Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, задачи исследования 10
1.1. Анализ состояния и перспектив мирового производства и потребления фанеры 10
1.1.1. Анализ области применения фанеры 10
1.1.2. Сравнительная характеристика древесных материалов 15
1.2. Анализ синтетических смол и клеев на их основе, применяемых в производстве фанеры повышенной водостойкости 18
1.2.1. Анализ синтетических смол 18
1.2.2. Теоретическое обоснование механизма образования карбамидомеламиноформальдегидной смолы для получения фанеры повышенной водостойкости 24
1.2.3. Анализ клеев на основе синтетических смол 34
1.3. Выводы. Задачи исследования 38
2. Теоретическое обоснование путей повышения эффективности применения карбамидомеламиноформальдегидной смолы 42
2.1. Теоретическое обоснование механизма взаимодействия карбамидомеламиноформальдегидных и фенолоформальдегидных смол 42
2.2. Теоретическое обоснование механизма взаимодействия карбамидомеламиноформальдегидных смол и аэросила технического 48
2.3. Выводы 54
3. Общие методические положения 55
3.1. Характеристика исходных материалов 55
3.1.1. Шпон 55
3.1.2.Клеевые материалы 55
3.2. Характеристика используемых приборов и оборудования 57
3.3. Методика проведения экспериментов 59
3.3.1. Исследование карбамидомеламиноформальдегидных смол. Подтверждение теоретических предпосылок снижения токсичности фанеры повышенной водостойкости 59
3.3.1.1. Исследование карбамидомеламиноформальдегидных смол 59
3.3.1.2. Подтверждение теоретических предпосылок снижения токсичности фанеры повышенной водостойкости 60
3.3.2. Разработка рациональной рецептуры клеевой композиции 62
3.3.3. Обоснование эффекта присутствия наполнителей в составе клеевой композиции 65
3.3.4. Определение продолжительности склеивания пакетов шпона различной толщины 66
3.3.5. Установление характера деформирования и упрессовки пакетов шпона 69
3.3.6. Установление режима изменения давления при склеивании пакетов шпона 70
3.3.7. Статическая обработка результатов экспериментов 72
4. Исследование карбамидомеламиноформальдегидных смол и путей снижения токсичности фанеры повышенной водостойкости 73
4.1. Исследование карбамидомеламиноформальдегидных смол 73
4.2. Подтверждение теоретических предпосылок снижения токсичности фанеры повышенной водостойкости 76
4.3. Освоение карбамидомеламиноформальдегидной смолы марки ЦНИИФ СКМФ и фанеры повышенной водостойкости на предприятии 83
4.4. Выводы 85
5. Разработка состава клеевой композиции на основе карбамидомеламиноформальдегидной смолы и исследование ее свойств 87
5.1. Оптимизация и обоснование состава клеевой композиции 87
5.2. Обоснование природы влияния аэросила технического на процесс отверждения клея 92
5.3. Выводы 94
6. Обоснование параметров технологических режимов склеивания пакетов шпона 96
6.1. Установление требуемой продолжительности склеивания пакетов шпона разной толщины 96
6.2. Установление характера деформирования и упрессовки пакетов шпона 102
6.3. Обоснование режима изменения давления при склеивании пакетов шпона 106
6.4. Выводы 112
7. Технико-экономическая эффективность при использовании результатов работы из выводы и рекомендации 117
Библиографический список 120
Приложения 129
- Анализ области применения фанеры
- Теоретическое обоснование механизма взаимодействия карбамидомеламиноформальдегидных смол и аэросила технического
- Подтверждение теоретических предпосылок снижения токсичности фанеры повышенной водостойкости
- Технико-экономическая эффективность при использовании результатов работы из выводы и рекомендации
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в мире потребляется около 65млн. м фанеры в год. Исходя из тенденций развития ЛПК России и очевидного увеличения годового объёма производства комплектов деревянных деталей и конструкций для домов каркасного и каркасно-панельного типов в ближайшие годы следует ожидать повышения спроса на болыпеформатную березовую фанеру, повышенной водостойкости.
