Теоретическое и экспериментальное обоснование характера взаимодействия модифицированных связующих с древесиной. С. 153–163

УДК

674.812

DOI:

10.37482/0536-1036-2022-6-153-163

Аннотация

Существует множество методов анализа поверхностных явлений при склейке древесных материалов, взаимного расположения пор на подложке древесины и глубины проникновения жидкого клея в древесину. Наряду с оптическими используются электронно-микроскопические методы, атомно-силовая и сканирующая туннельная микроскопия, позволяющие оценить влияние факторов, характеризующих взаимодействие между молекулами жидкого клея и пористой поверхностью древесины. Для обоснования механизма взаимодействия модифицированных клеев с древесиной использовали фенолоформальдегидную смолу, модифицированную пектолом, и карбамидоформальдегидную смолу, модифицированную лигносульфонатами. Для исследования глубины проникновения клея в шпон применяли метод электронной микроскопии. Для производства фанеры брали модифицированные карбамидо- и фенолоформальдегидный клеи. После кондиционирования подготавливали образцы толщиной 0,025 мм и исследовали их на растровом электронном микроскопе. Показано, что при взаимодействии жидкого модифицированного пектолом фенолоформальдегидного клея с древесиной происходит последовательный рост молекулярной массы веществ и, соответственно, степени (глубины) проникновения. Исследуемые породы древесины – береза, сосна, лиственница – и модифицированные термореактивные карбамидо- и фенолоформальдегидные клеи являются полярными материалами (клей взаимодействует с молекулами древесины с образованием межмолекулярных связей, в том числе водородных). Рост молекулярной массы и свободно сочлененный характер основной цепи (макромолекулы жидкого модифицированного клея), содержащей в большом количестве полярные функциональные группы (клея и древесины), способствуют межмолекулярной ассоциации. Формирование клеевого соединения на основе модифицированного лигносульфонатами карбамидоформальдегидного клея с древесиной происходит за счет химического взаимодействия между гидроксильными группами макромолекул целлюлозы и метоксильными группами карбамидной смолы с образованием сложных эфиров (атомы водорода гидроксильных групп ОН замещены на углеводородные радикалы R). Образование связи между клеем и поверхностью древесины – результат действия сил молекулярного взаимодействия на границе раздела фаз жидкий клей – древесина, когда расстояние между молекулами одинаковой полярности (клея и древесины) составляет менее 0,5 нм. Далее наступает адсорбционное равновесие.

Сведения об авторах

Д.С. Русаков, канд. техн. наук, доц.; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4344-2779
Г.С. Варанкина*, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: H-1922-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3470-5124
А.Н. Чубинский, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: I-9432-2016, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7914-8056
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 194021; dima-ru25@mail.ru, varagalina@yandex.ru*, a.n.chubinsky@gmail.com

Ключевые слова

фенолоформальдегидная смола, карбамидоформальдегидная смола, модифицированный клей, взаимодействие модифицированного клея с древесиной, поверхностные явления на границе раздела фаз, глубина проникновения жидкого клея, механизм взаимодействия модифицирован

Для цитирования

Русаков Д.С., Варанкина Г.С., Чубинский А.Н. Теоретическое и экспериментальное обоснование характера взаимодействия модифицированных связующих с древесиной // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 6. С. 153–163. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-6-153-163

Литература

1. Варанкина Г.С., Русаков Д.С. Модификация фенолоформальдегидной смолы побочными продуктами сульфатно-целлюлозного производства // Изв. СПбЛТА. 2013. Вып. 204. С. 130–137. 

2. Варфоломеев А.А. Фенолоформальдегидные смолы, модифицированные лигнином // Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств: материалы науч.-практ. конф. Иркутск: ИрГТУ, 2007. С. 48–51. 

3. Варфоломеев А.А., Синегибская А.Д., Гоготов А.Ф. Модифицированные лигнинфенолоформальдегидные смолы // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы III Всерос. конф.: в 3 кн. Барнаул: АлтГУ, 2007. Кн. 3. С. 128–132. 

4. Кондратьев В.П. Новые виды экологически чистых синтетических смол для деревообработки // Деревообраб. пром-сть. 2002. № 4. С. 10−12. 

