Связующее в производстве древесностружечных плит должно отвечать следующим требованиям: обеспечивать плитам высокую прочность в сухом виде, после увлажнения, а также при переменных температурно-влажностных условиях; не изменять цвета древесины; не придавать плитам токсичных свойств, не выделять токсичных продуктов; не терять свойств под воздействием грибов и насекомых; обладать длительной жизнеспособностью; склеивать древесные частицы в наиболее короткий срок; не быть дефицитными, иметь низкую стоимость.

Применяемые связующие можно разделить на мочевиноформальдегидные, фенолоформальдегидные и мочевиномеламиновые смолы. Это термореактивные смолы.

Наибольшее применение при производстве плит находят мочевиноформальдегидные смолы. При использовании этих смол в качестве клея в них вводят отвердитель (катализатор).

Количество отвердителя уточняется опытным путем с расчетом времени отверждения связующего, соответствующего режиму прессования древесностружечных плит. Большое количество отвердителя в смоле, как и его малое количество, увеличивает время отверждения.

Для уменьшения водопоглощения и разбухания плиты подвергают гидрофобизации. Существует ряд химических и физико-химических способов гидрофобизации.

Химические способы заключаются в блокировке водородной связью гидроксильных групп, по ненасыщенным валентностям которых присоединяется вода. К этим методам относится увеличение в плитах процентного содержания связующего и термическая обработка стружек или плит.

К физико-химическим способам относится гидрофобизация древесностружечных плит, основанная на образовании вокруг древесных частиц тонких пленок из водоотталкивающих веществ, а также заполнение этими веществами капилляров древесных частиц.

Применяют для гидрофобизации парафин, церизин, петролатум, воск и т.п. Эти вещества вводятся в расплавленном виде, в виде эмульсии или в виде компонента смолы.

Введение гидрофобных веществ придает плитам временную водостойкость, так как в результате длительного воздействия влаги в пленке из гидрофобных веществ образуются трещины, через которые проникает влага внутрь древесных частиц. Вследствие этого предельное водопоглощение и разбухание плит одинаково. Однако достижение предельного водопоглощения и разбухания плит с гидрофобными добавками требует значительно большего времени.

Гидрофобизирующие эмульсии вводят со связующим вместе или отдельно. Введение парафиновых эмульсий улучшает прочность плит. Это объясняется тем, что эмульсия, заполняя капилляры, препятствует впитыванию в стружки смолы и смола остается на поверхности частиц.

Для применения плит в строительстве в них вводят антисептирующие добавки. В качестве антисептиков применяют кремнефтористый натрий, кремнефтористый аммоний, пентохлорфенол и другие.

Для придания плитам огнестойкости в них вводят антипирены. К ним относятся борная кислота, ортофосфорная кислота и ее соли и т. д.

Антисептики и антипирены вводятся со смолой или отдельно в жидком или сухом виде.

Приготовление рабочего раствора связующего на основе карбамидоформальдегидных смол состоит в доведении его концентрации, а, следовательно и вязкости, до требуемых значений, приготовлении и добавлении в раствор отвердителя. В качестве отвердителя чаще всего применяют хлористый аммоний. Количество сухого хлористого аммония, вводимого в смолу в виде водного раствора, 0,5 – 2 % массы сухой смолы. Вязкость смолы для распыления ее в современных центробежных смесителях не должна превышать 35 с, а в пневматических 13 – 22 с по ВЗ-4. Вязкость связующего зависит не только от способа распыления но и от температурного режима в помещении завода (цеха). В летний период вязкость устанавливается на 5 – 10 с выше, а в зимний – на 5 – 10 с ниже. Вязкость смолы снижают добавлением в нее воды в количестве q _в, определяемом по формуле

 ,                         (56)

где  q_с – масса разбавляемой смолы, кг;

К₁ , К₂ – соответственно начальная и требуемая конечная концентрация смолы, %.

Концентрация раствора смолы для наружных слоев плит 53 –54%, для внутренних – 60 – 61%. Этот способ уменьшения вязкости смолы наиболее распространен. Однако добавление в смолу воды ведет к повышению продолжительности прессования. По этой причине для вязкости иногда применяют подогрев смол концентрацией 60 – 65 % перед смешиванием с древесными частицами в специальных подогревателях до 30 - 35 ⁰С.

Ввиду различных условий нагрева наружных и внутреннего слоев плит при прессовании осмоление древесных частиц для наружных слоев производят связующим с продолжительностью отверждения 110 – 130 с, а внутреннего – 35 – 55 с. Это достигается применением отвердителей различной активности. В качестве отвердителя связующего для внутреннего слоя применяют 20 % -ный водный раствор хлористого аммония. Для замедления реакции отверждения в связующее наружных и промежуточных слоев дополнительно вводят аммиачную воду концентрацией 25 %. Количество ее в зависимости от реакционной способности смол 10 – 35 % в общей массе 20 % –ного водного раствора хлористого аммония. При приготовлении связующего для всех слоев плит в 100 мас. ч. раствора смолы вводят 5 – 6 мас. ч. раствора соответствующего отвердителя. Конечная концентрация готового связующего для наружных и промежуточных слоев при этом должна быть 48 – 52 % , а для внутреннего – 55 – 56 % и зависит от марки смолы. Компоненты связующего обычно вводят в древесные частицы вместе или, реже, раздельно. При совместном введении компонентов связующее приготавливается на установках периодического или непрерывного действия, например на ДСК-1. В этой установке компоненты смешиваются в лабиринтовой мешалке.

