Испытания жидких клеевых материалов: Методические указания к лабораторной работе для студентов специальности ''Технология деревообработки''

ИСПЫТАНИЕ ЖИДКИХ КЛЕЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Хабаровск 2002

Министерство образования Российской Федерации Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Хабаровский государственный технический университет"

ИСПЫТАНИЕ ЖИДКИХ КЛЕЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ Методические указания к лабораторной работе «Испытание карбамидоформальдегидной смолы» по курсу "Технология клееных материалов" для студентов всех форм обучения специальности 260200 "Технология деревообработки"

Хабаровск Издательство ХГТУ 2002

УДК 674.05: 684.4 (075) Испытания жидких клеевых материалов: Методические указания к лабораторной работе «Испытание карбамидоформальдегидной смолы» по курсу «Технология клееных материалов» для студентов всех форм обучения специальности 260200 "Технология деревообработки" / Сост. О.И. Бегунков. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002. - 28 с.

Методические указания разработаны на кафедре "Технология деревообработки" и содержат методики определения физико-химических показателей карбамидоформальдегидных смол.

Печатается в соответствии с решениями кафедры "Технология деревообработки" и методического совета дальневосточного лесотехнического института.

© Издательство Хабаровского государственного технического университета, 2002

3

ВВЕДЕНИЕ Курс «Технология клееных материалов» является одним из профилирующих по подготовке инженеров специальности 260200 «Технология деревообработки». В производстве клееных материалов (фанеры, древеснослоистых пластиков, древесностружечных плит, профильных клееных материалов и т.д.) клеи являются не только единственным видом соединений, но и составной частью изделия. От вида и свойств клея зависят свойства этих материалов. Деревообрабатывающая промышленность использует 75 % выпускаемых в стране синтетических клеев. В основном это клеи на основе карбамидоформальдегидных (КФС), фенолоформальдегидных (ФФС), меламиноформальдегидных (МФС) смол. Ни один клеевой материал не должен поступать в производство без предварительных испытаний, решающих две основные задачи: проверка соответствия свойств испытываемого материала нормам технических условий на этот материал; определение и анализ технических свойств данной партии клеевого материала для соответствующего учета их при разработке и уточнении режимов склеивания. Основная цель данных методических указаний – способствовать практическому освоению студентами теоретического курса, приобретение ими навыков в проведении физико-механических испытаний и экспериментальных исследований синтетических смол. Перед выполнением лабораторных работ (ЛР) студентам необходимо ознакомиться с общими закономерностями поликонденсации, современными марками используемых клеящих смол. Подготовка к ЛР производится студентами во внеурочное время и заключается в следующем: уяснение цели работы, изучении теории вопроса, ознакомление с лабораторными установками, оборудованием и инструментом, методикой измерения искомых параметров, оформление черновика отчета по работе. На рабочем месте (в лаборатории кафедры) выполняются операции: подготовка рабочего места и оборудования, выполнение необходимых экспериментов, обработка результатов исследований и их анализ, окончательное оформление отчета по ЛР, защита работы. Перед проведением лабораторной работы преподаватель контролирует степень подготовленности студента. К выполнению ЛР допускается студент, имеющий черновик отчета, знающий теорию вопроса, ход выполнения работы и прошедший инструктаж по технике безопасности. Методические указания могут быть использованы для самостоятельной работы студентами при изучении курса клееных материалов.

4

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛАХ КФС широко применяется в деревообрабатывающей промышленности для производства древесностружечных плит, цельнопрессованных изделий из измельченной древесины, фанеры, мебели, строительных деревянных конструкций и деталей, музыкальных инструментов, спортинвентаря и других клееных материалов. Это обусловлено ценными качествами КФС: высокой адгезионной способностью; низкой вязкостью при большой концентрации; большой скоростью отверждения; высокой стабильностью при хранении; бесцветностью клеевых пленок; хорошей смешиваемостью с водой; низким содержанием в свободном состоянии химических веществ, обладающих токсическими свойствами; низкой стоимостью; богатой сырьевой базой. КФС относятся к термореактивным полимерам и являются продуктом поликонденсации карбамида с формальдегидом в водной среде в присутствии кислотных или щелочных катализаторов. КФС представляют собой однородные светлые жидкости различной вязкости, плотностью от 1100 до 1350 кг/м3. В соответствии с ГОСТ 14231-88 промышленностью выпускаются смолы следующих марок: КФ-О, КФ-Б, КФ-БЖ и КФ-Ж. В табл. I приведены требования, предъявляемые к смолам, а в табл. II представлены марки смол по ГОСТ 1423188 и отмененной нормативно-технической документации. В табл. III приведены дополнительные показатели КФС. Обозначение марок смол состоит из наименования продукта (КФ) и указания основного свойства: О – общего назначения, Б – быстроотверждающаяся, Ж – повышенной жизнеспособности. К обозначениям марок добавляются буквы, указывающие на преимущественное применение смол: П – в производстве плит, Ф – фанеры, М – мебели, Л – литейном производстве. Например, карбамидоформальдегидная смола, применяемая при производстве фанеры, обозначается: смола КФ-О-Ф ГОСТ 14231-88. В производстве древесностружечных плит также используются другие марки карбамидоформальдегидных смол, например, СК-75 (ТУ 13-194-74), КФМТ-15 (ТУ 6-06-12-88), КФ-0,15 (ТУ 13-914-86) и др. Реакция поликонденсации карбамида с формальдегидом протекает в несколько стадий, направление которых и свойства получаемого высокомолекулярного соединения (ВМС) зависят от соотношения исходных мономеров, концентрации водородных ионов (рН), температуры и продолжительности конденсации и др. В зависимости от условий проведения реакции поликонденсации могут быть получены водорастворимые индивидуальные вещества, растворимые олигомерные продукты и аморфные нерастворимые полимеры. Карбамид имеет четыре атома водорода и теоретически может присоединить четыре молекулы формальдегида, образуя соединения от моно- до тетраметилолкарбамида.

5

H

H2N C NH2

C

O O

O

H2N C NH

CH2ON

(1.1)

H карбамид

формальдегид монометилолкарбамид

H2N CO NHCH2OH CH2O

HOCH2NH NHCH2OH (1.2) диметилолкарбамид HOCH2NH CO NHCH2OH CH2O HOCH2NH CO N(CH2OH)2 (1.3) триметилолкарбамид HOCH2NH CO N(CH2OH)2 CH2O (HOCH2)2N CO N(CH2OH)2 (1.4) тетраметилолкарбамид

Эти реакции в водном растворе обратимы и протекают до установления равновесия. Количество триметилолкарбамида и тетраметилолкарбамида ничтожно даже при большом избытке формальдегида. Уменьшение доли формальдегида ухудшает клеящие свойства КФС, а увеличение его доли, хотя и повышает жизнеспособность смолы, ведет к увеличению токсичности за счет роста количества свободного формальдегида в палитре. Поэтому в промышленности при синтезе КФС оптимальным считается мольное соотношение карбамида с формальдегидом в пределах 1:1,3 – 1:1,8. В связи с этим практическое значение имеют реакции образования моно- и диметилолкарбамида – см. формулы (1.1) и (1.2). Существенное влияние на процесс синтеза оказывает кислотность или щелочность конденсационного раствора, выражаемая концентрацией водородных ионов. При поликонденсации в кислой среде (рН 1…4) метилолкарбамид отщепляет воду и образует нестойкие метиленкарбамиды, превращающиеся в неплавкие и нерастворимые полимеры, выпадающие из раствора и не имеющие практического применения. В сильной щелочной среде (рН 11…13) из карбамида и формальдегида, независимо от их соотношения, даже в разбавленных растворах образуется монометилолкарбамид. В нейтральной и слабощелочной среде в зависимости от соотношения исходных мономеров образуются, в основном, моно- и диметилолкарбамиды. В дальнейшем молекулы метилолкарбамида вступают во взаимодействие между собой с образованием растворимого низкомолекулярного полимера (олигомера) линейного строения с метиленовыми связями (–СН2–):

