PL186572B1 - Sposób ograniczania zawartości i emisji formaldehydu w płytach z cząstek lignocelulozowych zaklejanych żywicami aminowymi - Google Patents

Abstract

1. Sposób ograniczania zawartości i emisji formaldehydu w płytach z cząstek lignocelulozowych zaklejanych żywicami aminowymi, w czasie standardowego procesu wytwarzania, w którym do masy żywicy, wprowadza się dodatek utwardzacza, znamienny tym, że do masy żywicy dodaje się określoną doświadczalnie dobraną ilość utwardzacza, taką, że kwasowa pojemność buforowa gotowych płyt mieści się w przedziale 0,6 - 0,9 mmola NaOH/IOO g absolutnie suchej płyty, przy czym stosuje się znane utwardzacze wpostaci soli amonowych, które korzystnie wzmacnia się dodatkiem kwasu w przypadku wysokiej warto­ ści zasadowej pojemności buforowej absolutnie suchych cząstek lignocelulozowych używanych w procesie wytwarzania płyt.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób ograniczania zawartości i emisji formaldehydu w płytach z cząstek lignocelulozowych zaklejanych żywicami aminowymi przeznaczony do stosowania w przemyśle drzewnym, w produkcji płyt z cząstek lignocelulozowych.

Znane dotychczas sposoby ograniczania zawartości i emisji formaldehydu w płytach z cząstek lignocelulozowych zaklejanych żywicami aminowymi polegają na:

- dodawaniu do kleju substancji wiążących formaldehyd, przykładowo mocznika, węglanu amonu, chlorku sodu, melaminy, nadtlenku wodoru, tanin, skrobii, rezorcyny, kaprolaktanu i innych,

- obróbkę wiórów przed zaklejeniem roztworem mocznika,

- albo obróbkę gotowych płyt gazowym amoniakiem lub roztworami soli amonowych lub roztworem mocznika.

Z literatury przedmiotu znane są także wyniki badań, w których wykazano korzystny wpływ na higieniczne właściwości płyt uzyskiwane w wyniku takich działań, jak:

- zmniejszanie stosunku molowego formaldehydu do mocznika w żywicach klejowych,

- zmniejszania wilgotności cząstek lignocelulozowych poprzez suszenie ich do możliwie niskiego poziomu wilgotności i zaklejanie klejami o wysokiej koncentracji,

- zwiększanie temperatury prasowania i wydłużania czasu prasowanie płyt.

Wyżej wymienione rozwiązania wymagają znacznych nakładów związanych z zakupem dodatkowych surowców chemicznych oraz z budową instalacji do ich przygotowania i dozowania, lub też wiążą się ze wzrostem energochłonności procesu w związku z dodatkowym czasem suszenia wiórów-cząstek lignocelulozowych, lub prasowania płyt.

Mogą również zmniejszać efektywność procesu wytwarzania płyt tzn. powodować zmniejszenie wydajności linii technologicznej z uwagi choćby na wydłużony czas prasowania.

Dodawanie substancji wiążących formaldehyd może powodować pogorszenie niektórych właściwości płyt np. spęcznienie po moczeniu w wodzie i pogorszenie wytrzymałości na rozciąganie prostopadłe do płaszczyzn.

Ograniczenie zawartości formaldehydu nie zawsze gwarantuje zmniejszenie jego emisji, szczególnie w czasie użytkowania płyt, ze względu na możliwość jego odszczepiania z nietrwałych związków powstałych w wyniku reakcji z subtancjami wiążącymi.

186 572

Wiadomo jest również z badań kontrolnych, że korzystny wpływ na zawartość formaldehydu w płytach ma utwardzacz dodawany do kleju, jednak ilość tego utwardzacza dobiera się na podstawie czasu żelowania kleju i parametrów prasowania płyt.

