ebook Właściwości wybranych tworzyw drewnopochodnych wytwarzanych z udziałem nano-SiO2 Dorota Dukarska

Nanotechnologia jako interdyscyplinarna dziedzina nauki znajduje swoje zastosowanie również w drzewnictwie. Jednym z najbardziej wszechstronnych i wielofunkcyjnych nanomateriałów jest syntetyczna krzemionka płomieniowa (nano-SiO2), która wprowadzona do matrycy polimerowej pozwala na znaczną poprawę wytrzymałości i odporności termicznej powstałego nanokompozytu.
Nadrzędnym celem niniejszej pracy było określenie wpływu dodatku nanokrzemionki do żywicy mocznikowo-formaldehydowej (UF) i fenolowo-formaldehydowej (PF) na właściwości wytworzonych przy ich użyciu sklejek oraz płyt wiórowych i na tej podstawie zaproponowanie nowych rozwiązań pozwalających na ograniczenie ilości środków wiążących stosowanych w produkcji sklejek oraz poprawę właściwości płyt wiórowych wytwarzanych z udziałem niedrzewnych surowców lignocelulozowych. Uwzględniając fakt, iż nanokrzemionka wykazuje znaczną tendencję do aglomeracji, celem prowadzonych prac było również określenie stopnia powierzchniowej modyfikacji krzemionki wybranym silanowym środkiem sprzęgającym, pozwalającego na wytworzenie płyt o jak najlepszych właściwościach fizykomechanicznych. W badaniach wykorzystano 3-aminopropylotrietoksysilan (APTES) stosowany powszechnie jako promotor adhezji i modyfikator powierzchni wypełniaczy nieorganicznych w wielu układach polimerowych, w tym fenolowych, melaminowych i mocznikowo-formaldehydowych. Tego typu modyfikacja stosowana jest głównie w procesach wytwarzania kompozytów polimerowych zawierających w swoim składzie różnego rodzaju nanonapełniacze.
Zakres przeprowadzonych prac obejmował wytworzenie sklejek zaklejonych nanokompozytowymi żywicami klejowymi dla różnego jednostkowego ich naniesienia na powierzchnie fornirów, wytworzenie płyt wiórowych zaklejonych żywicą UF z dodatkiem różnych ilości nano-SiO2, wytworzenie sklejek i płyt wiórowych zaklejonych żywicami UF oraz PF z dodatkiem krzemionki modyfikowanej różną ilością APTES. Biorąc pod uwagę rosnące zainteresowanie przemysłu płyt drewnopochodnych stosowaniem surowców alternatywnych, szczególnie w procesie wytwarzania płyt wiórowych, w ramach badań wytworzono również płyty wiórowe z udziałem cząstek słomy rzepakowej zaklejone żywicą UF/nano-SiO2. Wszystkie wytworzone płyty poddano ocenie ich właściwości fizykomechanicznych oraz higieniczności zgodnie z wymogami odpowiednich norm technicznych.
Na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdzono, że zastosowanie nano-SiO2 jako wypełniacza żywic UF i PF w procesie wytwarzania sklejek, pozwala na znaczną redukcję jednostkowego naniesienia żywic klejowych podczas klejenia arkuszy fornirów. Pomimo ograniczenia ilości nanokompozytowych żywic klejowych o 33% w przypadku żywicy UF i 25% w przypadku żywicy PF, wytworzone sklejki charakteryzowały się wymaganą jakością sklejenia. W przypadku żywicy UF wykazano również istotne ograniczenie emisji formaldehydu. Ze względu na wysokie koszty produkcji nanokrzemionki takie działania są ważne z ekonomicznego punktu widzenia, ale również zgodne z ideą zrównoważonego rozwoju, promującego ograniczenie zużycia surowców, a w szczególności tych, które stanowią zagrożenie dla środowiska naturalnego. Modyfikacja żywicy UF odpowiednio dobraną ilością krzemionki pozwala również na poprawę właściwości fizykomechanicznych oraz higieniczności płyt wiórowych. Z kolei w przypadku płyt z udziałem odpadowych cząstek roślin jednorocznych, dodatek nano-SiO2 do żywicy UF pozwolił na zwiększenie stopnia substytucji wiórów drzewnych cząstkami słomy. Płyty wytworzone z 50-procentowym udziałem cząstek słomy rzepakowej i zaklejone żywicą UF/nano-SiO2 spełniały wymagania stawiane płytom typu P2. Dodatkowo jakość sklejenia, a w efekcie wytrzymałość zarówno sklejek, jak i płyt wiórowych zaklejonych nanokompozytowymi żywicami klejowymi można ulepszyć poprzez modyfikację nano-SiO2 odpowiednio dobranym aminosilanem – APTES. Ciekawym rezultatem prowadzonych badań jest również poprawa wybranych cech palności płyt wiórowych, wynikająca w głównej mierze z wysokich właściwości barierowych nano-SiO2. Jak wykazały wstępne badania palności, wprowadzenie do żywicy klejowej niewielkich ilości nano-SiO2 pozwala na wytworzenie płyt wiórowych o większej odporności na działanie ognia, co przejawia się m.in. wydłużeniem czasu zapłonu płyt, ograniczeniem powierzchni wypału oraz wzrostem wskaźnika tlenowego.