Использование модифицированной древесной коры сосны обыкновенной в качестве засыпной теплозвукоизоляции

УДК

674.8

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.2.111

Аннотация

Цель данной работы – изучение теплофизических и акустических характеристик модифицированной коры сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) для использования в качестве засыпного теплозвукоизоляционного материала. Модификацию коры осуществляли путем механоактивации растительного сырья на планетарной шаровой мельнице, его сушки и последующей обработки водной суспензией, содержащей тонкодисперсные частицы базальта со среднечисленным размером 150 нм. Образцы подвергали гомогенизации и вторичной сушке. Установлено, что для использования в качестве засыпной изоляции оптимальной является фракция коры размером 0,5...1,0 мм. При обработке этой фракции коры суспензией базальта получен материал со следующими характеристиками: насыпная плотность – 313 кг/м³; коэффициент теплопроводности – 0,0651 Вт/(м·K); индекс изоляции воздушного шума – 28,5 дБ. Значения данных параметров сопоставимы с подобными характеристиками широко распространенных изоляционных материалов. Установлено, что при модификации коры происходит значительное увеличение удельной поверхности материала, при этом объем открытого порового пространства уменьшается на 15,5 %. Следовательно, модифицированную древесную кору сосны можно рекомендовать для использования в качестве засыпной теплозвукоизоляции в нежилых промышленных и сельскохозяйственных помещениях.
Финансирование: Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта РФФИ № 18-43-292002.
Для цитирования: Данилов В.Е., Айзенштадт А.М. Использование модифицированной древесной коры сосны обыкновенной в качестве засыпной теплозвукоизоляции // Лесн. журн. 2019. № 2. С. 111–118. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.2.111

Сведения об авторах

В.Е. Данилов, аспирант, ст. преподаватель
А.М. Айзенштадт, д-р хим. наук, проф.
Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: v.danilov@narfu.ru, a.isenshtadt@narfu.ru

Ключевые слова

утилизация кородревесных отходов, механоактивация, модификация растительного сырья, тонкодисперсный базальт, теплопроводность, теплоемкость, индекс изоляции воздушного шума

Источник финансирования

Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта РФФИ № 18-43-292002.

Для цитирования

Данилов В.Е., Айзенштадт А.М. Использование модифицированной древесной коры сосны обыкновенной в качестве засыпной теплозвукоизоляции // Лесн. журн. 2019. № 2. С. 111–118. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.2.111

Литература

1. Гаврилов Т.А., Колесников Г.Н. Анализ направлений переработки отходов окорки // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3, № 9-2(20-2). С. 115–118. DOI: 10.12737/16445
2. Данилов В.Е., Айзенштадт А.М., Махова Т.А. Конструкционная теплоизоляция на основе отходов деревообрабатывающей и горной промышленности // Промышленное и гражданское строительство. 2017. № 1. С. 97–100.
3. Девятловская А.Н., Журавлѐва Л.Н., Девятловский Н.В. Утилизация древесной коры деревоперерабатывающих предприятий // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2010. № 27. С. 51–54.
4. Кузнецов Б.Н., Чесноков Н.В., Иванов И.П., Веприкова Е.В., Иванченко Н.М. Методы получения пористых материалов из лигнина и древесной коры (обзор) // Журн. Сиб. федер. ун-та. Химия. 2015. Т. 2, № 8. С. 232–255. DOI: 10.17516/1998-2836-2015-8-2-232-255
5. Лесной кодекс Российской Федерации: федер. закон от 04.12.2006 № 200-ФЗ (ред. от 01.07.2017). Доступ из справ.-правовой системы «Косультант Плюс».
6. Мелехов В.И., Тюрикова Т.В., Пономарева Н.Г. Энергетический потенциал древесной коры в программе ресурсосбережения // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3, № 9-3(20-3). С. 106–110. DOI: 10.12737/16877
7. Мюллер О.Д., Мелехов В.И., Пономарева Н.Г., Тюрикова Т.В., Хрустале- ва М.О. Математическая модель процесса прессования термомодифицированной древесной коры в пресс-грануляторах барабанного типа // Лесн. журн. 2017. № 2. С. 130–148. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.2.130
8. Патякин В.И., Костин И.В., Ильюшенко Д.А. Некоторые проблемы использования древесной коры в промышленности // Системы. Методы. Технологии. 2011. № (4)12. С. 121–124.
9. Петухов Р.А. Инвестиционный потенциал лесного комплекса Республики Карелия // Образование и наука в современных условиях. 2015. № 3. С. 314–315.
10. Судакова И.Г., Иванченко Н.М., Кузнецов Б.Н. Получение древесных топ-ливных брикетов с использованием связующих из суберина березовой коры // Химия растительного сырья. 2008. № 2. С. 31–34.
11. Яковлева К.А. Использование лесных ресурсов в приграничных регионах: анализ социально-экономической эффективности // Вестн. Забайк. гос. ун-та. 2015. № 6(121). С. 156–165.
12. Danilov V.E., Ayzenshtadt A.M., Makhova T.A., Frolova M.A. Determination of Size Properties of the Organomineral Insulation Nanofiller Based on the Wood Matrix // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 177, 012063. 5 p. DOI: 10.1088/1757-899X/177/1/012063
13. Kain G., Charwat-Pessler J., Barbu M.-C., Plank B., Richter K., Petutschnigg A. Analyzing Wood Bark Insulation Board Structure Using X-ray Computed Tomography and Modeling Its Thermal Conductivity by Means of Finite Difference Method // Journal of Composite Materials. 2016. Vol. 50, iss. 6. Pp. 795–806. DOI: 10.1177/0021998315581511
14. Kain G., Güttler V., Barbu M.-C., Petutschnigg A., Richter K., Tondi G. Density Related Properties of Bark Insulation Boards Bonded with Tannin Hexamine Resin // Euro-pean Journal of Wood and Wood Products. 2014. Vol. 72, iss. 4. Pp. 417–424. DOI: 10.1007/s00107-014-0798-4
15. Kain G., Güttler V., Lienbacher B., Barbu M.-C., Petutschnigg A., Richter K., Tondi G. Effects of Different Flavonoid Extracts in Optimizing Tannin-Glued Bark Insulation Boards // Wood and Fiber Science. 2015. Vol. 47, no. 3. Pp. 258–269.
16. Pásztory Z., Mohácsiné I.R., Gorbacheva G.А., Börcsök Z. The Utilization of Tree Bark // BioResources. 2016. Vol. 11, iss. 3. Pp. 7859–7888.

