Термопластичні полімери у виробництві фанерної продукції: переваги, можливості та перспективи застосування

  • P. Bekhta Національний лісотехнічний університет України
  • I. Kusniak Національний лісотехнічний університет України
Ключові слова: фанера; формальдегід; токсичність; природні полімери; синтетичні клеї; термореактивні полімери; термопластичні плівки; модифікувальні речовини; термічне модифікування; хімічне модифікування; відходи термопластичних полімерів.

Анотація

 

Одними з основних клеїв, які застосовують для виробництва фанерної продукції, є карбамідо- та фенолоформальдегідні клеї. Однак, маючи багато позитивних характеристик, такі клеї є токсичними. Низкою попередніх досліджень доведено, що виділення формальдегіду може призвести до пошкодження органів дихання, очей та нервової системи і навіть до раку та лейкемії. Всесвітня організація охорони здоров'я також недавно дійшла висновку, що формальдегід є канцерогеном для людини. Тому зменшення токсичності деревинних матеріалів має величезне значення для довкілля, а особливо – для здоров’я людини. Впродовж останніх років стали жорсткішими вимоги до виробів, з якими контактує людина, а також до тих матеріалів, які використовують для їх виготовлення. У цій оглядовій статті проаналізовано переваги, можливості та перспективи використання термопластичних полімерів для виготовлення фанерної продукції. Однією з основних переваг таких полімерів є їх не токсичність.

Розглянуто поверхневе оброблення фанери полімерними плівками на основі поліетилену та поліпропілену. Крім того, з’ясовано вплив прискорення старіння поверхні фанери, опорядженої поліетиленовими та поліпропіленовими плівками, на її властивості. Для поліетилену та поліпропілену властива низька адгезія до деревини. Проаналізовано можливості підвищення адгезії між термопластичними полімерами та шпоном/фанерою шляхом хімічного і термічного модифікування як полімерів, так і шпону.

Окремо розглянуто можливість використання відходів термопластичних полімерів у виробництві фанери, переробка яких зменшить витрати первинного полімеру, що вирішить проблему захисту довкілля. Загалом невисока вартість та сприятливі екологічні показники сукупно відкривають широкі можливості використання термопластичних полімерів у виробництві фанери.