W sposobie ograniczania zawartości i emisji formaldehydu w płytach z cząstek lignocelulozowych zaklejanych żywicami aminowymi według wynalazku, przeznaczonymi dla standardowego procesu wytwarzania płyt, w którym do masy żywicy, którą zakleja się cząstki lignocelolozowe, wprowadza się dodatek utwardzacza, istota rozwiązania polega na tym, że do masy żywicy dodaje się określoną doświadczalnie dobraną ilość utwardzacza, taką, że kwasowa pojemność buforowa gotowych płyt mieści się w przedziale 0,6 - 0,9 mmola NaOH/100 g absolutnie suchej płyty, przy czym stosuje się znane utwardzacze w postaci soli amonowych, które korzystnie wzmacnia się dodatkiem kwasu w przypadku wysokiej wartości zasadowej pojemności buforowej absolutnie suchych cząstek lignocelulozowych używanych w procesie wytwarzania płyt.

Jako kwas stosuje się kwas nieorganiczny, korzystnie ortofosforowy. Można również stosować kwas organiczny, korzystnie cytrynowy.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia trwałe ograniczenie zawartości i emisji formaldehydu. Wartości perforatora maleją w czasie sezonowania i po sezonowaniu płyt przez rok, w zmiennych warunkach (temperatura od +5°C do 30°C, wilgotność od 40% - 85%) pozostają w ścisłej korelacji z wartościami określonymi w pierwszej dobie po wyprodukowaniu płyt.

W znanych i stosowanych dotychczas technologiach produkcji płyt z cząstek lignocelulozowych (wiórowe, wiórowo-paździerzowe, płyty MDF) ilość dodawanego do masy żywicy utwardzacza ustala się na podstawie czasu żelowania kleju i parametrów prasowania, w szczególności czasu prasowania płyt.

Przeprowadzone badania doświadczalne wykazały, że między pojemnością buforową w szczególności zasadową suchych cząstek lignocelulozowych, przykładowo wiórów drzewnych, a zawartości formaldehydu w płytach wytwarzanych z ich zastosowaniem, istnieje ścisła korelacja. Zależności te zostały przedstawione na wykresach obrazujących wpływ zasadowej pojemności buforowej drewna, oznaczonej w100°C na zawartość formaldehydu w płytach bez utwardzacza - fig. 1a, wpływ kwasowej pojemności buforowej wiórów oznaczonej w 100°C, na zawartość formaldehydu w płytach bez utwardzacza - fig. 2, oraz wpływ zasadowej pojemności buforowej wiórów, oznaczonej w 100°C, na zawartość formaldehydu w płytach z dodatkiem utwardzacza - fig. 3.

Na wykresach tych podano wartości współczynnika determinacji dającego informację, w ilu procentach jedna cecha zależy do drugiej, tj.

R² · 100%

Współczynnik determinacji jest kwadratem współczynnika korelacji R, którego wartość odpowiada korelacji miedzy zawartością formaldehydu określoną po 1. dobie po wyprasowaniu płyt i po sezonowaniu rocznym w zmiennych warunkach.

Z przedstawionych na tych wykresach korelacji wynikało, że wpływ ten można ograniczyć lub wyeliminować odpowiednim dodatkiem doświadczalnie dobranej ilości utwardzacza.

Nieoczekiwanie okazało się, że wpływ pH i zasadowej pojemności buforowej wiórów na te same parametry płyt utrzymuje się przy różnej ilości utwardzacza, mimo, że ich wartości w miarę zwiększania udziału utwardzacza w masie klejącej maleją. Okazało się jednak, że kwasowa pojemność buforowa płyt zwiększa się w miarę wzrostu udziału utwardzacza w kleju i przy jej wartości mieszczącej się w przedziale od 0,6 do 0,9 mmola NaOH/100 g absolutnie suchej płyty uzyskuje się najmniejszą zawartość i emisję formaldehydu niezależnie od wartości pH i pojemności buforowej zasadowej użytych cząstek lignocelulozowych. Zawartość formaldehydu w gotowych płytach wyznaczano metodą i aparatem Perforatora zgodnie PN-EN120. ·

Zależność między zawartością formaldehydu oznaczoną po 1. dobie i po 12 miesiącach sezonowania płyt o różnej kwasowej pojemności buforowej przestawiono na wykresie - fig. 4.