Важными проблемами фанерного производства являются повышение эко-логичности процесса производства и уменьшение токсичности фанеры до уровня современных мировых требований.
Для производства фанеры повышенной водостойкости в России применяются фенолоформальдегидные смолы. Однако эти смолы токсичны и их производство является экологически опасным. При хранении компонентов смол и в процессе их изготовления количество токсичных газовых выбросов составляет 700-1000м /час. Содержание вредных веществ в газовых выбросах, в частности по фенолу, во много раз превышает нормы ПДК.
Вторым токсичным продуктом, выделяющимся из фанеры, изготовленной с применением клеев на основе фенолоформальдегидных смол, является формальдегид. Его количество, определяемое перфораторным методом, составляет 3-6мг/100г продукции при норме до 8мг/100г В настоящее время страны Евросоюза вводят стандарт, согласно которому количество выделяющегося формальдегида снижено с 8 до 4мг/100г продукции. С 1 января 2010г. вступил в силу Калифорнийский регламент, который сократил норматив эмиссии формаль-дегида, определяемый камерным методом в 2 раза до 0,062мг/м воздуха. Это обстоятельство может ограничить экспорт российской фанеры на Запад.
Ужесточившиеся требования по токсичности к продукции данного класса стимулируют развитие и внедрение новых видов связующих, которые обеспечат не только высокие потребительские свойства продукции, но и достаточную безопасность данных материалов для окружающей среды и человека.
Особый интерес в данном случае представляют связующие на основе мелами-на. После отверждения меламиноформальдегидный полимер малотоксичен. Это связано с особенностями меламино-формальдегидной конденсации, а именно наличием в меламине трех аминогрупп, способных при взаимодействии с формальдегидом образовывать соединения с более разветвленной структурой. Основным сдерживающим фактором при этом является более высокая стоимость меламина в сравнении с фенолом. Поэтому для производства фанеры необходимо разработать и освоить применение карбамидомеламиноформальде-гидных смол, при изготовлении которых в составе реакционной смеси значительная часть меламина заменена карбамидом.
Кроме того, в настоящее время одной из тенденций развития современной промышленности является внедрение энергосберегающих технологий. В произ-
водстве фанеры основными направлениями энергосбережения являются интенсификация процесса склеивания высокореакционноспособными клеями, снижение температуры склеивания без потери производительности процесса.
Цель работы. Снижение токсичности фанеры и повышение экологической безопасности процесса ее производства.
Объектом исследования является фанера повышенной водостойкости из древесины березы.
Предметом исследования являются процессы модификации клеевых композиций; процессы, происходящие при склеивании шпона полученными клеевыми композициями; режимы прессования и их влияние на основные показатели фанеры.
Научной новизной обладают:
теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности снижения токсичности фанеры и ускорения процесса отверждения многокомпонентного клея на основе фенолоформальдегидной смолы за счет наличия в его составе карбамидомеламиноформальдегидной смолы;
теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение природы влияния кремне фтористоводородной кислоты и алюминия фтористого, входящих в состав аэросила технического, на ускорение процесса отверждения и увеличение прочности клеевого соединения на основе карбамидомеламино-формальдегидной смолы.
Научные гипотезы:
Присутствие в отвержденной карбамидомеламиноформальдегидной смоле большого числа непрореагировавших метилольных групп, способных вступать во взаимодействие с реакционными группами фенолоформальдегидной смолы с образованием пространственной сетчатой структуры полимера, обеспечивает ускорение процесса отверждения фенолоформальдегидной смолы, снижение токсичности отвержденного клея и повышение прочности склеивания.
