19/09/2016

Как «вылечить» древесную плиту от формальдегида? Часть 2

Подробно и доходчиво о химии варки карбамидно-формальдегидной смолы
Если материал оказался для вас полезным - поддержите проект и поделитесь записью!
Производители синтетических смол для ДСП экономят каждую копейку. Разумеется, борьба с формальдегидом несущественно, но прибавляет к стоимости продукта. Недобросовестные производители зачастую уверены, что рынок переварит любую, в том числе токсичную, ДСП. В результате мы окружены токсичной мебелью и недоумеваем, почему Россия занимает первое место в мире по числу онкобольных. В первой части нашего материала мы поставили диагноз: «острая недостаточность культуры производства и потребления» древесных плит. Сегодня поговорим о том, какие есть варианты выздоровления.
Кто и как варит КФ-смолу в России
Проблему можно сформулировать следующим образом: технология наиболее распространенной смолы КФ-МТ-15 была внедрена на производстве еще в 70-е годы прошлого века. Сегодня она не позволяет без дополнительных компонентов получить плиту класса Е1. В обязательном порядке ей требуется модификатор.
Сегодня в России действует порядка 50 линий по производству ДСП и фанеры. Крупных игроков на этом рынке, выпускающих более 100 тыс. кубометров в год, более 30 (в 2013 году таких предприятий было 39). Принято считать, что собственным производством карбамидно-формальдегидной смолы обладает примерно половина производителей плит. Есть предприятия полного цикла от лесозаготовки до выпуска готовой продукции – например, Асиновский ЛПК или Югорский Леспромхолдинг. Есть крупные лесоперерабатывающие комбинаты (например, «Метадинеа», «Шатура», «Томлесдрев»), которые располагают собственным производством смол.
В середине 2000-х многие мебельщики внедряли у себя на производстве мощности по варке смол и других компонентов, необходимых для производства древесной плиты. Но соотношение остается прежним. Потребности новых комбинатов в смоле закрывают 5 крупных производителей, специализирующихся на карбамидно-формальдегидной смоле (Уралхимпласт, «Акрон», «Химсинтез», «Сибметахим» и «Метадинеа»). На их долю приходится более 95% общероссийских отгрузок КФ-смол. Остальные предприятия выпускают КФ-смолы в основном для собственного потребления.

Технология производства карбамидно-формальдегидной смолы, по большому счету, не меняется с 70-х годов прошлого века. ГОСТ на базовые марки смолы КФ-МТ-15 и КФЖ действует с 1989 года и в основных своих параметрах не корректировалась. Смолу варят в три стадии, не считая модификации с целью понижения токсичности. Поликонденсация карбамида и формалина проходит в щелочной и кислой среде, затем раствор сушат до нужного значения вязкости.
Карбамидоформальдегидный концентрат — как полуфабрикат в супермаркете. Альтернатива — сварить самому из продуктов, в которых ты уверен
В последние годы ряд производителей активно популяризируют и продвигают на рынок карбамидоформальдегидный концентрат (КФК). Такой вариант производства смолы популяризируют, в основном, компании, поставляющие соответствующее оборудование для варки. Средним и небольшим предприятиям он, вероятно, помогает сэкономить на поставках и логистике. Мы с настороженностью относимся к заверениям приверженцев КФК о том, что подобный способ варки более экологичен.

С точки зрения конечного результата, разница не слишком большая. В контексте самого процесса, это как купить полуфабрикат в супермаркете или сварить самому из продуктов, в которых ты уверен. В первом случае ты сам контролируешь производство из исходных реагентов. Во втором – получаешь то, что заложил сторонний технолог. Насколько нам известно, крупные предприятия в отрасли не варят смолу из концентрата. Кроме, пожалуй, «Томлесдрева».
Пределы контроля
В этот раз чуть подробнее поговорим о том, как древесно-стружечная плита становится токсичной. Как в процессе варки смолы и изготовления с ее помощью ДСП, МДФ, ОСП образуется:

А. Свободный остаточный формальдегид.
Б. Эмиссия формальдегида из готовой продукции.

