сотрудник
Брянск, Брянская область, Россия
Россия
ВАК 05.17.00 Химическая технология
ВАК 05.23.00 Строительство и архитектура
УДК 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
Статья посвящена вопросам повышения экологической безопасности при получении и эксплуатации строительных материалов и изделий из древесины. Изложены способы снижения выделения формальдегида, основанные на применении порошков – поглотителей формальдегида и использовании новых связующих с низким содержание формальдегида Выявлено, что повышение экологической безопасности клееных строительных материалов также тесно связано с контролем содержания токсичных веществ. Используемые на деревообрабатывающих предприятиях периодический выборочный контроль содержания свободного формальдегида в древесных материалах длителен по времени и требует использования специального лабораторного оборудования. Обосновано применение для определения содержания свободного формальдегида газоаналитического метода, не требующего длительного времени и использования специального лабораторного оборудования. Предложено использовать в качестве вяжущего водостойкий карбамидоформальдегидный клей. Доказано, что после выдержки в течение 12 дней этот композиционный материал можно использовать в жилищном строительстве, т.к. в составе паровоздушной смеси отсутствуют микропримеси формальдегида.
строительство, арболит, клей, прочность, древесина, формальдегид
Объемы производства и использования древесины и древесных материалов во многом определяются темпами развития строительной индустрии, значительную часть которой составляет деревянное домостроение. Дефицит жилья в России остается актуальной проблемой уже несколько десятков лет. При среднестатистическом сроке эксплуатации в 25 лет многие строения используются в 2–2,5 раза дольше. Ежегодно в эксплуатацию вводится 40–45 млн. м2 жилья, в котором доля деревянного домостроительства не превышает 20 %. При этом ежегодно устаревает около 20 млн. м2 жилья, а более 250 млн. м2 жилья требуют замены или капитальной реконструкции [1].
Одним из наиболее перспективных сегментов использования древесины России является малоэтажное домостроение. Среди причин развития данного сегмента является увеличение благосостояния населения, у которого есть желание жить в более комфортных условиях, с одной стороны, и высокая потребность в недорогом жилье, с другой стороны. При выборе строительного материала для строительства жилого дома, в котором будет жить человек, необходимо заранее прогнозировать какое воздействие на организм человека может оказать, тот или иной строительный материал, чтобы обеспечить оптимизацию системы «человек-материал-среда обитания» и создать благоприятные условия проживания [1]. Применяемые в жилищном строительстве материалы должны быть экологически безопасными, обеспечивать комфортные условия проживания и иметь низкую стоимость. В наибольшей степени этим требованиям отвечают строительные материалы и изделия из древесины.
Древесина имеет низкую теплопроводность и обладает способностью обмениваться влагой с окружающей средой, что обеспечивает человеку максимально комфортные условия проживания. Красивая текстура древесины подчеркивает индивидуальность эстетичность интерьера, создает уют. Достоинством древесины также является доступность и возобновляемость ресурсов.
Применение научно обоснованных подходов получения новых конструкционно-теплоизоляционных, теплоизоляционных и отделочных строительных материалов из древесины, позволило разработать новые эффективные материалы и изделия, обладающие лучшими эксплуатационными свойствами, по сравнению с существующими аналогичными строительными материалами [6–12].
К недостаткам древесины относят пороки строения – наличие сучков, склонность к загниванию и растрескиванию, анизотропию и коробление и др. Для их устранения применяются специальные способы обработки, чаще всего связанные с применением склеивания [10].
При склеивании древесных материалов обычно в промышленных условиях применяются карбамидоформальдегидные и фенолоформальдегидные клеи. Эти клеи обладают хорошей адгезией к древесине, дают прочные клеевые соединения. Водостойкость клеевых соединений на основе карбамидоформальдегидных клеев – средняя. Недостатком этих клеев является содержание в них токсичных веществ – свободного формальдегида.
Фенолоформальдегидные клеи являются высоководостойкими, также обладают хорошей адгезией к древесине, дают прочные клеевые соединения. Существенным недостатком этих клев являются содержащиеся в них токсичные вещества – свободный формальдегид и свободный фенол.
Формальдегид – газообразное бесцветное вещество, обладающее высокой химической и биологической активностью, оказывает раздражающее действие на кожу, на глаза и дыхательные пути.