Присутствие в составе наполнителя клея на основе карбамид омелами-ноформальдегидной смолы - аэросиле техническом - фтористого алюминия способствует увеличению глубины и степени поликонденсации полимера с образованием пространственной макромолекулы шарообразной структуры и, как следствие, повышению прочности клеевого соединения;
Присутствие в составе наполнителя клея на основе карбамидомелами-ноформальдегидной смолы - аэро силе техническом - кремне фтористоводородной кислоты способствует ускорению процесса отверждения.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительными результатами внедрения карбамидомеламиноформальде-гидной смолы марки ЦНИИФ СКМФ и фанеры повышенной водостойкости на
ОАО «Мостовдрев». Полученные результаты теоретических исследований согласуются с положениями классической химии органических соединений и физической химии полимеров.
Практическая значимость работы:
исследованы технологические свойства разработанного клея на основе карбамидомеламиноформальдегидной смолы и условия его применения в промышленности;
разработаны параметры режимов и условий склеивания березового шпона с применением клея на основе карбамидомеламиноформальдегидной смолы.
Применение разработанного состава клея, а также параметров и условий склеивания шпона в производстве фанеры повышенной водостойкости позволяет:
исключить из технологического процесса изготовления водостойких смол высокотоксичный компонент - фенол;
улучшить экологические показатели окружающей среды ввиду отсутствия высокотоксичных газовых выбросов в атмосферу;
получить фанеру повышенной водостойкости, показатели токсичности которой значительно ниже требований ГОСТ 3916.1. (< 8мг/ ЮОг сухих веществ) и также ниже перспективных зарубежных требований (< 4мг/ ЮОг сухих веществ);
увеличить производительность горячего пресса в среднем на 56%;
снизить упрессовку пакетов в среднем на 40%;
снизить затраты тепловой энергии.
Место проведения. Работа выполнена на кафедре технологии деревообрабатывающих производств Санкт-Петербургской лесотехнической академии имени СМ. Кирова, ОАО «Фанплит», ОАО «Мостовдрев».
Апробация работы. Основные положения, разработанные в диссертации, отдельные ее разделы были рассмотрены на следующих конференциях:
IV Санкт-Петербургская международная конференция ООО <<ЦНИИФ» (Санкт-Петербург, 2009г);
Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы механической технологии древесины» (Санкт-Петербург, СПбГЛТА, 20 Юг);
V Санкт-Петербургская международная конференция ООО «ЦНИИФ» (Санкт-Петербург, 20 Юг).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения, библиографического списка из ПО наименований, содержит 150 страниц текста, 30 рисунков, 59 таблиц.
Анализ области применения фанеры
В мире потребляется около 65 млн. м фанеры в год. В последнее время мировое потребление фанеры стремительно растет, прежде всего, в.результате быстрого развития экономики Китая. В ближайшее время рост потребления. продолжится. Вследствие экологических ограничений в-ряде стран, включая США, Канаду, Китай и Японию, растет импорт ими,фанеры из России.
Наибольший рост потребления фанеры, как в мире, так и в России, наблюдается в строительстве. В этом плане достаточно - показательным является потребление фанеры в США, где в 70-х годах в строительстве применялось 33% производимой фанеры, а на сегодняшний день эта отрасль, потребляет 82% от общего объема.
В России во время послереформенного экономического кризиса произошел резкий спад потребления фанеры. В 1995 г. по официальной информации потребление достигло минимума в-270 тыс. м3 в год. Однако тенденция сокращения потребления была достаточно быстро переломлена, несмотря на продолжавшееся в РФ сокращение экономики. С 1997 г. рост потребления фанеры в России растет достаточно высокими темпами, доходящими (2000 г.) до 30%. Однако в 2005 г. темп роста потребления несколько снизился - до 5%, вследствие замедления роста объемов строительства.
Внутреннее потребление фанеры в России растет поступательными темпами. Только за 2007 г. внутреннее потребление выросло почти на 30 %, и впервые превзошло соответствующий уровень 1990 г [92, 60, 59, 93].
