Влияние термомеханической активации на свойства древесных плит без связующих

Древесные плиты, получаемые без связующих веществ из гидродинамически активированной измельченной древесины (опилок), имеют высокую водостойкость, но при этом сравнительно не высокие показатели прочности. Структурообразование таких плит обусловлено тем, что в процессе активации происходит фибриллирование древесных частиц. Это увеличивает межфазные поверхностей, способные образовывать межмолекулярные контакты между соседними частицами. Исходя из этого, прочность таких плит можно повысить за счет того, что в процессе гидродинамической обработки увеличить степень фибрилляции древесных частиц. С этой целью предложено проводить термическую модификацию опилок перед их гидродинамической обработкой. Такой способ подготовки выбран на основании того, что при воздействии высоких температур компоненты клеточной стенки, а именно гемицеллюлозы, разлагаются. Это нарушает целостность клеточных стенок, увеличивая их пористость. В результате в процессе гидродинамической обработки в клеточных стенках будут происходить более глубокие структурные изменения увеличивающие межфазные поверхности. Для поверки этой гипотезы проведены экспериментальные исследования.

Древесные опилки обрабатывались при температуре 200 ^оС в течение 1–5 часов. После этого проводилась гидродинамическая обработка. Из полученной массы изготавливались плиты плотностью 950 кг/ м³. 

Исследование пористой структуры древесной массы и плит, которая оценивалась адсорбционной активностью по йоду и метиленовому голубому показали следующее. Количество пор, размером до 2 нм, увеличивается в несколько раз пропорционально продолжительности термообработки. В готовой плите количество таких пор снижается, приближаясь к термически не обработанной древесине Количество пор, размером 2–50 нм, также увеличивается пропорционально продолжительности, а в готовых плитах резко снижается.

Механические свойства плит, изготовленные из термически обработанной древесины, значительно повышаются пропорционально продолжительности обработки. При продолжительности термической обработки 5 часов предел прочности при статическом изгибе составил 38,18 МПа, что на 72 % больше, чем у плит, изготовленных из опилок без термической обработки.

Термическое воздействие, продолжительностью более 3 часов снижает величину водопоглощения и разбухания. При высушивании разбухших образцов они возвращаются к первоначальным размерам и сохраняют не менее 80 % от первоначальной прочности.

1. Lester T. W., Little M., Jolley G. J. Assessing the economic impact of alternative biomass uses: biofuels, wood pellets, and energy production //Journal of Regional Analysis & Policy. 2015. Т. 45, № 1. С. 36–46.

2. Razinkov E. M., Savinkov M. A., Litvinova Y. A. Chipboards as raw material of furniture // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2021. Т. 875. № 1. С. 012041.

3. Pradyawong Sarocha & Brown Nataniel & Zhao Jikai & Qi Guangyang & Zheng Yi & Sun, Susan & Wang Donghai. (2022). Improved soy protein adhesives by lignin and polyamide-epichlorohydrin: Adhesion performance and properties. Journal of Applied Polymer Science.139.10.1002/app.53086.

4. Леонович А. А. Технология древесных плит: прогрессивные решения. 2005.

5. Petr Pařil & Baar Jan & Rousek Radim. (2023). Innovative, Low-cost and Eco Composite Boards Produced From High-energy Milled Wood, Plastic Waste and Bio-polymer. 10.21203/rs.3.rs-2664772/v1.

6. Катраков И. Б., Маркин В. И., Базарнова Н. Г. Получение пресс-масс и плитных материалов на основе кавитированного растительного сырья // Известия АлтГУ. 3-1(83). 2014. С. 204–208.

7. Болтовский В. С. Применение метода автогидролиза-взрыва при переработке растительной биомассы // Труды БГТУ. Серия 2: Химические технологии, биотехнология, геоэкология. 2021. № 2 (247). С. 5–12.

8. Изменение химического состава древесины при механохимической обработке / И. В. Микушина [и др.] //Химия в интересах устойчивого развития. 2002. Т. 10. № 4. С. 443–447.

9. Ермолин В. Н. и др. Водостойкость древесных плит, получаемых без использования связующих веществ // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2020. № 3 (375). С. 151–158.

10. Kocaefe D., Poncsak S., Boluk Y. Effect of thermal treatment on the chemical composition and mechanical properties of birch and aspen // BioResources. 2008. Т. 3, № 2. С. 517–537.

11. Wang D., Fu F., Lin L. Molecular-level characterization of changes in the mechanical properties of wood in response to thermal treatment // Cellulose. 2022. Т. 29, № 6. С. 3131–3142.

12. Fengel D., Wegener G. (1984) Wood – chemistry, ultrastructure, reactions, Berlin and New York, 613 p.

13. Криворотова А. И., Орлов А. А. Исследование свойств клееных материалов на основе термически модифицированного шпона // Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. 36, № 6. С. 548–554.

14. Дубинин М. М. Новое в области физической адсорбции паров микропорами адсорбентов // Журнал физической химии. 1987. № 5. С. 1301–1305.

15. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. М. : Химия, 1976. 512 с.

16. ГОСТ 32274–2013. Плиты древесные моноструктурные. Технические условия. Введ. 01.07.2014. М. : Стандартинформ, 2014. 12 с.

17. ГОСТ 4598–2018. Плиты древесно-волокнис- тые. Технические условия. Введ. 01.04.2019. М. : Стандартинформ, 2019. 16 с.