Эксплуатационные характеристики древесно-полимерных композитов на основе ацетилированного древесного наполнителя. С. 147–158

УДК

691.11

DOI:

10.37482/0536-1036-2024-4-147-158

Аннотация

Спрос на композиционные материалы растет с каждым годом. В связи с этим конкурентоспособность конкретного продукта определяется прежде всего соотношением цены и качества. Самым рациональным вариантом производства древесно-наполненных композитов является использование материалов с повышенными эксплуатационными свойствами. На сегодняшний день именно эксплуатационные качества композиционных материалов наиболее значимы не только для конечных потребителей, но и для производителей. В связи с этим в производстве древесно-наполненных композитов для повышения их эксплуатационных характеристик применяются различные способы предварительной обработки древесины – термомодифицирование, ацетилирование, фурфулирование, сверхвысокочастотная обработка, обработка щелочами, использование различных добавок и т. д. Перспективным способом улучшения физико-механических свойств древесно-наполненных материалов является ацетилирование, механизм которого заключается в образовании ацетильных групп в древесине в процессе обработки. Для уменьшения издержек производства и стоимости конечного продукта возможно использование более дешевого прекурсора (например, ледяной уксусной кислоты вместо уксусного ангидрида) с возможностью интенсификации процесса пропитки. В данной статье представлены результаты получения древесно-наполненных композитов на основе ацетилированной древесной муки березы с ее различной долей в составе. Влияние введения в состав композиции ацетилированного древесного наполнителя на эксплуатационные свойства композитов (истираемость, морозостойкость, прочность на изгиб) оценивали по сравнению с контрольными образцами из необработанной древесной муки березы. Влияние на структуру древесной муки березы ацетилирования ледяной уксусной кислотой характеризовали с помощью ИК-Фурье-спектроскопии. ИК-спектры контрольного и ацетилированного образцов содержат полосы поглощения, относящиеся к соответствующим группам целлюлозы и лигнина лиственных пород. Коэффициенты истираемости и морозостойкости для древесно-наполненного композита на основе ацетилированной древесной муки березы меньше в среднем в 1,5–2 раза применительно ко всем составам по сравнению с контрольными образцами. Результаты исследования позволяют сделать вывод, что ацетилирование древесной муки как способ предварительной обработки наполнителя с целью повышения эксплуатационных свойств конечной продукции перспективен при реализации на производстве древесно-наполненных материалов.

Сведения об авторах

А.А. Прокопьев*, аспирант; ResearcherID: HTM-4658-2023, ORCID: https://orcid.org/0009-0008-8106-364X
Н.Р. Галяветдинов, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: Н-8681-2016, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4360-7112
Р.Р. Сафин, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: О-9355-2015, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0226-4232
Казанский национальный исследовательский технологический университет, ул. Карла Маркса, д. 68, г. Казань, Россия, 420015; prokopev.anatolij@mail.ru*, nour777@mail.ru, cfaby@mail.ru

Ключевые слова

древесная мука, ацетилирование, ледяная уксусная кислота, древесно-наполненный композит, ИК-Фурье-спектроскопия, предел прочности при изгибе, истираемость, морозостойкость

Для цитирования

Прокопьев А.А., Галяветдинов Н.Р., Сафин Р.Р. Эксплуатационные характеристики древесно-полимерных композитов на основе ацетилированного древесного наполнителя // Изв. вузов. Лесн. журн. 2024. № 4. С. 147–158. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-4-147-158

Литература

1. Пожидаев В.М., Ретивов В.М., Панарина Е.И., Сергеева Я.Э., Жданович О.А., Яцишина Е.Б. Разработка метода идентификации породы древесины в археологических материалах методом ИК-спектроскопии // Журн. аналит. химии. 2019. Т. 74, № 12. С. 911–921. https://doi.org/10.1134/S0044450219120107

2. Прокопьев А.А., Салимгараева Р.В., Сафин Р.Р. Обзор современных исследований в области ацетилирования древесины // Деревообраб. пром-сть. 2022. № 2. С. 106–114.

3. Прокопьев А.А., Салимгараева Р.В., Сафин Р.Р. Исследование свойств ацетилированной древесины // Деревообраб. пром-сть. 2023. № 1. С. 86–91. 

4. Прокопьев А.А., Салимгараева Р.В., Сафин Р.Р. Исследование свойств древесно-полимерных композитов на основе ацетилированного древесного наполнителя // Системы. Методы. Технологии. 2023. № 2(58). С. 99–106. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2023-2-99-106

5. Alfredsen G., Pilgård A. Postia placenta Decay of Acetic Anhydride Modified Wood – Effect of Leaching. Wood Material Science & Engineering, 2014, vol. 9, iss. 3, pp. 162–169. https://doi.org/10.1080/17480272.2014.887776

6. Bongers F., Meijerink T., Lütkemeier B., Lankveld C., Alexander J., Militz H., Lehringer C. Bonding of Acetylated Wood. International Wood Products Journal, 2016, vol. 7, iss. 2, pp. 102–106. https://doi.org/10.1080/20426445.2016.1161944

7. Borysiak S., Paukszta D. Mechanical Properties of Lignocellulosic / Polypropylene Composites. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 2008, vol. 484, no. 1, pp. 13/379 – 22/388. https://doi.org/10.1080/15421400801901464