С ростом внутреннего потребления фанеры доля её экспорта в общероссийском производстве постепенно снижается. В 1998 г. удельный вес экспорта фанеры.составлял 67 %, к 2006 г. он снизился до 60 %. Однако, в 2007 г., когда впервые за 16 лет произошло абсолютное снижение экспорта фанеры из России, этот показатель снизился до 54 %. Это произошло из-за снижения экспорта фанеры в США с 295 тыс. м3 в 2006 г. до 248 тыс. м3 в 2007 г., а также из-за су-щественного снижения экспорта фанеры в Египет со 159 тыс. м в 2006 г. до 96 тыс. м в 2007 г. Это связано с ростом импорта этими странами более дешёвой фанеры из Китая [60].
В 2008 г. финансовый кризис, разразившийся, в США, охватил европейские страны и Россию. Экспорт фанеры из России сократился на 12 % - с 1503 тыс. м в 2007 г. до 1326 тыс. м в 2008 г. Внутреннее потребление сократилось несущественно - на 2,1 %, с 1402 тыс. м3 до 1372 тыс. м3 [60]-.
В настоящее время в мире наиболее востребована фанера повышенной водостойкости форматов 2440 х 1220 мм, 3050 х 1525 мм, 3500 х 1500 мм. Её доля в мировом производстве и потреблении фанеры составляет примерно 70%. Кроме того, на Западе большим спросом пользуется березовая фанера, это связано, прежде всего, с отсутствием сырья для ее производства. В частности в Финляндии основными породами для производства1 фанеры являются ель и пихта, в США - пихта Дугласа и южная сосна, в.России — береза, лиственница, сосна.
Древесина лиственницы обладает высокой прочностью и плотностью, малосучковата, биостойка. Однако она легко pacтpecкивaeтcяJ при сушке, раскалывается, труднее других хвойных пород обрабатывается на станках.
Древесина сосны средней плотности, достаточно высокой прочности и стойкости против гниения, хорошо обрабатывается. Основным недостатком этой породы является большое количество сучков, а также довольно крупные и многочисленные смоляные-ходы. Основными недостатками шпона-из древесины хвойных пород являются недостатки присущие самой древесине, а также высокие шероховатость, отклонения по толщине, низкая прочность»поперек волокон.
Для древесины березы характерны достаточно высокие прочность, твердость, ударная вязкость, она однородна, эстетична. К основному недостатку этой породы можно отнести малую стойкость к гниению. Предел прочности лущеного березового шпона при растяжении вдоль и поперек волокон превосходит данные свойства древесины сосны и лиственницы (вдоль - 50МПа, поперек - 1МПа) и составляет соответственно 75 МПа и 2,5 МПа. Большие запасы древесины березы, ее достоинства, в первую очередь однородность структуры, определили ее наиболее широкое применение в России для изготовления лущеного шпона и фанеры из него.
Экспорт фанеры из России играет сегодня для отрасли решающую-роль, как по объёмам; так и уровню цен. Поэтому особенно важно выпускать продукцию, отвечающую всем зарубежным требованиям. Особое внимание следует уделить экологическим требованиям, так как в настоящее время страны Евросоюза вводят стандарт, ограничивающий количество выделяющегося формальдегида с 8 до 4мг/100г продукции. Это обстоятельство может ограничить экспорт российской фанеры на Запад. Кроме того, с 01.01.2010г. вступила в силу 2 фаза нормативов эмиссии формальдегида (камерный метод) по Калифорнийскому регламенту №07-4-3 от 26.04.2007г., этот ппоказатель составляет 0,062мг/м3 [78].
Фанера используется в самых различных областях, в.первую очередь - в строительстве, мебельном производстве, тароупаковочном производстве, машиностроении, автомобилестроении и вагоностроении.
На сегодняшний день основная часть потребления фанеры приходится на мебельную промышленность и строительство. При этом объем потребления фанеры в строительстве растет особенно быстро за счет роста объемов работ и увеличения доли монолитного домостроения. Кроме строительства и мебельной промышленности, рассмотрены такие области применения фанеры, как производство тары и упаковки, машиностроение.
