RU2808623C2 - Клеевая композиция для склеивания древесины (с лигнином) - Google Patents
Клеевая композиция для склеивания древесины (с лигнином) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808623C2 RU2808623C2 RU2021135584A RU2021135584A RU2808623C2 RU 2808623 C2 RU2808623 C2 RU 2808623C2 RU 2021135584 A RU2021135584 A RU 2021135584A RU 2021135584 A RU2021135584 A RU 2021135584A RU 2808623 C2 RU2808623 C2 RU 2808623C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adhesive composition
- adhesive
- lignin
- flour
- amount
- Prior art date
Links
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 title claims abstract description 63
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002023 wood Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 claims abstract description 18
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 11
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 11
- 239000011120 plywood Substances 0.000 claims description 6
- 241000209140 Triticum Species 0.000 claims description 4
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000011094 fiberboard Substances 0.000 claims description 2
- -1 veneer Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 11
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 11
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 9
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229940072033 potash Drugs 0.000 description 2
- 235000015320 potassium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229920005601 base polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 description 1
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 229960004011 methenamine Drugs 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011181 potassium carbonates Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к клеевым композициям, использующимся для склеивания древесных материалов. Предложена клеевая композиция для склеивания древесины, содержащая фенолформальдегидную смолу, муку, раствор лигнина, карбамид, мел и воду. Технический результат - снижение расхода фенолформальдегидной смолы при одновременном увеличении прочностных свойств клеевой композиции в том числе, при изменяющихся температурно-временных условиях окружающей среды. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к деревоперерабатывающей промышленности, в частности к клеевым композициям, использующимся для склеивания древесных материалов, в частности, фанеры, шпона, древесноволокнистых плит и других эквивалентных материалов.
Клеи на основе синтетических смол, в частности, фенолформальдегидных смол, характерны тем, что они обеспечивают образование наиболее прочных и водостойких клеевых соединений. Опыт промышленного применения таких клеев показывает, что материалы, склеенные этими клеями, приобретают способность хорошо переносить переменные воздействия влажности и температуры окружающей среды. Особое место среди указанной группы составов занимают клеи, увеличивающиеся в объеме в процессе отверждения за счет частичного вспенивания (подвспенивания).
Так, из уровня техники RU 2345103 C2, 27.01.2009 известна клеевая композиция, являющаяся вспениваемой, в том числе, для многослойной фанеры, содержащая смолу в количестве 40-80% мас., наполнитель, в частности, мел, мука, крахмал, карбонат калия(поташ) и другие, в количестве 5-30% мас., воду в количестве от 0 до 40% мас. и пенообразователь в количестве 0,1-10% мас. Такой клей не является вязким, и он легко растекается.
Из WO 2019202478 А1, 24.10.2019 известен клей для производства фанеры, включающий фенолформальдегидную смолу, раствор лигнина, наполнитель/отвердитель и воду. Такой клей обеспечивает повышение адгезионных свойств и снижение расхода фенолформальдегидной смолы при увеличении расхода такого возобновляемого материала, как лигнин. Однако в указанном клее отсутствует такой важный компонент, как карбамид, который непосредственно влияет на прочностные свойства клея.
Также из уровня техники GB 1504451, 22.03.1978 известен клеевой состав для склеивания древесных материалов, содержащий фенолформальдегидную смолу, раствор сульфата лигнина, наполнитель, состоящий из древесного порошка, мела и пшеничной муки, и воду. Указанный состав не обеспечивает заданную прочность склеивания.
Из уровня техники известен патент RU 2113982 C1, 27.06.1998, в котором описана сухая порошкообразная клеевая смесь компонента A, состоящего из 90-93 мас. % твердой фенолформальдегидной смолы и 7-10 мас. % уротропина, с гидролизным лигнином и карбамидом в соотношении, мас. %: компонент A - 40-95, гидролизный лигнин - 5-60, карбамид - 0,5-5. Недостатками указанного клея является высокий расход фенолформальдегидной смолы, низкие эксплуатационные свойства, а также узкая направленность при использовании такого состава клея для улучшения огнестойкости фанеры при применении антипиренов.
Кроме того, из литературных данных (ВАРАНКИНА Г.С. Формирование низкотоксичных клееных древесных материалов, Дисс. на соискание уч.ст. д.т.н., СПб, 2014, С. 32) известно, что применение свыше 20 % наполнителя (по объему) позволяет уменьшить расход базового полимерного связующего, в частности смолы, при производстве клеевых композиционных материалов.
