Использование наноразмерного ZnO в составах для защитной обработки древесины. С. 173–184

УДК

543.544

DOI:

10.37482/0536-1036-2022-4-173-184

Аннотация

Естественная структура древесины может выступать как матрица для модифицирования наночастицами различной химической природы. Цель работы – получение нанокомпозита на основе древесины путем ее модифицирования составами из отработанного растительного масла и наночастиц оксида цинка и исследование свойств этого нанокомпозита. В качестве объектов изучения были выбраны образцы древесины березы повислой. Масляной основой разрабатываемых пропиточных составов служило оставшееся после приготовления пищи рафинированное подсолнечное масло, наполнителем и модификатором – наноразмерный порошок оксида цинка. Для синтеза наночастиц оксида цинка применяли золь-гель метод, дающий узкий интервал распределения частиц по размерам. Как исходное вещество для синтеза наночастиц ZnO использовали нитрат цинка Zn(NO3)2·6H2O, как осадитель – водный раствор аммиака. Синтезированные наночастицы оксида цинка не содержали примесей и имели форму близкую к сферической, а их размер не превышал 20 нм. Размер агломератов частиц оксида цинка составлял не более 100 нм, что позволяло им легко проникать в полости древесного материала. Для модифицирования древесины готовили устойчивую суспензию синтезированного нанопорошка оксида цинка в отработанном подсолнечном масле. Обработку образцов древесины осуществляли методом горяче-холодной пропитки. Установлено, что использование наноразмерного оксида цинка ускоряет процесс высыхания покрытия из растительного масла, повышает прочность такого покрытия и его устойчивость к внешним воздействиям. Применение разработанных составов улучшает гидрофобные свойства древесины, ее влаго- и водостойкость, а также уменьшает разбухание в тангенциальном и радиальном направлениях. Выбрана оптимальная дозировка наноразмерного оксида цинка в составах на основе отработанного растительного масла для защитной обработки древесины березы – 0,1 %. Пропиточные составы на основе отработанного растительного масла обладают низкой токсичностью и их использование позволяет утилизировать отходы пищевого производства.

Сведения об авторах

Е.В. Томина^1,2, д-р хим. наук, доц.; ResearcherID: ABF-1895-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5222-0756
А.И. Дмитренков^1*, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: AAO-8606-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9296-1762
К.В. Жужукин¹, мл. науч. сотр.; ResearcherID: AAB-2187-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7093-3274
¹Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, ул. Тимирязева, д. 8, г. Воронеж, Россия, 394087; tomina-e-v@yandex.ru, dmitrenkov2109@mail.ru*, kinkon18@yandex.ru
²Воронежский государственный университет, Университетская пл., д. 1, г. Воронеж, Россия, 394018; tomina-e-v@yandex.ru

Ключевые слова

наноразмерный оксид цинка, древесина, защитная обработка древесины, суспензия, краевой угол смачивания, водопоглощение, влагопоглощение, разбухание

Для цитирования

Томина Е.В., Дмитренков А.И., Жужукин К.В. Использование наноразмерного ZnO в составах для защитной обработки древесины // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 4. С. 173–184. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-4-173-184

Литература

1. Врублевская В.И., Матусевич В.О., Кузнецова В.В. Обоснование механизма взаимодействия компонентов древесины с влагой // Изв. вузов. Лесн. журн. 2017. № 3. С. 152–163. Vrublevskaya V.I., Matusevich V.O., Kuznetsova V.V. Substantiation of the Interaction Mechanism of Wood Components and Water. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2017, no. 3, pp. 152–163. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2017.3.152

2. Дмитренков А.И., Никулин С.С., Никулина Н.С., Боровской А.М., Недзельская Е.А. Исследование процесса пропитки древесины березы отработанным растительным маслом // Лесотехн. журн. 2020. Т. 10, № 2. С. 161–168. Dmitrenkov A.I., Nikulin S.S., Nikulina N.S., Borovskoy A.M., Nedzelskaya E.A. Research of the Process of Birch Wood Impregnation with the Used Vegetable Oil. Forestry Engineering Journal, 2020, vol. 10, no. 2, pp. 161–168. (In Russ.). https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2020.2/16

