Способ изготовления фанеры Российский патент 2024 года по МПК B27D1/04 

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к способам изготовления фанеры.

Известен способ изготовления фанеры (Пат. РФ № 2502593; МПК B27D 1/04; опубл. 27.12.2013), включающий нанесение на влажный березовый шпон толщиной 1,5 мм раствора арабиногалактана с концентрацией 10-26% в количестве 5-10 г/м², укладку обработанного шпона в пачку, ее выдержку в течение 2 ч, сушку при температуре 105°С до влажности 6-8%, подготовку фенолоформальдегидного или карбамидоформальдегидного клея, нанесение клея на поверхности шпона, прессование фанеры, при этом фенолоформальдегидный клей на поверхности шпона наносят в количестве 130 г/м², а карбамидоформальдегидный клей – в количестве 110 г/м², прессование фанеры с фенолоформальдегидным клеем проводят под давлением 1,8 МПа при температуре 125°С в течение 3 мин, а фанеры с карбамидоформальдегидным клеем – под давлением 1,8 МПа при температуре 130°С в течение 2 мин.

Недостатками данного способа являются длительность предварительной обработки шпона и потребность в сложном оборудовании.

Известен способ изготовления плиты из деревянного шпона (Пат. РФ № 2518728; МПК B27D 1/04; опубл. 10.06.2014), включающий нанесение пропиточной клеящей смеси, содержащей меламиновую смолу, в количестве 100-300 г/м² на 50-100% не подвергавшихся предварительной пропитке и обращенных друг к другу при укладке поверхностей деревянного шпона толщиной 0,5-5 мм, укладку слоев деревянного шпона в количестве 3-70 друг на друга, выдерживание в течение 20 мин, подпрессовку в течение 8-10 мин при давлении 0,8 МПа, схватывание в течение 30-100 мин, горячее прессование в течение 25 мин при температуре 125°С и давлении 1,8 МПа.

Недостатком этого способа является повышенный расход пропиточной клеящей смеси.

Известен способ склеивания модифицированной древесины (Пат. РФ № 2454444; МПК C09J 5/00, C09J 161/24, B82B 1/00; опубл. 27.06.2012), включающий изготовление клея путем добавления нанокристаллической целлюлозы в фенолоформальдегидную или карбамидоформальдегидную смолу, их перемешивания, обработки образованной смеси ультразвуковым полем, добавления в смесь отвердителя и перемешивания с ним, нанесение клея на поверхности образцов модифицированной древесины, выдержку склеенных образцов, обработку клеевого шва импульсным магнитным полем. Нанокристаллическую целлюлозу добавляют в карбамидоформальдегидную смолу в виде гидрогеля в количестве 8-8,5% от массы смолы, а в фенолоформальдегидную смолу – в количестве 9,5-10% от массы смолы. Обработку перемешанных гидрогеля нанокристаллической целлюлозы и смолы ультразвуковым полем осуществляют при частоте колебаний 22 кГц в течение 5 мин. Выдержку склеенных образцов модифицированной древесины проводят под давлением 1,6 МПа при температуре 20-120°С в течение 0,5-5 ч. Обработку клеевого шва осуществляют импульсным магнитным полем напряженностью 16-20·10⁴ А/м в течение 20 мин. Принят за прототип.

Применение данного способа позволяет повысить предел прочности при скалывании по клеевому слою, однако он предназначен для склеивания модифицированной древесины и не может быть использован для изготовления фанеры.

Целью изобретения является разработка способа изготовления фанеры, обладающей высокими физико-механическими и экологическими показателями.

Это достигается тем, что в способе изготовления фанеры, включающем изготовление клея путем добавления нанокристаллической целлюлозы в фенолоформальдегидную или карбамидоформальдегидную смолу, их перемешивания, обработки образованной смеси ультразвуковым полем, добавления в смесь отвердителя и перемешивания с ним, нанесение клея на поверхности слоев березового шпона, выдержку фанеры и ее обработку импульсным магнитным полем, согласно изобретению, клей изготавливают путем добавления в сухую нанокристаллическую целлюлозу в количестве 2%, от общей массы клея, воды в количестве 12% для получения суспензии, которую при постоянном механическом перемешивании в течение 10 мин постепенно добавляют в фенолоформальдегидную смолу в количестве 86% или в карбамидоформальдегидную смолу в количестве 85,2%, после чего образованную смесь обрабатывают ультразвуковым полем с частотой колебаний 24 кГц в течение 3 мин при комнатной температуре, при этом в смесь с карбамидоформальдегидной смолой после обработки ультразвуковым полем дополнительно добавляют отвердитель – хлористый аммоний в количестве 0,8% и перемешивают с ним, после этого полученный клей в количестве 155 г/м² наносят на обе поверхности среднего слоя и внутренние поверхности наружных слоев березового шпона и укладывают их друг на друга, осуществляют холодную подпрессовку фанеры под давлением 1,1-1,5 МПа в течение 10-12 мин и ее горячее прессование под давлением 2 МПа при температуре 115-120°С в течение 8,3-10 мин, выдержку фанеры при комнатной температуре и влажности 60% в течение 24 ч и ее обработку импульсным магнитным полем напряженностью 18·10⁴ А/м при комнатной температуре в течение 1 мин сериями симметричных однополярных импульсов треугольной формы длительностью 10 мкс, частотой следования 100 Гц и амплитудой 0,3 Тл.