В качестве ближайшего аналога заявленного изобретения можно использовать источник информации CA 2981722 А1, 20.10.2016, описывающий клеевые композиции для фанеры, в которых часть фенолформальдегидной смолы заменена на различные щелочные растворы лигнина. Такие композиции содержат также пшеничную муку, наполнитель, карбонат натрия и растворитель. При этом использование растворов лигнина позволяет увеличить вязкость клея и утилизировать отходы в виде лигнина. Однако не позволяет увеличить прочностные свойства, в том числе, устойчивость к воздействию внешних условий окружающей среды.
Техническим результатом заявленного изобретения является снижение расхода фенолформальдегидной смолы при одновременном увеличении прочностных свойств клеевой композиции в том числе, при изменяющихся температурно-временных условиях окружающей среды.
Указанный технический результат достигается за счет использования клеевой композиции для склеивания древесины, содержащей фенолформальдегидную смолу, муку, наполнитель - раствор лигнина и воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит мел и карбамид при следующем соотношении исходных компонентов, % мас.:
фенолформальдегидная смола - 50-60
мел - 5-10
мука - 3-5
карбамид - 1-5
раствор лигнина - 15-25
вода - остальное до 100.
В качестве фенолформальдегидной смолы могут быть использованы смолы марки СФЖ-3014 по ГОСТ 20907, а также различные смолы других производителей.
В качестве муки клеевая композиция может содержать муку ржаную хлебопекарную, сорт обдирная по ГОСТ 7045.
Также используется мел марки ММС-2 по ГОСТ 12085 в качестве инертного наполнителя клея. Допускается использовать мел других марок и по другим нормативным документам.
Также в заявленном изобретении используется в качестве активного наполнителя карбамид марки А, высший сорт по ГОСТ 2081 и калий углекислый технический (поташ) по ГОСТ 10690.
В качестве растворителя применяется вода очищенная или техническая (далее - вода).
Содержание смолы, воды и муки влияет на вязкость клеевого состава и обеспечивает достаточное «время жизни» без ухудшения потребительских свойств. Снижение концентрации смолы, равно как и увеличение содержания воды приводит к непроклею в древесине, обратная ситуация способствует увеличению вязкости и нарушении режима текучести, что приводит к повышенному расходу клея или полной остановке производства.
Содержание муки в указанном диапазоне также обеспечивает достаточную степень холодной подпрессовки. Уменьшение содержания не позволяет точно контролировать вязкость состава, не обеспечивает холодную подпрессовку. Увеличение содержание муки приводит к неконтролируемому изменению вязкости, образованию агломератов твердой фазы, нарушению режима склеивания композита.
Мел применяется в качестве наполнителя для минимизации фактора парового удара при горячем прессовании, а также с целью удешевления технологии производства. Изменение его содержания в большую сторону приводит к уменьшению прочности клеевого шва, в меньшую - повышенному расходу смолы и клеевого состава соответственно.
Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что использование в качестве активного наполнителя раствора лигнина в 10%-ном NaOH разной концентрации совместно с добавленным карбамидом в небольшом количестве обеспечивает улучшение прочностных свойств клея. Возможно, данный факт связан с синергетическим эффектом совместного использования карбамида с раствором лигнина. При этом изменение количеств указанных компонентов приводит к снижению прочности склеивания и ухудшению адгезионных характеристик.
Были приготовлены четыре различных раствора лигнина в 10 мас. % NaOH. Концентрации лигнина составляли 10, 15, 20 и 25 мас. %. Растворы перемешивали до полного диспергирования лигнина. Через несколько часов лигнин в растворах лигнина с 10 мас. %, 15 мас. % и 20 мас. % полностью диспергировался, и растворы выглядели стабильными. Лигнин в 25 мас. % растворе было труднее диспергировать, и осадок всегда присутствовал. Поэтому для дальнейших исследований использовали стабильные растворы лигнина в 10%-ном растворе NaOH с концентрацией 10-20 мас.
Далее описаны конкретные примеры выполнения изобретения.
Пример 1. Изготавливали клеевую композиции для склеивания древесины. Для этого сначала готовили жидкую фазу путем смешивания смолы СФЖ-3014 в количестве 60% мас. с водой в количестве 11% мас. Одновременно готовили суспензию, состоящую из мела в количестве 7,0% мас., карбамида в количестве 3% мас. и 10%-ного раствора лигнина в NaOH в количестве 15% мас., которые смешивались отдельно до получения однородной массы в виде суспензии.
