Доклады и сообщения

Доктор химических наук, академик РАЕН,

главный эколог деревянного домостроения,

 Мальцев Вадим Васильевич

doc-версия      doc-English version   

            В  предыдущих статьях и выступлениях я подробно рассматривал эколого-технические характеристики древесно плитных материалов (ДПМ), в которых в качестве связующих были использованы карбамидоформальдегидные, меламино-карбамидоформальдегидные и фенолоформальдегидные смолы, а также т. н. изоцианатные клеи, т.е. полиуретановое связующее.

            На реальных цифрах и фактах было показано, что с точки зрения экологической безопасности указанные материалы не соответствуют критериям химической безопасности (прежде всего из-за высокого уровня постоянного выделения формальдегида) и пожарной безопасности – группа горючести Г-4 (материалы полностью сгораемые), высокая токсичность газообразных продуктов горения(формальдегид, фенол, синильная кислота).

            Было также указано, что разработаны добавки в эти ДПМ, которые связывают формальдегид (необратимо) со скоростью V_с большей, чем скорость отщепления формальдегида от отвержденной смолы V₀, т.е. V_с> V₀,что приводит к снижению содержания формальдегида в плитах до уровня ЕО в течение нескольких месяцев, при этом одновременно плиты переходят в группу горючести Г-2, так как используемые детоксиканты Алгид и Диафос-Р-50 являются высокоэффективными антипиренами для древесины. Было также показано, что в случае нежелания производителей токсичных и сильногорючих плитных материалов указанного типа внедрять в производство указанную разработку, имеются иные возможности защиты потребителей от формальдегида, фенола и от пожара. Использование защитно-детоксицирующей грунтовки «Василол» позволяет полностью и необратимо поглощать формальдегид и фенол и одновременно обработанные Василолом ДПМ переходят в группу горючести Г-2, а при последовательной обработке Диафосом-Р-50, разбавленным 1/1 водой (пропитка плит с поверхности), а затем грунтовкой Василол плиты переходят в группу горючести Г-1.

            Таким образом была практически ликвидирована химическая и пожарная опасность ДПМ с формальдегидсодержащими связующими, что было адекватно оценено многочисленными потребителями.

            Однако высокая активность производителей ДПМ на российском рынке и прежде всего производителей плит OSB, сыграла с ним ещё одну злую шутку. Большое количество малограмотных бизнесменов приняли за чистую монету рекламные характеристики плит OSB, в том числе утверждения, что существуют якобы водостойкие сорта OSB. Одна из российских фирм сделала попытку использовать «водостойкие OSB» в качестве съёмной опалубки многократного использования и получила плачевный результат. После этого фирма обратилась к нам с предложением увеличить водостойкость OSB. С аналогичной просьбой обратилась другая фирма, но это касалось повышения водостойкости обычной фанеры с целью многократной отливки в фанерных формах рельефных бетонных изделий с мраморной крошкой на поверхности. Третья фирма обратилась со следующей просьбой: ДВП твердая, 3,2 мм толщиной, не проходит по показателю разбухаемости по толщине. По новому ГОСТ этот показатель должен быть: «не более 13%», а реальный показатель производимой ими продукции – от 20% до 40%.

            Совпадение существа этих проблем привело нас к предположению, что помимо токсичности и горючести ДПМ с формальдегидсодержащими смолами имеется третий неблагополучный фактор – высокое водопоглощение и разбухание по толщине (нарушение принципа механической безопасности). Изучение соответствующей научно-технической литературы показало, что в течение примерно семидесяти лет не создано эффективных технических решений по гидрофобизации ДПМ. Как и 70 лет назад, так и в настоящее время применяются такие малоэффективные гидрофобизаторы как парафин, стеарин, парафиновые эмульсии, парафино-стеариновые эмульсии, талловое масло, таловый пек и т.п. При этом важно отметить, что при гидрофобизации в технологическом процессе древесной стружки и древесного волокна концентрация указанных гидрофобизаторов по массе абсолютно сухой стружки составляет от 0,5 до 0,9%, что недостаточно даже для формирования мономолекулярного слоя на поверхности древесных частиц. Более того, гидрофобизация указанными составами является временной и многие специалисты знают, что во времени эффект такой гидрофобизации сходит на нет, а водопоглощение и разбухаемость по толщине резко увеличиваются.

            Подобное поведение ДПМ является сильным препятствием для эффективного применения их в строительстве. С целью радикального решения этой старинной болезни ДПМ был изобретен и налажен производством принципиально новый гидрофобизатор для ДПМ, который не отторгается со временем от поверхности древесных частиц и выполняет функции гидрофобизатора в течение всего срока эксплуатации ДПМ. Изучение физико-химического механизма гидрофобизации древесных частиц показало, что вышеперечисленные низкомолекулярные гидрофобизаторы –парафины, стеарин и т.д. не образуют прочных адгезионных связей ни с целлюлозой, ни с лигнином, ни с гемицеллюлозой. После чисто механического закрепления на поверхности и в порах древесины, они активно отторгаются молекулами воды, имеющими высокое сродство к древесине. Поэтому гидрофобизация является малоэффективной и временной.

