Фанера и теплоизоляционные плиты на модифицированном фенолоформальдегидном связующем

УДК

691+677

DOI:

10.37482/0536-1036-2022-1-155-165

Аннотация

Снижение температуры отверждения фенолоформальдегидного связующего позволяет уменьшить затраты на производство целлюлозосодержащих материалов: фанеры ФСФ, теплоизоляционных плиточных композитов из растительных отходов. Однако низкотемпературный режим не обеспечивает достаточной степени отверждения фенолоформальдегидного связующего, это приводит к снижению водостойкости материала на основе данного компонента. В условиях низкотемпературного отверждения для уменьшения количества свободных гидроксиметилольных групп в связующем и для формирования более прочно сшитой структуры необходимо введение в фенолоформальдегидное связующее модификатора. В качестве модификатора нами использован пероксид водорода. Результаты подтвердили гипотезу о его влиянии на процесс структурообразования целлюлозосодержащих материалов на фенолоформальдегидном связующем. Модификация фенолоформальдегидного связующего пероксидом водорода позволила в условиях низкотемпературного отверждения (120 °С для фанеры ФСФ, 100 °С для теплоизоляционных композитов из растительных отходов) уменьшить продолжительность отверждения фенольного связующего и прессования фанеры ФСФ, а также улучшить физико-механические показатели фанеры ФСФ и теплоизоляционных композитов из целлюлозосодержащего наполнителя – мягких древесных отходов и невозвратных отходов прядения льна. При введении в связующее добавки 1,0 % Н2О2 продолжительность отверждения снижается на 43,6 %; прочность фанеры ФСФ при скалывании увеличивается на 4,4 %, при статическом изгибе – на 4,8 %, разбухание по толщине за 24 ч пребывания в воде снижается на 2 %; прочность теплоизоляционных композитов из целлюлозосодержащих отходов увеличивается на 5,2 %, разбухание по толщине за 24 ч снижается на 4,9 %. Результаты исследования позволяют рекомендовать для повышения прочностных показателей фанеры ФСФ и теплоизоляционных композитов из растительных отходов модифицирующую добавку Н2О2 к фенолоформальдегидному связующему в количестве 1,0 % от массы смолы.

Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и администрации Костромской области в рамках научного проекта № 19-43-440001.

---

Данная статья опубликована в режиме открытого доступа и распространяется на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная (CC BY 4.0) • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

Сведения об авторах

Т.Н. Вахнина¹, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: R-1116-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7201-5979
А.А. Федотов¹, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID:R-1155-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3668-899X
И.В. Сусоева¹, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: R-1053-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7295-8934
В.Е. Румянцева², д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: W-4421-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7226-4580
¹Костромской государственный университет, ул. Дзержинского, д. 17, Кострома, Россия, 156007; e-mail: t_vachnina@mail.ru, aafedotoff@yandex.ru, i.susoeva@yandex.ru
²Ивановский государственный политехнический университет, просп. Шереметевский, д. 21, г. Иваново, Россия, 155334; e-mail: varrym@gmail.com

Ключевые слова

фанера ФСФ, фенолоформальдегидное связующее, пероксид водорода, физико-механические показатели, теплоизоляционные плиты, целлюлозосодержащие отходы, отходы прядения льна

Для цитирования

Vakhnina T.N., Fedotov A.A., Susoeva I.V., Rumyantseva V.E. Plywood and Thermal Insulation Boards Based on the Modified Phenol Formaldehyde Binder // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 1. С. 155–165. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-1-155-165