Фенол по токсичности превосходит формальдегид, поэтому клееные слоистые материалы, изготовленные с применением фенолоформальдегидных клеев, не используются внутри помещений. Свободный формальдегид, содержащийся в клее, выделяется как при склеивании, так и в процессе эксплуатации. В зависимости от величины содержания свободного формальдегида в
Снизить выделение свободного формальдегида возможно путем использования природных клеев, полимерных тонкодисперсных порошков, поглощающих формальдегид в процессе склеивания отмечается в исследованиях [2, 13–15].
Другим способом уменьшения выделений свободного формальдегида является частичная замена синтетических клеев нетоксичными веществами, обладающими хорошей адгезией к древесине, например добавлять экстракт из коры дуба в карбамидоформальдегидные клеи для снижения их токсичности без уменьшения прочности склеивания [4].
Способствует уменьшению выделений формальдегида применение в производстве древесностружечных плит применение метил глюкозид и лигносульфонатов. В работе [3] предлагается уменьшить выделения токсичных веществ путем снижения температуры склеивания и совершенствованием рецептуры клеев. При склеивании шпона при температуре ниже 100 °С не возникает избыточного парогазового давления, способствующего интенсивному выделению формальдегида из пакета. А применение в качестве отвердителя группы веществ (резорцин, параформ, комбинированный отвердитель) обеспечивает сокращение продолжительности отверждения.
В работе [5] предлагается частичная замена в фенолоформальдегидных клеях фенола на карданол – мономер растительного происхождения – с целью снижения токсичности древесностружечных плит, древесных слоистых пластиков и бакелизированной фанеры.
Повышение экологической безопасности клееных строительных материалов также тесно связано с ужесточением контроля за содержанием токсичных веществ. В настоящее время на деревообрабатывающих предприятиях производится периодический выборочный контроль содержания свободного формальдегида в древесных материалах. Но содержание в древесном материале токсичных веществ не является постоянным т.к. в процессе производства состав компонентов может изменяться. Поэтому для обеспечения безопасных и комфортных условий проживания необходимо совершенствовать способы контроля содержания токсичных веществ в строительных материалах, изготовленных с применением клеевых материалов.
Существующие методы определения содержания токсичных веществ можно разделить на две группы. Первая группа - лабораторные методы. Для них используют небольшие по размеру образцы. Методы второй группы основаны на испытании крупноразмерных образцов в специальных испытательных камерах, где могут быть созданы определенные климатические условия (камерный методы). Этот метод имеет определенные недостатки. В перфораторном методе чистота используемого для экстракции толуола может оказать существенное влияние на результаты исследования. При экстракции древесных материалов кипящим толуолом из древесного материала в раствор переходит не только формальдегид, но и другие вещества способные реагировать с йодом, что ведет к завышению численных значений результатов исследований.
Лишен этих недостатков камерный метод, основанный на определении количества формальдегида непосредственно из исследуемых образцов за определенный промежуток времени. Испытание крупноразмерных образцов производится в специальных испытательных камерах, где создаются определенные климатические условия, а образцы выдерживаются в газовом пространстве постоянного объема. После определенного промежутка времени в замкнутом объеме устанавливается концентрация формальдегида. Таким образом, для определения содержания свободного формальдегида перфораторным или камерным методами требуются длительное время и применение специального лабораторного оборудования, которое имеется не на всех предприятиях.
Более простым в техническом отношении является газоаналитический метод определения содержания свободного формальдегида. Данный метод основан на идентификации веществ, выделяющихся при нагреве образца до 100 ºС в течение 5 мин. Газоаналитический метод был использован при определении содержания свободного формальдегида в новом композиционном строительном материале – клееном арболите. При получении клееного арболита применялась низкотоксичная карбамидоформальдегидная смола КФ 120–65 с содержанием свободного формальдегида до 0,13 %. Для обоснования возможности использования этого арболита в жилищном строительстве проведено исследование содержания в нем токсичных веществ. Для этого применялся хромато-масс-спектрометрический метод с использованием газового хроматографа модели «6850 Network GC System» с высокоэффективной капиллярной колонкой НР-5MS (
Рис. 1.Хроматограмма паровоздушной смеси клееного арболита после его изготовления
Рис. 2. Хроматограмма паровоздушной смеси клееного арболита после в течении 12 дней
После выдержки клееного арболита в течение 12 дней в составе паровоздушной смеси отсутствуют ранее обнаруженные микропримеси формальдегида (рис. 2).