5. Кондратьев В.П., Кондращенко В.И. Синтетические клеи для древесных материалов. М.: Науч. мир, 2004. 520 с. 

6. Кондратьев В.П., Чубов А.Б., Соколова Е.Г. Новые виды эффективных клеев для производства водостойкой экологически чистой фанеры // Изв. СПбЛТА. 2010. Вып. 191. С. 169–179. 

7. Кондратьев В.П., Чубов А.Б., Соколова Е.Г. Совершенствование эксплуатационных свойств и технологии фанеры повышенной водостойкости // Изв. СПбЛТА. 2011. Вып. 194. С. 114–120. 

8. Русаков Д.С., Варанкина Г.С., Чубинский А.Н. Модификация феноло- и карбамидоформальдегидных смол побочными продуктами производства целлюлозы // Клеи. Герметики.Технологии. 2017. № 8. С. 16–21.

9. Русаков Д.С., Bаранкина Г.С., Чубинский А.Н., Степанищева М.В. Влияние строения и структуры древесины различных пород на расход клея при производстве фанеры // Системы. Методы. Технологии. 2019. № 4(44). С. 112–117. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2019-4-112-117

10. Русаков Д.С., Чубинский А.Н., Варанкина Г.С. Совершенствование технологии склеивания древесных материалов модифицированными клеями. СПб.: СПбГЛТУ, 2019. 127 с. 

11. Русаков Д.С., Чубинский А.Н., Русакова Л.Н., Варанкина Г.С. Исследование свойств модифицированных фенолоформальдегидных клеев // Изв. СПбЛТА. 2018. Вып. 222. С. 155–174. https://doi.org/10.21266/2079-4304.2018.222.155-174

12. Ravikovitch P.I., Neimark A.V. Calculations of Pore Size Distributions in Nanoporous Materials from Adsorption and Desorption Isotherms. Studies in Surface Science and Catalysis, 2000, vol. 129, pp. 597–606. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(00)80262-1

13. Rouquerol J., Avnir D., Fairbridge C.W., Everett D.H., Haynes J.M., Pernicone N., Ramsay J.D.F., Sing K.S.W., Unger K.K. Recommendations for the Characterization of Porous Solids (Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 1994, vol. 66, no. 8, pp. 1739–1758. https://doi.org/10.1351/pac199466081739

14. Rouquerol J., Llewellyn P., Rouquerol F. Is the BET Equation Applicable to Microporous Adsorbents? Studies in Surface Science and Catalysis, 2007, vol. 160, pp. 49–56. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(07)80008-5

15. Selbo M.L. Adhesive Bonding of Wood. Technical Bulletin No. 1512. Washington, D.C., USDA, 1975. 124 p.

16. Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti R.A., Rouquerol J., Siemieniewska T. Reporting Physisorption Data for Gas/Solid Systems with Special Reference to the Determination of Surface Area and Porosity (Recommendations 1984). Pure and Applied Chemistry, 1985, vol. 57, no. 4, pp. 603–619. https://doi.org/10.1351/pac198557040603

17. Stoeckli H.F., Kraehenbuehl F. The External Surface of Microporous Carbons, Derived from Adsorption and Immersion Studies. Carbon, 1984, vol. 22, iss. 3, pp. 297–299. https://doi.org/10.1016/0008-6223(84)90174-X

18. Ugolev B.N. Wood as a Natural Smart Material. Wood Science and Technology, 2014, vol. 48, iss. 3, pp. 553–568. https://doi.org/10.1007/s00226-013-0611-2

19. Ustinov E.A., Fenelonov V.B., Yakovlev V.A., Eletskii P.I. Characterization of the Porous Structure of Carbon Materials by Means of Density Functional Theory. Kinetics and Catalysis, 2007, vol. 48, iss. 4, pp. 589–598. https://doi.org/10.1134/S0023158407040180

20. Walton K.S., Snurr R.Q. Applicability of the BET Method for Determining Surface Areas of Microporous Metal−Organic Frameworks. Journal of the American Chemical Society, 2007, vol. 129, iss. 27, pp. 8552–8556. https://doi.org/10.1021/ja071174k