Известно, что фанера, склеенная клеями на основе фенолоформальдегидных и карбамидоформальдегидных смол и произведенная по стандартной технологии без применения модификаторов и дополнительной обработки, имеет низкие физико-механические и экологические показатели, что существенно ограничивает область ее применения.

Способом устранения данных недостатков являются использование для изготовления фанеры комплексного клея, его обработка ультразвуковым полем и обработка готовой фанеры импульсным магнитным полем.

Присутствие нанокристаллической целлюлозы (НКЦ) в клее способствует возникновению дополнительных межмолекулярных связей между функциональными группами компонентов клея и шпоном, что приводит к повышению прочности фанеры.

При этом высокое содержание в смоле свободного формальдегида (CH₂O) и наличие чувствительных к гидролизу метилольных групп (R–CH₂OH) приводит к высоким значениям эмиссии свободного формальдегида из фанеры. Применение НКЦ в сухом виде уменьшает выделение свободного формальдегида из фанеры за счет более активного химического взаимодействия между свободными гидроксильными группами сухой НКЦ и свободным формальдегидом в смоле и более глубокого проникновения клея в объем шпона. В свою очередь, в гидрогеле НКЦ количество свободных гидроксильных групп значительно меньше из-за их химического взаимодействия с молекулами воды, поэтому реакционная способность гидрогеля НКЦ по отношению к свободному формальдегиду снижается.

Обработка клея ультразвуковым полем способствует более равномерному распределению НКЦ по объему клея и улучшению качества клеевого слоя.

Воздействие импульсного магнитного поля на готовую фанеру приводит к дополнительному образованию межцепных связей НКЦ и стимулирует активацию межфазового слоя на границе шпон-клей, в результате чего упрочняются шпон и клеевой слой.

При определении времени обработки клея ультразвуковым полем и времени обработки готовой фанеры импульсным магнитным полем было установлено, что с их уменьшением снижаются и физико-механические показатели материала. Увеличение времени воздействия ультразвуковым и импульсным магнитным полями, в свою очередь, не приводит к дальнейшему росту прочностных показателей фанеры, но снижает потенциал использования оборудования.

Указанные нормы расхода клея обеспечивают его применение в технологической цепочке производства фанеры, достаточную степень диффузии и адгезии клея к поверхности шпона, что, в свою очередь, гарантирует прочность клеевого шва согласно требуемым отечественным и европейским стандартам качества фанерных изделий. Уменьшение нормы расхода клея приводит к его неравномерному нанесению на слои шпона и, как следствие, непроклеиванию фанеры и появлению брака.

Способ изготовления фанеры осуществляют следующим образом.

Изготавливают клей путем добавления в сухую нанокристаллическую целлюлозу в количестве 2%, от общей массы клея, воды в количестве 12% для получения суспензии, которую при постоянном механическом перемешивании в течение 10 мин постепенно добавляют в фенолоформальдегидную смолу в количестве 86% или в карбамидоформальдегидную смолу в количестве 85,2%, после чего образованную смесь для лучшей гомогенизации обрабатывают ультразвуковым полем с частотой колебаний 24 кГц в течение 3 мин при комнатной температуре. При этом в смесь с карбамидоформальдегидной смолой после обработки ультразвуковым полем дополнительно добавляют отвердитель – хлористый аммоний в количестве 0,8% и перемешивают с ним. После этого полученный клей в количестве 155 г/м² наносят на обе поверхности среднего слоя и внутренние поверхности наружных слоев березового шпона толщиной 4 мм, которые укладывают друг на друга под прямым углом, при этом направление волокон каждого последующего слоя должно быть перпендикулярным относительно предыдущего. Затем осуществляют холодную подпрессовку фанеры под давлением 1,1-1,5 МПа в течение 10-12 мин и ее горячее прессование под давлением 2 МПа при температуре 115-120°С в течение 8,3-10 мин. После извлечения из пресса для завершения реакции полимеризации осуществляют выдержку фанеры при комнатной температуре и влажности 60% в течение 24 ч. Далее фанеру при комнатной температуре подвергают обработке импульсным магнитным полем напряженностью 18·10⁴ А/м в течение 1 мин сериями симметричных однополярных импульсов треугольной формы длительностью 10 мкс, частотой следования 100 Гц и амплитудой 0,3 Тл.