6

NH-CH2-OH H-N-CH2OH nCO

nCO

NH2

NH2

H- N - CH2- N - CH2 - OH CO

(1.5)

CO

NH2

NH2

n

(2n-1)H2O

Наряду с этим образуются диметиленэфирные связи (– СH2 – О – СH2 –): NH - CH2 – OH n СО

+

H OH2CNH n СО

H-N–CH2–O–CH2–N–-H СО

СО

+

(1.6)

+ (2n-1)H2O NH2

NH2

NH2

NH2 n

В дальнейшем при поликонденсации получаются линейные и линейноциклические олигомеры: NH - CH2OH n СО HN-СH2OH

HN - CH2 – N–CO-NH–CH2 - N–CO–NH–CH2OH СО HN-СH2OH

СH2OH

СH2OH + (n-1) H2O n-2

Момент окончания поликонденсации определяют по степени совпадения олигомера с водой или по достижении в олигомере определенного количества метилольных групп, а иногда по скорости отверждения образуемых при поликонденсации продуктов. Продукты взаимодействия карбамида с формальдегидом 45-50 - процентной концентрации имеют малую степень поликонденсации и их используют только в качестве пропиточных составов. Для получения олигомеров, обладающих требуемыми свойствами, продукты конденсации подвергают вакуумированию, в результате чего поликонденсация исходных низкомолекулярных продуктов протекает более глубоко, удаляется часть воды и непрореагировавшего формальдегида, метанол и другие продукты. Например, при изготовлении стандартной смолы КФ-МТ-15 образуется приблизительно 300 кг надсмольной воды на 1 т выработанной смолы. Типовое производство ДСП мощностью 100 тыс. м3 потребляет около 12 тыс. т смолы в год. Следовательно, предприятию ежегодно приходится сбрасывать в очистные сооружения более 3 тыс. т надсмольных вод, содержащих около 40 т формальдегида и свыше 300 т метанола. Таким образом, нагрузка на окружающую среду является очень большой. KФC отверждается в присутствии отвердителя (катализаторов) при ком-

7

натной температуре или при нагревании, если они содержат свободные метилольные группы. Процесс, отверждения – образование поперечных метиленовых и диметиленэфирных связей между макромолекулами в результате взаимодействия метилольных CH2OH rpyпп между собой и водородом амидной группы – можно представить по схеме: ··· - NH – CO – N – CH2 – N - CO – N – CH2 – N - CO – NH – ··· CH2

CH2

CH2OH

···- NH – CO – N – CH2 – N - CO – N – CH2 – N - CO – NH – ··· CH2

CH2 CH2

···- NH – CO – N – CH2 – N - CO – N – CH2 – N – CO – NH – ··· В качестве катализаторов отверждения используют органические (щавелевую, молочную, лимонную) или неорганические (серную, фосфорную, соляную кислоты), аммониевые соли сильных кислот – NH4Cl, (NH4)3PO4, (NH4)2SO4, чаще хлористый аммоний. Увеличить плотность поперечных связей между макромолекулами в отвержденных полимерах можно введением в связующее веществ, активно взаимодействующих с функциональными группами олигомеров, диаминов, аминоэпоксидов, ацеталей и др. По водостойкости карбамидные полимеры, отвержденные в присутствии таких отвердителей, приближаются к фенолоформальдегидным и меламиноформальдегидным. Производство смол связано, как правило, со сбросом загрязненных стоков в реки, озера (сточные воды образуются в количестве 20…25 % от массы используемых материалов). Сточные воды содержат до 3 % СН2О (формальдегида) и 5 % метилового спирта. Возможные пути утилизации (организация «полей захоронения» или термообработка) дороги. Уже многие годы на Западе широко применяют безотходную, экологически чистую технологию производства смол на основе формалинового концентрата или форконцентрата – концентрированного раствора формальдегида, стабилизированного карбамидом (содержание формальдегида до 54, карбамида до 25 %). Основные достоинства технологии производства смолы из форконцентрата: • полное отсутствие сточных вод и других отходов производства; • вдвое увеличивается производительность оборудования; • в 5-6 раз уменьшается потребление пара и электроэнергии; • на 30 % сокращаются расходы на транспортировку сырья. При наличии собственного производства форконцентрата упомянутые сточные воды используются при приготовлении раствора карбамида и добавляются при варке смолы, что на порядок повышает экологичность деревообра-

8

батывающего производства. Среди новых отечественных разработок – форконденсаты марок ФК-3 (малотоксичный, содержание свободного формальдегида до 0,4 % – для производства смол класса Е1) и ФК-4 (формальдегида до 50, карбамида до 33 %), по свойствам близкого к концентратам. Выпускаются концентраты формальдегида ККФ-1 и ККФ-2. Форконцентрат можно хранить бесконечно долго в широком интервале температур: его свойства при этом не ухудшаются. Выпущена новая смола КФ-СП-1, в которой содержание формальдегида снижено до 0,6 %. 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ KФC И КЛЕЕВ НA ИХ ОСНОВЕ Для оценки качества КФС проводят физико-химические и механические испытания по следующим основным показателям: внешний вид, концентрация, водородный показатель (рН), содержание свободного формальдегида, вязкость, время желатинизации, смешиваемость с водой, прочность клеевого соединения. 2.1. Внешний вид смолы Внешний вид смолы характеризует ее однородность, цвет, запах, наличие посторонних примесей, сгустков, т.е. пригодность ее к употреблению. 2.2. Концентрация Концентрация (массовая доля сухого остатка) – содержание клеящего вещества в жидкой смоле, выраженное в процентах. Процесс склеивания осуществляется за счет клеящего вещества – полимера, растворитель же необходим для снижения вязкости, облегчения нанесения и т.д. Концентрация, наряду с другими свойствами, оказывает влияние на клеящую способность, скорость отверждения и расход смолы. Смолы низкой концентрации имеют меньшую клеящую способность, меньшую скорость отверждения. Повышение концентрации ведет к увеличению вязкости, расхода клея, влечет неравномерность нанесения на оклеиваемую поверхность и снижение адгезионных свойств. Концентрация смолы регулируется соотношением исходных компонентов и глубиной поликонденсации, длительностью вакуум-сушки. Концентрация КФС в значительной степени обуславливается областью применения. При склеивании шпона и облицовывании древесных материалов шпоном концентрация клея должна быть в пределах 55…60 %, для производства древесностружечных плит – 50…55 %, при оклеивании массивной древесины – 65…70 %. Концентрацию смолы определяют гравитационным (весовым) методом, являющимся эталонным, и рефрактометрическим. В основе весового метода лежит высушивание смолы до постоянной массы и определение доли сухого остатка. Рефрактометрический метод основан на определении величины отклонения поляризованного луча света при прохождении через испытываемую среду. Направление луча изменяется в соответствии с законом преломления света, со-

9

гласно которому отношение синуса угла падении луча света i1 к синусу угла преломления i2 есть величина постоянная для донной среды при определенной температуре и давлении:

n = sin i1 / sin i2 ,

(2.1)

