Русский Английский Немецкий Итальянский Финский Испанский Французский Польский Японский Китайский (упрощенный)

Партнеры журнала:

Тема номера: Фанерное производство

Смолы на основе меламина для производства фанеры

Исповедь смоляного чучела

Рынок клееной фанеры может быть охарактеризован как насыщенный. Производство фанеры растет умеренными темпами, близкими к темпам роста мировой экономики.

Таблица 1. Динамика производства и экспорта фанеры в России
Посмотреть в PDF-версии журнала. Таблица 1. Динамика производства и экспорта фанеры в России
В России выпуск фанеры стабильно увеличивается на протяжении последних 10 лет после значительного производственного спада в 1991 - 1994 годах, вызванного политическими и экономическими изменениями ситуации в России. С 1994 по 2003 год объем производства фанеры в России вырос в 2,49 раза, среднегодовой темп прироста составил 8,7 % (табл. 1 ).

Рост производства в России в большей мере определяется увеличением экспорта, чем внутреннего потребления. По нашим расчетам, 62% прироста фанеры в России с 1995 по 2003 год осуществлены за счет экспорта и лишь 38% - за счет внутреннего потребления.

Доля России в мировом объеме производства начала увеличиваться только с 1998 года. И если в 1997 году в РФ было произведено только 1,7% мирового объема, то в 2005-м эта доля составила уже 3,5%, то есть увеличилась более чем в 2 раза.

В настоящее время выделяют всего две марки фанеры общего назначения в соответствии с уровнем водостойкости: ФК и ФСФ.

Фактически классификация фанеры по маркам соответствует принятой в мировой практике классификации по возможности или невозможности использования ее для наружных элементов конструкций и оформления. Фанера ФК может использоваться без ограничений в производстве мебели и как конструкционный материал в условиях отапливаемых помещений. На нее приходится 69% российского производства фанеры общего назначения. Фанера марки ФК в России всегда выпускается форматом 1525 х 1525 мм.

Таблица 2. Объем производства фанеры в РФ по форматам и
маркам (2005 год)

Посмотреть в PDF-версии журнала. Таблица 2. Объем производства фанеры в РФ по форматам и маркам (2005 год)

Таблица 3. Характеристика газовых выбросов производства
феноло-формальдегидных смол

Посмотреть в PDF-версии журнала. Таблица 3. Характеристика газовых выбросов производства феноло-формальдегидных смол
Очевидно, что 31% российского производства фанеры общего назначения составляет фанера марки ФСФ. В основном это большеформатная фанера, которая производится практически только на основе клеев повышенной водостойкости (табл. 2). Фанеру марки ФСФ используют как конструкционный материал в условиях более агрессивной внешней среды, в производстве опалубки, автофургонов и контейнеров.

Для изготовления фанеры марки ФСФ применяются фенолоформальдегидные смолы. Однако феноло-формальдегидные смолы токсичны и являются экологически опасными вследствие токсичных газовых выбросов.

Суммарное количество токсичных газовых выбросов из хранилищ сырья, емкостей аппаратов, мерников и другого технологического оборудования составляет 700-1000 м/ч. Содержание вредных веществ в газовых выбросах, в частности по фенолу, во много раз превышает нормы ПДК (табл. 3). Это привело к прекращению выпуска фанеры на ряде деревообрабатывающих предприятий.

Больших объемов фанеры на основе меламино-формальдегидных смол и клеев в России пока нет. В 2005 году компания UPG (Жешартский фанерный комбинат) начала осваивать производство фанеры на основе меламиновых смол. Однако объем производства фанеры на таких смолах остается очень незначительным.

В данный момент разработки и освоение меламиновых смол и клеев для производства клееных материалов из древесины имеют большое практическое значение для лесопромышленного комплекса России. В США и на европейском рынке заметно снижение спроса на поставляемую отечественную водостойкую фанеру на основе феноло-формальдегидных смол и клеев. Одновременно с этим наблюдается высокий спрос на водостойкую низкотоксичную фанеру на основе меламино-формальдегидных клеев, которая в отличие от фанеры марки ФСФ не только экологически безопасна, но и отличается большой атмосферостойкостью. Экологически чистая и атмосферостойкая фанера на меламиновых клеях занимает основную часть экспорта в США и страны Евросоюза.