3. Дмитренков А.И., Ходосова Н.А., Боровской А.М., Недзельская Е.А., Заяц В.В. Использование отработанного растительного масла для получения древесных композитов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2021. Т. 21, № 1. С. 127–133. Dmitrenkov A.I., Khodosova N.A., Borovskoy A.M., Nedzelskaya E.A., Zayats V.V. Use of Waste Vegetable Oil for the Production of Wood Composites. Sorption and Chromatography Processes, 2021, vol. 21, no. 1, pp. 127–133. (In Russ.). https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3228

4. Карпова С.С., Мошников В.А., Мякин С.В., Коловангина Е.С. Функциональный состав поверхности и сенсорные свойства ZnO, Fe2O3 и ZnFe2O4 // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47, вып. 3. С. 369–372. Karpova S.S., Moshnikov V.A., Mjakin S.V., Kolovangina E.S. Surface Functional Composition and Sensor Properties of ZnO, Fe2O3 and ZnFe2O4. Fizika i tekhnika poluprovodnikov = Semiconductors, 2013, vol. 47, iss. 3, pp. 369–372. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S1063782613030123

5. Куницкая O.A., Бурмистрова С.С., Хитров Е.Г., Минаев А.Н. Математическое моделирование процесса пропитки древесины в пьезопериодическом поле // Изв. вузов. Лесн. журн. 2018. № 5. С. 168–180. Kunitskaya O.A., Burmistrova S.S., Khitrov E.G., Minaev A.N. Mathematical Modeling of Impregnation of Wood in Piezo Periodic Field. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2018, no. 5, pp. 168–180. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.5.168

6. Шамаев В.А. Исследование модифицированной древесины методом электронной микроскопии // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 1. С. 190–199. Shamaev V.A. Study of Modified Wood by Electron Microscopy. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2020, no. 1, pp. 190–199. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-1-190-199

7. Шамаев В.А., Никулина Н.С., Медведев И.Н. Модифицирование древесины: моногр. М.: Флинта, 2013. 448 с. Shamaev V.A., Nikulina N.S., Medvedev I.N. Wood Modification. Moscow, Flinta Publ., 2013. 448 p. (In Russ.).

8. Ahmed S.A., Morén T., Sehlstedt-Persson M., Blom Å. Effect of Oil Impregnation on Water Repellency, Dimensional Stability and Mold Susceptibility of Thermally Modified European Aspen and Downy Birch Wood. Journal of Wood Science, 2017, vol. 63, pp. 74–82. https://doi.org/10.1007/s10086-016-1595-y

9. Alias S.S., Ismail A.B., Mohamad A.A. Effect of pH on ZnO Nanoparticle Properties Synthesized by Sol–Gel Centrifugation. Journal of Alloys and Compounds, 2010, vol. 499, iss. 2, pp. 231–237. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.03.174

10. Berube M.-A., Schorr D., Ball R., Landry V., Blanchet P. Determination of in situ Esterification Parameters of Citric Acid-Glycerol Based Polymers for Wood Impregnation. Journal of Polymers and the Environment, 2018, vol. 26, iss. 3, pp. 970–979. https://doi.org/10.1007/s10924-017-1011-8

11. Cai T., Shen X., Huang E., Yan Y., Shen X., Wang F., Wang Z., Sun Q. Ag Nanoparticles Supported on MgAl-LDH Decorated Wood Veneer with Enhanced Flame Retardancy, Water Repellency and Antimicrobial Activity. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2020, vol. 598, art. 124878. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.124878

12. Cappelletto E., Maggini S., Girardi F., Bochicchio G., Tessadri B., Di Maggio R. Wood Surface Protection with Different Alkoxysilanes: A Hydrophobic Barrier. Cellulose, 2013, vol. 20, pp. 3131–3141. https://doi.org/10.1007/s10570-013-0038-9