Пример 1. Изготавливали клей путем добавления в сухую нанокристаллическую целлюлозу в количестве 2%, от общей массы клея, воды в количестве 12% для получения суспензии, которую при постоянном механическом перемешивании в течение 10 мин постепенно добавляли в фенолоформальдегидную смолу СФЖ-3014 в количестве 86%, после чего образованную смесь для лучшей гомогенизации обрабатывали ультразвуковым полем с частотой колебаний 24 кГц в течение 3 мин при комнатной температуре. После этого полученный клей в количестве 155 г/м² наносили на обе поверхности среднего слоя и внутренние поверхности наружных слоев березового шпона толщиной 4 мм, которые укладывали друг на друга под прямым углом, при этом направление волокон каждого последующего слоя было перпендикулярным относительно предыдущего. Затем осуществляли холодную подпрессовку фанеры под давлением 1,1 МПа в течение 12 мин и ее горячее прессование под давлением 2 МПа при температуре 120°С в течение 10 мин. После извлечения из пресса для завершения реакции полимеризации осуществляли выдержку фанеры при комнатной температуре и влажности 60% в течение 24 ч. Далее фанеру при комнатной температуре подвергали обработке импульсным магнитным полем напряженностью 18·10⁴ А/м в течение 1 мин сериями симметричных однополярных импульсов треугольной формы длительностью 10 мкс, частотой следования 100 Гц и амплитудой 0,3 Тл.

Пример 2. Изготавливали клей путем добавления в сухую нанокристаллическую целлюлозу в количестве 2%, от общей массы клея, воды в количестве 12% для получения суспензии, которую при постоянном механическом перемешивании в течение 10 мин постепенно добавляли в карбамидоформальдегидную смолу КФ-Ж в количестве 85,2%, после чего образованную смесь для лучшей гомогенизации обрабатывали ультразвуковым полем с частотой колебаний 24 кГц в течение 3 мин при комнатной температуре, добавляли в нее отвердитель – хлористый аммоний, в количестве 0,8%, и перемешивали с ним. После этого полученный клей в количестве 155 г/м² наносили на обе поверхности среднего слоя и внутренние поверхности наружных слоев березового шпона толщиной 4 мм, которые укладывали друг на друга под прямым углом, при этом направление волокон каждого последующего слоя было перпендикулярным относительно предыдущего. Затем осуществляли холодную подпрессовку фанеры под давлением 1,5 МПа в течение 10 мин и ее горячее прессование под давлением 2 МПа при температуре 115°С в течение 8,3 мин. После извлечения из пресса для завершения реакции полимеризации осуществляли выдержку фанеры при комнатной температуре и влажности 60% в течение 24 ч. Далее фанеру при комнатной температуре подвергали обработке импульсным магнитным полем напряженностью 18·10⁴ А/м в течение 1 мин сериями симметричных однополярных импульсов треугольной формы длительностью 10 мкс, частотой следования 100 Гц и амплитудой 0,3 Тл.

В таблице 1 представлены результаты определения физико-механических и экологических показателей фанеры, изготовленной по различным вариантам: по заявляемому способу (примеры 1 и 2) и по стандартным способам с использованием фенолоформальдегидной или карбамидоформальдегидной смол.

Согласно результатам, представленным в таблице 1, предел прочности при статическом изгибе вдоль волокон наружных слоев и предел прочности при скалывании по клеевому слою фанеры, изготовленной по заявляемому способу (примеры 1 и 2), повышаются в сравнении с аналогичными характеристиками фанеры, изготовленной по стандартным способам. В частности, для фанеры, изготовленной по примеру 1 заявляемого способа, предел прочности при статическом изгибе вдоль волокон наружных слоев, в сравнении со стандартным способом изготовления фанеры, увеличился на 22,8%, а предел прочности при скалывании по клеевому слою – на 38,2%. Для фанеры, изготовленной по примеру 2 заявляемого способа, данные показатели увеличились на 75,7% и 142,4%, соответственно.

Кроме того, данные из таблицы 1 свидетельствуют о снижении содержания свободного формальдегида в фанере и массовой доли свободного формальдегида в смоле. Так, при изготовлении фанеры по примеру 1 заявляемого способа содержание свободного формальдегида в фанере, в сравнении со стандартным способом изготовления фанеры, снизилось на 46,8%, а массовая доля свободного формальдегида в смоле – на 11,9%. Для фанеры, изготовленной по примеру 2 заявляемого способа, данные показатели снизились на 61,8% и 42%, соответственно.