Дозируют компоненты связующего по объему и редко – по массе. В первом случае они подаются в мешалку насосами-дозаторами, во втором – перед смешиванием количество каждого компонента взвешивается на весах. В процессе приготовления компонентов связующего и самого связующего контролируют концентрацию, вязкость, рН, продолжительность отверждения и жизнеспособность.

Смешивание частиц со связующим - одна из операций, влияющая существенно на физико-механические свойства плит. Хорошего осмоления достичь очень трудно, так как объем связующего очень мал по сравнению с объемом и поверхностью стружек. В производстве плит принята норма связующего около 4-7 г на 1 м² поверхности стружек.

Из-за большого количества трудно учитываемых факторов расход связующего устанавливают опытным путем в зависимости от требуемой прочности плит (табл. 24) .

Таблица 24

Рекомендуемые средние нормы расхода клея для плит

Количество связующего, вводимого в стружки, зависит от формы и размера стружек, способа их получения, породы древесины.

Для экструзионных плит расход будет 5 – 6 %.

Для постоянного соотношения клея и стружек необходимо строгое дозирование того и другого компонента при смешивании. Дозирование стружек осуществляют по объему, по весу или смешанному методу. Дозирование может быть периодическим и непрерывным.

Недостатком объемного дозирования стружек является неизбежность ошибок, связанных с колебаниями количества насыпаемой стружки в зависимости от вида древесных частиц и породы древесины. Ниже приведена насыпная масса различных древесных частиц (кг/м³).

Дробленка                                               120 – 170

Опилки                                                    100 – 120

Специально нарезанные стружки

после молотковой дробилки                   40 – 90

до молотковой дробилки                         25 – 70

Насыпная масса частиц колеблется в зависимости от формы частиц. Непостоянство насыпной массы приводит к неодинаковому расходованию древесины на изготовление плит, что приводит к неодинаковой плотности последних. Дозирование по объему не учитывает также влажности частиц.

Непрерывное объемное дозирование измельченной древесины осуществляется с помощью ленточных, шнековых, барабанных, тарельчатых и вибрационных дозаторов. Наиболее распространены ленточные дозаторы. Оно применяется в сырых и сухих бункерах. Большое распространение получило дозирование стружки по весу, особенно при подаче стружек в смесители и при формировании ковра. Наиболее распространены порционные весы.

Связующее в смеситель дозируют любым из указанных способов, так как масса его стабильна.

Связующее в стружки вводят после смешивания его компонентов и отдельно. Преимущество первого способа в наиболее равномерном распределении отвердителя в смоле и возможности контроля получаемого связующего, а второго – в возможности применения более простой аппаратуры и надежности подачи смолы по трубопроводам, исключающей преждевременное отверждение связующего. При раздельной подаче компонентов связующего отвердитель вводится первым.

Связующее и отвердитель вводят с помощью форсунок или через пустотелый вал в скоростных смесителях. Существенное влияние на процесс введения связующего оказывают вязкость связующего и его концентрация. Высокая концентрация связующего затрудняет хорошее распыление связующего и растекание его по поверхности стружек.

Для смешивания стружек применяются смесители непрерывного и периодического действия.

Наибольшее распространение получили скоростные смесители непрерывного действия, так как они позволяют полностью автоматизировать процесс смешивания, имеют большую производительность и меньшие трудозатраты при смешивании. К ним относятся ДСМ-5, ДСМ-7и их импортные аналоги.

В смесителях ДСМ-5 и ДСМ-7 связующее подается через пустотелый вал и лопасти.

Смеситель ДСМ – 5 (рис. 70) представляет собой барабан 1 диаметром 500 мм и длиной 2000 мм, внутри которого находится вал 2 с закрепленными на нем лопастями 3 и 4 и распылителями 6. Вал имеет центральный канал 7 для подвода к распылителям связующего. Древесные частицы, поступающие в горловину 5, захватываются лопастями 4, которые формируют их в быстро вращающееся кольцо и подают в зону распылителей 6. При вращении частицы фракционируются: мелкие оказываются ближе к оси барабана, а более крупные – у его стенок. Различная длина распылителей позволяет дозировать связующее в массу частиц в зависимости от их размеров.

При дальнейшем осевом перемещении частиц они перемешиваются лопастями 3, в результате чего связующее переносится с одной частицы на другую. Время нахождения древесных частиц в смесителе 20 – 25 с, а оптимальный коэффициент его заполнения 0,57. Осмоленные древесные частицы удаляются из смесителя через воронку 9.

Рис. 70 Схема смесителя ДСМ - 5

Частота вращения вала довольно большая – 770 – 1220 мин^-1, что приводит к разогреву барабана быстро вращающимися частицами. Для предотвращения отверждения связующего при смешивании барабан и часть вала охлаждают водой температурой 12ºС, подаваемой в полости 8. Производительность быстроходных смесителей различных типов в зависимости от размера древесных частиц 1000 – 10000 кг/ч абс. сухих частиц. Она регулируется часотой вращения вала и углом поворота лопастей.

Для смешивания частиц с относительно большими размерами применяют смесители с пневматическим распылением связующего через форсунки. Некоторые типы таких смесителей оборудованы устройствами для фракционирования древесных частиц с целью регулирования соответствия между их размерами и количеством потребного для осмоления связующего. При этом крупные частицы вводятся в смеситель в начале, а более мелкие – ближе к выходной горловине. Связующее в смесителях дозируют по объему насосами-дозаторами, а древесные частицы – по массе с помощью весов непрерывного или периодического действия. Расход связующего по сухому остатку различен для слоев плит и возрастает с увеличением плотности и поглощающей способности применяемой древесины.

В процессе смешивания контролируют соотношение между количеством древесных частиц и связующего, количество связующего в осмоленных частицах и их влажность.