Полученная суспензия постепенно добавлялась в жидкую фазу при непрерывном перемешивании. Дальнейшее перемешивание осуществлялось до достижения однородного состояния клеевой массы. Для контроля вязкости клеевого состава, одновременно с твердой фазой подавалась ржаная мука в количестве 4,0%. Вязкость клея составила 450 сП при 25°С.
Пример 2. Изготавливали клеевую композиции для склеивания древесины. Для этого сначала готовили жидкую фазу путем смешивания смолы СФЖ-3014 в количестве 50% мас. с водой в количестве 10% мас. Одновременно готовили суспензию, состоящую из мела в количестве 8,0% мас., карбамида в количестве 4% мас. и 10%-ного раствора лигнина в NaOH в количестве 25% мас., которые смешивались отдельно до получения однородной массы в виде суспензии.
Полученная суспензия постепенно добавлялась в жидкую фазу при непрерывном перемешивании. Дальнейшее перемешивание осуществлялось до достижения однородного состояния клеевой массы. Для контроля вязкости клеевого состава, одновременно с твердой фазой подавалась пшеничная мука в количестве 3,0%. Вязкость клея составила 400 сП.
Пример 3. Изготавливали клеевую композиции для склеивания древесины. Для этого сначала готовили жидкую фазу путем смешивания смолы СФЖ-3014 в количестве 55% мас. с водой в количестве 10% мас. Одновременно готовили суспензию, состоящую из мела в количестве 7,0% мас., карбамида в количестве 4% мас. и 10%-ного раствора лигнина в NaOH в количестве 20% мас., которые смешивались отдельно до получения однородной массы в виде суспензии.
Полученная суспензия постепенно добавлялась в жидкую фазу при непрерывном перемешивании. Дальнейшее перемешивание осуществлялось до достижения однородного состояния клеевой массы. Для контроля вязкости клеевого состава, одновременно с твердой фазой подавалась ржаная мука в количестве 4,0%. Вязкость клея составила 430 сП.
Аналогичные эксперименты были проведены с 15%-ным раствором лигнина в NaOH, при этом показано, что концентрация раствора лигнина практически не влияла на вязкость полученных клеевых композиций.
Далее для изучения прочностных и адгезионных свойств клеевые составы, полученные по примерам 1-3, наносились на поверхность шпона в количестве 150-160 г/м2.
Преимущества заявленного изобретения доказываются путем сравнения прочностных характеристик клеевой композиции по аналогу, где использовали клеевую композицию, содержащую фенолформальдегидную смолу в количестве 80% мас., лигнин в количестве 20% мас. и дополнительно вносили карбамид в количестве 30% мас. (вязкость 450 сП) и клеевых композиций, полученных по примерам 1-3.
Прочность образцов на скалывание определялась в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 33120-2014. «Конструкции деревянные клееные. Методы определения прочности клеевых соединений». Результаты испытаний представлены в табл. 1.
Таблица 1. Результаты испытания прочности клеевых соединений
| Образцы клеевых композиций | Среднее значение прочности клеевых соединений на скалывание вдоль волокон, МПа, по результатам испытаний склеивания 20 образцов соснового шпона | |
| Не подвергавшихся циклам ускоренного старения | После 40 циклов ускоренного старения по ГОСТ 33120-2014 | |
| Аналог | 4,8 | 3,8 |
| Пример 1 | 5,1 | 4,1 |
| Пример 2 | 5,3 | 4,3 |
| Пример 3 | 5,5 | 4,4 |
Относительную прочность клеевых соединений рассчитывали с погрешностью 1% по формуле: А=(σц/σк)*100%
где σц - среднее арифметическое результатов испытаний образцов после цикличных температурно-влажностных воздействий; σк - среднее арифметическое результатов испытаний контрольных образцов. Группу стойкости клеевых соединений к цикличным температурно-влажностным воздействиям определяют в зависимости от их относительной прочности: - при А до 30% - низкая стойкость; - при А от 30 до 60% - средняя стойкость; - при А более 60% - повышенная стойкость.
Расчетная относительная прочность клеевых соединений по аналогу составила 79,16%, для клеевой композиции по примеру 1 - 80,39%, для клеевой композиции по примеру 2 - 81,13%, для клеевой композиции по примеру 3 - 80,0%.
Анализ полученных экспериментальных данных позволил сделать следующие выводы:
- предел прочности опытных клеевых композиций при скалывании вдоль волокон выше, чем у клеевой композиции по аналогу;
- относительная прочность опытных клеевых соединений незначительно отличается от контрольного, полученного по аналогу. Однако расход ингредиентов, в частности карбамида и смолы значительно ниже в настоящем изобретении гораздо ниже, чем в аналоге.
