связующее для низкотоксичных древесных пластиков

Формула изобретения

Связующее для низкотоксичных древесных пластиков, представляющее собой модифицированную лигнинсодержащим продуктом фенолформальдегидную смолу, отличающееся тем, что оно представляет собой продукт взаимодействия фенолформальдегидной смолы и 40%-ной водно-аммиачной эмульсии таллового лигнина при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Фенолформальдегидная смола - 60 - 80

Эмульсия таллового лигнина - 20 - 40

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, в частности к области получения древесных пластиков.

Известны композиции на основе ФФС с использованием различных лигнинсодержащих веществ: сульфатного лигнина (а.с. СССР N 496290, кл. C 08 G 5/05, 1974), гидролизного лигнина (а. с. СССР N 163349, кл. C 08 G 8/28, 1964), шлам-лигнина (а. с. СССР N 441268 кл. C 08 G 8/24, 1974), лигносульфонатов (патент США N 3931070, кл. 260-17.5, опублик. 1976, патент США N 4127544, кл. 260-17.5, опублик. 1978).

Лигнинсодержащие вещества являются многотоннажными отходами химической переработки древесины. Их состав, а следовательно, и химическая реакционная способность по отношению к другим веществам различны. Применение лигнинсодержащих веществ для получения композиций на основе ФФС требует разработки определенных условий для каждого их вида.

Большинство предложенных композиций на основе ФФС и лигнинсодержащих веществ предусматривает предварительную обработку лигнинсодержащих веществ перед применением их в производстве смол. Так, гидролизный лигнин обрабатывают щелочью под давлением и при температуре. Применение сульфатного лигнина для синтеза ЛФФС, как правило, требует предварительного его выделения из черных щелоков, что связано с использованием значительных количеств нейтрализующих щелочь реагентов - серной кислоты или углекислого газа, необходимого кислотоупорного оборудования, а также специальных фильтрующих устройств для отделения лигнина из кислого раствора.

Наиболее близким к изобретению является композиция, полученная на основе ФФС путем конденсации при нагревании в присутствии едкого натра фенола и формальдегида с добавлением к полученному конденсату 40% лигносодержащего карамельного осадка предгидролизатов сульфатцеллюлозного производства в 4%-ном водном растворе щелочи (а.с. СССР N 131406, кл. C 08 G 8/28, опублик. 1987).

Недостатком известной композиции является то, что она содержит в свободном состоянии значительное количество фенола и формальдегида, являющихся токсичными веществами.

Технический результат - снижение токсичности ФФС.

Технический результат достигается тем, что композиция для изготовления древесных пластиков представляет собой продукт взаимодействия ФФС и эмульсии таллового лигнина. Талловый лигнин является отходом сульфатно-целлюлозного производства и представляет собой пастообразный продукт, плохо смешивающийся с водой, и имеет следующие показатели:

Влажность, % - 45,3

Зольность, % - 3,8

Общая кислотность, % ед. H₂SO₄ - 6,3

Кислотное число, мг KOH/г - 87

Число омыления, мг KOH/г - 115

Сумма жирных, смоляных кислот и нейтральных веществ (СЖН) - 34,5

Лигнин - 6,7

В результате анализа состава смоляных и жирных кислот, выделенных из таллового лигнина, было обнаружено, что в составе жирных кислот преобладают непредельные с числом углеродных атомов C₁₈ с одной, двумя и тремя двойными связями, в том числе и в сопряженном состоянии. Такие кислоты способны полимеризоваться в условиях прессования, что может способствовать повышению прочностных свойств древесных пластиков, полученных на основе смолы, модифицированной талловым лигнином.

Исследования показали наличие в составе таллового лигнина значительного количества смоляных кислот, а в составе последних - высокой массовой доли абиетиеновой кислоты (56,6%). Известно, что смоляные кислоты могут вступать в химические реакции с фенолом и формальдегидом (Славянский А.К., Медников Ф. А. , Технология лесохимических производств, М., Гослесбумиздат, 1962, с. 205). На основании этих данных можно ожидать существенного снижения содержания свободных фенола и формальдегида в клеевых композициях ФФС и таллового лигнина.

С целью хорошего совмещения таллового лигнина со смолой на его основе готовят водно-аммиачную эмульсию. Также можно предположить, что присутствие аммиака в эмульсии будет способствовать связыванию свободного формальдегида в смоле и в древесных пластиках на ее основе.

Эмульсию таллового лигнина готовят следующим образом: в одногорлую колбу помещают 100 массовых частей таллового лигнина, 35 массовых частей 25%-ной аммиачной воды и 100 массовых частей воды. Смесь нагревают до 70-80^oC и тщательно перемешивают автоматической мешалкой в течение 30 минут. В результате получается 40% эмульсия таллового лигнина.