Поступила 22.12.17

Ссылка на английскую версию:

The Use of Modified Scots Pine Bark as Filling Material of Heat and Sound Insulation

UDC 674.8
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.2.111

The Use of Modified Scots Pine Bark as Filling Material of Heat and Sound Insulation

V.E. Danilov, Postgraduate Student, Senior Lecturer F-4931-2017, 0000-0002-5013-5339
A.M. Ayzenshtadt, Doctor of Chemical Sciences, Professor F-5339-2017, 0000-0003-2904-2549
Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; e-mail: v.danilov@narfu.ru, a.isenshtadt@narfu.ru

The purpose of this work is studying the thermophysical and acoustic properties of modified Scots pine bark (Pinus sylvestris L.) for the use as heat and sound insulation filling material. Bark modification was carried out by mechanical activation of plant material with the use of a planetary ball mill, then drying of the plant material and its treatment with water suspension containing fine-dispersed basalt particles of 150 nm average size. Samples were homogenized and dried again. It has been found that the bark fraction of 0.5–1 mm is optimal as filling insulation. Treatment with basalt suspension of such bark makes it possible to obtain material with the following characteristics: bulk density ρ_bulk = 313 kg/m³; coefficient of heat conductivity λ = 0.0651 W/(m·K); airborne sound insulation index R_w = 28.5 dB. The values of these parameters are comparable with the similar characteristics of the widely used insulation materials. In addition, it was determined that significant increase of the specific surface area of the material occurs during bark modification at the same time the volume of open pore space is reducing by 15.5 %. Thus, the modified pine bark can be recommended for the use as filling insulation in non-residential industrial and agricultural premises.

Funding: The studies were carried out with the financial support of the RFBR grant no. 18-43-292002.

For citation: Danilov V.E., Ayzenshtadt A.M. The Use of Modified Scots Pine Bark as Filling Material of Heat and Sound Insulation. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 2, pp. 111–118. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.2.111

Keywords: bark and wood waste disposal, mechanical activation, modification of plant raw materials, fine-dispersed basalt, heat conductivity, heat capacity, airborne sound insolation index.