где n – показатель преломления или коэффициент рефракции. Коэффициент рефракции стандартной жидкости (дистиллированной воды) при (20± 0,5)°С равен 1,333. Зная коэффициент рефракции и используя данные табл. IV, можно определить концентрацию КФС. Для определения коэффициента рефракции используют рефрактометры типа УЛР, РПЛ-3, ИРФ-22, РД-2, РЛ-2 и др. 2.3. Водородный показатель рН

Любые жидкости, в том числа и смолы, имеют одну из 3-х реакций: кислую, щелочную или нейтральную. Реакция среды определяется ее водородным показателем, величиной рН, которая характеризует концентрацию в жидкости свободных ионов водорода: (2.2) pH = - lgCH, где рН – водородный показатель; СH – концентрация в жидкости свободных ионов водорода. У готовых КФС величина рН близка к нейтральной и находится в пределах от 6 до 9 (см. табл. I). От ее величины зависит скорость и глубина реакции поликонденсации. При рН = 3…4 реакция поликонденсации протекает так бурно, что появляется опасность перехода смолы в твердое состояние прямо в варочном реакторе, а также сокращается время желатинизации, срок хранения и повышается вязкость. В процессе поликонденсации смолы заданную величину рH регулируют соответствующей дозировкой отвердителя (катализатора) или стабилизатора на заключительном этапе варки. В процессе хранения эта величина не остается постоянной, а медленно сдвигается в кислую сторону. Поэтому необходимо контролировать рН в процессе хранения KФС. Водородный показатель определяют: • потенциометрическим методом с помощью лабораторных рН-метров; • колориметрическим методом о применением универсальных (жидкостных) индикаторов, универсальной индикаторной бумаги с цветной шкалой. Для определения рН применяют различные приборы. В данной работе водородный показатель определяется на примере прибора типа рН-673 М. Сегодня производятся микропроцессорные рН-метры, обладающие многими сервисными функциями по настройке прибора и обработке получаемой информации. 2.4. Содержание свободного формальдегида

Содержание свободного формальдегида характеризует глубину процесса поликонденсации, время желатинизации и токсичность КФС. Оно зависит от мольного соотношения исходных компонентов, метода синтеза. Противоречие

10

между необходимостью содержания в КФС 1,5…2,5 % свободного формальдегида (для хорошего склеивания) и санитарно-гигиеническими требованиями к смоле разрешается синтезом карбамидных олигомеров многоступенчатой конденсацией, когда начинают процесс при мольном количестве формальдегида равном 1,8…2,2 и заканчивают при мольном количестве 1,3…1,5 на моль карбамида. Это позволяет снизить содержание свободного формальдегида в смоле до 0,1…0,5 % без существенного ухудшения физико-механических показателей. Также можно снизить содержание свободного формальдегида в клее добавлением в нее карбамида, аммиака, меламина, различных аминов и аминоэпоксидов или вести синтез с использованием форконцентрата. При использованиии форконцентрата синтез смол можно проводить как по традиционной технологии (без ухудшения качества смол), так и по специальной технологии, позволяющей полностью использовать преимущества форконцентрата и получать низкотоксичные смолы с пониженными расходными нормами. Формальдегид выделяется в процессе отверждения КФС, а также из готовой продукции в процессе ее последующей эксплуатации. Одним из путей улучшения условий труда является увеличение концентрации клея и применение активных наполнителей. 2.5. Вязкость

Вязкость (внутреннее трение) характеризует свойство жидкости оказывать сопротивление при перемещении ее слоев относительно друг друга и зависит от сцепления между молекулами. Возникающая при этом тормозящая сила называется силой внутреннего трения и определяется по закону Ньютона: dv (2.3) F = −η s , dl где η – коэффициент внутреннего трения или просто абсолютная вязкость; S – площадь соприкосновения двух слоев жидкости, на которую дейстdv вует сила, м2; – градиент скорости, приходящийся на единицу расdl стояния между двумя слоями жидкости, 1/с. Динамическая вязкость измеряется силой, которую испытывает единица поверхности со стороны другого слоя, при расстоянии между ними равном единице длины и взаимоперемещающихся относительно друг друга со скоростью, равной единице. В системе СГС за единицу динамический вязкости принят 1 пуаз (П) = 1 г/см⋅с. Вязкость воды при 20,5°С равна 0,01 П, что составляет 1 сантипуаз. В системе СИ единица вязкости – паскаль-секунда (Па⋅с). 1 Па⋅с = 10 П. В гидродинамике кроме динамической вязкости пользуются понятием кинематической вязкости (ν), которая представляет собой отношение динамической вязкости жидкости (η) к ее плотности (ρ);

ν =η / ρ .

(2.4)

11

В метрической системе за единицу кинематической вязкости принят 1 стокс (Ст) = 10-4м2/с. Динамическая и кинематическая вязкости, измеряемые в приведенных выше единицах, относятся к так называемой “абсолютной вязкости”. Для практических целей часто пользуются понятием «условной вязкости», измеряемой в условных или относительных единицах. Условная вязкость определяется измерением времени истечения определенного объема исследуемой жидкости через сопло определенного диаметра в секундах, минутах или условных градусах. Вязкость зависит от рН, температуры и глубины реакции поликонденсации, от концентрации сухих веществ, условий хранения КФС и нормируется в зависимости от области применения. С повышением вязкости увеличивается толщина клеевых швов, а, следовательно, растут усадочные напряжения – снижается прочность клеевого соединения. Смолы пониженной вязкости чрезмерно впитываются в древесину, что снижает количество клея, непосредственно участвующего в склеивании. Расчетное количество смолы оказывается недостаточным для образования сплошного клеевого шва, в результате чего получается непроклейка. В производстве фанеры и при облицовке применяются высоковязкие клеи, в производстве древесностружечных плит – клеи с пониженной вязкостью. Вязкость уменьшается с увеличением температуры. Поэтому все измерения вязкости следует проводить при постоянной температуре (20 ± 1)°С. Регулировать вязкость готовых смол можно введением дополнительного количества растворителя, наполнителя или нагреванием. Все приборы для определения абсолютной и условной вязкости называются вискозиметрами. С помощью переходных формул, приводимых в описании соответствующего прибора, можно переводить условные единицы в абсолютные и наоборот. В соответствии с ГОСТ I4231-88 для определения вязкости смол КФ-О, КФ-Б применяют вискозиметр ВЗ-4 (или ВЗ-246) с соплом диаметром 4 мм, а для смол КФ-Ж, КФ-БЖ – вискозиметр В3-1 с соплом диаметром 5,4 мм. 2.6. Время желатинизации

Время желатинизации характеризует период, в течение которого приготовленный клей переходит из жидкого состояния в твердое. Время желатинизации является важным показателем с позиции возможного увеличения производительности клеильного оборудования. Время отверждения зависит от рН смолы, ее концентрации и вязкости, от глубины реакции поликонденсации. Время желатинизации смолы можно увеличить повышением рН клея, уменьшением количества и вида отвердителя, а также введением стабилизатора (аммиачной воды, уротропина и др.). Отвердителями КФС при холодном склеивании являются органические кислоты (щавелевая, молочная, лимонная). В качестве отвердителя при горячем склеивании широко используется, в основном, хлористый аммоний (NH4Cl), который взаимодействует со свобод-

