Еспаева А.С., к.т.н., ассоц проф. ФСТИМ, МОККазГАСА, г. Алматы

Тахтамысов А.Ж., магистрант МТДО-13(2), МОК КазГАСА, г. Алматы

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НА ТОКСИЧНОСТЬ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ И ЭФФЕКТИВНЫЕ АКЦЕПТОРЫ ФОРМАЛЬДЕГИДА

В настоящее время токсичность древесно-стружечных плит, связанная с выделением из них вредного для человека газа – формальдегида, является одним из сдерживающих факторов их использования.

Для определения выделения из ДСтП формальдегида в настоящее время в мировой практике существуют два основных метода – камерный и перфораторный.

Наиболее совершенным, с точки зрения моделирования реальных условий эксплуатации материалов, является камерный метод.

При испытании плит этим методом исследуемый материал помещается в специальную камеру-генератор, в которой моделируются натуральные условия (температура и влажность воздуха, кратность воздухообмена, "насыщенность" материалом объема камеры – отношение площади поверхности материала к объему воздуха в камере). Относительную влажность воздуха в камере, как контролируемый параметр, можно не включать (если камера находится в жилом помещении), так как она, в пределах изменения в жилых и общественных зданиях, на интенсивность выделения из материалов вредных веществ влияния не оказывает. Материалом камеры являются нержавеющая сталь или силикатное стекло, которые не подвергаются изменениям под влиянием вредных веществ, мало адсорбируют их на своей поверхности, хорошо поддаются очистке влажным способом (мытье водой, спиртом и другими жидкостями). Форма камер на качество анализируемого в них воздуха влияния не оказывает. Камера герметически закрывает-

ся и имеет отверстия для входа и выхода воздуха. Камера, предназначенная к работе с подогревом воздуха, теплоизолируется. Камера оборудуется кондиционером и блоком влажности, поддерживающие на заданном уровне температуру и относительную влажность воздуха в камере.

В зависимости от реальных условий эксплуатации материала его кромки могут

изолироваться (пастой из жидкого стекла и мела или полосками марли, пропитанными этой пастой). Могут также изолироваться и пласти материала. В этом случае на пласти материал наклеивается клеем, который использован в материале, стекле.

В камерах больших объемов можно испытывать натурные образцы мебели, плит и др. Общий вид такой (нашей) камеры объемом 45 м3.

Для создания в камере воздухообмена используется воздуходувная система с контролируемыми параметрами количества входящего в камеру и выходящего из нее воздуха.

Начинают исследования через 1,5…2,0 суток после установления в камерах-генераторах определенного режима воздухообмена (и других условий), так как лишь к этому времени в камере устанавливается динамическое равновесие.

Результаты санитарно-химических исследований выражаются двумя показателями:

– в миллиграммах вещества, выдающегося с поверхности материала определенной площади в единицу времени (например, в мг/м2 час), что характеризует интенсивность выделения вредных веществ;

– в миллиграммах вещества, содержащегося в единице объема воздуха, т.е. в виде концентрации его в воздухе (в мг/м3 воздуха).

Для химического анализа формальдегида и определения его количества в воздухе существуют различные методы (хромотография, фотоколориметрический и др.).

Несмотря на то, что камерный метод является длительным (занимает около 2…3

суток), зато полученные результаты позволяют сравнить данные по выделению из плит формальдегида в реальных условиях эксплуатации плит с предельно-допустимой

концентрацией в воздухе помещений по требованиям Минздрава Республики Казахстан.

В качестве экспресс-метода используется перфораторный метод, базирующийся на работах FESYP, и основанный на экстрагировании в перфораторе (специальной лабораторной установке – Перфораторе) формальдегида их образцов ДСтП кипящим толуолом, поглощении его дистиллированной водой и обратном йодометрическом титровании по ГОСТ 27678– 88. Этот метод занимает 4…6 часов времени, но не дает результатов выделения формальдегида из плит в реальных условиях их эксплуатации.

Данным методом определяют выделение формальдегида из плит в размерности мг/100 г абсолютно сухой плиты. При этом по существующему ГОСТ 10632– 2007 выделяют 2 класса эмиссии формальдегида: Е–1 (до 8); Е–2 и Е–3 (от 8 до 30 мг/100 г абс. сухой плиты). Для перевода полученных по данному методу значений (в мг/100 г) в значения камерного метода (в мг/м3 воздуха) пользуются калибровочными кривыми.

Известны также и другие экспрессметоды определения выделения формальдегида, которые используются значительно реже. Один из таких методов (метод WKI или «баночный метод») был разработан в Фраунгоферовском институте древесины в Германии. Известна также корреляционная зависимость выделения из ДСтП формальдегида между перфораторным и баночным методами.

Известны и другие методы, такие как «Модифицированный метод Роффаэля», который был модифицирован из метода WKI и стандартизован в свое время в Нидерландах. Известны газоаналитические методы, такие как «Метод Wittmann», «Метод Stoger», «Микродиффузионный метод Plath», «Эксикаторный метод» по Японскому промышленному стандарту, «Sintef-метод», «МетодBrunner» [7].