Самая распространенная марка смолы – КФ-МТ-15, которую варит большинство крупных комбинатов из исходных реагентов (формалина и карбамида). Есть и другие типы смол, сваренные по ТУ, но они занимают довольно узкую нишу. Заводским технологам известно соотношение, в котором нужно отмерить два компонента для прохождения реакции и получения «правильной» смолы КФ-МТ-15.
Нужно отметить, что иногда при производстве древесной плиты и фанеры используют фенол-формальдегидную смолу. До кризиса ее производство в России год от года росло (35% за 2011-2015 годы). В основном ее варят сами заводы-изготовители ДСП, ДВП, фанеры и утеплителей (например, «Метадинеа» и ПАО «Крата» – завод «Пигмент»). Но производство фенола требует больше затрат (примерно в два раза), чем производство мочевины (карбамида). Сырьевые базы у них разные, мочевина доступней. Поэтому карбамидно-формальдегидную смолу производить выгодней при сопоставимых физико-механических показателях.
Итак, имеется базовая марка смолы, ГОСТ на нее и обкатанная десятилетиями ударного труда технология получения. В правильной смоле количество формальдегида точно рассчитано и соответствует химии процесса. Проще говоря, каждый технолог на производстве знает, сколько нужно засыпать и залить в реактор каждого из компонентов, чтобы произошла полная конденсация молекул.

На каждом предприятии есть свои тонкости производственного процесса. Добротный технолог (варщик смолы) появляется на производстве после 10-15 лет непрерывного стажа. К этому времени технолог начинает чувствовать свой продукт «на кончиках пальцев». Он должен правильно отмерить все компоненты, вовремя их ввести, вовремя остановить процесс варки.

На некоторых стадиях варки смолы процессы протекают очень быстро – здесь и проявляется искусство варщика. Не доваришь – получишь высокий формальдегид и слабую прочность плиты. Переваришь – сваришь «козла», который потом неделю из реактора нужно будет выковыривать. Поскольку процесс крупнотоннажный, остаточный свободный формальдегид в смоле будет всегда.

Что это значит? В лабораторных условиях можно сварить смолу с идеальными характеристиками, с классом эмиссии в конечной плите Е0 и без остаточного формальдегида. В пробирке можно контролировать все параметры: с точностью до миллиграмма отмерить реагенты, соблюсти температурный режим, однородность температуры и равномерность перемешивания. В производственных условиях, когда, предположим, есть 5-6 реакторов по 30-60 кубометров, сделать это гораздо труднее.
На реальном производстве оборудование может работать еще с эпохи развитого социализма. За всеми параметрами уследить непросто
Итак, имеется базовая марка смолы, ГОСТ на нее и обкатанная десятилетиями ударного труда технология получения. В правильной смоле количество формальдегида точно рассчитано и соответствует химии процесса. Проще говоря, каждый технолог на производстве знает, сколько нужно засыпать и залить в реактор каждого из компонентов, чтобы произошла полная конденсация молекул.

В технологическом процессе всегда будут небольшие отклонения от регламента. Если на один килограмм это может быть один процент, то есть 10 грамм, то при получении 10 тонн, смещение будет в 10 кг. Даже если все реакторы чистые, точки контроля расставлены верно, оборудование работает штатно, а технолог знает свое дело хорошо, за всеми параметрами уследить непросто. На реальном производстве оборудование может работать еще с эпохи развитого социализма.