Следует особенно отметить, что страны Евросоюза подготавливают законодательство по химической безопасности продукции, начало действия которого запланировано на 1 января 2008 года. Согласно данному законодательству, все виды поставляемой продукции должны проходить тест на анализ выделяемых вредных летучих химических веществ. По мнению специалистов ЕС, это позволит прекратить поступление продукции с вредными химическими веществами, в том числе и фанеры, в страны Евросоюза. Новое европейское химическое законодательство (РИЧ) «Распоряжение о порядке регистрации, оценки и одобрения химических веществ» устанавливает правила, достаточно жесткие и непростые для исполнения.

Российские предприятия, в том числе и деревообрабатывающие, не смогут поставлять в страны ЕС продукцию без регистрации всех химических веществ, которые входят в ее состав. В том числе это коснется поставляемой на экспорт фанеры. Фанера, не прошедшая тест на химическую безопасность, будет возвращена обратно уже на границе. Если же продукции все-таки удастся проникнуть на территорию ЕС без регистрации ее химических компонентов, поставщиками займется химическая полиция.

Одним из направлений снижения токсичности является переход на использование в производстве фанеры низкотоксичной меламиновой смолы.

Меламино-формальдегидные смолы (МФС) являются одним из известных синтетических продуктов, которые широко применяются в качестве основы для производства клеев, связующих, ламинатов, ДСП, лаков и эмалей. В данный период наблюдается рост производства древесностружечных плит и отделочных бумажно-смоляных пленок повышенного качества с использованием стабильных при хранении меламиновых смол.

Реакция меламина с формальдегидом подчиняется закономерностям общего кислотно-основного катализа, причем величина рН не только определяет скорость реакции, но и структуру образующейся смолы.

Поскольку меламин имеет три аминогруппы, возможно образование девяти различных метиломеламинов. Метилольные производные образуются из меламина и формальдегида и образуют метиленовые и метиленэфирные мостики. Кроме этого, протекает реакция разложения метиленэфирных мостиков с образованием метиленовых мостиков. Таким образом, в условиях реакции синтеза меламиновых смол диметиленэфирные мостики и метиленовые мостики образуются одновременно. На рис. 1 представлена схема поликонденсации.

Рис.1. Поликонденсация

Рис.1. Поликонденсация
В ООО «ЦНИИФ» проведен комплекс поисковых работ по изучению стабильности хранения растворов меламино-формальдегидных смол.

Механизм стабильности при хранении растворов меламиновых смол является комплексным и включает различные процессы, которые, возможно, происходят одновременно в растворе смолы с определенной степенью конденсации. Стабильные при хранении меламиновые смолы можно получить только при строго определенных условиях. Полученные смолы в процессе хранения при температуре 20-250°С из прозрачных жидкостей превращаются в мутные гели, а затем переходят в твердоподобное состояние. При нагревании таких гелей и масс меламиновые смолы становятся вновь прозрачными жидкостями.

Явление нестабильности растворов меламиновых смол при хранении и его взаимосвязь с условиями синтеза смол и их строением исследовано в работах специалистов фирмы DSV Melamine (Нидерланды), одной из ведущих фирм в мире среди производителей меламина. В результате исследования установлено, что нестабильность меламиновых смол вызвана процессом физического гелирования за счет водородных связей; образование агрегатов меламиновых смол происходит сразу же после охлаждения смолы от температуры синтеза до комнатной и продолжается в течение определенного временного периода. Процесс отверждения меламиновых смол - продолжение химических реакций их синтеза.

Таблица 4. Основные свойства меламино-формальдегидной смолы
Таблица 4. Основные свойства меламино-формальдегидной смолы

Таблица 5. Свойства смол
Таблица 5. Свойства смол
Изученные закономерности позволили разработать технологию производства стабильных низкотоксичных меламино-формальдегидных смол и клеев на их основе. Основные показатели данных смол приведены в таблице 4.

Меламино-формальдегидные смолы могут выпускаться на обычном установленном в цехе смол оборудовании, а меламиновые клеи приготовляются в обычных смесителях, имеющихся на фанерных заводах. Таким образом, синтез меламиновых смол и приготовление клеев на их основе не требуют дополнительного оборудования и дополнительных капитальных затрат.

От основного поставщика меламина в Санкт-Петербурге - Единой торговой системы - была получена опытная партия меламина производства США, Германии и Китая. Из полученных партий меламина были изготовлены опытные партии меламиновых смол. Основные показатели данных смол приведены в таблице 5.