REFERENCES

1. Gavrilov T.A., Kolesnikov G.N. Analysis of Debarking Waste Recycling Trends. Aktual’nyye napravleniya nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika [Actual Directions of Scientific Research of the XXI Century: Theory and Practice], 2015, vol. 3, iss. 9-2, part 2, pp. 115–118. DOI: 10.12737/16445
2. Danilov V.E., Ayzenshtadt A.M., Makhova T.A. Structural Heat Insulation on the Basis of Wood-Processing and Mining Waste. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo [Industrial and Civil Engineering], 2017, no. 1, pp. 97–100.
3. Devyatlovskaya A.N., Zhuravleva L.N., Devyatlovskiy N.V. Wood Bark Utiliza-tion of Wood Processing Enterprises. Aktual’nyye problemy lesnogo kompleksa [Actual Problems of the Forest Complex], 2010, no. 27, pp. 51–54.
4. Kuznetsov B.N., Chesnokov N.V., Ivanov I.P., Veprikova E.V., Ivanchenko N.M. Methods of Porous Materials Obtaining from Lignin and Wood Bark. Zhurnal Sibirskogo federal’nogo universiteta. Khimiya [Journal of Siberian Federal University. Chemistry], 2015, vol. 2, no. 8, pp. 232–255. DOI: 10.17516/1998-2836-2015-8-2-232-255
5. Forestry Code of the Russian Federation: Federal Law of 04.12.2006 no. 200-FZ (eds. 01.07.2017). Access from the “Consultant Plus” Reference Legal System.
6. Melekhov V.I., Tyurikova T.V., Ponomareva N.G. The Energy Potential of the Wood Bark in the Program of Resource-Saving. Aktual’nyye napravleniya nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika [Actual Directions of Scientific Research of the XXI Century: Theory and Practice], 2015, vol. 3, iss. 9, part 3, pp. 106–110. DOI: 10.12737/16877
7. Myuller O.D., Melekhov V.I., Ponomareva N.G., Tyurikova T.V., Khrustaleva M.O. Mathematical Model of the Pressing Process of Thermally-Modified Tree Bark in the Drum-Type Press-Granulators. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2017, no. 2, pp. 130–148. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.2.130
8. Patyakin V.I., Kostin I.V., Iliyushenko D.A. Some Issues of Debark Wastes Industrial Utilization. Sistemy. Metody. Tekhnologii [Systems. Methods. Technologies], 2011, no. 4(12), pp. 121–124.
9. Petukhov R.A. Forest Complex Investment Potential of the Republic of Karelia. Obrazovaniye i nauka v sovremennykh usloviyakh [Education and Science in the Current Context], 2015, no. 3, pp. 314–315.
10. Sudakova I.G., Ivanchenko N.M., Kuznetsov B.N. Production of Wood Bri-quettes Using Binders Obtained from Birch Bark Suberin. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja [Chemistry of Plant Raw Material], 2008, no. 2, pp. 31–34.
11. Yakovleva K.A. The Use of Forest Resources in Border Regions: Analysis of Social and Economic Efficiency. Vestnik Zabaykal’skogo gosudarstvennogo universiteta [Transbaikal State University Journal], 2015, no. 6(121), pp. 156–165.
12. Danilov V.E., Ayzenshtadt A.M., Makhova T.A., Frolova M.A. Determination of Size Properties of the Organomineral Insulation Nanofiller Based on the Wood Matrix. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017, vol. 177, 012063. 5 p. DOI: 10.1088/1757-899X/177/1/012063
13. Kain G., Charwat-Pessler J., Barbu M.-C., Plank B., Richter K., Petutschnigg A. Analyzing Wood Bark Insulation Board Structure Using X-ray Computed Tomography and Modeling Its Thermal Conductivity by Means of Finite Difference Method. Journal of Composite Materials, 2016, vol. 50, iss. 6, pp. 795–806. DOI: 10.1177/0021998315581511
14. Kain G., Güttler V., Barbu M.-C., Petutschnigg A., Richter K., Tondi G. Density Related Properties of Bark Insulation Boards Bonded with Tannin Hexamine Resin. European Journal of Wood and Wood Products, 2014, vol. 72, iss. 4, pp. 417–424. DOI: 10.1007/s00107-014-0798-4
15. Kain G., Güttler V., Lienbacher B., Barbu M.-C., Petutschnigg A., Richter K., Tondi G. Effects of Different Flavonoid Extracts in Optimizing Tannin-Glued Bark Insulation Boards. Wood and Fiber Science, 2015, vol. 47, no. 3, pp. 258–269.
16. Pásztory Z., Mohácsiné I.R., Gorbacheva G.А., Börcsök Z. The Utilization of Tree Bark. BioResources, 2016, vol. 11, iss. 3, pp. 7859–7888.

Received on December 22, 2017