Технология производства ДСП. Часть 5
Вспомогательные компоненты и добавки в производстве древесных плит
Помимо основного связующего, значительное влияние на свойства древесных плит оказывают дополнительные компоненты – от отвердителей и буферов до гидрофобизаторов, антипиренов и антисептиков. Их назначение – не только усиление прочности и влагостойкости, но и повышение безопасности, стабильности свойств и эксплуатационной стойкости конечного материала.
Одним из интересных компонентов, применяемых в качестве связующего, является полиизоцианат марки «К». Он способен не только прочно соединять частицы древесины, но и работать при их повышенной влажности – до 20%, благодаря своей способности связывать влагу. В результате плиты на таком связующем обладают отличной водостойкостью и подходят для эксплуатации в сложных климатических условиях.
Альтернативой синтетическим смолам в некоторых технологиях становятся щелочные соединения. Так, метод Педерсена, предложенный в 1960-х в Дании, предполагает использование сульфитных щёлоков. При выдержке формованной смеси сначала в горячем прессе, а затем в автоклаве при высокой температуре и давлении, удаётся достичь минимального набухания плит – всего около 1% после вымачивания. Однако уровень прочности при изгибе таких плит остаётся сравнительно невысоким – до 15 МПа, к тому же изделия имеют специфический запах. Смешивание щёлоков с фенольными смолами позволяет частично нивелировать недостатки метода.
Минеральные связующие, такие как портландцемент, также находят своё применение. В цементной рецептуре стружки не более 20%, а остальной объём занимают цемент, вода и добавки. Такие плиты изготавливаются в холодных прессах и требуют длительного (до 24 суток) созревания. Их высокая плотность (1300–1600 кг/м³) и прочность обеспечивают надёжность, но ограничивают сферу применения из-за массы и времени изготовления.
Магнезитовый цемент требует хвойной древесины, так как сахара, содержащиеся в лиственных породах, мешают твердению. При использовании сорелевого цемента этот недостаток устраняется. Плиты на магнезитовом цементе (с содержанием древесины около 40%) обладают хорошей водостойкостью, выдерживают кипячение, но неустойчивы к атмосферным воздействиям, что ограничивает их применение внутренними помещениями и специальными отраслями, такими как судостроение.
Интересен опыт Китая, где шлаковая мука – побочный продукт металлургии – используется как связующее. Плиты, получаемые с её использованием, достигают плотности 1220 кг/м³ и прочности при изгибе до 17 МПа.
Гипсостружечные плиты (с соотношением гипс–древесина 70:30) характеризуются огнестойкостью и сравнительно быстрым отверждением. Однако их механическая прочность в два раза ниже, чем у плит на синтетических смолах.
Особое внимание в плитном производстве уделяется отвердителям. На смену хлориду аммония, от которого отказались в странах ЕС из-за риска образования токсичных соединений при сгорании плит, пришли нитрат и сульфат аммония. В России хлорид всё ещё используется, хотя его концентрация уже значительно снижена.
Для стабилизации реакции поликонденсации и предотвращения преждевременного отверждения вводятся буферные вещества – аммиак, карбамид или их смеси. Аммиак нейтрализует кислоту при низких температурах и испаряется при нагревании, тогда как карбамид связывает формальдегид. Внутренние слои плит можно дополнительно обработать гранулированным карбамидом, что снижает уровень формальдегида до 5–9 мг/100 г.
Персульфат аммония – один из наиболее эффективных ускорителей отверждения, позволяющий сократить продолжительность прессования на треть. Однако он образует кислоту уже на стадии подготовки клея, что сокращает его жизнеспособность. Другие используемые отвердители включают гексаэтилентетрамин («гекса»), особенно ценный в сочетании с аммониевыми солями при производстве плит в многоэтажных прессах.
Для фенольных смол, отверждающихся без образования кислот, в качестве ускорителей используют поташ, резорцин и его производные. Но их высокая стоимость ограничивает применение. Изоцианаты (например, pMDI) вообще не требуют отвердителей, хотя могут быть совместимы с третичными аминами или даже карбамидными смолами для создания комбинированных систем.
В состав плит вводятся и наполнители, например, лигносульфонаты, способные частично заменить карбамидную смолу (до 10%) и улучшить распределение клея. Гидрофобизаторы, такие как парафин и церезин, делают материал влагостойким. Чаще всего парафин вводят в виде водной эмульсии, но в США применяют и прямое распыление, исключающее необходимость в эмульгаторе. Для волокнистых плит используют гач и воскоподобные массы с температурой плавления 50-54°C.
Антисептическая обработка – важный этап, особенно в тропических зонах, где существует угроза со стороны термитов. Кроме того, древесина, содержащая заболонь, подвержена грибковому поражению при высокой влажности. Плиты на карбамидных смолах в этом отношении особенно уязвимы. Поэтому антисептики вводятся либо в клей, либо непосредственно в стружку – в виде порошка, аэрозоля или пропитки.
Огнестойкость плит повышается за счёт добавления антипиренов: борной кислоты, соединений фосфора и цинка. Эти вещества снижают скорость горения в 2-3 раза. Комбинируя их с минеральными связующими, можно добиться классов огнестойкости В1 и А2.
Таким образом, роль вспомогательных добавок в производстве плит сложно переоценить. Они не только оптимизируют сам технологический процесс, но и позволяют создавать материалы с заданными эксплуатационными характеристиками, отвечающими современным требованиям безопасности и функциональности.