Такое исполнение заявляемого способа изготовления фанеры позволяет повысить ее физико-механические и экологические показатели.

Таблица 1. Физико-механические и экологические показатели фанеры, изготовленной по различным вариантам

Вариант изготовления фанеры Предел прочности при статическом изгибе вдоль волокон наружных слоев, МПа Предел прочности при скалывании по клеевому слою, МПа Содержание свободного формальдегида, мг/100 г абс. сухой фанеры, мг Массовая доля свободного формальдегида в смоле, % Фанера, изготовленная по заявляемому способу с использованием клея на основе фенолоформальдегидной смолы (пример 1) 35,0 0,76 8,3 0,074 Фанера, изготовленная по стандартному способу с использованием клея на основе фенолоформальдегидной смолы (Волков А.В. [и др.]. Справочник фанерщика. СПб., 2010. 486 с.) 28,5 0,55 15,6 0,084 Фанера, изготовленная по заявляемому способу с использованием клея на основе карбамидоформальдегидной смолы (пример 2) 60,8 1,60 7,6 0,510 Фанера, изготовленная по стандартному способу с использованием клея на основе карбамидоформальдегидной смолы (Волков А.В. [и др.]. Справочник фанерщика. СПб., 2010. 486 с.) 34,6 0,66 19,9 0,880

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности. Клей изготавливают путем добавления в сухую нанокристаллическую целлюлозу в количестве 2% от общей массы клея воды в количестве 12% для получения суспензии, которую при постоянном механическом перемешивании в течение 10 мин постепенно добавляют в фенолоформальдегидную смолу в количестве 86% или в карбамидоформальдегидную смолу в количестве 85,2%, после чего образованную смесь обрабатывают ультразвуковым полем с частотой колебаний 24 кГц в течение 3 мин при комнатной температуре. При этом в смесь с карбамидоформальдегидной смолой после обработки ультразвуковым полем дополнительно добавляют отвердитель – хлористый аммоний в количестве 0,8% и перемешивают с ним. После этого полученный клей в количестве 155 г/м² наносят на обе поверхности среднего слоя и внутренние поверхности наружных слоев березового шпона и укладывают их друг на друга, осуществляют холодную подпрессовку фанеры под давлением 1,1-1,5 МПа в течение 10-12 мин и ее горячее прессование под давлением 2 МПа при температуре 115-120°С в течение 8,3-10 мин, выдержку фанеры при комнатной температуре и влажности 60% в течение 24 ч и ее обработку импульсным магнитным полем напряженностью 18⋅10⁴ А/м при комнатной температуре в течение 1 мин сериями симметричных однополярных импульсов треугольной формы длительностью 10 мкс, частотой следования 100 Гц и амплитудой 0,3 Тл. Повышаются физико-механические и экологические показатели фанеры. 1 табл.

Способ изготовления фанеры, включающий изготовление клея путем добавления нанокристаллической целлюлозы в фенолоформальдегидную или карбамидоформальдегидную смолу, их перемешивания, обработки образованной смеси ультразвуковым полем, добавления в смесь отвердителя и перемешивания с ним, нанесение клея на поверхности слоев березового шпона, выдержку фанеры и ее обработку импульсным магнитным полем, отличающийся тем, что клей изготавливают путем добавления в сухую нанокристаллическую целлюлозу в количестве 2% от общей массы клея, воды в количестве 12% для получения суспензии, которую при постоянном механическом перемешивании в течение 10 мин постепенно добавляют в фенолоформальдегидную смолу в количестве 86% или в карбамидоформальдегидную смолу в количестве 85,2%, после чего образованную смесь обрабатывают ультразвуковым полем с частотой колебаний 24 кГц в течение 3 мин при комнатной температуре, при этом в смесь с карбамидоформальдегидной смолой после обработки ультразвуковым полем дополнительно добавляют отвердитель – хлористый аммоний в количестве 0,8% и перемешивают с ним, после этого полученный клей в количестве 155 г/м² наносят на обе поверхности среднего слоя и внутренние поверхности наружных слоев березового шпона и укладывают их друг на друга, осуществляют холодную подпрессовку фанеры под давлением 1,1-1,5 МПа в течение 10-12 мин и ее горячее прессование под давлением 2 МПа при температуре 115-120°С в течение 8,3-10 мин, выдержку фанеры при комнатной температуре и влажности 60% в течение 24 ч и ее обработку импульсным магнитным полем напряженностью 18⋅10⁴ А/м при комнатной температуре в течение 1 мин сериями симметричных однополярных импульсов треугольной формы длительностью 10 мкс, частотой следования 100 Гц и амплитудой 0,3 Тл.