13. Croitoru C., Patachia S., Lunguleasa A. A Mild Method of Wood Impregnation with Biopolymers and Resins Using 1-Ethyl-3-Methylimidazolium Chloride as Carrier. Chemical Engineering Research and Design, 2015, vol. 93, pp. 257–268. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2014.04.031

14. Holy S., Temiz A., Demirel G.K., Aslan M., Amini M.H.M. Physical Properties, Thermal and Fungal Resistance of Scots Pine Wood Treated with Nano-Clay and Several Metal-Oxides Nanoparticles. Wood Material Science & Engineering, 2020, vol. 17, iss. 3, pp. 176–185. https://doi.org/10.1080/17480272.2020.1836023

15. Kumar A., Ryparová P., Škapin A.S., Humar M., Pavlič M., Tywoniak J., Hajek P., Žigon J., Petrič M. Influence of Surface Modification of Wood with Octadecyltrichlorosilane on Its Dimensional Stability and Resistance against Coniophora puteana and Molds. Cellulose, 2016, vol. 23, pp. 3249–3263. https://doi.org/10.1007/s10570-016-1009-8

16. Lahtela V., Kärki T. Improving the UV and Water-Resistance Properties of Scots Pine (Pinus sylvestris) with Impregnation Modifiers. European Journal of Wood and Wood Products, 2014, vol. 72, pp. 445–452. https://doi.org/10.1007/s00107-014-0804-x

17. Lin W., Huang Y., Li J., Liu Z., Yang W., Li R., Chen H., Zhang X. Preparation of Highly Hydrophobic and Anti-Fouling Wood Using Poly(methylhydrogen)siloxane. Cellulose, 2018, vol. 25, pp. 7341–7353. https://doi.org/10.1007/s10570-018-2074-y

18. Medvedev I., Shamayev V., Parinov D. Resource-Saving Production Sleepers of Modified Wood. Railway Track and Facilities, 2018, no. 11, pp. 30–32.

19. Németh R., Bak M., Ábrahám J., Fodor F., Horváth N., Báder M. Wood Modification Research at the University of Sopron. Siberian Journal of Forest Science, 2019, no. 3, pp. 20–25. https://doi.org/10.15372/SJFS20190303

20. Qiu Z., Xiao Z., Gao L., Li J., Wang H., Wang Y., Xie Y. Transparent Wood Bearing a Shielding Effect to Infrared Heat and Ultraviolet via Incorporation of Modified Antimony-Doped Tin Oxide Nanoparticles. Composites Science and Technology, 2019, vol. 172, pp. 43–48. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2019.01.005

21. Rani S., Suri P., Shishodia P.K., Mehra R.M. Synthesis of Nanocrystalline ZnO Powder via Sol-Gel Route for Dye-Sensitized Solar Cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2008, vol. 92, no. 12, pp. 1639–1645. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2008.07.015

22. Rousset P., Perré P., Girard P. Modification of Mass Transfer Properties in Poplar Wood (P. robusta) by a Thermal Treatment at High Temperature. Holz als Roh- und Werkstoff, 2004, vol. 62, pp. 113–119. https://doi.org/10.1007/s00107-003-0459-5

23. Schwarzkopf M., Burnard M., Tverezovskiy V., Treu A., Humar M., Kutnar A. Utilisation of Chemically Modified Lampante Oil for Wood Protection. European Journal of Wood and Wood Products, 2018, vol. 76, pp. 1471–1482. https://doi.org/10.1007/s00107-018-1336-6

24. Xu L., Xiong Y., Dang B., Ye Z., Jin C., Sun Q., Yu X. In-situ Anchoring of Fe3O4/ZIF-67 Dodecahedrons in Highly Compressible Wood Aerogel with Excellent Microwave Absorption Properties. Materials & Design, 2019, vol. 182, art. 108006. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108006