Бельчинская Л.И., Ходосова Н.А., Стрельникова О.Ю.

(ВГЛТА, г. Воронеж, РФ) сhem@vglta.vrn.ru

СОЗДАНИЕ КЛЕЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ С УЛУЧШЕННЫМИ ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

CREATION OF GLUTINIOUS COMPOSITION WITH THE IMPROVED ECOLOGICAL CHARACTERISTCS

The influence of two types of preprocessing on sorption qualities of the silica-alumina natural minerals for the purpose of their consequent insertion into the glue compositions for producing glued wood products has been researched. Sorbets have been preprocessed in the impulse magnetic field and then under increased processing. As a result of sorbets insertion processed in such a way into glued compositions and plywood the decrease of formaldehyde emission in 1,7 – 2,2 times has been marked. Probably, the cause of sorption activation under the influence of two types of preprocessing is the effect of the complex system self-organization as a result of the impact of impulse magnetic field with the definite magnetic induction on the minerals.

Карбамидоформальдегидные смолы (КФС) являются основой для получения клеевых композиций (КК), широко используемых для нужд мебельной и строительной промышленности России и других европейских стран. Недостатком данных КК является наличие свободного формальдегида, содержание которого повышается в результате термической и гидролитической неустойчивости смолы. Формальдегид – высокотоксичное вещество, оказывающее раздражающее воздействие на слизистые оболочки глаз, носа и верхних дыхательных путей, нервную систему [1, 2]. Согласно медицинской статистике, содержание большого количества вредных веществ в воздухе вызывает рост заболеваемости населения, снижение иммунитета, мутагенное и эмбриотоксическое действие. Формальдегид способен выделяться из различных изделий на основе карбамидоформальдегидных или фенолоформальдегидных смол (пластиков, плит, панелей, ковровых покрытий и др). Это способствует накоплению значительного количества формальдегида в жилых помещениях, что еще в большей степени усиливает его негативное влияние на организм человека. Одним из перспективных и экономичных способов снижения выделения формальдегида из карбамидоформальдегидных смол и материалов, полученных с их использованием, является экологизация клеев за счет введения активированных природных минералов.

Активирование минералов проводилось термически и в импульсном магнитном поле (ИМП). В литературных источниках не обнаружены данные по воздействию ИМП на сорбционную способность минералов. В данной работе рассматривается влияние импульсного магнитного поля и последующей термической обработки на природные минералы – монтмориллонит и клиноптилолит с целью дальнейшего их использования в качестве наполнителей карбамидоформальдегидных смол.

В качестве объектов исследования рассматриваются природные алюмосиликаты: цеолит (клиноптилолит), с жесткой каркасной структурой, и слоистый силикат с расширяющейся структурной ячейкой – монтмориллонит. Для исследуемых сорбентов определены адсорбционные параметры, представленные в таблице 1.

Таблица 1 – Сорбционные характеристики минералов

Сорбент	Параметр
	Пористость, %	Sуд по воде, м^2/кг	VS, см^3/г
монтмориллонит	36,07	149,54	0,19
клиноптилолит	57,92	117,02	0,20
где Sуд – площадь поверхности, VS – суммарный сорбционный объем.

Исследуемые сорбенты имеют близкие величины суммарного адсорбционного объема. Монтмориллонитовый образец обладает большей площадью поверхности по воде, а клиноптилолит – наибольшей пористостью.

Подготовка сорбентов заключалась в облучении их импульсным магнитным полем и последующей тепловой обработке. Ранее определены наиболее эффективная продолжительность обработки (30 с), амплитуда импульсного магнитного поля (0,011 Тл), температура последующей обработки (453 К) [3]. Концентрацию формальдегида, выделяемого из клеевой композиции, определяли ацетилацетоновым методом [4].

Исследовали влияние количества вводимого в клей минерала на концентрацию выделяемого формальдегида из клеевой композиции. Содержание минерала в рецептуре клея варьировали в пределах 1 - 3 % от массы клея. Полученные данные представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Влияние количества вводимого сорбента на выделение формальдегида, мг/м³

Сорбент	Содержание наполнителя в клеевой композиции, %
	1	2	3
монтмориллонит	0,138	0,134	0,133
клиноптилолит	0,129	0,124	0,122

Судя по данным табл. 2, оптимальное количество вводимого сорбента составляет 2 % от массы клеевой композиции.

В работе исследовано выделение формальдегида из сухой клеевой композиции и клееных древесных изделий на основе карбамидоформальдегидной смолы при введении природных и предварительно обработанных сорбентов (табл. 3).