В строительстве фанера используется в качестве строительного материала несущего, а также ограждающего назначения. В США в структуре потребления фанеры на строительство приходится 82% потребляемой фанеры. Из них жилищное строительство составляет 49%, ремонт и реконструкция жилья - 34%, строительство сооружений - 17%. Основными областями применения фанеры в строительстве являются: опалубка, панели, перекрытия, настил под полы, оформление экстерьера и интерьера, хозяйственные постройки.
Фанера в производстве опалубки используется чаще, чем какие-либо другие материалы. Для производства опалубки используется ламинированная фанера больших форматов. Кроме того, обязательным качеством является высокая водостойкость фанеры. Бакелизированная фанера в виду высокой стоимости не нашла широкого применения в производстве опалубки, несмотря на ее1 высокие прочность,и водостойкость. Требования строителей удовлетворяет стандартная фанера повышенной водостойкости.
Для оформления экстерьера важной является, прежде всего, влаго и водостойкость фанеры. В связи с этим используется фанера марки ФСФ различных форматов и толщины, иногда ламинированная, с последующей покраской или с пленкой, имитирующей текстуру дерева. Для хозяйственных построек меньшую важность имеет качество поверхности. Таким образом, наиболее вероятный выбор строителей - фанера марки ФСФ с невысоким качеством поверхности как минимум с одной стороны.
Каких-либо жестких стандартов относительно выбора фанеры для оформления интерьеров жилых и- офисных помещений не существует. Большое значение имеет внешний вид материала и его экологичность.
Фанера широко применяется- и в качестве обшивок панелей, настила под теплый пол, паркет и ламинат, для выравнивания исходной поверхности и изоляции.
За последнее десятилетие наблюдается достаточно быстрый рост строительства. Поэтому можно ожидать увеличения спроса на фанеру в сегменте строительства.
Теоретическое обоснование механизма взаимодействия карбамидомеламиноформальдегидных смол и аэросила технического
Как отмечалось ранее (разд. 1) применение карбамидомеламиноформаль-дегидных смол позволяет снизить токсичности фанеры при одновременном обеспечении требований защиты окружающей среды. Недостатком данных смол является более высокая стоимость. Повышение экономичности процесса может быть достигнуто за счет уменьшения стоимости клея, путем введения наполнителя, и уменьшения времени склеивания, тем самым снизив тепловые энергозатраты на производство.
Поэтому основной целью данного теоретического исследования является изыскание пути комплексного решения поставленных проблем в производстве фанеры.
Клеи на основе карбамидомеламиноформальдегидных смол отверждают-ся при рН клеевых смесей ориентировочно в пределах от 2,5 до 4, поэтому большое значение для ускорения отверждения имеют такие факторы, как количество отвердителя, время взаимодействия смолы с отвердителем, температура смолы, температура хранения клеевой смеси, температура источника- нагрева при отверждении клеящей композиции.
Большое влияние на скорость отверждения карбамидомеламино-формальдегидных смол оказывает температура источника нагрева при отверждении. С повышением температуры при введении в состав клея 1% ЫНдС1 время отверждения уменьшается. Установлено, что минимальное время, необ ходимое для превращения клея в отвержденное состояние получено при температуре 170-180С. В этих условиях время отверждения составляет 20-30с.
Экспериментальными работами установлено, что влияние температуры плит пресса при склеивании слоистой древесины на время образования прочного клеевого соединения имеет тот же характер, хотя абсолютное значение этого времени значительно меньше, чем время отверждения клея без сочетания его с древесиной [97].
Наиболее широко применяемый в промышленности отвердитель карбами-домеламиноформальдегидных смол - хлористый аммоний снижает значение рН клеящего состава не только при нагревании в процессе склеивания; но и» при нормальной температуре. Хлористый аммоний, введенный в смолу, реагирует со свободным и слабосвязанным формальдегидом с выделением соляной кислоты: 4NH4C1 + 6CH20 -- 4НЄ1 + (CH2)6N4 + 6Н20
Кроме снижения рН среды, при взаимодействии хлористого аммония со смолой выделяется тепло, вследствие чего создаются благоприятные условия для ускорения реакции поликонденсации.