Естественные проблемы с качеством внутренней поверхности реакторов, наличие застойных зон, низкая эффективность перемешивания, недостаток аналитического контроля и т.п. в итоге приводят к тому, что карбамид и формальдегид реагируют не стехиометрически. То есть связываются не в том соотношении, которое подразумевает формула.
Статистика производства ДСП и аналогичных плит в России, по данным Росстата
Так мы получаем свободный остаточный формальдегид в готовой смоле, который не связан химическими связями с карбамидом. В цехе производства ДСП эту смолу смешивают с формованной стружкой и отправляют под ленточный пресс.
Статистика производства ДСП и аналогичных плит в России, по данным Росстата
Как ведет себя свободный формальдегид в плите? Как и любой газ, в полном соответствии с правилом Ле-Шателье, он диффундирует наружу, то есть – выветривается. Причем формальдегид может выйти с поверхности плиты относительно быстро, а тот, что внутри, будет выходить медленней. Кроме того, формальдегид частично принимает участие в сшивке полимерных цепей при горячем прессовании с применением кислого катализатора.
Производство OSB
OSB Wood Panels, Scotland
Но это еще не конец истории. Связанный с карбамидом формальдегид образовал полимерный каркас смолы. Под воздействием температуры, кислорода воздуха, УФ-излучения и тому подобных вещей в готовой продукции будет происходить постепенная деструкция химических связей, каркас будет с течением времени разрушаться. Этот естественный процесс и называется эмиссией формальдегида из ДСП, ДВП, МДФ.
Статистика производства ДСП и аналогичных плит в России, по данным Росстата
Процесс естественной деструкции карбамидно-формальдегидной смолы продолжается в течение длительного срока, всю жизнь готового изделия. В условиях естественного старения и разрушения химических связей он не останавливается и со временем может ускоряться: облегчается доступ кислорода, УФ-излучения и воды в объем плиты. Таким образом, ДСП на основе немодифицированной или некачественной КФС является «миной замедленного действия», постепенно отравляя воздух в помещении и обеспечивая повышенное содержание формальдегида уже после прохождения всех тестов на соответствие ГОСТам. Постепенное разрушение облицовки ДСП (всем нам знакомы размокшие кромки кухонных столов) только помогает данному процессу.
Укрощение формальдегида
Мы имеем токсичную в той или иной степени древесно-стружечную плиту, где есть свободный (не связанный) формальдегид. В прошлой статье мы рассказывали про наши исследования образцов отечественной продукции и упоминали, что у большинства деревообрабатывающих комбинатов показатель эмиссии формальдегида превышает 12 мг/100 г готовой плиты. Мы на собственном опыте убедились, что вполне реально эффективно решить обе задачи: с остаточным формальдегидом и высокой эмиссией.
Первый способ, о котором мы вскользь упомянули, полностью не снимает проблему, но определенно может внести свой вклад в дело борьбы с канцерогеном. Речь о повышении уровня культуры производства. К лабораторным результатам можно приблизиться, если у вас: соответствующим образом оформлена технология, много точек контроля производственного процесса, чистые реакторы без отложений, точные весы, грамотные технологи, правильная контрольно-измерительная аппаратура.

Другое дело, что на крупных предприятиях, возникших в СССР, оборудование по большей части выпущено еще при Брежневе. Учитывая низкую рентабельность, когда компании бьются за каждый рубль в стоимости продукции, мало кто готов инвестировать в модернизацию производственного процесса. В некоторых случаях это сделать попросту невозможно. Не выкидывать же старый реактор, не останавливать работу предприятия. Выпасть из рынка можно за очень короткое время.
Ламинирование плиты не работает на 100%, как бы производители ДСП не пытались уверить в обратном. Каждое отверстие и открытая кромка являются источником выхода для формальдегида, даже если они повернуты к стене
Второй способ – ламинирование плиты. В прошлом материале мы объяснили, почему он не работает на 100%, как бы производители ДСП не пытались уверить конечных потребителей в обратном. По сути, это самообман. Разве что вы собираетесь прибрести полностью ламинированную плиту, подложить под нее полешки и получить хэнд-мейд дизайнерский стол. Каждое отверстие и открытая кромка являются источником выхода для формальдегида, даже если они повернуты к стене.