Таким образом, на основе поведенных исследований можно сделать следующие выводы.
1. Для снижения токсичности клееных древесных материалов, изготовленных с применением синтетических связующих и обеспечения безопасных и комфортных условий проживания необходимо:
- применять природные клеи, полимерные тонкодисперсные порошки, поглощающих формальдегид в процессе склеивания;
- использовать новые связующие с низким классом эмиссии формальдегида;
- производить частичную замену синтетические связующие на связующие растительного происхождения;
- применять для контроля содержания свободного формальдегида более простой в техническом отношении газоаналитический метод, не требующий длительного времени и специального лабораторного оборудования.
2. Для обеспечения возможности получения арболита из древесины мягких лиственных пород необходимо использовать в качестве вяжущего карбамидоформальдегидный клей.
3. После выдержки в течение 12 дней клееный арболит можно использовать в жилищном строительстве, т.к. в составе паровоздушной смеси отсутствуют микропримеси формальдегида.
1. Геоника (геомиметика). Примеры реализации в строительном материаловедении: монография. Белгород: Изд-во БГТУ, 2014. 196 c.
2. Варанкина Г.С. Ермолаев Б.В., Гусаков Д.С., Формирование низкотоксичных композиционных материалов с использованием «пектола» // Современные проблемы переработки древесины. Международная научно-практическая конференция СПб.: СПбГЛТУ, 2014.С. 33-37.
3. Залипаев А.А. Технология низкотемпературного склеивания хвойного шпона: дис. канд. техн. наук. СПб. 2004. 136 c.
4. Лавлинская О.В. Разработка клеевых композиций для производства фанеры пониженной токсичности: Автореф. дис. канд. техн. наук. Воронеж. 2004. 16 с.
5. Трошин Д.П. Новые связующие для производства фанеры с низким классом эмиссии формальдегида // Использование смол и клеев. Материалы Международн. конф. Санкт-Петербург, 8–11 апр: 2008 г. СПб: 2008. С. 78.
6. Лукаш А.А., Гришина Е.С. Дома из оцилиндрованных бревен: перспективы производства, недостатки и пути их устранения // Строительные материалы. 2013. №4. С.109–110.
7. Лукаш А.А., Лукутцова Н.П. Новые строительные материалы и изделия из древесины: монография. М: Изд-во АСВ, 2015. 288 с.
8. Лукаш А.А., Лукутцова Н.П. Методика расчета теплопроводности ограждающей конструкции переменного сечения из оцилиндрованных бревен //Жилищн. строительство. 2015. 2. С. 34–37.
9. Лукаш А.А. Обеспечение стабильности размеров и форм фанеры при ее эксплуатации //Строительные материалы.2013. №10. С.42–43.
10. Лукаш А.А. Строительные материалы и изделия из древесины мягких лиственных пород //Интеллектуальные строительные композиты для зеленого строительства: сб. докладов Междунар. науч.-практ. конф. посвящ. 70 засл. деят. науки, докт. техн. наук., проф. Лесовика В.С. Ч.2. Белгород: БГТУ, 2016. С. 187–193.
11. Серпик И.Н., Мироненко И.В., Лукаш А.А Определение параметров отверстия для сушки оцилиндрованных бревен // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. URL: www.science-education.ru/120–15693 (дата обращения: 04.12.2014).
12. Lukash А., Lukutsova N., Minko N. Determination of the Thermal Conductivity of Wood Insulation Materials in Conditions of Non-Stationary Heat Transfer // International Journal of Applied Engineering Research (IJAER), 2014. V. 9. № 22. Pр.16691–16700.
13. Holz-zentralblatt «Formaldehyd, VOCs und das Holz», №50, 15.12.2006, 1474.
14. Janowiak J. Methyl glucoside and lignosulphonate extenders for use with particleboard UF resins // Forest Products. 1998. № 11/12. P. 45–4.
15. Schafer M., Roffael E. On the formaldehyde release of wood // Holz Roh- und Werkst/ 2000. № 4. P. 259–264.