12

ным формальдегидом, находящимся в КФС в большем или меньшем количестве по приведенной схеме c образованием солянокислого метиламина и муравьиной кислоты CH3NH2Cl + HCOOH. NH4Cl + CH2O При достижении кислотности среды (рН 2,5…4,0) происходит желатинизация клея, а затем быстрый переход в твердое состояние. 2.7. Прочность клеевого соединения

Прочность клеевого соединения характеризует качество клеев, адгезионные и когезионные свойства. Большое влияние на клеящую способность клея оказывает мольное соотношение карбамида и формальдегида. Повышение концентрации смолы в определенных пределах способствует увеличению прочности клеевого соединения. Прочность клеевого соединения определяется как соотношение разрушающего усилия к площади скалывания в плоскости клеевого слоя на образцах определенной формы и размеров. 3. ИСПЫТАНИЕ КФС И КЛЕЕВ НА ИХ ОСНОВЕ

В ходе выполнения ЛР необходимо установить физико-химические показатели КФС, приведенные в разделе 2. З.1. Используемая аппаратура Сушильный шкаф с терморегулятором, поддерживающим температуру (105±2) °С; пробирка П1-16-150ХС-1; бюксы стеклянные, типа СН 60/14, СН 45/I3, СН 34/I2; эксикатор; колба КиКН; стаканы ВН-1000 ТУ и BH-I50 по ГОСТ 23932-90 Е; весы аналитические по ГОСТ 24104-88 Е; рефрактометр типа РПЛ-3; цилиндры по ГОСТ I770-74 Е вместимостью 50 и 100 мл; стеклянная палочка; вискозиметры В3-4 и B3-1 по ГОСТ 9070-75 Е; секундомер по ГОСТ 8.423-81; термометр по ГОСТ Р 50117-92; рН-метр типа рН-673; цилиндр I-I50 по I'OСТ 1770-74 Е; пипетки по ГОСТ 29227-91;; потенциометр типа pH-340 или рН-12ЛМ; мешалка магнитная; блок автоматического титрования БАТ-15 или БАТ-12ЛМ; плитка электрическая; водяная баня; стакан стеклянный или фарфоровый вместимостью 1000 мл; пресс гидравлический с размером плит не менее 300 x 300, обеспечивающий удельное давление 1,8-2,0 МПа; испытательная машина по ГОСТ 28840-90 с приспособлениями для испытаний; штангенциркуль по ГОСТ 166-89; микрометр по ГОСТ 6507-90; толщиномер по ГОСТ 11358-89. 3.2. Материалы КФС используемых марок; кальций хлористый кристаллический (ГОСТ 450-77); дистиллированная вода по ГОСТ 6709-72; аммоний хлористый по ГОСТ 22I0-73 Е, 20 - процентный раствор; кислота соляная по ГОСТ 3118-77, 0,5н раствор; натрия гидроокись по ГОСТ 4328-77, 0,1 н раствор или калия гидроокись, 0,1 н раствор; натрий сернистокислый (сульфит натрия) безводный по

13

ГОСТ 5644-75 или натрий сернистокислый (сульфит натрия) кристаллический по ГОСТ' 195-77; тимолфталеин (индикатор), 0,1 - процентный спиртовый раствор, готовят по ГОСТ 4919.1-77; перхлорат магния 60 - процентный раствор по МРТУ 6-09-3856-67); мука древесная № 140 по ГОСТ'16361-87; шпон лущеный березовый толщиной 1,5 мм, сорт III или IV по ГОСТ 99-96. 3.3. Порядок выполнения испытаний 3.3.1. Определение внешнего вида смолы Внешний вид смолы определяют визуальным просмотром исследуемой пробы в проходящем свете. В пробирку наливают 10…15 мл КФС при температуре (20 ± 2) °С. Если смола однородна по цвету и консистенции, не имеет сгустков, комочков и посторонних включений, то следует считать, что по внешнему виду она соответствует нормативным требованиям. 3.3.2. Определение концентрации смолы (сухого остатка)

При определении концентрации смолы гравитационным (весовым) методом предварительно промытую и высушенную до постоянной массы бюксу с крышкой взвешивают с точностью до 0,0002 г. В бюксу типа СН 60/14 помещают (2 ± 0,1) г, типа СH 45/13 – (0,5±0,1) г, типа СН 34/12 – (1,0±0,1) г смолы, которую покачиванием равномерно распределяют по дну бюксы и закрыв бюксу крышкой взвешивают с той же погрешностью. Открытые бюксы помещают в сушильный шкаф, нагретый до (105±2) °С и сушат до постоянной массы не менее 2 часов. Затем бюксу с высушенной смолой закрывают крышкой и помещают в эксикатор с прокаленным хлористым кальцием или H2SО4 для охлаждения до комнатной температуры (10…15) мин. После чего бюксы взвешивают с точностью 0,0002 г. Обычно проводят 2 – 3 параллельных опыта. Расхождение между результатами не должно превышать 0,8 %, а среднеарифметическое значение округляют до 0,1%. Содержание сухого остатка (С) в смоле рассчитывают по формуле: m 2 − m0 100% , (3.1) m1 − m0 где mo – масса сухой бюксы с крышкой, г; m2 – масса сухой бюксы с крышкой и высушенной смолой, г; m1 – масса бюксы с крышкой и смолой до сушки, г. Для ускоренного определения концентрации смол применяется рефрактометрический метод. При использовании рефрактометра РПЛ-3 (рис. 1) используется принцип полного внутреннего отражения луча при прохождении через призму и исследуемый раствор. В верхней 1 и нижней 2 камерах находятся осветительная и измерительные призмы, имеющие показатель преломления no больший, чем показатель исследуемого вещества h. Нижняя камера жестко крепится на корпусе 3 , а верхняя шарнирно соединена о нижней и может поворачиваться относительно последней. Свет от осветителя 5 через специальные окна направляется на призмы. C=

14

5

11

1

10 9

3 6 2

8 4 7

Рис. 1. Рефрактометр РПЛ-3: 1 – верхняя камера; 2 – нижняя (измерительная) камера; 3 – корпус прибора; 4 – дисперсионный лимб; 5 – осветитель; 6 – шкала прибора; 7 – основание прибора; 8 – стойка; 9 – рукоятка; 10 – окуляр; 11 - штуцер

На передней крышке корпуса находится шкала 6 и рукоятка 9, несущая окуляр 10. Дисперсионный лимб 4 позволяет получать более четкую границу светотени, находится на одной оси с рукояткой. Прибор с помощью стойки 8 крепится на основании 7. Настройка на резкость визирной линии сетки и делений шкалы осуществляется вращением кольца диоптрийной наводки окуляра 10. Прибор настраивается по дистиллированной воде коэффициент преломления которой 1,333 при (20 ±1)°С. Требуемая температура поддерживается с помощью воды, подаваемой из водяного термостата через штуцер 11, резиновые трубки и каналы верхней и нижней камер. При необходимости с помощью винта и специального ключа, прилагаемого к рефрактометру, совмещается граница светотени с делением 1,333, нулевым делением сухих веществ и визирной линией сетки. Если в окулярах наблюдается окрашивание поля зрения из-за разложения белого луча на составные части спектpa то, вращением головки дисперсионного лимба 4 добиваются резкой границы светотени. Пробу олигомера термостатируют в закрытой стеклянной колбе для предотвращения испарения воды, что приводит к завышению результатов (особенно при определении показателя горячей пробы). После настройки прибора плоскости призмы протирают мягкой тканью. Палочкой наносят одну-две капли исследуемой смолы на измерительную призму и плотно закрывают верхнюю камеру. Направляют световой поток в окно верхней камеры (при исследовании окрашенных растворов – в окно нижней камеры). Второе окно при этом должно быть закрыто пробкой. Рукояткой пере-