Посилання

Adhesives awareness guide (2017). American wood council. Retrieved from http://www.woodaware.info.
Beaud, F., Niemz, P., & Pizzi, A. (2006). Structure-property relationships in one-component polyurethane adhesives for wood: Sensitivity to low moisture content. Journal of Applied Polymer Science, 101, 4181-4192. https://doi.org/10.1002/app.24334.
Borysiuk, P., & Omen, J. (2006). The influence of accelerated ageing on properties of coatings from thermoplastics created on the surface of plywood. Annals of Warsaw Agricultural University, Forestry and Wood Technology, 58, 91-94.
Borysiuk, P., Mamiński, M.Ł., Parzuchowski, P., & Zado, A. (2010). Application of polystyrene as binder for veneers bonding – the effect of pressing parameters. European Journal of Wood and Wood Products, 68 (4), 487–489. (in Eng-lish).
Caulfield, D., Clemons, C., & Rowell, R.M. (2010). Wood thermoplastic composites. Chapter 6. Sustainable development in the forest products industry : eds Roger M Rowell Fernando Caldeira Judith K. Rowell -Porto Edições Universidade Fernando Pessoa, 141-161.
Chang, L., Guo, W., & Tang, Q. (2017). Assessing the tensile shear strength and in-terfacial bonding mechanism of poplar plywood with high-density polyeth-ylene films as adhesive. BioResourees, 12 (1), 571-585. https://doi.org/10.15376/biores.12.1.571-585.
Climenhage, D. (2003). Recycled Plastic Lumber. A Strategic Assessment of its Production, use and Future Prospects. Environment and Plastic Industry Council and Corporations Supporting Recycling. Canada.
Cui, T., Song, K., & Zhang, S. (2010). Research on utilizing recycled plastic to make environment-friendly plywood. Forestry Studies in China, 2 (4), 218-222. https://doi.org/10.1007 /s 11632-0 1 0-040 1-y.
Dunky, M. (2003). Adhesives in the Wood Industry. In: Handbook of Adhesive Technology. 2nd edition, revised and expanded, edited by A.Pizzi & K.L.Mittal. Marcel Dekker, Inc. New York – Basel.
El-Bashir, S. M. (2013). Thermal and mechanical properties of plywood sheets based on polystyrene/silica nanocomposites and palm tree fibers. Polym. Bull., 70, 2035-2045. https://doi.org/10.1007/s00289-013-0962-8.
EN 314-2: (1993). Plywood. Bonding quality. Part 2: Requirements, BSI, 12.
Fang, L., Chang, L., Guo, W., Chen, Y., & Wang, Z. (2012). Manufacture of environmentally friendly plywood bonded with plastic film. Forest Products Journal, 63 (7/8), 283-288. https://doi.org/10.13073/FPJ-D-12-00062.
Fang, L., Chang, L., Guo, W., Chen, Y., & Wang, Z. (2014). Influence of silane sur-face modification of veneer on interfacial adhesion of wood-plastic plywood. Applied Surface Science, 288, 682-689.
Fang, L., Chang, L., Guo, W., Ren, Y., & Wang, Z. (2013). Preparation and characterization of wood-plastic plywood bonded with high density polyethylene film. European Journal of Wood and Wood Products, 71, 739-746. https://doi.org/10.1007/s00107-013-0733-0.
FAO Statistics (2015). Yearbook of Forest Products. http://www.fao.org/3/a-i7304m.pdf.
Follrich, J., Muller, U., & Gindl, W. (2006). Effects of thermal modification on the adhesion between spruce wood (Picea abies Karst.) and a thermoplastic polymer. Holz als Roh- und Werkstoff, 64, 373-376. https://doi.org/10.1007/s00107-006-0107-y.
Gardner, D.J., & Han, Y. (2010). Towards structural wood plastic composites: technical innovations. Proceedings of the 6th meeting of the Nordic-Baltic network in wood material science and engineering (WSE). Tallinn, Estonia, 7-22.
GB / T 9846.3 (2004). ‟Plywood-Part 3: General specification for plywood for gen-eral use,” Standardization Administration of China, Beijing, China, 199 (in China).
Goto, T., Saiki, H., & Onishi, H. (1982). Studies on wood gluing. XIII: Gluability and scanning electron microscopic study of wood-polypropylene bonding. Wood Sci. Technol, 16, 293-303. https://doi.org/10.1007/BF00353157.
Grubbström, G, & Oksman, K. (2009). Silane-crosslinking efficiency in wood-polyetylene composites: Study of different polyethylenes. Proceedings of 10th International Conference on Wood and Biofiber Plastic Composites, Madison, WI, USA, 1-24.
