Кинетические параметры и прогнозируемые сроки деструкции лигнинуглеводных материалов на основе древесного сырья по отношению к почвогрунту

Данной работой были определены кинетические параметры и прогнозируемые сроки деструкции лигнинугле водных материалов на основе древесного сырья по отношению к почвогрунту. Прогнозирование выполнялось при помощи экстраполяционного метода по скорости изменения свойств материала (прочности при изгибе) при повышенной температуре (50 °С). В результате выполнения работы методом плоского горячего прессования в закрытых пресс-формах был получен пластик без связующего (ПБС) на основе опилок сосны. Оценены исходные физико-механические свойства ПБС. Полученные образцы ПБС были испытаны на биоразлагаемость в нормальных (20 °С) и экстремальных (при повышенной температуре) условиях. Оценка биоразлагаемости осуществлялось по потери массы исследуемых образцов при выдержке в грунте. Наблюдается общее снижение масс ы образцов по результатам выдержки образцов в грунте при температуре 20 °С за 30 суток. Общее снижение массы за 30 суток составило на 15,4 %. Были установлены зависимости изменения физико-механических свойств (прочности при изгибе) ПБС при нормальных и экстремальных условиях испытаний на биоразложение. С помощью экспериментальных данных была определена энергия активации процесса биодестркуции данного материала. На основании энергии активации было выявлено, что деструкция ПБС происходит за счет гидролиза и разложения существующих связей древесного сырья, преимущественно лигнин-углеводного комплекса. На основании полученных данных были спрогнозирован возможный срок биоразлагаемости ПБС на основе древесного сырья. Прогнозируемый срок биоразлагаемости в реальных условиях за теплый период года при условно среднегодовой температуре по России составил до 1,2 года без учета внешних природных факторов.

1. Satyanarayana K.G., Arizaga G.G.C., Wypych F. Biodegradable composites based on lignocellulosic fibers – an overview. Progress in Polymer Science 2009; 34:982–1021.

2. Sabev H.A., Barratt S.M., Greenhalgh M. et al. Biodegradation and biodeterioration of man-made polymeric materials // In: Fungi in biogeochemical cycles. 2006. P. 212–235.

3. Obidi O.F., Aboaba O.O., Makanjuola M.S. et al. Microbial evaluation and deterioration of paints and paint-products // J. Environmental Biology. 2009. V. 30. № 5. Р. 835–840.

4. Исследование изменения химического состава древесины, подвергнутой термомодифицированию, с помощью ИК-спектрометра / Е.Ю. Разумов, Р.Р. Хасаншин, Р.Р. Сафин [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 10. С. 100–103.

5. Остроух О. В., Игнатенко А. В., Болтовский В. С. Анализ биостойкости древесины и защитных покрытий // Материалы, технологии, инструменты. 2012. Т. 17, № 4. С. 43–47.

6. Influence of antipiren on the properties of small density wood plates / V. N. Ermolin, A. V. Namyatov, M. A. Bayandin, V. A. Prokopenko // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering : Reshetnev Readings 2018, Krasnoyarsk, 11–15 ноября 2018 года. Krasnoyarsk : Institute of Physics Publishing, 2020. P. 012014. DOI 10.1088/1757-899X/822/1/012014.

7. Исследование устойчивости к действию микроскопических грибов лакокрасочных материалов, используемых в строительстве, приборо- и машиностроении / Н. А. Аникина, В. Ф. Смирнов, Д. В. Кряжев [и др.] // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2014. № 2-1. С. 100–105.

8. Парсанов А. С., Николаенко Г. Р. Стойкость шерстяных волокон к биологическим разрушениям // Вестник Технологического университета. 2017. Т. 20, № 4. С. 69–73.

9. Оценка деградации полиэтиленовых пленок в процессе развития плесневого гриба / Р. З. Агзамов, Э. А. Рафаилова, А. В. Панкова [и др.] // Ученые записки Казанского государственного университета. Серия: Естественные науки. 2010. Т. 152, № 2. С. 201–206.

10. Glukhikh V. V., Shkuro A. E., Krivonogov P. S. The effect of chemical composition on the biodegradation rate and physical and mechanical properties of polymer composites with lignocellulose fillers // Bulletin of the Karaganda University. Chemistry Series. 2021. No 3(103). P. 83–92. DOI 10.31489/2021Ch3/83-92.

11. Biostability of binder-free wood and plant plastics protected with antiseptics / V. G. Buryndin, А. V. Artyemov, А. V. Savinovskih [et al.] // Foods and Raw Materials. 2022. Vol. 10. No 1. P. 148–154. DOI 10. 21603/2308-4057-2022-1-148-154.