15

мещают окуляр по шкале, совмещая линию с границей светотени, и по шкале показателей преломления определяют коэффициент рефракции. По табл. IV находят значение концентрации испытуемой марки смолы, соответствующее полученному коэффициенту. Закончив измерения, поверхности призм тщательно промывают водой и протирают насухо. 3.3.3. Определение условной вязкости Вязкость определяется по методике ГОСТ 8420-74. Испытуемый материал тщательно перемешивается, при этом следует избегать образования в смоле пузырьков воздуха. Смола должна быть однородной, т.е. профильтрованной через сито. Измерения проводятся при температуре воздуха (20±2) °С. Вискозиметр и исследуемый материал перед испытанием должны иметь температуру около (20±0,5) °С. Вискозиметр и особенно сопло тщательно очищают растворителем. 3.3.3.1. Определение условной вязкости вискозиметром типа B3-1 В ванну вискозиметра (рис. 2 а) наливают воду для поддержания температуры испытываемой смолы (20±0,5)°С, закрывают сопло стержнем и во внутренний резервуар заливают КФС до уровня канавки или остриев крючков. При помощи установочных винтов штатива вискозиметр устанавливают горизонтально. 3 4

2

1

5

2

1 6

о 50 о 51 7 8

3

а

б

Рис. 2. Формы воронок вискозиметров: а – ВЗ-1 (1 – мерная канавка; 2 – крышка резервуара; 3 – стержень; 4 – направляющая трубка для стержня; 5 – отверстие для установки термометра; 6 – резервуар для испытываемого материала; 7 – внутренний резервуар; 8 – сопло); б – ВЗ-4 (1 – резервуар; 2 – желобок кольцевой; 3 – сопло)

Внутренний резервуар закрывают крышкой, в отверстие которой вставля-

16

ют термометр, под сопло вискозиметра ставят цилиндр. После поднятия пузырьков воздуха на поверхность смолы и их удаления быстро вынимают стержень и одновременно с появлением смолы из сопла вискозиметра включают секундомер. Когда смола в мензурке достигает уровня метки 50 мл, секундомер останавливают, отсчитывают время истечения. Погрешность измерения в замерах не более 0,2 с. Расчет условной вязкости дан в п. 3.3.3.2. 3.3.3.2. Определение условной вязкости вискозиметром типа В3-4 Вискозиметр В3-4 (рис. 2 б) устанавливают горизонтально с помощью установочных винтов штатива. Под сопло вискозиметра ставят сосуд емкостью не менее 100 мл. Отверстие сопла закрывают пальцем, а смолу наливают с избытком, чтобы образовался выпуклый мениск над верхним краем вискозиметра. Для предотвращения образования пузырьков воздуха КФС наливают медленно. Избыток смолы и пузырьки удаляют движением стеклянной палочки по горизонтали, чтобы не образовалось воздушной прослойки. Открывают отверстие сопла и одновременно с появлением смолы из сопла пускают секундомер. В момент первого прерывания струи смолы секундомер останавливают и отсчитывают время истечения. Определение условной вязкости в обоих типах вискозиметров проводят 3 раза. При этом после каждого измерения промывает воронку вискозиметра водой и протирают насухо мягкой тканью. За величину условной вязкости η (в секундах) принимают среднее арифметическое значение трех параллельных определений и вычисляют по формуле: η =t K, (3.2) где t – среднее арифметическое значение времени истечения испытуемой смолы, С; К – поправочный коэффициент вискозиметра. Допускаемые отклонения определений времени истечения от среднего значения не должны превышать ±2,5 %, если замеры проводились одним лицом и ±5% если несколькими. В отчете по ЛР указывают наименование смолы, ее марку и обозначение; тип вискозиметра, диаметр сопла (см. табл. V); условия испытания (температура пробы смолы и окружающей среды); результат испытания и дата проведения испытания. 3.3.4. Определение концентрации водородных ионов

В соответствии с ГОСТ 14231–88 концентрация водородных ионов определяется на рН-метрах лабораторного типа различных марок. Рассмотрим определение рН на приборе типа рН-673 М. Для изучения рН в приборах используется электронная система со стеклянным электродом, ЭДС которого зависит от активности ионов водорода в растворе. Прибор (рис. 3.) состоит из стеклянного электрода 2, представляющего собой трубку с напаянным на конце полым шариком 1 из литиевого электродного стекла, в котором находится внутренний контактный электрод 3, погруженный

17

в раствор, заполняющий внутреннюю часть стеклянной трубки вспомогательного электрода 4, рН-метра 5, электролитического контакта 6 с пористой перегородкой 7 и ванны 8 для испытуемого раствора. При погружении электрода в раствор между поверхностью шарика электрода и раствором происходит обмен ионами, в результате которого ионы лития в поверхностных слоях стекла замещаются ионами водорода, и стеклянный электрод приобретает свойства водородного электрода.

5 10

13

12

11

3

2

1

9

4 6

7 8

Рис. 3. Схема измерения рН раствора на приборе типа рН-673 М: 1 – полый шарик из электродного стекла; 2 – стеклянный электрод; 3 – внутренний контактный электрод; 4 – вспомогательный электрод; 5 – рН-метр; 6 – электролитический контакт; 7 – пористая перегородка; 8 – ванна для испытуемого раствора; 9 – индикатор; 10 – кнопка включения прибора; 11 – ручка переключателя рода работ; 1 2 – ручка переключателя диапазона измерения; 13 – ручка потенциометра температурной компенсации

Между поверхностью стекла и контролируемым раствором возникает разность потенциалов, которая определяется активностью ионов водорода в растворе. Между электродами 3 и 4 в результате заполнения ванны 8 исследуемым раствором создается электрическая цепь. Электродвижущая сила всей электродной системы Е равна алгебраической сумме 4-х составляющих Е = Е к + Е всп + Е вн + Е х (3.3) где Ек – ЭДС контактного электрода (3); Евсп – ЭДС вспомогательного электрода (4); Евн – ЭДС, возникающая на внутренней поверхности стеклянного электрода (определяемое величиной рН внутреннего раствора); Ех – ЭДС,

18

возникающая на внутренней поверхности стеклянного электрода (определяемое величиной рН контролируемого раствора). Ек, Евсп, Евн не зависят от свойств испытуемого раствора и при постоянной температуре являются постоянными величинами, поэтому формулу (3.3) можно представить в виде Е = Е х + const . (3.4.) Согласно уравнению Нернста RT Е х = 2,3 pH , (3.5) P где R – универсальная газовая постоянная, R = 8,315·107 эрг/град·моль; Т – температура раствора, °К; Р – число Фарадея, Р = 96500 кулон/г-экв; рН – значение водородного показателя исследуемого раствора. Таким образом, суммарно ЭДС Е линейно зависит от рН исследуемого раствора. Возникающая ЭДС приводит в движение стрелку прибора, шкала которого проградуирована на различные значения рН. Правильность настройки прибора проверяют на стандартных буферных растворах, величина рН которых заранее известна. Удобнее всего для этого использовать дистиллированную воду. Прибор включается в сеть и прогревается в течение 0,5 часа. Электроды промыть дистиллированной водой и фильтрованной бумагой удалить с них избыток воды. Указателем температурного корректора установить температуру испытуемого раствора. Поместив электроды прибора в испытуемый раствор на глубину 20 – 40 мм, через 1–2 минуты снимают показания. Время установления показания зависит от буферной емкости растворов и обычно не превышает 3 минут, но в некоторых растворах оно может достигать 10 минут. При определении рН смолы сначала пользуются диапазоном -1÷14. При работе на узких диапазонах измерения определяемая величина будет равна начальному значению рН для данного диапазона плюс показание, отсчитанное по верхней шкале прибора. При использовании автоматического термокомпенсатора отчет производится не ранее, чем через 3 минуты. Затем промыть электроды водой, осушить их фильтрованной бумагой. Закончив измерения, электроды погрузить в стаканчик с дистиллированной водой. 3.3.5. Определение времени желатинизации

В цилиндре взвешивают 50 г смолы с погрешностью не более 0,1 г. Добавляют в стакан со смолой 2,5 мл 20 - процентного раствора хлористого аммония (1% в пересчете на сухой хлористый аммоний) и тщательно перемешивают стеклянной палочкой в течение 5 минут. Фиксируют время приготовления клея.