Литература

1. Asim M., Saba N., Jawaid M., Nasir M. A Review on Phenolic Resin and Its Composites. Current Analytical Chemistry, 2017, vol. 14, no. 3, pp. 185–197. DOI: https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410
2. Azarov V.I., Burov A.V., Obolenskaya A.V. Chemistry of Wood and Synthetic Polymers. Saint Petersburg, Lan’ Publ., 2021. 624 p.
3. Czarnecki R., Łȩcka J. H2O2 as a Modifier of Phenol–Formaldehyde Resin Used in the Production of Particleboards. Journal of Applied Polymer Science, 2003, vol. 88, iss. 14, pp. 3084–3092. DOI: https://doi.org/10.1002/app.11962
4. Dziurka D., Łȩcka J., Mirski R. The Effect of Modification of Phenolic Resin with Alkylresorcinols and H2O2 on Properties of Plywood. Acta Scientiarum Polonorum. Silvarum Colendarum Ratio et Industria Lignaria, 2009, vol. 8, iss. 4, pp. 67–74.
5. Englund K. Tribology of Natural Fiber Polymer Composites. Materials Today, 2009, vol. 12, iss. 3, p. 45. DOI: https://doi.org/10.1016/S1369-7021(09)70093-8
6. Gardziella A., Pilato L.A., Knop A. Phenolic Resins. New York, Springer, 2000. 566 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-04101-7
7. Golova L.K., Makarov I.S., Matukhina E.V., Kulichikhin V.G. Solutions of Cellulose and Its Blends with Synthetic Polymers in N-methylmorpholine-N-oxide: Preparation, Phase State, Structure, and Properties. Polymer Science, Series A, 2010, vol. 52, iss. 11, pp. 1209– 1219. DOI: https://doi.org/10.1134/S0965545X10110155
8. Guo L.,Wang L., Li J. Study on Modification of Phenol Formaldehyde Resin Adhesive with Ionic Liquid. Proceedings of the 2nd International Conference on Electronic & Mechanical Engineering and Information Technology (EMEIT 2012). Atlantis Press, 2012, pp. 1910–1913. DOI: https://doi.org/10.2991/emeit.2012.422
9. Hoong Y.B., Paridah M.T., Loh Y.F., Koh M.P., Luqman C.A., Zaidon A. Acacia mangium Tannin as Formaldehyde Scavenger for Low Molecular Weight Phenol-Formaldehyde Resin in Bonding Tropical Plywood. Journal of Adhesion Science and Technology, 2010, vol. 24, iss. 8-10, pp. 1653–1664. DOI: https://doi.org/10.1163/016942410X507740
10. Krutov S.M., Evtuguin D.V., Ipatova E.V., Santos S.A.O., Sazanov Yu.N. Modification of Acid Hydrolysis Lignin for Value-Added Applications by Micronization Followed by Hydrothermal Alkaline Treatment. Holzforschung, 2015, vol. 69, no. 6, pp. 761–768. DOI: https://doi.org/10.1515/hf-2014-0264
11. Kuznetsov B.N., Sudakova I.G., Garyntseva N.V., Djakovitch L., Pinel C. Kinetic Studies and Optimization of Abies Wood Fractionation by Hydrogen Peroxide under Mild Conditions with TiO2 Catalyst. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, 2016, vol. 120, iss. 1, pp. 81–94. DOI: https://doi.org/10.1007/s11144-016-1100-z
12. Mansouri N.E.E., Yuan Q., Huang F. Preparation and Characterization of Phenol-Formaldehyde Resins Modified with Alkaline Rice Straw Lignin. BioResources, 2018, vol. 13, no. 4, pp. 8061–8075. DOI: http://dx.doi.org/10.15376/biores.13.4.8061-8075
13. Royter V.A. Catalytic Properties of Substances. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1968. 1464 p.
14. Sandberg D., Kutnar A., Mantanis G. Wood Modification Technologies – A Review. iForest – Biogeosciences and Forestry, 2017, vol. 10, iss. 6, pp. 895–908. DOI: https://doi.org/10.3832/ifor2380-010
15. Sedliačik J., Bekhta P., Potapova O. Technology of Low-Temperature Production of Plywood Bonded with Modified Phenol-Formaldehyde Resin. Wood research, 2010, vol. 55, iss. 4, pp. 123–130.
16. Shiraishi Y., Hagi T., Tanaka S., Ichikawa S., Hirai T. Solar-to-Hydrogen Peroxide Energy Conversion on Resorcinol–Formaldehyde Resin Photocatalysts Prepared by Acid-Catalysed Polycondensation. Communications Chemistry, 2020, vol. 3, art. 169. DOI: https://doi.org/10.1038/s42004-020-00421-x
17. Shnawa H.A., Ibraheem I.K., Shenta A.A. Kinetic Study of Curing Phenol-Formaldehyde/Tannin-Formaldehyde Composite Resins. Natural Resources, 2015, vol. 6, no. 10, pp. 503–513. DOI: https://doi.org/10.4236/nr.2015.610048
18. Susoeva I.V., Vakhnina T.N. Unused Plant Waste and Thermal Insulating Composition Boards on Their Basis. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitel’stvo [News of higher educational institutions. Construction], 2019, no. 7, pp. 49–59. DOI: https://doi.org/10.32683/0536-1052-2019-727-7-49-59
19. Vakhnina T.N., Fedotov A.A., Titunin A.A., Susoeva I.V. Influence of Modifiers on the Curing Time of the Phenol Formaldehyde Binder for Pressing Panels at Low Temperature Mode. Lesotekhnicheskiy zhurnal [Forestry Engineering Journal], 2019, no. 4(36), pp. 99– 108. DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2019.4/11
20. Valyova M., Ivanova Y. Modified Phenol – Phormaldehyde Resins Used for Plywood Gluing. International Journal – Wood, Design & Technology, 2015, vol. 4, no. 1, pp. 35–48.