Упрочнение и стабилизация форм и размеров древесины осины и тополя карданолом. С. 155–161

УДК

674.812

DOI:

10.37482/0536-1036-2023-3-155-161

Аннотация

Наименее востребованными породами в РФ являются осина и тополь, запасы которых постоянно увеличиваются. Для использования в качестве заменителя ценной древесины твердых лиственных пород древесины осины и тополя необходимо увеличить примерно в 2 раза ее прочностные свойства и одновременно достичь стабильности форм и размеров. Наиболее распространенным способом стабилизации форм и размеров древесины является ее обработка уксусным ангидридом, поливиниловым спиртом, полиэтиленгликолем или гидротермическая обработка. Для увеличения прочности древесины применяется обработка феноло- и карбамидоформальдегидными мономерами, олигомерами и смолами. Стабилизация форм и размеров особенно важна для прессованной древесины: ее разбухание в воде в 8 раз превышает разбухание натуральной древесины. В качестве модификатора выбран карданол, получаемый из жидкости скорлупы орехов кешью или синтезированный. Разработана технология пропитки древесины карданолом, содержащим 2–3 % уксусной кислоты, с последующей термообработкой пропитанной древесины при температуре 140–150 °С в течение 6–8 ч. При этом происходит полимеризация карданола с компонентами лигноуглеводного комплекса древесины, что не только улучшает ее свойства, но и придает стабильность форм и размеров в среде с переменной влажностью. Для изучения кинетики использовали дифференциальный сканирующий калориметр Mettler Toledo DSC 823e/700. Измерения тепловых потоков проводили в закрытых стальных тиглях вместимостью 30 мкл, способных выдержать давление пара до 15 МПа. На кривой теплового потока при скорости нагрева 10 °С/мин присутствует экзотермический пик с максимумом 150,7 °С. Модифицированная карданолом древесина осины имеет прочность при сжатии вдоль волокон 69 МПа, предельное объемное разбухание 2,6 %, предельное влагопоглощение 18 % при содержании карданола 15 % от массы сухой древесины. Предельное водопоглощение и предельное объемное разбухание древесины, пропитанной карданолом, находятся на одном уровне с соответствующими показателями модифицированной древесины марок Accoja, Belmadur и Thermowood.

Сведения об авторах

В.А. Шамаев^1*, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: Y-9044-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1762-7956
О.Ф. Шишлов², д-р техн. наук, проф., директор по науке и развитию; ResearcherID: Y-4197-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4656-5969
¹Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, ул. Тимирязева, д. 8, г. Воронеж, Россия, 394036; drevstal@mail.ru*
²ПАО «Уралхимпласт», Северное шоссе, д. 21, г. Нижний Тагил, Свердловская обл., Россия, 622051; o.shishlov@ucp.ru

Ключевые слова

древесина, прочность древесины, осина, тополь, упрочняющая пропитка, карданол, пропитка карданолом, водопоглощение, влагопоглощение, прочность при сжатии

Для цитирования

Шамаев В.А., Шишлов О.Ф. Упрочнение и стабилизация форм и размеров древесины осины и тополя карданолом // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 3. С. 155–161. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-3-155-161

Литература

1. Патент № 2131351 C1 РФ, МПК B27K 3/50 (1995.01). Способ получения модифицированной древесины: № 97118641/04: заявл. 19.11.1997: опубл. 10.06.1999 / В.И. Ткаченко, Д.В. Канцелярист, О.А. Шамаев, В.А. Шамаев, В.Ф. Суранов, Е.В. Облонский, В.В. Канцелярист. 

2. Шамаев В.А. Получение модифицированной древесины химико-механическим способом и исследование ее свойств // Лесотехн. журн. 2015. Т. 5, № 4(20). С. 177–187. https://doi.org/10.12737/17421

3. Шамаев В.А., Златоустовская В.В., Копытин А.С. Стабилизация форм и размеров прессованой древесины химическими методами // Изв. вузов. Лесн. журн. 2010. № 2. С. 115–121. http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/c0a/c0a8edd78e32d56f8e33156dcb78c9d7.pdf

4. ACCOYA. Official website. Available at: https://www.accoya.com/why-accoya/benefits/ (accessed 12.07.22).

5. Deka M., Saikia C.N. Chemical Modification of Wood with Thermosetting Resin: Effect on Dimensional Stability and Strength Property. Bioresource Technology, 2000, vol. 73, no. 2, pp. 179–181. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(99)00167-4

6. Gry A., Westin M. Durability of Modified Wood – Laboratory vs Field Performance. Proceedings of the Fourth European Conference on Wood Modification. Sweden, SP Technical Research Institute Publ., 2009, pp. 515–522.