Как отмечалось ранее (разд. 1), введение аэросила технического, содержащего кремнефтористоводородную кислоту и алюминий фтористый, по данным результатов исследований [97], проведенных с применением карбамидофор-мальдегидных смол, способствует ускорению процесса отверждения и повышению прочности клеевогосоединения. Учитывая одинаковую природу и условия отверждения карбамидо- и карбамидомеламиноформальдегидных смол возможно предположить положительный эффект введения аэросила технического в состав клея, на основе карбамидомеламиноформальдегидной смолы.
Кремнефтористоводородная кислота H2SiF6 как индивидуальное соединение не существует. Анион SiFe "" присутствует в растворе SiF4 в воде и фтористоводородной кислоте, а также в многочисленных солях — фторосиликатах, например, Na2SiF6, A1F3 и др. Получают кремнефтористоводородную кислоту при растворении SiF4 в воде или фтористоводородной кислоте, взаимодействием Na2SiF6 с кислотами. В промышленности ее получают из газов производства простого суперфосфата, из паров, получаемых при упаривании Н3Р04.
Применяют кремнефтористоводородную кислоту в производстве фторси-ликатов, A1F3, Na3AlF6, NaF, CaF2, NH4F, др. неорганических фторидов.
Таким образом для ускорения времени отверждения клея и достижения полноты отверждения клеевой композиции при температуре плит пресса 1 ЗОНО С в качестве комплексного отвердителя может быть использована смесь хлористого аммония, а также фтористоводородной и кремнефтористоводород-ной кислот, входящих в состав аэросила технического. При этом установлено [81], что быстрое отверждение клея повышенной конденсации связано с сокращением времени, необходимого для уменьшения в клеевом слое определенного количества влаги до начала образования клеевого соединения.
Комплексный отвердитель, состоящий из хлористого аммония, фтористоводородной и кремнефтористоводородной кислот снижает значение рН- клеящего состава до 2,0-3,5, при этом кроме снижения рН выделяется значительное количество тепла, что также создает благоприятные условия для ускорения реакции поликонденсации смолы.
Клеящая способность клеев на основе карбамидомеламино-формальдегидных смол непосредственно зависит от полноты их отверждения. Применение комплексного отвердителя позволит значительно интенсифицировать процесс склеивания фанеры.
Содержащийся в, аэросиле фтористый алюминий A1F3 сильно отличается по свойствам от своих аналогов. Полученный сухим путем (например, накаливанием А103 в парах HF) фтористый алюминий представляет собой тугоплав-кийкристаллический порошок. В воде он практически не растворим.
С галоидными солями ряда одновалентных металлов галоиды алюминия образуют комплексные соединения, главным образом типов М3[АШб] и М[А1Г4], (где Г - CI, Вг или I).
Безводный A1F3 практически нерастворим не только в воде, но и в жидком фтористом водороде.
Образующийся при взаимодействии А1(ОН)3 и HF водный фтористый алюминий малорастворим в воде и довольно сильно гидролизован. Из его раствора в водной FIF выделяется обычно кристаллогидрат A1F3 ЗН20.
Из продуктов присоединения к фтористому алюминию лучше других изучены его комплексные соли с фторидами одновалентных металлов, типов M[A1F4], M2[A1F5] и главным образом M3[A1F6]. К последнему из них относится, в частности, природный криолит - Na3[AlF6]. В виде кристаллогидратов H3A1F6 6H20 и H3A1F6 ЗН20 была выделена и отвечающая ему свободная гек-сафторалюминиевая кислота.
Подтверждение теоретических предпосылок снижения токсичности фанеры повышенной водостойкости
Целью экспериментов являлось изыскание путей изготовления низкотоксичной фанеры повышенной водостойкости с применением карбамидомелами-ноформальдегидной смолы и сокращение энергии на ее производство.
