Использование пероксида водорода для снижения выделения формальдегида из древесностружечных плит

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 674.815-41

Использование пероксида водорода для снижения выделения формальдегида из древесностружечных плит

О.B. Дорохова, А.М. Сингуринди, Л.И.Крюкова,

М.А.Петрова, К.В.Скоромный

(Ленинградская лесотехническая академия)

В настоящее время существует большое количество методов снижения токсичности древесностружечных плит. Однако эта проблема до сих пор остается актуальной, так как не найдено простого и эффективного способа, который был бы приемлем для промышленных условий.

Одним из перспективных способов снижения токсичности является применение катализаторов, обеспечивающих уменьшение выделения формальдегида (СН2О) из карбамидоформальдегидной смолы. В последнее время все большее внимание исследователей привлекает пероксид водорода как отвердитель карбамидных смол [1, 2] .

Преимущество этого соединения заключается в том, что оно имеет низкую стоимость, является практически нетоксичным веществом, недефицитно, благодаря чему находит широкое применение в народном хозяйстве. Пероксид водорода легко окисляет формальдегид, причем продукты окисления практически не представляют опасности для здоровья человека. Сравнивали выделение формальдегида при отверждении карбамидоформальдегидной смолы пероксидом водорода и обычно используемыми катализаторами. Отверждение смолы марки КФ-МТ (2 г) проводили при температуре 100 С в течение пяти минут. Катализаторы вводились в виде 20-процентных растворов в количестве 2% от веса абсолютно сухой смолы. Конденсат и раствор газообразного формальдегида, собранные абсорбцией в воду при отверждении смолы, анализировали на содержание формальдегида по реакции с ацетилацетоном. Количество формальдегида, выделяющееся из отвержденного связующего, оценивали по методу WKI при температуре 600С в течение четырех часов и модифицированному американскими исследователями эксикаторному методу [3,4]. токсичность катализатор пероксид аммоний

Наибольшее выделение формальдегида при отверждении смолы наблюдается при использовании пероксида водорода (табл.1). Это указывает на то, что свободнорадикальная полимеризация по азометиновым группам, по-видимому, не имеет места, как в случае применения персульфата аммония, где выделение формальдегида является наименьшим.

Таблица 1. Влияние вида катализатора на выделение формальдегида из карбамидоформальдегидной смолы

О конденсационном механизме процесса отверждения карбамидной смолы пероксидом водорода свидетельствует влияние совмещения перекиси водорода с хлоридом аммония на время желатинизации смолы. Общее количество комбинированного катализатора составляло 1% по отношению к абсолютно сухой смоле.

С увеличением в отвердителе доли перекиси водорода время отверждения смолы возрастает (табл.2). Известно, что совмещение инициаторов свободнорадикальных реакции с традиционными патентными катализаторами позволяет сократить время отверждения смолы [3].

Таблица 2. Время желатинизации карбамидоформальдегидной смолы в зависимости от количества перекиси водорода и хлорида аммония

Предполагают[1], что при введении пероксида в карбамидоформальдегидную смолу катализ происходит под действием муравьиной кислоты, образующейся при окислении перекисью водорода свободного формальдегида, присутствующего в данной смоле. Однако повышенное выделение формальдегида при отверждении смолы указывает на более сложный механизм этого процесса. Изменение количества формальдегида (см. табл. 1), выделяющегося из отвержденного связующего в обоих методах, носит один и тот же характер. Известно [5] , что выделение формальдегида из древесностружечных плит так же, как и из карбамидоформальдегидного связующего, в значительной степени зависит от вида и количества отвердителя. Однако в настоящее время выбор катализаторов, способных снижать токсичность связующего и плит, проводится, как правило, эмпирическим путем.

Физико-химические процессы, протекающие при отверждении смолы, еще недостаточно изучены. В них нельзя разграничить действие переменных различной природы. По этому для изучения влияния катализатора на выделение формальдегида из отвержденного связующего использовали метод многомерной статистики планирование эксперимента [6]. В соответствии с выбранной матрицей планирования было проведено 6 опытов. Количество формальдегида, выделяющееся из отвержденного связующего, характеризуется следующими параметрами:

У1, мг/г -- по методу WKI

У2, мкг -- по методу "под колпаком"

Исследовалось влияние на эти параметры независимых факторов, определяющих процесс отверждения:

Х1- -- время отверждения смолы, с;

Х2-- количество формальдегида, выделяющееся в процессе отверждения смолы, мг/г.

В данной статье не приводятся алгоритм расчета и анализ полученных уравнений регрессии. Результаты проведенных экспериментов описываются следующими зависимостями:

У1, = 35,78 - 0,37 х1 + 2,60 х2, (1)

У2 = 5,71 - 0,06 х1. (2)

Уравнения регрессии (1) и (2) адекватно описывают опытные данные и позволяют определить количество СН20 выделяющееся из отвержденного связующего.

Наименьшее выделение формальдегида наблюдается при ис-пользовании пероксида водорода. Однако время желатинизации карбамидоформальдегидной смолы перекисью водорода не удов-летворяет требованиям ГОСТ 14231-78. Для снижения этого показателя в смолу вводили пероксид водорода совместно с традиционным катализатором -- хлоридом аммония.

Увеличение количества пероксида приводит к увеличению выделения формальдегида в процессе отверждения и его сниже-нию из отвержденного связующего, а также к возрастанию времени желатинизации и жизнеспособности (табл.3).

Таблица 3. Характеристика модифицированного карбамидоформальдегидного связующего с 2% NH4Cl

С разработанными композициями связующего были изготовлены древесностружечные плиты толщиной 10 мм и определены их токсичность и физико-механические свойства. Режим прессования: температура - 160°С, продолжительность-0,3 мин/мм, удельное давление - 2,0 МПа.

Токсичность плит, изготовленных с использованием связующего, содержащего пероксид водорода, ниже токсичности контрольных (табл.4).

Таблица 4. Токсичность и физико-химические свойства древесностружечных плит на основе модифицированного карбамидоформальдегидного связующего

Оптимальное количество перекиси, обеспечивающее снижение токсичности плит, составляет 2%. Применение пероксида способствует увеличению предела прочности плит на изгиб.

Литература

1. Отверждение мочевиноформальдегидных смол пероксидом водорода/ Зильберман Е.Н., Фирсов Н.Н., Старков А.А. и др.//ЖПХ. 1986. № 2. С.429-431.

2. Chapman K.M. Hydrogen peroxide as a recin cure accelerator// S.Adnes. 1966. VoL 19.№2.P.137-151.

3. Roffael E. Die Formaldehyd-abgable von Sрaр-Lafien und anderen werksfoffen DRW. Stuttgart, 1982. S. 1849.

4. Meyer B., Hermanns K. Formaldehyde release from urea formaldehyde bonded wood Products// J.of applied Polymer Science. Applied Polymer Symposium. 1984. №40. S. 27-39.

5 Kellner M. Meranie uvolneneho formaldehyde z vzsfingch materialov// Drevo.1980 Rocnik 35. №6. S. 163- 166.

6. Адлер Ю.П., Маркова Е.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1971. 283с.

Размещено на Allbest.ru