Третий вариант: использование в процессе производства синтетической смолы меламина. В России его производство было запущено только в 2012 году на ОАО «Невинномысский Азот». В основном он идет на изготовление полимеров и уходит на экспорт. Но технология варки карбамидно-меламино-формальдегидной смолы имеется: в Европе ее использует для производства древесно-стружечных плит относительно небольшой процент предприятий, у нас – еще меньше. Во-первых, в России значительная доля меламина – импортная (несмотря на вывоз из страны своего).

Во-вторых, меламин выступает не как модификатор, а как полноправный компонент синтеза смолы. Его нужно водить от 5% до 20%, это в 1,5-2 раза удорожает смолу. Он малоактивен, и надо долго ждать, пока он полностью прореагирует со смолой. Синтез смолы с меламином на 2-3 часа дольше, чем без него, а это влияет на производительность. Это уже другая технология, требующая иного (или дополнительного) оборудования.

Суть действия меламина в смоле та же, что и у модификатора: он связывает формальдегид. В процентном соотношении его нужно примерно 20% от общего объема реагентов. Помимо стадии конденсации формалина и карбамида, добавляется еще стадия введения меламина, что усложняет технологический процесс.
Как заставить производителей ДСП играть по правилам
Во всем цивилизованном мире для производства безопасных, низкотоксичных древесно-стружечных плит предпочитают использовать модификаторы смолы. На базе Лаборатории органического синтеза ТГУ с 2006 года ведутся работы по созданию недорогого эффективного отечественного модификатора. Химический способ связать остаточный формальдегид, перевести его в неактивную форму, снизить пресловутую эмиссию был найден.

На сегодняшний день пройден этап промышленных испытаний. Партнерами Инжинирингового центра было наработано более 300 тонн карбамидно-формальдегидной смолы с использованием модификатора. Плиты, изготовленные на ее основе, при проверке параметров по действующему ГОСТу показали, что уровень эмиссии с помощью модификатора можно снизить в 1,5-2 раза.
В свое время мы общались с несколькими компаниями-производителями плит, у всех была проблема высокой эмиссии. Оценили варианты, чем уже пробовали снижать токсичность смолы. Разобрались и предложили свой модификатор. Почти сразу в лабораторном масштабе у нас получились хорошие результаты. Остальное время ушло на то, чтобы масштабировать лабораторную технологию, провести производственные испытания
Алексей Князев, директор ИХТЦ
В настоящий момент продукт выведен на рынок и готов к потреблению. Модификатор удорожает конечную плиту на 4-5% и не ведет к увеличению длительности синтеза, как меламин. Для такого объемного рынка, как рынок ДСП, МДФ, ДВП, это небольшая наценка. В итоге можно изготавливать плиту, которая действительно будет иметь класс эмиссии Е1 или Е0,5, соответствовать всем международным стандартам и ГОСТам.
Применение модификатора, подавляющего формальдегид – это специфичный для рынка продукт и другая производственная культура
Мы отдаем себе отчет в том, что на рынок идеально бы вышел модификатор, который позволил бы снизить расход смолы на плиту, тем самым сделав ее дешевле. Пусть даже бы он увеличивал содержание формальдегида. Тот, который удорожает смолу, пусть даже на 20 копеек, и подавляет формальдегид – это специфичный продукт. Его применение – это уже другая производственная культура.

Мы видим два варианта развития событий, как выветрить из жилых помещений запах формалина и сделать нашу мебель безопасной. Первый традиционный, «из-под палки»: если государство перестанет относиться к вопросу соблюдения прописанных нормативов формально и всерьез возьмется за регулирование этого рынка. Второй вариант: повышение культуры потребления и, как следствие – формирование спроса на экологичную и качественную ДСП, МДФ и так далее. Мы искренне верим, что оба варианта реальны. И готовы помочь в этом заинтересованным предприятиям отрасли.
Если материал оказался для вас полезным - поддержите проект и поделитесь записью!
Другие материалы:
Два раза в неделю мы публикуем интересные новости о реальном секторе экономике и отвечаем на вопросы, возникающие у производственников. Подпишитесь и первым узнавайте об обновлениях:
Еще новости
Made on
Tilda