Рис.2. Структура отверждения меламинового полимера
Рис.2. Структура отверждения меламинового полимера
Конечное отверждение меламиновых смол завершается с помощью нагревания и кислотного катализатора. В результате образован нерегулярно разветвленный трехмерный сшитый полимер (рис. 2), обладающий замечательными физическими свойствами, которые обеспечивают получение экологически чистой клееной продукции повышенной водо- и атмосферостокойсти.

Отвержденные пленочные покрытия на основе меламиновых смол придают поверхности твердость, прозрачность, устойчивы к образованию пятен, пожелтений и имеют общую износостойкость. Кроме того, основная структура меламиновой смолы, то есть основные преимущества метилирования - это быстрое отверждение, улучшение стойкости к действию окружающей среды.

С целью оценки прочности фанеры, изготовленной с применением клеев на основе меламино-формальдегидных смол, и предварительного установления условий и режима склеивания шпона был поставлен ряд экспериментов. Они проводились с использованием смол, изготовленных на меламине китайского и американского производства. Ряд показателей этих смол, параметры условий и режимы склеивания приведены в таблице 6.

Таблица 6. Свойства использованных смол, параметры условий и
режима склеивания

Таблица 6. Свойства использованных смол, параметры условий и режима склеивания

Таблица 7. Сравнительные результаты испытания фанеры
Таблица 7. Сравнительные результаты испытания фанеры

Таблица 8. Нормативная прочность фанеры
Таблица 8. Нормативная прочность фанеры
Сравнительная оценка прочности экспериментальных образцов фанеры, склеенной с применением меламиновых смол из меламина вышеуказанных производителей за различное время, проводилась в соответствии ГОСТ 9624 после кипячения в течение 6 ч. Результаты испытаний фанеры приведены в таблицах 7 и 8.

Из таблицы 7 видно, что прочность крайних листов в пакете для всех условий склеивания на 12-30% ниже, чем средних. Это, вероятно, связано с термоупругими напряжениями, возникающими при нагреве отвержденного за принятое время склеивания клеевого слоя. С учетом этого обстоятельства и достигаемой высокой прочности склеивания средних листов в пакете можно считать, что даже время склеивания 7,5 мин. выше требуемого. Следует отметить, что время склеивания такой же фанеры на феноло-формальдегидных клеях (12,4 мин.) значительно больше, чем минимально принятое - 7,5 мин. Полученный результат позволяет увеличить производительность процесса склеивания фанеры повышенной водостойкости.

Нормативная прочность фанеры с учетом доверительного интервала, равного 1,68 среднего квадратичного отклонения, приведена в таблице 8.

Данные, приведенные в таблице 8, свидетельствуют о более низкой прочности склеивания при применении смолы на основе меламина производства КНР по сравнению с произведенным в США.

Таким образом, прочность фанеры, использующей клей на основе меламина производства КНР и США, отвечает требованиям ГОСТ 3916.1 не менее 1,2 МПа.

На основании результатов проведенной работы можно сделать следующие выводы:
1. Освоение производства меламиновых смол обусловит:
- исключение из технологического процесса изготовления водостойких смол высокотоксичного компонента - фенола - и, как следствие, ликвидацию на деревообрабатывающих предприятиях участков по его приемке и хранению в подогретом (до температуры 42-50°С) состоянии;
- улучшение экологических показателей окружающей среды из-за отсутствия высокотоксичных газовых выбросов в атмосферу, а также сточных вод;
- уменьшение вредного влияния на организм человека ядовитых веществ - меламин на порядок менее токсичен, чем фенол.
2. Разработка и освоение технологий производства меламино-формальдегидных смол и изготовления фанеры позволит предприятиям лесопромышленного комплекса:
- получить экологически безопасную древесную клееную продукцию повышенной водо- и атмосферостойкости для использования в строительстве, в частности в домостроении, на транспорте и в производстве мебели;
- уменьшить не менее чем на 20% время склеивания в сравнении со временем склеивания на феноло-формальдегидных клеях, а также тепловые затраты на производство фанеры;
- уверенно конкурировать на рынке высоководостойкой фанеры с другими странами.

Владимир КОНДРАТЬЕВ, Алексей ЧУБОВ, Никита БЕЛЯЕВ
Благодарим за предоставленную информацию Центральный научно-исследовательский
институт фанеры