8. Çetin N.S., Özmen N., Birinci E. Acetylation of Wood with Various Catalysts. Journal of Wood Chemistry and Technology, 2011, vol. 31, iss. 2, pp.142–153. https://doi.org/10.1080/02773813.2010.503981

9. Eranna P.B., Pandey K.K., Nagarajappa G.B. A Note on the Effect of Microwave Heating on Iodine-Catalyzed Acetylation of Wood. Journal of Wood Chemistry and Technology, 2016, vol. 36, iss. 3, pp. 205–210. https://doi.org/10.1080/02773813.2015.1112405

10. Fodor F., Németh R., Lankveld C., Hofmann T. Effect of Acetylation on the Chemical Composition of Hornbeam (Carpinus betulus L.) in Relation with the Physical and Mechanical Properties. Wood Material Science & Engineering, 2018, vol. 13, iss. 5, pp. 271–278. https://doi.org/10.1080/17480272.2017.1316773

11. Hamid N.H., Hale M. Decay Threshold of Acetylated Rattan against White and Brown Rot Fungi. International Wood Products Journal, 2012, vol. 3, iss. 2, pp. 96–106. https://doi.org/10.1179/2042645311Y.0000000018

12. Joeressen J., Baumann G., Spirk S., Krenke T., Schönauer T., Feist F. Chemical Resistance of Acetylated Radiata Pine Sliced Veneers. Wood Material Science & Engineering, 2022, vol. 18, iss. 4, pp. 1467–1477. https://doi.org/10.1080/17480272.2022.2155565

13. Khoaele K.K., Gbadeyan O.J., Chunilall V., Sithole B. A Review on Waste Wood Reinforced Polymer Composites and Their Processing for Construction Materials. International Journal of Sustainable Engineering, 2023, vol. 16, iss. 1, pp. 104–116. https://doi.org/10.1080/19397038.2023.2214162

14. Li J.-Z., Furuno T., Zhou W.-R., Ren Q., Han X.-Z., Zhao J.-P. Properties of Acetylated Wood Prepared at Low Temperature in the Presence of Catalysts. Journal of Wood Chemistry and Technology, 2009, vol. 29, iss. 3, pp. 241–250. https://doi.org/10.1080/02773810903009499

15. Marsich L., Cozzarini L., Ferluga A., Solinas D., Schmid C. The Effect of Acetylation on Hybrid Poplar after Artificial Weathering. International Wood Products Journal, 2018, vol. 9, iss. 3, pp. 134–141. https://doi.org/10.1080/20426445.2018.1513893

16. Pizzi A., Zhou X., Navarrete P., Segovia C., Mansouri H.R., Placentia Pena M.I., Pichelin F. Enhancing Water Resistance of Welded Dowel Wood Joints by Acetylated Lignin. Journal of Adhesion Science and Technology, 2013, vol. 27, iss. 3, pp. 252–262. https://doi.org/10.1080/01694243.2012.705512

17. Popescu C.M., Hill C.A.S., Popescu M.C. Water Adsorption in Acetylated Birch Wood Evaluated through Near Infrared Spectroscopy. International Wood Products Journal, 2016, vol. 7, iss. 2, pp. 61–65. https://doi.org/10.1080/20426445.2016.1160538

18. Rowell R.M. Acetylation of Natural Fibers to Improve Performance. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 2004, vol. 418, iss. 1, pp. 153–164. https://doi.org/10.1080/15421400490479244

19. Rowell R.M. Chemical Modification of Wood: A Short Review. Wood Material Science & Engineering, 2006, vol. 1, iss. 1, pp. 29–33. https://doi.org/10.1080/17480270600670923

20. Rowell R.M., Ibach R.E., McSweeny J., Nilsson T. Understanding Decay Resistance, Dimensional Stability and Strength Changes in Heat-Treated and Acetylated Wood. Wood Material Science & Engineering, 2009, vol. 4, iss. 1–2, pp. 14–22. https://doi.org/10.1080/17480270903261339

21. Rozman H.D., Kumar R.N., Khalil H.P.S.A., Abusamah A., Abu R. Chemical Modification of Wood with Maleic Anhydride and Subsequent Copolymerization with Diallyl Phthalate. Journal of Wood Chemistry and Technology, 1997, vol. 17, iss. 4, pp. 419–433. https://doi.org/10.1080/02773819708003142

22. Sethy A.K., Vinden P., Torgovnikov G., Militz H., Mai C., Kloeser L., Przewloka S. Catalytic Acetylation of Pinus radiata (D. Don) with Limited Supply of Acetic Anhydride Using Conventional and Microwave Heating. Journal of Wood Chemistry and Technology, 2012, vol. 32, iss. 1, pp. 1–11. https://doi.org/10.1080/02773813.2011.573121

23. Wålinder M., Brelid P.L., Segerholm K., Long C.J., Dickerson J.P. Wettability of Acetylated Southern Yellow Pine. International Wood Products Journal, 2013, vol. 4, iss. 3, pp. 197–203. https://doi.org/10.1179/2042645313Y.0000000045

24. Zelinka S.L., Passarini L. Corrosion of Metal Fasteners Embedded in Acetylated and Untreated Wood at Different Moisture Contents. Wood Material Science & Engineering, 2018, vol. 15, iss. 4, pp. 182–189. https://doi.org/10.1080/17480272.2018.1544171