12. Pantyukhov P., Popov A., Kolesnikova N. Prepa- ration, structure, and properties of biocomposites based on low-density polyethylene and lignocellulosic fillers // Polymer Composites. 2016. Vol. 37. No 5. P. 1461–1472. DOI 10.1002/pc.23315.

13. Исследование физико-механических свойств древесины лиственницы сибирской / А. Н. Чубинский, М. А. Чубинский, Г. С. Варанкина [и др.] // Системы. Методы. Технологии. 2020. № 4(48). С. 168 174. DOI 10.18324/2077-5415-2020-4-168-174.

14. Попов А. А. Биоразлагаемые полимерные ком позиции на основе полиолефинов // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2021. Т. 63, № 6. С. 384 399. DOI 10.31857/S2308112021060092.

15. The decay resistance and durability of wood and wood products from larch (LARIX SIBIRICA) / V. A. Soloviev, M. A. Chubinsky, A. N. Chubinsky [et al.] // Mycology and Phytopathology. 2019. Vol. 53. No 3. P. 156–161. DOI 10.1134/S0026364819030061.

16. Анализ методов оценки биостойкости промышленных материалов (критерии, подходы) / Д. В. Кряжев, В. Ф. Смирнов, О. Н. Смирнова [и др.] // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2013. № 2-1. С. 118–124.

17. Тепловое старение изделий на основе древесных композиционных материалов / Т. С. Выдрина, А. В. Артемов, В. Г. Дедюхин, В. Г. Бурындин // Химия растительного сырья. 2007. № 2. С. 101–106.

18. Артемов А. В., Бурындин В. Г., Савиновских А. В. Исследование закономерности в убыли массы образцов при получении пластика без связующих на основе сосновых опилок в закрытых пресс-формах // Вестник Технологического университета. 2021. Т. 24. № 8. С. 9–13.

19. Pekhtasheva E. L., Zaikov G. E. Biodegradation mechanism of some polymers // Key Engineering Materials, Volume 1: Current State of the Art on Novel Materials, 2014. P. 277–313. DOI 10.1201/b16588.

20. Изучение изменений прочностных показателей пластиков без связующего по потери массы при биоразложении / А. В. Артемов, А. С. Ершова, В. Г. Бурындин, А. В. Савиновских // Деревообрабатывающая промышленность. 2022. № 1. С. 71–79.

21. Свиридов В. В., Свиридов А. В. Физическая химия : учебное пособие. Санкт-Петербург [и др.] : Лань, 2016. 596 с.

22. Хрулёв В.М., Мартынов К.Я. Долговечность древесностружечных плит. М. : Лесная промышленность, 1977, 168 с.

23. Глухих В.В. Прикладные научные исследования : учебник. Урал. гос. лесотехн. ун-т, Екатеринбург, 2016. 240 с.

24. Артемов А. В., Савиновских А. В., Бурындин В. Г. Модуль упругости при изгибе как показатель физико-механических свойств древесных пластиков без добавления связующих // Системы. Методы. Технологии. 2021. № 1(49). С. 67–71. DOI 10.18324/2077-5415-2021-1-67-71.

25. Лоскутов С. Р., Шапченкова О. А., Анискина А. А. Термический анализ древесины основных лесообразующих пород средней Сибири // Сибирский лесной журнал. 2015. № 6. С. 17–30. DOI 10.15372/JFS 20150602.

26. Савиновских А. В., Артемов А. В., Бурындин В. Г. Влияние модификаторов на физико-механические свойства древесных пластиков без добавления связующих // Вестник Московского государственного университета леса – Лесной вестник. 2016. Т. 20. № 3. С. 55–59.

27. Применение методов термогравиметрических исследований и лазерной дифракции для анализа результатов механоактивации технического гидролизного лигнина / А. В. Александров, Т. Н. Александрова, А. В. Афанасова, А. П. Руденко // Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. 36, № 4. С. 375–381.

28. Yuan, Qi & Liu, Shan & Ma, Ming-Guo & Ji, Xing-Xiang & Choi, Sun-Eun & Chuanling, Si. (2021). The Kinetics Studies on Hydrolysis of Hemicellulose. Frontiers in Chemistry. 9. 10.3389/fchem.2021.781291.

29. Храпковский Г. М., Шамов А. Г. Влияние молекулярной структуры на энергию активации термического распада нитратов целлюлозы // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 4. С. 23–27.

30. Марьяндышев П. А., Чернов А. А., Любов В. К. Термогравиметрическое и кинетическое исследование торфа и гидролизного лигнина // Международный журнал экспериментального образования. 2014. № 12. С. 20–27.