Пример 1. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, обратным холодильником, загружают 24,62 г фенола, 14,95 щелочи и 18,8 мл воды (из расчета 46% сухих веществ), перемешивают, нагревают и при 40-42^oC вводят первую порцию 43,9 г (92,0%) формалина, доводят температуру до 80-85^oC и выдерживают при этой температуре 40-45 мин. Затем смесь осторожно в течение 15 мин доводят до кипения и кипятят 10 мин. После кипячения смесь за 10-15 мин охлаждают до 80-85^oC, вводят вторую порцию 4,25 г формалина, за 5-10 мин температуру повышают до 85-90^oC и выдерживают при этой температуре до достижения вязкости 0,83-0,93 Па/с по B3-4. Массовое соотношение фенола:формальдегида:щелочи - 1:0,9:0:3.

К полученному фенолформальдегидному конденсату добавляют 40%-ный раствор эмульсии таллового лигнина и нагревают при перемешивании при 60^oC в течение 30 мин при массовом соотношении фенолформальдегидного конденсата и эмульсии таллового лигнина 80:20.

Характеристика модифицированной фенолформальдегидной смолы: свободный фенол 0,06, свободный формальдегид 0,06, жизнеспособность 2 мес.

Пример 2. Проводят аналогично примеру 1 при массовом соотношении фенолформальдегидного конденсата и эмульсии таллового лигнина 70:30.

Характеристика модифицированной фенолформальдегидной смолы: свободный фенол 0,04, свободный формальдегид 0,05, жизнеспособность 2 мес.

Пример 3. Проводят аналогично примеру 1 при массовом соотношении фенолформальдегидного конденсата и эмульсии таллового лигнина 60:40.

Характеристика модифицированной фенолформальдегидной смолы: свободный фенол 0,02, свободный формальдегид 0.03, жизнеспособность 1.5 мес.

Физико-химические свойства фенолформальдегидной смолы приведены в табл. 1.

Модифицированную смолу использовали при производстве фанеры. Клеющие свойства определяли по ГОСТ 20907-75.

Пример 4. Для проклейки использовали шпон хвойных пород древесины. На шпон влажностью 4-7% наносили модифицированную фенолформальдегиднуго смолу при массовом соотношении фенолформальдегидной смолы и эмульсии таллового лигнина 80:20 в количестве 90 г/м². Плиты шпона собирали в пакеты, выдерживали на воздухе 10-20 мин.

Фанеру склеивали при следующих условиях:

Температура плит пресса, ^oC - 1165

Время прессования, мин - 8,5

Удельное давление, МПа - 1,5

Из каждого склеенного листа вырезали образцы в соответствии с ГОСТ 9620-94, выдерживали в кипящей воде в течение 1 ч, определяли максимальную нагрузку, разрушающую образец при скалывании по клеевому шву. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Пример 5. Проводят аналогично примеру 4 при массовом соотношении фенолформальдегидной смолы и эмульсии таллового лигнина 70:30 с расходом композиции 90 г на м² шпона. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Пример 6. Проводят аналогично примеру 4 при массовом соотношении фенолформальдегидной смолы и эмульсии таллового лигнина 60:40 с расходом композиции 90 г на м² шпона. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Пример 7. Проводят аналогично примеру 4 при массовом соотношении фенолформальдегидной смолы и эмульсии таллового лигнина 80:20 с расходом композиции 120 г на м² шпона. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Пример 8. Проводят аналогично примеру 4 при массовом соотношении фенолформальдегидной смолы и эмульсии таллового лигнина 70:30 с расходом композиции 120 г на м² шпона. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Пример 9. Проводят аналогично примеру 4 при массовом соотношении фенолформальдегидной смолы и эмульсии таллового лигнина 60:40 с расходом композиции 120 г на м² шпона. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Пример 10. Проводят аналогично примеру 4 при массовом соотношении фенолформальдегидной смолы и эмульсии таллового лигнина 80:20 с расходом композиции 150 г на м² шпона. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Пример 11. Проводят аналогично примеру 4 при массовом соотношении фенолформальдегидной смолы и эмульсии таллового лигнина 70:30 с расходом композиции 150 г на м² шпона. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Пример 12. Проводят аналогично примеру 4 при массовом соотношении фенолформальдегидной смолы и эмульсии таллового лигнина 60:40 с расходом композиции 150 г на м² шпона. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Источники информации:

1. А.с. СССР N 496290, кл. C 08 J 5/05 1974.

2. А.с. СССР N 163349, кл. C 08 J 8/28 1964.

3. А.с. СССР N 441268, кл. C 08 J 8/24 1974.

4. Патент США N 3931070, кл. 260-17.5, опубл. 1976.

5. Патент США N 4127544, кл. 260-17.5, опубл.1978.

6. А.с. СССР N 1310406, C 08 J 8/28, 1983.

7. Славянский А.К., Медников Ф.А. Технология лесохимических производств. - М.: Гослесбумиздат, 1962, с. 205.4