На основе теоретических исследований были приняты два направления достижения цели: применение клея на основе фенолоформальдегидной смолы, модифицированной карбамидомеламиноформальдегидной смолой и!клея на основе смолы марки ПНИИФ СКМФ.
Для реализации первого направления были-разработаны и исследованы составы клеев на основе фенолоформальдегидной смолы марки СФЖ-3013, модифицированной смолой СКМФ, с рядом ускорителей реакции отверждения. В качестве ускорителей приняты параформ, резорцин и комбинированный отвер-дитель КО-2. В состав клея входит также пшеничная мука, повышающая эластичность клеевого соединения и вязкость.клея, мел также для повышения вязкости. Результаты предварительных экспериментов по оценке клеящей способности клеевых композиций представлены в таблице 4.4.
Анализ данных таблицы, 4.4 показывает, что исследованные клеевые композиции позволяют значительно интенсифицировать процесс склеивания. При этом прочность фанеры соответствует требованиям ГОСТ 3916.1. Уменьшение времени склеивания в сравнении с режимами склеивания на фенолоформальде гидной смоле составляет в среднем 39%. Это обеспечивает уменьшение энергозатрат на склеивание.
Введение в состав клея карбамидомеламиноформальдегидной смолы ЦНРШФ СКМФ позволяет изготовить фанеру повышенной водостойкости. На основе анализа вышеизложенных результатов можно выделить состав клея №4, как более приемлемый для выполнения поставленных требований. Определение токсичности фанеры, изготовленной с применением принятого состава, было проведено на ОАО «Фанплит», г. Кострома. Показатели токсичности полученной фанеры значительно ниже требований как отечественных, так и зарубежных стандартов (таблица 4.5).
Таким образом, применение для склеивания шпона в производстве фанеры модифицированного клея на основе ФФС обеспечивает достижение современных требований в отношении токсичности, обеспечивает энергосбережение, последнее - в связи с уменьшением времени склеивания. В то же время, введение небольшого количества смолы марки ЦНИИФ СКМФ не приводит к существенному удорожанию продукции. Однако применение данного клея не решает проблемы выбросов фенола в окружающую среду при производстве феноло-формальдегидных смол.
Для кардинального решения экологических и, энергосберегающих проблем были проведены эксперименты по склеиванию шпона клеями на основе карба-мидомеламиноформальдегидной смолы марки ЦНИИФ СКМФ. Впервые были получены результаты по введению в состав клея на основе карбамидомелами-ноформальдегидной- смолы аэросила технического [86]. Результаты предварительных экспериментов представлены в таблице 4.6.
Анализируя полученные данные можно констатировать, что введеИ1 е в со став клея аэросила технического, активного наполнителя, позволяет зн ч:итель но сократить время склеивания пакетов шпона, и как следствие повысить энергоэффективность процесса.
Сравнивая прочность склеивания клеями составов №6, 10 и 11, мо 110 Ус тановить, что увеличение количества аэросила технического до 10мас.ч:_ ведет к увеличению прочности клеевого соединения. При увеличении количе тва аэ" росила до 15 мас.ч. прочность падает (состав клея №12). Это связано, прежде всего, с увеличением вязкости клеевой композиции и как следствие, ц еравно мерности нанесения клея на склеиваемые поверхности, увеличения вынужденного расхода клея. Кроме того, с повышением вязкости клея уменьшается его смачивающая способность. Введение аэросила технического до 5мас.ч. не дает значимых результатов. На этом основании можно считать рациональным количество вводимого аэросила технического в пределах от 5 до 10 мас.ч. на 1 ООмас.ч. смолы.
При применении клеев на основе смолы марки ЦНИИФ СКМФ без введения в них аэросила технического возможно получить водостойкую фанеру при продолжительности склеивания 7,5 мин.