7. Igaz R., Macek Š., Zemiar J. The Influence of Unidirectional Cyclic Bend Loading on Initial Relaxation Speed of Beech Lamellas. Acta Facultatis Xylologiae Zvolen, 2014, vol. 56, pp. 27–35.

8. KEBONY. Official website. Available at: https://us.kebony.com/ (accessed 12.07.22).

9. Kúdela J., Rešetka M. Influence of Pressing Parameters on Dimensional Stability and Density of Compressed Beech Wood. European Journal of Wood and Wood Products, 2018, vol. 76, no. 4, pp. 1241–1252. https://doi.org/10.1007/s00107-018-1298-8

10. Lekounougou S., Kocaefe D., Oumarou N., Kocaefe Y., Poncsak S. Effect of Thermal Modification on Mechanical Properties of Canadian White Birch (Betula papyrifera). International Wood Products Journal, 2011, vol. 2, no. 2, pp. 101–107. https://doi.org/10.1179/2042645311Y.0000000016

11. Papadopoulos A., Mantanis G. Vapour Sorption Studies of Belmadur Wood. Advances in Forestry Letter (AFL), 2012, vol. 1, iss. 1, pp. 1–6.

12. Polilov A.N., Dornyak O.R., Shamaev V.A., Rumachik M.M. Justification of the Production Process of Pressed Wood and Study of Its Properties. Mechanics of Composite Materials, 2018, vol. 54, no. 2, pp. 221–230. https://doi.org/10.1007/s11029-018-9733-9

13. Risfaheri R., Tun T., Nur M., Saillah I. Isolation of Cardanol from Cashew Nutshell Liquid Using the Vacuum Distillation Method. Indonesian Journal of Agriculture, 2009, no. 2, pp. 11–20.

14. Sandberg D., Haller P., Navi P. Thermo-Hydro and Thermo-Hydro-Mechanical Wood Processing: An Opportunity for Future Environmentally Friendly Wood Products. Wood Material Science and Engineering, 2013, vol. 8, no. 1, pp. 64–88. https://doi.org/10.1080/17480272.2012.751935

15. Shamaev V.A., Medvedev I.N., Parinov D.A. Study of Modified Wood as a Bearing Material for Machine-Building. Proceedings of the International Conference “Aviamechanical Engineering and Transport”, AVENT, 2018. Atlantis Press Publ., 2018, pp. 478–482. https://doi.org/10.2991/avent-18.2018.92

16. Shamaev V.A., Medvedev I.N., Parinov D.A. Changing Wood Texture with Combination of Selective Treatment and Pressing. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, IOP Publ., 2021, vol. 875, no. 1, pp. 1–7. https://doi.org/10.1088/1755-1315/875/1/012057

17. Shamaev V.A., Medvedev I.N., Parinov D.A., Shakirova O.I., Anisimov M.V. Investigation of Modified Wood as a Material Power Transmission Pole Produced by SelfPressing Method. Acta Facultatis Xylologiae Zvolen, 2018, vol. 60, no. 2, pp. 25–32. https://doi.org/10.17423/afx.2018.60.2.02

18. Tyman J.H., Kiong L.S. Long Chain Phenols: Part XI. Composition of Natural Cashew Nutshell Liquid (Anacardium occidentale) from Various Sources. Lipids, 1978, vol. 13, no. 8, pp. 525–532. https://doi.org/10.1007/BF02533591

19. Zhenhua G., Dong L. Chemical Modification of Poplar Wood with Foaming Polyurethane Resins. Journal of Applied Polymer Science, 2007, vol. 104, no. 5, pp. 2980–2985. https://doi.org/10.1002/app.25963