Исследование влияния гидрофобизирующей и антисептической добавки в виде гидролизного лигнина на эксплуатационные свойства пластиков без добавления связующих на основе древесного пресс-сырья

В настоящее время отходы производства в виде гидролизного лигнина и лигносульфонатов от предприятий целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности являются крупнотоннажными отходами, которые требуют проработки решений по их утилизации и применению в качестве вторичного источника сырья. Предлагаются различные решения, одно из которых рассматривает гидролизный лигнин как компонент для получения древесных и композиционных материалов. Данным исследованием было установлено влияние добавки в виде гидролизного лигнина к древесному пресс-сырью на физико-механические свойства пластика без связующих веществ (ПБС), в том числе водо- и биостойкость. Показано, что введение в пресс-композицию на основе древесного наполнителя (древесная мука) гидролизного лигнина, увеличиваются показатели водостойкости ПБС, полученного методом горячего прессования в закрытых пресс-формах. Определены рациональные значения получения ПБС на основе древесного наполнителя с добавлением 40 % масс. гидролизного лигнина с высокими эксплуатационными свойствами. Изучена динамика изменения показателей водостойкости (водопоглощение и разбухание) и биостойкости ПБС по отношению к почво-грунту за 90 суток. Установлено, что при экспозиции 90 суток ПБС с гидролизным лигнином в водной среде и почво-грунте, наблюдается минимальная динамика снижения показателей водостойкости и потери массы. Результаты микроскопирования и визуальная оценка образцов ПБС показали, что первоначальные процессы деструкции изучаемого материала протекают за счет избыточного водонасыщения древесного наполнителя с последующим его разрушением. Использование гидролизного лигнина для древесного пресс-сырья можно рассматривать как гидрофобизирующую и антисептическую добавку для получения материалов на основе ПБС.

1. Lignin-derived (nano)materials for environmental pollution remediation: Current challenges and future perspectives / M. Sajjadi, H. Ghafuri, F. Ahmadpoor, M. Nasrollahzadeh // International Journal of Biological Macromolecules. 2021. Vol. 178. P. 394–423. DOI 10.1016/j.ijbiomac.2021.02.165. EDN UAGKGM.

2. Анализ результатов механоактивации технического гидролизного лигнина с использованием методов термографических исследований и лазерной дифракции / В. А. Петров, А. В. Александров, Т. Н. Александрова, А. П. Руденко // Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. 36, № 2. С. 205–210. EDN VPHWLB.

3. Плотникова Г. П. Композиционный строительный материал с использованием отходов лесохимии в составе // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2021. Т. 11, № 3(38). С. 452–461. DOI 10.21285/2227-2917-2021-3-452-461. EDN GCEJHR.

4. Multifunctional lignin-based nanocomposites and nanohybrids / E. Lizundia, M. H. Sipponen, L. G. Greca [et al.] // Green Chemistry. 2021. Vol. 23, No 18. P. 6698–6760. DOI 10.1039/d1gc01684a. EDN UCHRYJ.

5. Теплоэффективные строительные материалы на основе полимерсиликатного вяжущего и гидролизного лигнина / Г. Н. Шибаева, Е. Е. Ибе, Ю. А. Холдаенко, В. А. Филимонова // Инновации в жизнь. 2017. № 3(22). С. 162–172. EDN XSEZMT.

6. Lignin as an additive for advanced composites / Y. Polat, E. Stojanovska, T. A. Negawo [et al.] // Green Energy and Technology. 2017. No. 9783319466095. P. 71–89. DOI 10.1007/978-3-319-46610-1_4. EDN YDUPUD.

7. Кузнецова Т. Н. Разработка теплоизоляционного материала на основе гидролизного лигнина из отвалов ОАО «Тавдинский гидролизный завод» // Новые технологии – нефтегазовому региону : материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. В 2 т., Тюмень, 20–21 мая 2020 года. Тюмень : Тюменский индустриальный университет, 2020. С. 40–42. EDN FPTXBQ.

8. Lignin as Green Filler in Polymer Composites: Development Methods, Characteristics, and Potential Applications / M. R. Ridho, M. Rahmi Dn, E. W. Madyaratri [et al.] // Advances in Materials Science and Engineering. 2022. Vol. 2022. P. 1363481. DOI 10.1155/2022/1363481. EDN BEIZVT.

9. Ступак Д. П., Шкуро А. Е., Артемов А. В. Получение и исследование свойств древесно-полимерных композитов с гидролизным лигнином // Деревообрабатывающая промышленность. 2020. № 1. С. 72–80. EDN CNXUXS.

10. Assessment of morphological, physical, thermal, and thermal conductivity properties of polypropylene/ lignosulfonate blends / M. Schneider, N. Finimundi, M. Podzorova [et al.] // Materials. 2021. Vol. 14, No 3. P. 1–10. DOI 10.3390/ma14030543. EDN OTZDXI.

11. Influence of MgO-lignin dual component additives on selected properties of low density polyethylene / K. Bula, G. Kubicki, A. Kubiak [et al.] // Polymers. 2020. Vol. 12, No 5. P. 1156. DOI 10.3390/POLYM12051156. EDN SXAAPK.

12. Пименов С. Д., Крутов С. М. Композиты на основе отходов биохимической промышленность и гидролизного лигнина и органических полимеров // Леса России: политика, промышленность, наука, образование : материалы научно-технической конференции, Санкт-Петербург, 13–15 апреля 2016 года / под ред. В. М. Гедьо. Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С. М. Кирова, 2016. С. 86–89. EDN VYHNWR.

13. Лигнопенополиуретаны на основе гидролизного лигнина / С. М. Крутов, Е. В. Ипатова, Д. С. Косяков [и др.] // Журнал прикладной химии. 2016. Т. 89, № 1. С. 128–133. EDN JWSDUI.