Grubbström, G., & Oksman, K. (2009). Influence of wood flour moisture content on the degree of silane crosslinking and its relationship to structure-property relations of wood-thermoplastic composites. Composites Science and Tech-nology, 69, 1045-1050. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2009.01.021.
Grubbström, G., Holmgren, A., & Oksman, K. (2010). Silane-crosslinking of recycled low-density polyethylene/wood composites. Composites Part A: Ap-plied Science and Manufacturing, 41, (5), 678-683. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2010.01.018.
Hagdan, S., Tannert, T., & Smith, G. (2015). Wettability and impact performance of wood veneer/polyester composites. BioResources, 10 (3), 5633-5654. https://doi.org/10.15376/biores.10.3.5633-5654.
Haghdan, S., & Smith, G. D. (2015). Fracture mechanisms of wood/polyester lami-nates under quasi-static compression and shear loading. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 74, 114-122. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.04.006.
Haghdan, S., Tannert, T., & Smith, G. D. (2015). Effects of reinforcement configura-tion and densification on impact strength of wood veneer/polyester compo-sites. Journal of Composite Materials, 49 (10), 1161-1170. https://doi.org/10.1177/0021998314531308.
Han, K-S., & Lee, H-H. (1997). Adhesion characteristics and anatomic scanning of plywood bonded by high density polyethylene. Journal of the Korean Wood Science and Technology, 25 (3), 16-23 (in Korea).
Hu, Y., Nakao, T., Nakai, T., Gu, J., & Wang, F. (2005). Vibrational properties of wood plastic plywood. Journal of Wood Science, 51 (1), 13-17. https://doi.org/10.1007/s10086-003-0624-9.
Huang, J., & Li, K. (2008). A new soy flour-based adhesive for making interior type II plywood. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 85, 63-70. https://doi.org/10.1007/s11746-007-1162-1.
IsoPLYform (2017). Construction boards for formwork. Retrieved from http://www.bayou-holz.com/wp-content/uploads/isoply_eng_new.pdf.
Jarvela, P., Jarvela P., & Tervala, O. (1996). Thermoplastic coating for plywood, modification and properties of thermoplastics. VTT Press Releases - State Technical Research Center, 1803, X-32.
Jarvela, P.K., Tervala, O., & Jarvela, P.A. (1999). Coating plywood with a thermoplastic. International Journal of Adhesion & Adhesives, 19, 295-301.
Kajaks, J., Kalniņš, K., Reihmane, S., & Bernava, A. (2014). Recycled thermoplastic polymer hot melts utilization for birch wood veneer bonding. Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology, 30 (2), 87-102.
Kajaks, J., Reihmane, S., Grinbergs, U., & Kalninš, K. (2012). Use of innovative environmentally friendly adhesives for wood veneer bonding. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, 61 (3), 207-211. https://doi.org/10.3176/proc.2012.3.10.
Kishi, H., Fujita, A., Miyazaki, H., Matsuda, S., & Murakami, A. (2006). Synthesis of wood-based epoxy resins and their mechanical and adhesive properties. Jour-nal of Applied Polymer Science, 102, 85-92.
Kuusipalo, J. (2001). Plastic coating of plywood using extrusion technique. Silva Fennica, 35 (1), 103-110.
Liiri, M. (2013). Properties of a new thermoplastic plywood product. Master’s thesis. Espoo, 110 p.
Liu, Y.J., & Li, K. (2007). Development and characterization of adhesives from soy protein for bonding wood. International Journal of Adhesion & Adhesives, 27 (1), 59-67.
Lustosa, ECB, Del Menezzi, CHS, de Melo, R.R. (2015). Production and properties of a new wood laminated veneer/high-density polyethylene composite board. Materials Research, 18 (5), 994-99. doi: http://dx.doi.org/10.1590/1516-1439.010615.
Matsi, M., Rohumaa, A., Piirlaid, M., Hughes, M., & Meier, P. (2010). Assessing the potential of furan polymer-based resin development in bonded veneer processing factors on adhesive bond strength. Proceedings of the 6th meeting of the Nordic-Baltic Network In Wood Material Science And Engineering (WSE). Tallinn, Estonia, 193 р.
Matuana, L. M., Balatinecz, J. J., & Park, C. B.(1998). Effect of surface properties on the adhesion between PVC and wood veneer laminates. Polymer Engineering and Science, 38 (5), 765-773. https://doi.org/10.1002/pen.10242.