186 572

Tak więc zgodnie z powyższym i istotą wynalazku dąży się do ograniczenia zawartości i emisji formaldehydu w płytach przez odpowiednią zmianę kwasowej pojemności buforowej gotowej płyty, tę zaś uzyskuje się poprzez odpowiedni dobór ilości utwardzacza, a niekiedy i jego składu.

Ilość i skład utwardzacza określa się szczegółowo drogą kolejnych prób dla danego procesu technologicznego, w którym stosuje się określone co do rodzaju i parametrów cząstki lignocelulozowe, klej i utwardzacz. Wartość pojemności buforowej zasadowej absolutnie suchych wiórów (a.s.w.) wskazuje kierunek zmian ilościowo-składowych utwardzacza, które należy dobrać drogą kolejnych prób doświadczalnych. Jeżeli wartość zasadowej pojemności buforowej absolutnie suchych cząstek lignocelulozowych jest wysoka, konieczne jest stosowanie utwardzacza wzmocnionego kwasem, gdyż samo zwiększenie ilości utwardzacza w postaci soli amonowych nie zapewni uzyskania wymaganej według wynalazku kwasowej pojemności buforowej gotowych absolutnie suchych płyt (a.s.p.). Sole amonowa utwardzacza są katalizatorem polikondensacji żywic aminowych, ponieważ przy ich rozkładzie wytwarza się kwas. Dlatego też dodatek kwasu do utwardzacza powoduje wzmocnienie jego działania.

Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach wykonania.

Przykład 1.

Do wytwarzania płyt stosowano trociny sosnowe, których pojemności buforowe wynosiły odpowiednio:

- zasadowa - 0,45 mmola H2SO4/IOO g a.s.t.

- kwasowa - 0,95 mmola NaOU/100 g a.s.t.

W standardowym procesie wytwarzania płyt stosowano utwardzacz w postaci chlorku amonu w ilości zapewniającej wymagany czas żelowania tj. 120 sek.

Kwasowa pojemność buforowa gotowych płyt wynosiła 0,42 mmola NaOH/100 g a.s.p., a zawartość formaldehydu wynosiła 6,9 mg/100 g a.s.p.

Po próbach zwiększono ilość chlorku amonowego - utwardzacza - do 3,5% w stosunku do suchej masy żywicy. Dzięki temu pojemność buforowa kwasowa wynosiła 0,62 mmola NaOH/100 g a.s.p., a zawartość formaldehydu zmalała do 4,2 mg/100 g a.s. płyty.

Przykład 2.

Pojemność buforowa paździerzy lnianych:

- zasadowa - 2,77 mmola H2SO4/IOO g a.s.p.

- kwasowa - 2,52 mmola NaOH/100 g a.s.p.

Pojemność buforowa kwasowa płyt z utwardzaczem dozowanym w ilości określanej na podstawie czasu żelowania kleju - 120 sek - wynosiła 0,24 mmola NaOH/100 g a.s. płyty, a zawartość formaldehydu 9,5 mg/100 g a.s.p.

Drogą prób przygotowano utwardzacz o następującym składzie: w 50 l wody rozpuszczono 5 kg saletry amonowej i 10 kg kwasu cytrynowego, dodano 1,0 l wody amoniakalnej 25% i uzupełniono wodą do 100 l. Niewielką ilość wody amoniakalnej dodano dla podniesienia wartości pH roztworu w celu uniknięcia jego korozyjnego działania podczas przechowywania i w transporcie, a również dla wydłużenia czasu żelowania kleju w temperaturze otoczenia w przypadku przygotowywania tzw klejów roboczych w ilościach stanowiących zapas na przykład na jedną zmianę produkcyjną.