14. Composite nanoparticles derived by selfassembling of hydrophobic polysaccharide derivatives and lignin / M. Gericke, T. Heinze, J. Bergrath, M. Schulze // Cellulose. 2022. Vol. 29, No 7. P. 3613–3620. DOI 10.1007/s10570-022-04504-x. EDN LYWAJZ.

15. Improvements in thermal and mechanical properties of composites based on thermoplastic starch and Kraft Lignin / A. De S M De Freitas, A. P. Lemes, J. S. Rodrigues [et al.] // International Journal of Biological Macromolecules. 2021. Vol. 184. P. 863–873. DOI 10.1016/j.ijbiomac.2021.06.153. EDN HEXLLU.

16. Илалова Г. Ф., Галяветдинов Н. Р. Исследование физико-механических характеристик биоразлагаемых композиционных материалов с древесными наполнителями // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2022. № 62. С. 302–307. EDN CYMYKE.

17. Полимерные композиционные материалы на основе поливинилхлорида, отходов производства флизелиновых обоев и древесной муки / А. Е. Шкуро, Д. Д. Чирков, В. В. Глухих [и др.] // Деревообрабатывающая промышленность. 2022. № 3. С. 112–119. EDN RTXCTQ.

18. Ilalova G., Safin R., Mukhametzyanov S., Gazi- zullina A. Hydrolysis as a basis for processing vegetable waste into bioplastics // Energy Systems Environmental Impacts. ESEI 2020. E3S Web of Conferences. P. 03009. EDN: ZMFUIX.

19. The role of lignin and lignin-based materials in sustainable construction – A comprehensive review / P. Jędrzejczak, T. Jesionowski, Ł. Klapiszewski, M. N. Collins // International Journal of Biological Macromolecules. 2021. Vol. 187. P. 624–650. DOI 10.1016/j.ijbiomac.2021.07.125. EDN IVHACR.

20. Модификация фенолформальдегидных смол карбонизированным гидролизным лигнином для производства фанеры / И. К. Божелко, О. К. Леонович, А. И. Медвецкий [и др.] // Лесная инженерия, материаловедение и дизайн : материалы 86-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (с международным участием), Минск, 31 января – 12 2022 года. Минск : Белорусский государственный технологический университет, 2022. С. 201–203. EDN EBKGWL.

21. Использование продуктов окисления гидролизного лигнина в целях повышения эффективности связующих для древесных плит / А. Н. Гончар, В. А. Литвиненко, А. А. Кожемяко, Е. В. Дубоделова // Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса : материалы IV Международной научно-практической конференции, Кострома, 08–11 сентября 2021 года / отв. ред. А. А. Титунин, Т. Н. Вахнина. Кострома : Костромской государственный университет, 2021. С. 75–77. EDN ALKOKN.

22. Журавлев И. С., Вураско А. В., Стоянов О. В. Химическая модификация лигносульфонатов для повышения связующих свойств // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17, № 15. С. 37–39. EDN STICKH.

23. Модифицирование гидролизного лигнина продуктами миколиза древесины / Г. Н. Кононов, А. Н. Веревкин, Ю. В. Сердюкова, В. Д. Зайцев // Лесной вестник. Forestry Bulletin. 2018. Т. 22. № 1. С. 78–83. DOI 10.18698/2542-1468-2018-1-78-83. EDN XZXKGT.

24. Бабина М. Д., Попова Г. И., Перескокова И. И. Об использовании гидролизного лигнина в составе для изготовления древесноволокнистых плит // Технология древесных плит и пластиков : межвузовский сборник / Уральский лесотехнический институт им. Ленинского комсомола. 1982. Вып. IX. С. 155–160.

25. Минин А. Н. Технология пьезотермопластиков. М. : Лесная промышленность, 1965. 296 с.

26. Изучение влияния активации пресс-сырья активированным лигнином на свойства древесного пластика без добавления связующего / А. А. Окулова, А. В. Артемов, В. Г. Бурындин, А. В. Савиновских // Научное творчество молодежи – лесному комплексу России : материалы IX Всероссийской научнотехнической конференции студентов и аспирантов и конкурса по программе «Умник», Екатеринбург, 18–19 апреля 2013 года. Екатеринбург : Уральский государственный лесотехнический университет, 2013. С. 115–118. EDN DZKQOJ.

27. Отходы целлюлозно-бумажного комплекса – как сырьё для древесного пластика без связующего / А. С. Бусыгина, П. С. Кривоногов, А. В. Артемов [и др.] // Инновации – основа развития целлюлознобумажной и деревообрабатывающей промышленности : материалы V Всероссийской отраслевой научнопрактической конференции «Перспективы развития техники и технологий в целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности», Пермь, 24– 25 марта 2017 года / Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», ГП «Пермская целлюлозно-бумажная компания», АО «Соликамскбумпром», ООО «ЦБК «Кама», ОАО «Пиломатериалы» «Красный Октябрь». Пермь : Пермский государственный национальный исследовательский университет, 2017. С. 186–192. EDN YTIFHN.

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

29. Plastics: physical-and-mechanical properties and biodegradable potential / V. Glukhikh, P. Buryndin, A. Artyemov [et al.] // Foods and Raw Materials. 2020. Vol. 8, No. 1. P. 149–154. DOI 10.21603/2308-40572020-1-149-154. EDN CWNANM.

30. Исследование влияния гидрофобизирующей добавки на физико-механические свойства древесного пластика без добавления связующего / А. В. Савиновских, А. В. Артемов, В. Г. Бурындин, А. Е. Шкуро // Деревообрабатывающая промышленность. 2020. № 2. С. 50–55. EDN ZFSDZH.

31. 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 10.21603/23084057-2022-1-148-154. EDN GGSNKW.