Melnik, I. P., Annenkov, V. F., & Lebedev, E. V. (1986). Application of thermo-plastic polymers for the production of pressed materials and products from crushed wood. Moscow: VNIPIEIlesprom, 1, 20 p. (in Russian).
Mittal, M., & Sharma, C. B. (1992). Studies on lignin-based adhesives for plywood panels. Polymer International, 29 (l), 7-8.
Patent № 5,415,943, United States (1995). Wood composite materials and methods for their manufacture / Groger, H.P., Kamke, F.A., Chuchill, R.J., American Research Corporation of Virginia, Radford, Va – № 24,752; filed mar. 2, 1993; posted may 16, 1995.
Piirlaid, M., Rohumaa, A., Matsi, M., Hughes, M., & Meier, P. (2010). Effect of birch veneer processing factors on adhesive bond strength development. Proceedings of the 6th meeting of the Nordic-Baltic Network In Wood Material Science And Engineering (WSE). Tallinn, Estonia, 193 p.
Segerholm, B. K., Walinder, M. P., & Holmberg, D. (2010). Adhesion studies of scots pine-polypropylene bond using ABES. Proceedings of the 6th meeting of the Nordic-Baltic Network in Wood Material Science and Engineering (WSE). Tallinn, Estonia, 142-146.
Sirotenko, L. D., Obodovskaya, L. A., & Khramtsov, Yu. D. (1995). Non-toxic wood composite materials based on thermoplastics. Woodworking industry, 2, 20-23 (in Russian).
Smith, M. J., Dai, H., & Ramani, K. (2002). Wood-thermoplastic adhesive interface–method of characterization and results. International Journal of Adhesion & Adhesives, 22 (3), 197-204. https://doi.org/10.1016/S0143-7496(01)00055-0.
Song, W., Wenbang, W., Congrong, R., & Shuangbao, Z. (2016). Developing and evaluating composites based on plantation eucalyptus rotary-cut veneer and high-density polyethylene film as novel building materials. BioResources, 11 (2), 3318-3331.
Song, W., Wenbang, W., Xuefei, L., & Shuangbao, Z. (2017). Utilization of polypro-pylene film as an adhesive to prepare formaldehyde-free, weather-resistant plywood-like composites: Process optimization, performance evaluation, and interface modification. BioResources, 12 (1), 228-254.
Sorensen, R., & Ky, L. (1933). Dry film gluing in plywood manufacture. The American Society of Mechanical Engineers, 37-48.
Sowunmi, S., Ebewele, R. O., Conner, A. H., & River, B. H. (1996). Fortified man-grove tannin- based plywood adhesive. Journal of Applied Polymer Science, 62, 577-584.
Tang, L., Zhao-gang, Z., Jiao, Q., Ji-ruo, Z., & Ying, F. (2011). The preparation and application of a new formaldehyde-free adhesive for plywood. International Journal of Adhesion & Adhesives, 31 (6), 507-512.
Tervala, O., & Jarvela, P. (1999). Thermoplastic coating processes for plywood. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 38 (4), 831-848.
Tohmura, S. I., Li, G. Y., & Qin, T. F. (2005). Preparation and characterization of wood polyalcohol-based isocyanate adhesives. Journal of Applied Polymer Science, 98, 791-795.
Umemura, K., Takahashi, A., & Kawal S. (1999). Durability of isocyanate resin ad-hesives for wood. II. Effect of the addition of several polyols on the thermal properties. Journal of Applied Polymer Science, 74, 7-14.
Vick, C.B. (1999). Adhesive bonding of wood materials. Chapter 9. Wood handbook - wood as an engineering material. Gen. Tech. Rep. FPL–GTR–113. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 9 (1), 9-24.
Wang, Y. (2007). Morphological characterization of wood plastic composite (WPC) with advanced imaging tools: Developing methodologies for reliable phase and internal damage characterization. Master’s thesis, Oregon, 163 p.
World Health Organization. (2004). IARC classifies formaldehyde as carcinogenic to humans. International Agency for Research on Cancer. www.iarc.fr/ENG/Press-Releases/archives/pr153a.
Yorur, H. (2016). Utilization of waste polyethylene and its effects on physical and mechanical properties of oriented strand board. BioResources, 11 (1), 2483-2491. https://doi.org/10.15376/biores.11.1.2483-2491.
Zike, S., & Kalnins, K. (2011). Enhanced impact absorption properties of plywood. Civil Engineering’ 11 3rd International Scientific Conference Proceedings, Vol. 3, Jelgava, Latvia University of Agriculture, 125-130.
Опубліковано
2018-05-31
Розділ
РЕСУРСООЩАДНІ ТА ЕКОЛОГОБЕЗПЕЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ДЕРЕВООБРОБКИ