Dodatnie tego utwardzacza w ilości 9 litrów na 100 kg żywicy amonowej spowodowało zwiększenie kwasowej pojemności buforowej gotowej płyty do 0,62 mmola NaOH/100 g a.s.p. i jednocześnie zmniejszenie zawartości formaldehydu do 4,8 mg/100 g a.s.p.

Przykład 3.

Pojemność buforowa wiórów wynosiła:

- zasadowa - 0,92 mmoła H2SO//100 g a.s.w.

- kwasowa - 2,35 mmola NaOH/lOO g a^w.

Pojemność buforowa kwasowa płyt z utwardzaczem dozowanym na podstawie czasu żelowania kleju - 120 sek - wynosiła 0,56 mmola NaOH/100 g a.s. płyty, a zawartość formaldehydu wynosiła 5,8 mg/100 g a.s.p.

186 572

Drogą prób przygotowano utwardzacz:

w 50 l wody rozpuszczono 20 kg saletry amonowej, dodano 0,6 l kwasu ortofosforowego i 1,0 l wody amoniakalnej 25%, po czym uzupełniono do 100 l wodą.

Dodanie utwardzacza j w. w ilości 7 litrów na 100 kg żywicy spowodowało zwiększenie kwasowej pojemności buforowej płyt gotowych do 0,72 mmola NaOH/100 g a.s.p. i obniżenie zawartości formaldehydu do 3,7 mg/100 g a.s.p.

Przykład 4.

Pojemność buforowa wiórów wynosiła:

- zasadowa - 3 ,35 5nmola ahSOOlOOg g .s.w.

- kwasowa - U324 mmola lNaOH/100 g a.s.w.

Pojemność buforowa kwasowa płyt z utwardzaczem dozowanym na podstawie czasu żelowania kleju (120 sek) wynosiła 0,48 mmola NaOH/100 g a.s.p., zaś zawartość formaldehydu wynosiła 10,3 mg1100 g a.s.p. Po dodaniu utwardzacza jak w przykładzie 3 w ilości 9 litrów na 100 kg żywicy kwasowa pojemność buforowa płyt wzrosła do 0,80 mmola NaOH/100 g a.s.p., zaś zawartość formaldehydu zmalała do 4,6 mg1100 g a.s.p.

Przykład 5.

Pojemność buforowa wiórów wynosiła:

- zasadowa - 3,15 5lmola H2SO4/IOO 0 g.s.w.

- kwasowa - 0,08 8nmdo ^100/201)0 g. s.Ww

Pojemność buforowa kwasowa płyt z utwardzaczem dozowanym na podstawie czasu żelowania kleju (120 sek) wynosiła 0,108 mmola NaOH/100 g a.s.p., zaś zawartość formaldehydu 12,4 mgl100 g a.s.p.

Po dodaniu utwardzacza jak w przykładzie 3 w ilości 11 litrów na 100 kg żywicy kwasowa pojemność buforowa gotowych płyt wzrosła do 0,67 mmola NaOH/100 g a.s.p., a zawartość formaldehydu zmalała do 4,0 mg1100 g a.s.p.

186 572

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz

Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób ograniczania zawartości i emisji formaldehydu w płytach z cząstek lignocelulozowych zaklejanych żywicami aminowymi, w czasie standardowego procesu wytwarzania, w którym do masy żywicy, wprowadza się dodatek utwardzacza, znamienny tym, że do masy żywicy dodaje się określoną doświadczalnie dobraną ilość utwardzacza, taką, że kwasowa pojemność buforowa gotowych płyt mieści się w przedziale 0,6 - 0,9 mmola NaOH/100 g absolutnie suchej płyty, przy czym stosuje się znane utwardzacze w postaci soli amonowych, które korzystnie wzmacnia się dodatkiem kwasu w przypadku wysokiej wartości zasadowej pojemności buforowej absolutnie suchych cząstek lignocelulozowych używanych w procesie wytwarzania płyt.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako kwas stosuje się kwas nieorganiczny, korzystnie kwas ortofosforowy.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako kwas stosuje się kwas organiczny, korzystnie kwas cytrynowy.