19

3.3.5.1. Определение времени желатинизации при 100 °С В пробирку помещают 2 г приготовленного связующего и с помощью держателя пробирку опускают в кипящую водяную баню (уровень клея на 10 – 20 мм должен быть ниже уровня воды) и одновременно включают секундомер. Клеевой раствор непрерывно перемешивают стеклянной палочкой. В момент перехода клея в желатинообразное состояние выключают секундомер. За время желатинизации при 100 °С принимают время в секундах от момента погружения пробирки в кипящую воду до момента потери текучести клеевого раствора. 3.3.5.2. Определение времени желатинизации при (20 ± 1) °С Оставшуюся часть приготовленного клеевого раствора при периодическом перемешивании выдерживают при (20 ± 1) °С до начала желатинизации. Если температура окружающей среды выше или ниже указанной, то испытание необходимо проводить в водяном термостате при (20 ± 1) °С, а уровень связующего в стаканчике должен быть ниже уровня в термостате на 10 – 20 мм. За время желатинизации при 20 °С принимают время от момента добавления хлористого аммония до начала желанитизации (потери текучести) клеевого раствора в часах. 3.3.6. Определение смешиваемости смолы с водой

В цилиндр емкостью 150 мл наливают 50 г испытуемой смолы и постепенно при перемешивании добавляют 100 мл дистиллированной воды при температуре (20 ± 1) °С. Смесь встряхивают, при этом в ней не должен образовываться хлопьевидный осадок, то есть не должна происходить коагуляция смолы. 3.3.7. Определение массовой доли свободного формальдегида

Сущность метода заключается в реакции свободного формальдегида с сернокислым натрием в кислой среде по следующей схеме: О Н

С +Nа SO+HCl Н

H

OH

H C + NaCl SO Nа

Избыток кислоты титруют 0,1 н. раствором едкого натрия в присутствии тимолфталеина. По ГОСТ 14231-88 допускается определение массовой доли свободного формальдегида проводить следующими методами: визуальным (момент окончания титрования устанавливается визуально по переходу окраски анализируемого раствора) и потенциометрическим (титрование осуществляется автоматически). 3.3.7.1. Визуальный метод Подкисленный раствор готовят следующим образом: 20 г безводного сернистокислого натрия или 40 г кристаллического сернистокислого натрия помещают в мерный стакан и при перемешивании добавляют 100 мл дистиллиро-

20

ванной воды. После полного растворения соли в стакан цилиндром приливают 25 мл 0,5 н. раствора соляной кислоты. Раствор тщательно перемешивают и выдерживают в течение часа. Полученный раствор стабилен в течение двух недель. Отвешивают около 5 г смолы марки КФ–О или 1 г смолы марок КФ–Б, КФ–БЖ, КФ–Ж с погрешностью не более 0,0002 г и помещают в коническую колбу вместимостью 250 мл. При испытании смолы марки КФ–О в колбу добавляют пипеткой 5 мл 60 - процентного раствора перхлората магния, перемешивают, добавляют цилиндром 100 мл дистиллированной воды и вновь перемешивают. В растворе допускается слабая муть. Затем к содержимому колбы пипеткой приливают 20 мл кислого раствора сульфита натрия, перемешивают и титруют 0,1 н. раствором гидроокиси натрия или гидроокиси калия в присутствии 5 капель тимолфталеина до появления бледно–голубой окраски. Параллельно для всех марок смол проводят контрольный опыт. При проведении параллельных опытов реактивы в каждой навеске добавляют непосредственно перед каждым титрованием. Массовую долю свободного формальдегида (Х1) в процентах вычисляют по формуле (V1 − V2 )0,003 ⋅ 100 К , (3.6) m где V1 – объем точно 0,1н. раствора гидроокиси натрия или гидроокиси калия, израсходованный на титрование раствора контрольного опыта, мл; V2 – объем точно 0,1н. раствора гидроокиси натрия или гидроокиси калия, израсходованный на титрование испытуемого раствора, мл; 0,003 – количество свободного формальдегида, соответствующее 1 мл точно 0,1н. раствора щелочи, г; m – масса навески смолы, г; К – коэффициент поправки. За результат испытаний принимают среднее арифметическое двух параллельных опытов, допустимое расхождение между которыми не должно превышать 0,05 % для смолы марки КФ–О и 0,1 % для смолы марок КФ–Б, КФ–Ж, КФ–БЖ. 3.3.7.2.Потенциометрический метод Титрование на блоке автоматического титрования выполняют в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору. Задатчики титрования «заданная точка рН» устанавливают на величину 9,4, а «время выдержки» в положение 15 (БАТ – 15) или 20 (БАТ – 12ЛМ) и «импульсная подача» – в положение 1,5(БАТ – 15) или 0,5(БАТ – 12ЛМ). Отвешивают около 5 г смолы марки КФ–О или около 1 г смолы марок КФ– Б, КФ–Ж, КФ–БЖ с погрешностью не более 0,0002 г, помещают в закрытый стаканчик и добавляют пипеткой 5 мл 60 - процентного раствора перхлората магния для марки КФ–О. Х1 =

21

Стаканчик ставят на магнитную мешалку и при интенсивном перемешивании добавляют цилиндром 100 мл дистиллированной воды для марки КФ–О или 50 мл для марок КФ–Б, КФ–Ж и КФ–БЖ; после растворения навески (допускается слабая муть) пипеткой добавляют 20 мл кислого раствора сульфита натрия. В стаканчик погружают электроды и титруют 0,1 н. раствором гидроокиси натрия или гидроокиси калия. Параллельно проводят контрольный опыт, а для марки КФ–О с тем же количеством 60 - процентного раствора перхлората магния. При проведении параллельных опытов реактивы в каждой навеске смолы добавляют непосредственно перед титрованием. Массовую долю свободного формальдегида (Х2) в процентах вычисляют согласно 3.3.7.1. За результат испытаний принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 0,03% для марок КФ–О и 0,1 % для марок КФ–Б, КФ–Ж, КФ–БЖ. 3.3.8. Определение предела прочности при скалывании по клеевому слою фанеры после вымачивания образцов в воде в течение 24 часов