По различным отечественным и зарубежным данным наиболее эффективным методом снижения выделения формальдегида из плит является метод, основанный на использовании в процессе производства плит акцепторов формальдегида, т.е. химических веществ, которые в процессе производства плит эффективно вступают с формальдегидом в реакцию взаимодействия. Сложность решения вопроса поиска таких веществ состоит, во-первых, в том, что по известным литературным данным формальдегид взаимодействует с ограниченным количеством химических веществ, многие из которых труднодоступны, дороги и требуют специального получения. Во-вторых, не все из известных химических веществ могут быть применены в технологии производства плит по различным причинам – летучи при повышенной температуре, взрывоопасны и т.д.

Как показали наши исследования, наиболее эффективными химическими веществами комплексного действия являются пентахлорфенолят натрия (ПХФН), хромомедноборное соединение ХММББ-3324, включающее в себя бихромат натрия, медный купорос, буру, борную кислоту в соотношении 3:3:2:4, а также кремнефтористый аммоний (КФА). Все эти химические вещества применяются при пропитке древесины с целью ее био-, огнезащиты. В зависимости от вида эти вещества можно вводить в плиты различными способами.

Так, ПХФН целесообразно вводить совместно со связующим (карбамидо-, фенолоформальдегидным). Он хорошо растворяется в воде, подщелачивая, однако, среду. Выход на необходимое время желатинизации смол при 100 0С, характеризующее скорость отверждения связующего, обеспечивается за счет добавления большего, чем обычно, количества отвердителей (в 2,2…2,5 раза). Режим горячего прессования при этом ничем не отличается от режима при производстве плит без добавки ПХФН.

Хромомедноборное соединение наносится на стружку в виде водного раствора с последующей сушкой стружки. Кремнефтористый аммоний, являясь хорошим акцептором формальдегида при производстве плит на карбамидоформальдегидных смолах, обладает дополнительно свойствами отвердителя карбамидоформальдегидных смол.

Важным вопросом практического использования всякого практического препарата является степень его вредности для человека, т.е. степень его опасности, регламентированная ГОСТом 12.1.00. По общепринятой классификации хромомедноборное соединение относится ко 2-й, а ПХФН – к 3-й группе, т.е. для них классы опасности по вышеприведенному ГОСТу, соответственно, 1 и 2. Наиболее полно изучены токсикологические свойства ПХФН. Большинство исследователей относят его к высокотоксичным веществам, способным проникать в организм не только через дыхательные пути, но и через кожу. Вместе с тем, известно, что ПХФН не обладает кумулятивными свойствами и весь выделяется из организма. Подробнее описание токсичного воздействия этого вещества на организм человека приводилось в журнале американской ассоциации сангигиенистов еще в 1970 году.

Наиболее эффективным и технологическим веществом, для одновременной биозащиты и снижения выделения формальдегида из плит является ПХФН, содержание которого в плите должно составлять, в зависимости от вида связующего (карбамидо-, или формальдегидное), от 0,8 до 2,0 % от массы абсолютно сухой стружки. Скорость растворения ПХФН в воде, находящейся в смоле, значительно увеличивается при подаче его в смолу для смешивания с ней в виде густого водного (в массовом соотношении ПХФН: вода, равном 1:1) раствора. По санитарно-гигиеническим требованиям при работе с ПХФН должны соблюдаться определенные требования. Рабочим, занятым приготовлением раствора этого вещества и подачей его в технологический поток, необходимо использовать фильтрующий противогаз, респиратор и др. Необходима обязательная и тщательная защита глаз и кожи (спецодежда из плотной ткани или текстовинита, хлорсульфированного полиэтилена, резиновые или другие непроницаемые перчатки, фартуки).

Выводы:

1. Для определения выделения из ДСтП формальдегида в настоящее время в мировой практике существуют два основных метода – камерный и перфораторный.

Наиболее совершенным, с точки зрения моделирования реальных условий эксплуатации материалов, является камерный метод

2. Эффективными химическими веществами (акцепторами формальдегида), связывающими формальдегид в ДСтП, являются такие, как пентахлорфенолят натрия, комплексное хромомедноборное соединение, кремнефтористый аммоний. Их использование в технологии ДСтП позволяет применять плиты в жилищном строительстве при насыщенности ими объема воздуха помещения от 0,4 до 1,9 м2/м3.

Литература:

1. Азаров В.И., Цветков В.Е. Технология связующих и полимерных материалов. – М.: Лесная промышленность, 1985. – 216 с.

2. Мельникова Л.В. Технология композиционных материалов из древесины: учебник для студентов « Технология деревообработки» / Л.В. Мельникова. - 3-е изд. - М.: МГУЛ, 2007.-235 с.

3. Уокер Дж. Ф. Формальдегид, пер. с английского - М., 1957 г.

4. Рево А.Я. Практикум по органической химии. – М.: Высшая школа, 1982. – 208 с.