки полимера или обработать поверхность полиолефиновой пленки перекисным соединением.

В предлагаемом изобретении, в отличие от прототипа, в композиционный полимерный состав пленочного клея кроме полиолефина (полиэтилен, полипропилен или их сополимеры) входит перекисный инициатор имеющий температуру разложения выше температуры плавления полиолефина, например, перекись дикумила и др. в количестве 0,01-0,1% от массы применяемого полиолефина. Количество перекиси зависит от вида и марки полиолефина, способа введения перекиси, степени его сшивки, количества слоев клеевой пленки, требуемой адгезионной прочности. Предлагаемый пленочный клей представляет собой одно- или многослойную полиолефиновую пленку из одного или разных полиолефинов, содержащих перекисное соединение на поверхности слоев или в полимерной композиции. Контакт расплава полиолефина с древесиной шпона достигается в процессе прессования при температуре выше температуры плавления полиолефина. При повышении температуры выше температуры разложения перекиси инициируются макрорадикалы не только в синтетическом полимере, но и в природных полимерах (лингине), имеющихся в древесине. По радикалам происходит прививка к полиолефину лингина и, наоборот, прививка к лингину полиолефина, чем обеспечиваются высокие адгезионные свойства полиолефина к древесине путем образования химических связей между ними. В процессе прессования в полиолефиновом клее также происходят процессы сшивки макромолекул, что переводит термопластичный полимер клея в реактопласт и позволяет производить распрессовку изделий без предварительного охлаждения.

В таблице 1 представлены результаты соответствия прочности при скалывании по клеевому слою фанеры, изготовленной по изобретению, требованиям нормативной документации к фанере повышенной водостойкости для внутреннего и наружного использования.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Приготовление клея: на полиэтиленовую пленку (например, марка полиэтилена 10803-020) толщиной 0,1 мм (толщина пленки может варьироваться от 0,06 до 0,4 мм) с двух сторон наносят кистью или распылением 5% раствор перекиси дикумила в диметилкетоне. В качестве перекисного соединения может быть использована перекись с температурой разложения выше температуры вязкого течения полиолефина в пределах 85-220°С. Жидкую перекись наносят без растворителя. Перекись в полиолефин также можно вводить при экструзии клеевой пленки при температуре ниже температуры ее разложения.

Способ изготовления фанеры с использованием клея:

- пленочный клей из трех слоев пленки с нанесенной перекисью дикумила укладывают между листами березового лущеного шпона толщиной 1,5-1,7 мм (толщина шпона зависит от применяемого технологического процесса; шпон может быть лущеный, строганый или пиленый; шпон может быть из различных пород древесины);

- собирают пакет из 5 листов шпона и 4 слоев пленочного клея (количество слоев зависит от применяемого технологического процесса);

проводятся горячее прессование пакета по следующему режиму:

- температура плит пресса: 155-160°С (температура зависит от температуры разложения перекиси);

- давление прессования: 0,1-0,12 МПа (давление зависит от применяемого технологического процесса и обычно не превышает 0, 5 МПа);

- продолжительность цикла прессования: 20 мин (режимы прессования зависит от вида полиолефина, его марки по показателю текучести расплава, вида шпона, толщины прессуемого пакета и составляет 2-2,5 мин/мм толщины изделия);

готовую фанеру достают из пресса, специальное предварительное охлаждение плит пресса или дополнительное холодное прессование не требуется.

Результаты, представленные в талице 1, подтверждают высокую адгезионную прочность при скалывании по клеевому слою фанеры, полученной по предлагаемому изобретению, и соответствие свойств нормативной документации. При отсутствии перекиси в клеевой композиции показатель адгезионной прочности при скалывании по клеевому слою был равен нулю.

Таблица 1.

Предел прочности при скалывании по клеевому слою фанеры, изготовленной по изобретению, и требования нормативной документации к фанере повышенной водостойкости для внутреннего и наружного использования (ФСФ)

Условия испытаний Предел прочности при скалывании по клеевому слою, МПа Результаты испытаний фанеры по изобретению Требования для ФСФ ГОСТ 3916.1-2018 ТУ 5512-001-12886368-2019 Кипячение в воде 1 ч 1,09 от 1,0 и более - Кипячение 4 ч, сушка 60±3°С 16-20 ч, кипячение 4 ч, охлаждение в воде 20±3°С 1 ч 1,08 - не менее 1,0

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при изготовлении фанеры. Способ изготовления фанеры включает соединение шпона друг с другом пленочным клеем и последующее горячее прессование. При этом пленочный клей представляет собой полиолефиновую пленку, поверхность которой покрыта перекисным соединением с температурой разложения выше температуры плавления полиолефина, способным при нагреве образовывать макрорадикалы в полиолефине пленки и древесине шпона. Клей располагают между слоями шпона и нагревают таким образом, чтобы образовались химические связи между полиолефиновой пленкой и древесиной и клей перешёл в реактопластичное состояние. Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение композиционного состава пленочного клея, повышение производительности и упрощение технологии изготовления фанеры. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ изготовления фанеры, включающий соединение шпона друг с другом пленочным клеем и последующее горячее прессование, отличающийся тем, что клей, представляющий собой полиолефиновую пленку, поверхность которой покрыта перекисным соединением с температурой разложения выше температуры плавления полиолефина, способным при нагреве образовывать макрорадикалы в полиолефине пленки и древесине шпона, располагают между слоями шпона и нагревают таким образом, чтобы образовались химические связи между полиолефиновой пленкой и древесиной и клей перешёл в реактопластичное состояние.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пленочный клей состоит из не менее чем одного слоя полиолефина с нанесенным на обе поверхности перекисным соединением.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горячее прессование проводят при температуре 85-220°С и давлении 0,1-0,5 МПа в течение 2-2,5 мин/мм толщины изделия.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что распрессовку изделия проводят без предварительного охлаждения плит пресса или дополнительного холодного прессования.