Для изготовления образцов фанеры в стеклянный или фарфоровый стакан помещают 500…600 г смолы, добавляют 5…6 г (1 % от массы смолы) тонко измельченного хлористого аммония и тщательно перемешивают. Если условная вязкость смолы по вискозиметру ВЗ-4 меньше 60 с, то в клей добавляют древесную муку в количестве 1…3 % от массы смолы. Из шпона собирают четыре трехслойных пакета размером не менее 240х240 мм. На внутренний слой каждого пакета наносят клей в количестве (90 – 100) г/м2. Все четыре пакета помещают в пресс, имеющий температуру плит 125 – 130 °С и выдерживают при давлении 1,8…2,0 МПа. Время выдержки под давлением общего пакета 5,5 мин. Из каждого трехслойного пакета вырезают по шесть образцов по ГОСТ 9620-94 и помещают для вымачивания в ванну с водой (20 ± 1) °С на 24 часа. После вымачивания образцы выкладывают на фильтровальную бумагу и через 10 мин испытывают по ГОСТ 9624-93. За результат принимают наименьшее значение показателя, при этом допускается показатель ниже нормы, предусмотренной настоящим стандартом, не более чем в одном пакете. 4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В состав содержания отчета входят: наименование работы; цель и задачи лабораторной работы; используемое оборудование и материалы; внешний вид смолы; массовая доля сухого остатка смолы; вязкость; концентрация водородных ионов; время желатинизации при 100 и 20 °С; соотношение смешиваемости смолы с водой; массовая доля свободного формальдегида; предел прочности при скалывании по клеевому слою фанеры; метрологическая характеристика используемых приборов и средств измерения (табл. VI) и описание методик

22

определения вышеперечисленных показателей; необходимые формулы и вычисления; выводы по результатам испытаний в сравнении с ГОСТом. 5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Показатели, характеризующие качество карбамидоформальдегидной смолы и клея на ее основе. 2. Концентрация смолы (клея) и влияние концентрации на качество склеивания. Методы определения концентрации, применяемые приборы. 3. Вязкость смолы (клея) и влияние на качество склеивания. Методы определения вязкости. Применяемые приборы. Что такое условная вязкость? 4. Реакция среды (рН) и влияние рН на качество склеивания. Методы определения рН, применяемые приборы. 5. Время желатинизации (отверждения) клея. Методы определения времени желатинизации, применяемые приборы. 6. Метод определения смешиваемости смолы с водой. 7. Массовая доля свободного формальдегида, влияние свободного формальдегида на качество склеивания и токсичность готовых материалов. Методы определения свободного формальдегида, применяемые приборы. 8. Прочность при склеивании по клеевому слою фанеры. Методы определения предела прочности при склеивании, применяемые приборы, оборудование. 6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С СИНТЕТИЧЕСКИМИ СМОЛАМИ

К выполнению ЛР допускаются студенты после ознакомления с правилами по технике безопасности, прохождения инструктажа, который регистрируется в специальном журнале. ЛР выполняется строго в соответствии с методическими указаниями в присутствии преподавателя либо лаборанта. Запрещается без разрешения преподавателя брать химикаты, включать оборудование, приборы, оставлять работающие установки и приборы без наблюдения. Нельзя принимать пищу в лаборатории, пить воду, курить, использовать лабораторную посуду для пищевых целей, а также пробовать на вкус и нюхать реактивы. Емкости с растворами должны быть закрыты. Отходы кислот, щелочей, огнеопасных, токсичных и пахнущих жидкостей сливаются в посуду, предназначенную для этого. Работа с легколетучими, токсичными веществами (формалин, аммиак), смолами должна проводиться в вытяжных шкафах или помещениях с усиленной вентиляцией (скорость движения воздуха не менее 0,7 л/с ), поскольку формальдегид и аммиак раздражающе действуют на кожу и слизистую оболочку глаз и носоглотки. В лаборатории должны быть аптечка, огнетушитель, ящик с песком, шерстяное одеяло или листовой асбест.

23

При ранении стеклом нужно удалить осколки, смазать рану йодом или сделать перевязку. При ожогах на обожженное место накладывается примочка из раствора соды питьевой (2 %), марганцевокислого калия (5 %) или этилового спирта. При попадании формалина на открытые участки кожи, одежды его нужно смыть водой, глаза тщательно промыть сильной струей воды и немедленно обратиться к врачу; при попадании внутрь организма – необходимо выпить сырой белок или большое количество молока и немедленно обратиться к врачу. При раздражении дыхательных путей следует выйти на чистый воздух или понюхать слабый раствор аммиака. При ожогах щелочами обожженное место промыть струей воды или слабым раствором уксусной кислоты, снова водой и смазать мазью от ожогов, спиртом. В случае попадания щелочей в глаза – промыть водой, а потом насыщенным раствором борной кислоты. При ожогах кислотами нужно протереть обожженное место тканью, быстро промыть водой и смочить спиртом. При попадании брызг кислоты в глаза следует промыть водой, а затем 3 - процентным раствором питьевой соды. 7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Азаров В.И., Гришин С.П., Цветков В.Е. Методические указания к лабораторным работам по технологии синтетических смол и клеев. – М.:МЛТИ, 1978. – 31 с. 2. Виршна З., Бжезинский Л. Аминопласты. – М.: Химия, 1973. – 343 с. 3. ГОСТ 14231-88. Смолы карбамидоформальдегидные. Технические условия. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 22 с. 4. ГОСТ 9620-94 (СТ СЭВ 2376 – 80). Древесина слоистая клееная. Отбор образцов. Общие требования при испытании. – М.: Изд-во стандартов, 1994. – 4 с. 5. ГОСТ 9070-75 Е. Вискозиметры для определения условной вязкости лакокрасочных материалов. М.: Изд-во стандартов, 1975. – 10 с. 6. ГОСТ 9624-93 (СТ СЭВ 2379-80). Древесина слоистая клееная. Метод определения предела прочности при скалывании. – М.: Изд-во стандартов, 1993. – 2 с. 7. Доронин Ю.Г., Мирошниченко С.Н., Свиткина М.М. Синтетические смолы в деревообработке. – М.: Лесн. пром-сть, 1987. – 224 с. 8. Куликов В.А. Производство фанеры. – М.: Лесн. пром-сть, 1976. – 336 с.

24

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица I Основные показатели карбамидоформальдегидных смол Норма для марки Наименование показателей КФ - О КФ - Б КФ - Ж КФ-БЖ 1. Внешний вид Однородная суспензия от белого до светло – желтого цвета без посторонних включений 2. Массовая доля сухого остатка, % 66 ±1 67 ±2 67 ±2 67 ±2 3. Массовая доля свободного фор0,25 0,9 0,9 0,8 мальдегида (по визуальному методу),% 4. Вязкость условная при (20 ±0,5)° С, с: по вискозиметру ВЗ-246 (ВЗ – 4) с 30–50 40 - 90 соплом диаметром 4 мм 45– 70(Ф) 20–40 (Ф) 40–55 по вискозиметру ВЗ-1 с соплом диа40–60 (М) метром 5,4 мм 15–30 (Л)

по вискозиметру ВЗ-246 с соплом Не нордиаметром 6 мм мируют 5. Концентрация водородных ионов, 6,5 – 6,5 – 7,0 – 6,5 7,0 – рН 8,5 8,0 8,5 6. Время желатинизации: 30–45 45–65 25–40 40–60 при 1000С, с. 2 при (20 ± 1) °С,с не менее Полная 7. Смешиваемость смолы с водой при (20 ± 1) °С в соотношении по объему 1:2 1,6 1,5 1,5 8. Предел прочности при скалывании 1,6 по клеевому слою фанеры после вымачивания образцов в воде в течение 24 ч, МПа, не менее Примечания: 1. В смоле марки КФ-Ж, предназначенной для холодного склеивания древесных материалов и склеивания в поле токов высокой частоты, массовая доля свободного формальдегида должна быть 0,5…0,9 %. 2. Допускается увеличение норм условной вязкости при хранении: по вискозиметру ВЗ-246 (или ВЗ-4) с соплом диаметром 4 мм смол марок КФ-О – не более чем до 150 и 180 с (Ф); марки КФ-Б – не более чем до 200 с; по вискозиметру ВЗ-1 с соплом диаметром 5,4 мм смол марок КФ-Ж – не более чем до 120 с (Ф), 180 с (М), 90 с (Л); марки КФ-БЖ – не более чем до 225 с.