Введение асила в состав клея не обеспечивает получение фанеры повышенной водостойкости - показатели предела прочности ниже показателей ГОСТ 3916.1 (составы клеев №8, 9). По своим- химическим свойствам асил идентичен аэросилу техническому, однако по структуре это более легкое воздушное вещество. Это обстоятельство затрудняет введение асила в состав клея в необходимом количестве (5-10мас.ч.).
Сернокислый алюминий и азотнокислый аммоний были введены в состав клея как комплексные отвердители. Их использование предполагало увеличение прочностных показателей фанеры при значительном сокращении времени склеивания. Однако, это не дало значительных результатов в направлении цели работы. В связи с усложнением составов данные клеевые композиции были исключены из дальнейшего рассмотрения.
Для повышения эластичности клеевого соединения и вязкости клея использовали пшеничную муку. При чрезмерном увеличении количества наполнителя снижается прочность клеевых соединений и особенно их водостойкость, поэтому ограничили количество пшеничной муки до 5 мас.ч. на 1 ООмас.ч. смолы.
Наиболее рациональными являются составы клеев №№ 10, 11. Применение этих составов позволило получить фанеру повышенной водостойкости даже при продолжительности склеивания 5,5мин. Относительно этих составов будет проведена оптимизация клеевой композиции.
Технико-экономическая эффективность при использовании результатов работы из выводы и рекомендации
При достижении основных составляющих цели установлено, что применение разработанных режимов склеивания обеспечивает также снижение энергозатрат на 56% и потерь шпона на упрессовку в среднем на 40%. Это определяет возможность расчета экономической эффективности процесса производства фанеры.
Технико-экономическая эффективность определяется путем сравнения разработанной технологии склеивания шпона с базовым вариантов. Расчеты проведены по меняющимся статьям расходов. В качестве базового варианта приня-ты условия склеивания фанеры при производительности предприятия 100 000м фанеры марки ФСФ в год.
Объем производства фанеры в соответствии с разработанной технологией:
V2 = V,Ky (7.1)
где Vi и V2 - годовой объем выпуска фанеры по существующей и разработанной технологии соответственно, м3;
Ку - коэффициент, учитывающий увеличение объема выпуска фанеры вследствие увеличения производительности горячего пресса на 56% (раздел 6).
V2 = 100000 х 1,56= 156 000м3/год. Расчет затрат по отдельным статьям по формуле:
где Сг - затраты на сырье, тыс.руб.;
Сч- затраты на материалы, тыс. руб.;
Сг- затраты на топливо и энергию, тыс. руб.;
Сам- затраты на амортизацию, тыс. руб.
Расчет стоимости сырья на годовую программу представлен в таблице 7.1.
Упрессовка пакетов при склеивании по существующей технологии составляет 12%. В соответствии с разработанной технологией склеивания шпона величина упрессовки составляет 5%, следовательно, норма расхода сырья на производство фанеры уменьшиться на 7%.
Расчет затрат на клеевых материалы приведен в таблице 7.2.
Расчет амортизации представлен в таблице 7.4. На основании проведенных расчетов можно заключить, что использование предлагаемой технологии склеивания шпона является экономически оправданным. Стоимость предлагаемой клеевой композиции выше, чем стоимость используемого клея на основе фенолоформальдегидной смолы на 37%. Снижение затрат наблюдается по двум статьям расходов: сырье и энергия. Общая годовая экономия составляет 3744 тыс. руб. Кроме того, цена на зарубежном рынке низкотоксичной фанеры может быть на 10% выше цены фанеры на феноло-формальдегидных смолах. Это обусловлено наличием высокого спроса из-за ужесточения экологических требований, предъявляемых к продукции. Следовательно, при минимальном завышении цены на полученную низкотоксичную фанеру можно получить соответствующий прирост прибыли на единицу продукции. Кроме этого не учтены экологическая составляющая - штрафы, ущерб для окружающей среды.
Наиболее существенными критериями практической эффективности проведенной работы следует считать значительное снижение токсичности фанеры и повышение экологичности процесса ее изготовления.