Таблица 3 – Выделение формальдегида из клеевой композиции в зависимости от кристаллохимического строения минералов и вида предварительной обработки

Эмиссия формальдегида из клеевой композиции, мг/м^3
без добавления сорбента	природные сорбенты		т/о сорбенты		сорбенты, обработанные в ИМП		сорбенты, обработанные т/о и в ИМП
	М	К	М	К	М	К	М		К
0,141	0,134	0,124	0,099	0,085	0,084	0,105	0,075	0,081
Примечание: т/о – термообработка; ИМП – импульсное магнитное поле, М – монтмориллонит, К – клиноптилолит

Наиболее интенсивно снижается концентрация формальдегида выделяемого из отвержденной клеевой композиции, в которую входит карбамидоформальдегидная смола (КФС) (содержание свободного формальдегида 0,9 %) и 2 % (от массы смолы) минерального наполнителя, обработанного термически и в импульсном магнитном поле. В большей степени на сорбционную способность клиноптилолита влияет термообработка, а на монтмориллонит – импульсное магнитное поле. Выделение формальдегида снижается в 1,7 раза. Проведение комплексной обработки приводит к снижению эмиссии в 2 раза.

Определена эмиссия формальдегида из фанеры, полученной с использованием клеевой композиции на основе КФС, содержащей сорбенты, предварительно обработанные термически, в импульсном магнитном поле и комплексно (табл. 4).

Таблица 4 – Выделение формальдегида из фанеры в зависимости от кристаллохимического строения минералов и вида предварительной обработки

Эмиссия формальдегида из фанеры, мг/м^3
без добавления сорбента	природные сорбенты		т/о сорбенты		сорбенты, обработанные в ИМП		сорбенты, обработанные т/о и в ИМП
	М	К	М	К	М	К	М		К
0,124	0,120	0,112	0,087	0,076	0,072	0,091	0,056	0,073
Примечание: т/о – термообработка; ИМП – импульсное магнитное поле, М – монтмориллонит, К – клиноптилолит.

Отмечается, что при добавлении в клееные материалы на основе карбамидоформальдегидных смол сорбентов, предварительно обработанных в импульсном магнитном поле и термически, происходит снижение эмиссии в 1,7 – 2,2 раза в зависимости от природы основного структурного компонента минерала. Это положительно сказывается на гигиенических показателях атмосферного воздуха, воздуха рабочей зоны и жилых помещений.

В работе установлено, что проведение предварительной комплексной обработки сорбентов в импульсном магнитном поле и термически позволяет значительно снизить выделение формальдегида из клеевых композиций и фанеры, полученной на их основе. Усиление адсорбционных свойств глинистых минералов под действием температурной обработки происходит за счет дегидратации поверхности, изменения соотношения активных центров на поверхности сорбентов и селективности адсорбции молекул формальдегида в конкурирующей сорбции молекул формальдегида и воды. При воздействии ИМП на молекулярные системы, в соответствии с подходом Бучаченко, Бинге, Салихова, происходит активация на уровне спиновой подсистемы [5,6]. Наиболее вероятно спиновое разупорядочивание в группах AlOH, FeOH, MgOH, гидроксилированных катионах и др., и, как следствие, образование радикальных пар, являющихся активными центрами, в большей степени на гидроксилированной поверхности монтмориллонита сравнительно с клиноптилолитом. Индуцируемое переменным импульсным магнитным полем вихревое электрическое поле, вероятно, способствует поляризации диполей активных сорбционных центров и благоприятно отражается на их ориентации. При проведении двух совместных видов предварительной обработки (тепловой и ИМП при В = 0,011 Тл), по-видимому, наблюдается более выраженный синергетический эффект самоорганизации сложной системы минералов.

Список литературы

[1] Уокер, Дж.Ф. Формальдегид / Дж. Ф. Уокер – М.: Гос. научно-техн. изд. химической литературы. 1957. – 608 с.

[2] Перечень веществ, продуктов, производственных процессов, бытовых и природных факторов, канцерогенных для человека. ГН 1.1.029-98.- М.: Госкомсанэпидназор России, 1995. – 17 с.

[3]Бельчинская, Л. И. Адсорбция формальдегида на минеральных нанопористых сорбентах, обработанных импульсным магнитным полем / Бельчинская Л. И., Ходосова Н.А., Битюцкая Л.А. // Физикохимия поверхности и защита материалов. – 2009. – Т.45. №2. – С.218-221.

[4] Комарова, Е.Е. Определение выделяемого из древесностружечных плит формальдегида фотоколориметрическим методам с использованием ацетилацетона: экспресс-информ. / Е.Е. Комарова Б. В. Ромашков, В.В. Васильев. – М.: ВНИПИЭИлеспром, 1987. – С. 16-19. – (Плиты и фанера; Вып. 12).

[5] Бучаченко, А.Л. Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях / А.Л. Бучаченко, Р.З. Сагдеев, К.М. Салихов – Новосибирск: Наука, 1978.

[6] Бинги, В.Н. Физические проблемы действия слабых магнитных полей на биологические системы / В.Н. Бинги, А.В. Савин. / Успехи физических наук. – 2003. – Т.173.- №3. – С.265-300.