25

Таблица II Соответствие обозначения марок карбамидоформальдегидных смол по ГОСТ 14231-88 и отмененной нормативно-технической документации Марки по ГОСТ 14231 - 88 Марки по отмененной нормативнотехнической документации КФ – Б КС – 68Б КС – Б40 – П КФ – БЖ КС – Б40 Ж10 – М КФ - Ж УКС – Б М 19 – 62 Б УКС - Л Таблица III Дополнительные показатели карбамидоформальдегидных смол Наименование показателей 1. Плотность при 20 °С, г/см3 2. Вязкость динамическая при 20 °С, сП

КФ - О 1,26 – 1,28

Норма для марки КФ - Б КФ - Ж 1,27 – 1,28 1,26 – 1,28

180–320(П) 230–400(Ф)

200 - 475

От –14 до –18 8

От –14 до –18 -

3. Температура замерзания, °С 4. Время желатинизаци при (20±1) °С

350–700(Ф) 700– 1100(М) От –14 до –18 10

КФ - БЖ 1,26 – 1,29 700–1000 От –14 до –18 10

Таблица IV Зависимость массовой доли сухого остатка карбамидоформальдегидной смолы от показателя преломления Массовая доля сухого остатка (%) для смол марок Показатель преломления КФ – О КФ – Б КФ – Ж КФ – БЖ 1,475 1,474 1,472 1,471 1,470 1,468 1,467 1,466 1,464 1,463 1,462 1,460

70,6 70,2 69,3 68,9 68,4 67,5 67,1 66,7 65,8 65,3 64,9 64,0

70,9 70,5 69,6 69,2 68,7 67,9 67,4 67,0 66,1 65,7 65,2 64,3

69,4 69,0 68,2 67,7 67,3 66,5 66,1 65,8 64,8 64,4 64,0 63,2

70,3 69,8 68,9 68,5 68,1 67,2 66,8 66,3 65,4 65,0 64,6 63,7

26

Показатель преломления 1,459 1,458 1,456 1,455 1,454 1,452 1,451 1,450 1,448 1,447 1,446 1,44 1,443 1,442 1,440 1,439 1,438 1,436 1,435 1,434 1,432 1,431 1,430 1,428

Продолжение табл. IV Массовая доля сухого остатка (%) для смол марок КФ – О КФ – Б КФ – Ж КФ – БЖ 63,6 63,2 62,3 61,8 61,4 60,5 60,1 59,6 58,8 58,3 57,9 57,0 56,6 56,1 55,3 54,8 54,4 53,5 53,1 52,6 51,8 51,3 50,9 50,0

63,9 63,5 62,6 62,1 61,7 50,8 60,4 60,0 59,1 58,6 58,2 57,3 56,9 56,6 56,4 55,1 54,8 53,8 53,4 52,9 52,1 51,6 51,2 50,2

62,8 62,4 61,5 61,1 60,7 59,9 59,5 59,1 58,2 57,8 57,4 56,6 56,2 55,8 54,9 54,5 54,1 53,3 52,9 52,5 51,6 51,2 50,8 50,0

63,3 62,8 61,9 61,5 61,1 60,2 59,8 59,3 58,4 58,8 57,6 56,7 56,3 55,8 54,9 54,5 54,1 53,4 52,8 52,3 51,4 51,0 50,6 49,7

Примечание: при составлении таблицы использованы графические зависимости приложения 4 ГОСТ 14231-88, на основании которых были получены соответственно для смол КФ – О, КФ – Б, КФ – БЖ следующие уравнения: y1= 0,00228x+1,314; y2= 0,00228x + 1,3133; y3 = 0,002421x+1,307; y4= 0,002286x+1,3144; Тип вискозиметра ВЗ - 4

ВЗ - 1

Диапазон сопла вискозиметра 2 4 6 205 504

Таблица V Оптимальный диапазон времени истечения, с От 70 до 300 От 20 до 200 От 20 до 200 От 12 до 150 От 5 до 200

27

Таблица VI Метрологические характеристики средств измерения, используемых в лабораторной работе (пример) Измеряемая и контролируемая величина Наимено- Допусвание тимая погреш ность 1. Длина образца, мм 2. Толщина, мм 3. Температура плит пресса, °С 4. Температура плит пресса, °С

Характеристика применяемых средств измерений

Средство Специальобработ- ные требования по ки ретехнике Межпо- зультатов безопасноверочный сти интервал

Наименование, тип, завод, №, год изготовления

Диапазон измерения

Условия измерения

Дата последней поверки

0,1

Штангенциркуль: ШЦ–11-250–0,05; № 13401010, 1985

0 – 250

По паспорту

Учебный (У)

12 мес.

ЭВМ

0,001

Микрометр: МК № 6925, 1982 Термометр сопротивл.; ТСП – 753, 1981

0 – 50

То же

То же

То же

То же

Специальные условия не требуются То же

0 – 300

То же

То же

То же

То же

То же

0 - 200

То же

То же

То же

То же

То же

±2

±2

Электронный автоматический мост; КСМ – 4, 1979

28

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………..…….….3

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАРБАМИДОФОРМАДЬДЕГИДНЫХ СМОЛАХ…………….……4 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КФС И КЛЕЕВ НА ИХ ОСНОВЕ………………………………………………….8 3. ИСПЫТАНИЕ КФС И КЛЕЕВ НА ИХ ОСНОВЕ……………….……..12 4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА…………………………………….………..…21 5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ……………..………………………..…….22 6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С СИНТЕТИЧЕСКИМИ СМОЛАМИ…………………………………...22 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..…………………………………………………23 ПРИЛОЖЕНИЕ…………………...…………………………………………24 ИСПЫТАНИЕ ЖИДКИХ КЛЕЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ Методические указания к лабораторной работе «Испытание карбамидоформальдегидной смолы» по курсу "Технология клееных материалов" для студентов всех форм обучения специальности 260200 "Технология деревообработки" Олег Иванович Бегунков Главный редактор Л.А. Суевалова Редактор О.В. Астафьева Подписано в печать 14.10.02. Формат 60 х 84 1/16. Бумага писчая. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,6 . Уч.-изд. л. 1,4 . Тираж 120 экз. Заказ .С 151. Издательство Хабаровского государственного технического университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136. Отдел оперативной полиграфии издательства Хабаровского государственного технического университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.

ИСПЫТАНИЕ ЖИДКИХ КЛЕЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания к лабораторной работе «Испытание карбамидоформальдегидной смолы» по курсу "Технология клееных материалов" для студентов всех форм обучения специальности 260200 "Технология деревообработки"

Олег Иванович Бегунков

Главный редактор Л.А. Суевалова Редактор Л.С. Бакаева

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 020526 от 23.04.97 Подписано в печать . Формат 60 х 84 1/16 Бумага писчая. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная Усл. печ. л. Уч.-изд. л. . Тираж 120 экз. Заказ .С

Издательство Хабаровского государственного технического университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136. Отдел оперативной полиграфии издательства Хабаровского государственного технического университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.

.