Systems. Methods. Technologies 4 (40) 2018

Systems Methods Technologies. D.V. Ivanov et al. Dicyandiamide and its derivatives … 2018 № 4 (40) p. 111-117 112 Dicyandiamide and its derivatives as formaldehyde acceptors in the manufacture of wood boards: transformations and effects on strength D.V. Ivanov a , A.A. Leon vich b St. Petersburg State Forest Technical University under name of S.M. Kirov; 5, Institutsky Per., St. Petersburg, Russia a ivanov.d.v.SPB@74.ru , b wood-plast@mail.ru a https://orcid.org/0000-0002-0001-2461, b https://orcid.org/0000-0001-6971-9644 Received 1.10.2018, accepted 6.11.2018 Dicyandiamide was introduced into the composition for the manufacture of fiberboard using a urea-formaldehyde resin for the chemical binding of formaldehyde, which is released during the curing of the binder. The negative impact on the curing process was eliminated by applying a derivative of dicyandiamide and sulfuric acid, synthesized at an optimal molar ratio of 1: 0.5. The resulting modifier was included in the composition of fibreboard with a combined method of administration, when one half was introduced in the composition of the binder, and the other one - separately from the binder. By carrying out a full factorial experiment on a third-order uniform rotatable plan, the technological parameters of sample production were found: the temperature of the press heating plates was 230 °C, the specific pressing time was 0.3 min / mm of thickness, the mass fractions of the modifier introduced as part of the binder and separately from binder, 5% by weight of abs. of dry resin. Samples meet the requirements of GOST 32274-2013 for durability and are characterized by low toxicity. Keywords : dicyandiamide; guanilurea sulfate; formaldehyde; formaldehyde acceptors; toxicity of wood board. Введение В Российской Федерации наблюдается устойчивый рост производства древесноволокнистых плит (ДВП), в 2017 г. объем выпуска увеличился на 8 % и составил 590,3 млн м 2 [16]. Однако ДВП сухого способа произ- водства, в частности древесноволокнистые плиты средней плотности (MDF от англ. medium density fiber- board ), имеют повышенную токсичность из-за увели- ченного содержания формальдегидсодержащей смолы. Основным видом связующего в производстве MDF остаются карбамидоформальдегидные смолы (КФС); их отверждение сопровождается образованием токсич- ного формальдегида, который частично остается в структуре готовых плит и постепенно выделяется в процессе эксплуатации изделий. Одним из способов снижения токсичности древесных плит является их мо- дифицирование акцепторами, прямо или опосредован- но (через продукты термопревращения) вступающими в химическую реакцию с формальдегидом [9]. В про- мышленности наиболее широкое распространение по- лучил карбамид [13; 14], который в условиях горячего прессования образует аммиак, химически реагирую- щий с формальдегидом с образованием гексаметилен- тетрамина. Недостатком карбамида является щелочная реакция аммиака, из-за которой не достигаются доста- точная глубина отверждения КФС и прочность клеевых соединений древесных частиц. Альтернативой карбамиду как акцептору (модифи- катору) служит летавин, который образует аммиак при температуре свыше 150 °С, т. е. после отверждения связующего [8]. В производстве древесностружечных плит его вводят только в наружные слои, где образую- щийся из него аммиак в процессе тепломассопереноса переходит во внутренний слой, заполняя таким обра- зом весь объем плиты и обеспечивая связывание фор- мальдегида. Технология изготовления MDF не предусматривает разделения потока древесных частиц, поэтому исполь- зование послойного способа не представляется воз- можным. В связи с этим требуется найти акцептор, способный без негативного влияния на физико- механические свойства плиты связывать формальдегид в условиях реальной технологии и всего объема плиты. В качестве объекта исследования выбрали дициан- диамид (C 2 H 4 N 4 , или ДЦДА). Начиная с 70 °С он спо- собен реагировать с формальдегидом по аминогруппам с образованием метилольных производных [2], что от- крывает возможность для связывания формальдегида в условиях внутреннего слоя MDF. При температуре от 160 °С, в присутствии водяного пара он образует амме- лид и аммиак [4]. Методика исследования. Способность ДЦДА обра- зовывать аммиак определяли на навесках массой 1 г, которые выдерживали в термостате, нагретом до 130 °С при моделировании температуры внутреннего слоя и до 220 °С — при моделировании температуры наружных слоев. Выдержку проводили в течение 15 и 30 мин с момента выхода температуры на заданную ве- личину. В препаратах, полученных после термообра- ботки, определяли количество азота согласно [7]. Массу аммиака ( m ам , г ) на 1 г ДЦДА, выделившего- ся при термообработке, рассчитывали по формуле: ам = ( а. − а . ) ∙ 17 ∙ 100 82,35 , (1) где N а.1 — количество азота в исходной навеске, моль ; N а.2 — количество азота в препарате, полученном после термообработки, моль ; 17 — молярная масса аммиака, г/моль ; 82,35 — массовая доля азота в аммиаке, % . Для изготовления лабораторных образцов MDF ис- пользовали техническое древесное волокно Приозер- ского завода MDF (ОАО «Лесплитинвест»). Готовили плиты расчетной плотностью 700 кг/м 3 , толщиной 10