Таким образом, полученные клеевые композиции обладают высокими прочностными свойствами при сниженном расходе исходных ингредиентов для приготовления клеевой композиции.
Claims (4)
1. Клеевая композиция для склеивания древесины, содержащая фенолформальдегидную смолу, муку, наполнитель - раствор лигнина и воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит мел и карбамид при следующем соотношении исходных компонентов, % мас.:
2. Клеевая композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве муки используют ржаную или пшеничную муку.
3. Клеевая композиция по пп. 1, 2, отличающаяся тем, что используется для склеивания древесины, выбранной из фанеры, шпона, древесно-волокнистых плит и других эквивалентных материалов.
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021135584A RU2021135584A (ru) | 2023-06-05 |
| RU2808623C2 true RU2808623C2 (ru) | 2023-11-30 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1601751A (en) * | 1977-10-18 | 1981-11-04 | Metsaliiton Teollises Oy | Adhesives based on phenol-formaldehyde resin and alkali lignins |
| RU2113982C1 (ru) * | 1997-03-24 | 1998-06-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Техстромэкология" | Способ изготовления огнезащищенной фанеры и фанерных плит |
| RU2757429C1 (ru) * | 2020-07-20 | 2021-10-15 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Синтетический клей для производства фанеры, фанера и способ ее производства |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1601751A (en) * | 1977-10-18 | 1981-11-04 | Metsaliiton Teollises Oy | Adhesives based on phenol-formaldehyde resin and alkali lignins |
| RU2113982C1 (ru) * | 1997-03-24 | 1998-06-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Техстромэкология" | Способ изготовления огнезащищенной фанеры и фанерных плит |
| RU2757429C1 (ru) * | 2020-07-20 | 2021-10-15 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Синтетический клей для производства фанеры, фанера и способ ее производства |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| В.Н. Волынский "Технология клееных материалов", Учебное пособие для Вузов, Архангельск, 2003, 296 с., стр. 44-45. Г.С. Варанкина "Склеивание лущеного шпона и оценка качества фанеры", Лабораторный практикум для слушателей ФПК, Санкт-Петербург, 2014, 23 с. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106164207A (zh) | 粘着材料和使用所述粘着材料形成木质纤维素复合材料的方法 | |
| RU2458954C2 (ru) | Адгезивная система и способ получения продукта на основе древесины | |
| CN103108933A (zh) | 大豆胶粘剂及由其制成的复合物 | |
| CN105729587A (zh) | 一种生态装饰板 | |
| RU2400513C2 (ru) | Клеевая композиция и способ ее получения | |
| Çolak et al. | Some technological properties of laminated veneer lumber manufactured from pine (Pinus sylvestris L.) veneers with melamine added-UF resins | |
| RU2808623C2 (ru) | Клеевая композиция для склеивания древесины (с лигнином) | |
| RU2437911C2 (ru) | Клеевая композиция | |
| EP4185651A1 (en) | Binding agent for cellulose-containing materials and a product containing it | |
| RU2345103C2 (ru) | Клеевая композиция | |
| CN106800914B (zh) | 一种抗菌防霉植物胶黏剂及其制备方法 | |
| JP2004522628A (ja) | ホルムアルデヒドを含む層状製品からのホルムアルデヒドの放出の低減方法 | |
| BR112018068644B1 (pt) | Aglutinante livre de formaldeído e produto de material composto | |
| RU2781378C1 (ru) | Клеевая композиция для склеивания древесины (с поташем) | |
| EP2021428A1 (en) | Adhesive system | |
| RU2418026C1 (ru) | Клеевая композиция на основе бутадиен-нитрильного каучука | |
| RU2264426C1 (ru) | Клеевая композиция для изготовления клееных слоистых материалов и способ получения для нее наполнителя | |
| RU2616924C1 (ru) | Клеевая композиция на основе порошкообразных термореактивных полимеров | |
| US8143335B2 (en) | Adhesive composition | |
| RU2425083C2 (ru) | Клеевая композиция | |
| RU2287548C2 (ru) | Клей для фанеры | |
| RU2021135584A (ru) | Клеевая композиция для склеивания древесины (с лигнином) | |
| RU2048983C1 (ru) | Способ получения древесностружечных плит и пленочных материалов на основе бумаг | |
| JP2022055496A (ja) | 木質板用エマルジョン組成物 | |
| CN108929652A (zh) | 木材胶黏剂及其制备方法 |