            Таким образом, возникло неразрешимое противоречие: гидрофобизаторы должны максимально отталкивать молекулы воды, но это приводит к их отторжению от гидрофильной поверхности древесных частиц.

            Идея по разрешению этого противоречия возникла в процессе работы на защитно-декоративным составом «Вупрекс», предназначенным для долговременной защиты наружных деревянных конструкций.

            Основой Вупрекса является сополимер, имеющий в своем составе молекулярные группировки 2-х различных типов: один тип имеет высокое химическое сродство к низкомолекулярным гидрофобизаторам, другой тип обеспечивает очень высокую адгезию к древесине, так что пленка, образуемая на поверхности древесины, не отторгается от нее при неопределенно долгой выдержке в воде.

            В процессе работы были синтезированы новые разновидности низкомолекулярных гидрофобизаторов и разработана технология совмещения их с сополимером, что привело к существенному усилению гидрофобизирующего действия сополимера (см. таблицу).

            В итоге на примере гидрофобизации OSB, МДФ, фанер различного типа, ДВП твёрдой 3,2 мм удалось снизить водопоглощение и разбухаемость в 10-50 раз (!) и добиться постоянной гидрофобизации, действующей весь срок эксплуатации. Эффективность нового гидрофобизатора, названного «Гидрофобер СП» проверяли прежде всего на примере плит OSB, которые наиболее агрессивно проталкивают на российский рынок. Одновременно это обусловлено было тем, что одна из фирм решила проверить реальность идеи использования гидрофобизированных OSB в качестве съемной опалубки многократного использования. Приводим первые результаты работ в этом направлении.

Аналогичные испытания были проведены в независимой испытательной лаборатории лесопромышленной продукции ООО «Лессертика». В этих испытаниях были исследованы не только образцы OSB, гидрофобизированные в нашей лаборатории, но и образцы OSB, полученные и гидрофобизированные в одном из исследовательских центров в Германии.

Ниже приводятся полученные результаты

В этой же серии экспериментов были обследованы образцы OSB, полученные в Германии с использованием смолы РМDI, которая якобы должна усилить гидрофобность OSB.

            Ниже приводятся полученные данные, которые свидетельствуют о катастрофических результатах.

            Далее приводятся результаты испытаний образцов OSB (Германия), обработанные с поверхности «гидрофобизирующим» составом на основе смолы РМDI.

Результаты тоже очень интересные, особенно если учесть, что покрытые сверху образцы пачкаются, оставляя на руках белесый след.

Далее приводятся данные по испытаниям образцов OSB, полученных с использованием в качестве связующего смолы MUPF, а также образцов, покрытых гидрофобизирующим составом на основе смолы MUPF. В первом случае водопоглощение составило 69,2%,  разбухание 19,8%. Во втором случае (обработка гидрофобизирующим составом) водопоглощение составило 47,4%, а разбухание 14,2%. В заключение приводим данные по водопоглощению и набуханию исходной, необработанной плиты OSB: водопоглощение 39,5%, разбухание 15,9%. С целью оптимизации состава «Гидрофобера СП», а также оценки его эффективности при обработке других, широко распространенных типах ДПМ, исследования были продолжены, а их результаты приведены в нижеследующих таблицах.

Полученные результаты были использованы для опытно-промышленного выпуска Гидрофобера СП и практической апробации его при решении 2-х задач: определение кратности использования гидрофобизированных плит OSB (обработка Гидрофобером СП два и три раза) в качестве съемной опалубки многократного использования (лабораторные испытания) и использование в том же качестве гидрофобизированной обычной фанеры толщиной 8 мм (обработка 3 раза) для реального формования фигурных бетонных отливок с отделкой мраморной крошкой.

                        Гидрофобизированная в 2 и 3 слоя OSB (формочки 100х100х100 мм) выдержали до начала разрушения 43 формования, а реальные формы из гидрофобизированной фанеры (3 слоя) выдержали 62 формовки. По итоговым сравнительным испытаниям гидрофобизированная фанера оказалась значительно лучше OSB.

            Высокая адгезия пленок, образуемых Гидрофобером СП на поверхности ДПМ, позволяет рассматривать его не только как состав для эффективной гидрофобизации ДПМ, но и как перспективный компонент для замены 5-15% КФ-смол при подготовке связующих для ДПМ с целью их гидрофобизации и сокращения содержания ФА в исходной смоле. Чтобы совместить гидрофобизацию ДПМ по массе с детоксикацией, была проверена совместимость Гидрофобера СП с :

а) КФ-смолами, б) Диафосом-Р-50, в) Алгидом.

                        Совместимость оказалась хорошей и это открывает реальную возможность осуществить в 2013 году серию опытов по получению образцов ДПМ, гидрофобизированных по массе, детоксицированных и с группой горючести Г-2.

Автор: Мальцев В.В.