книги2 / konf_15-24

Электронный архив УГЛТУ

Схема установки: 1 – емкость исходной воды; 2 – колонка с КУ-2; 3 – колонка с активным углем; 4 – колонка с окисленным углем; 5 – накопительная ем-

кость кондиционной воды; 6, 7 – исходная вода; 8, 9 – частично обессоленная вода; 10, 11 – кондиционная вода, соответствующая ТИ; ВР – вентиль регулирующий, ВЗ – вентиль запорный, НЦ – насос центробежный

Предложенная схема позволяет привести показатели качества воды к необходимым нормативам ТИ.

Список источников

1.Юрьев Ю. Л. Тенденции развития технологии пиролиза древесины // Леса России и хозяйство в них. 2016. № 3 (58). С. 58–63.

2.Юрьев Ю. Л., Панова Т. М. Основные направления производства

ипереработки древесного угля // Химия и химическая технология переработки растительного сырья : материалы докладов Международной научно-

технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения В. М. Резникова. Белорусский государственный технологический университет, 2018. С. 20–22.

3. Юрьев Ю. Л. Получение и использование березового активного угля для доочистки питьевой воды // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2020. № 3 (375). С. 169–175.

4. Патент № 96367 Российская Федерация, МПК C02F 1/00(2006.01). Устройство для подготовки воды : опубл. 27.07.2010 / Н. А. Дроздова [и др.] ; заявитель УГЛТУ. 9 с.

571

Электронный архив УГЛТУ

binders based on wood flour and the wettability edge angle. To establish the patterns of changes in these properties, hydrolytic lignin was used as a hydrophobic additive, which was added to the wood press raw materials in certain proportions.

Keywords: plastics, wood flour, hydrolysis lignin, water resistance

Враннее выполненных исследованиях установлено, что материалы на основе лигноцеллюлозосодержащего сырья обладают гигроскопичностью

ивысокой адсорбционной способностью к воде [1].

Внастоящее время определение показателя смачивания целлюлознобумажных материалов осуществляется по краевому углу смачивания Ɵ [2].

Значение краевого угла связано со свободными поверхностными энергиями при помощи уравнения Юнга [3].

Существуют следующие диапазоны значений краевого угла смачивания:

– при значении краевого угла смачивания Ɵ < 90° следует, что происходит ограниченное смачивание;

– Ɵ > 90 – поверхность не смачивается;

– если краевой угол установить не удалось и при этом капля жидкости растекается в пленку, то считается, что поверхность полностью смачивается [4].

Для определение краевого угла смачивания Ɵ широко используется метод сидящей капли [5, 6].

Для определения гидрофобности поверхности можно использовать не только краевой угол смачивания, но и угол скатывания капли воды с покрытия. Этот параметр характеризует способность капли воды скатываться с поверхности под действием силы тяжести. Чем больше угол скатывания, тем выше гидрофобность покрытия [7].

Для улучшения показателей водостойкости пластиков без добавления связующих (ПБС) применяются различные добавки, которые могут придать гидрофобность получаемого материала [8].

Испытания ПБС на водостойкость осуществляются путем выдержки образцов в водной среде за определенное время (обычно 24 ч, 30 сут.) и измерения изменений массы (показатель водопоглощения) и/или линейных размеров (показатель разбухания) [9]. Данные испытания являются продолжительными во времени и требуют специальной подготовки образцов.

Основными целями работы являлись оценка показателей водостойкости ПБС на основе древесного пресс-сырья по краевому углу смачивания

иопределение корреляционной связи между этими показателями.

Для выполнения исследований были изготовлены образцы ПБС в закрытой пресс-форме методом компрессионного горячего прессования (толщина и диаметр образцов составляли 2 и 90 мм соответственно). В качестве исходного пресс-сырья применялась древесная мука марки ДМ-180. В качестве гидрофобизирующей добавки применялся гидролизный лигнин (отход гидролизного производства) с фракцией 0,7 мм.

573

Электронный архив УГЛТУ

Режимы изготовления образцов были приняты следующие: давление прессования – 40 МПа, температура прессования – 180 °С, продолжительность прессования – 10 мин, продолжительность охлаждения под давлением – 10 мин, продолжительность кондиционирования – 24 ч.

После кондиционирования проводилось исследование показателей водостойкости и определение краевого угла смачивания. Определение водопоглощения и разбухания осуществлялось согласно ГОСТ 4650–2014. Определение краевого угла смачивания происходит по методу взвешивания мениска [10]. Результаты испытаний представлены в табл. ниже.

Показатели водостойкости ПБС

Установлено, что образцы ПБС на основе древесного наполнителя имеют хорошее смачивание – Ɵ = 84,5° (см. табл. выше). Большая гидрофильность поверхности ПБС на основе древесного наполнителя по сравнению с ПБС на основе гидролизного лигнина объясняется характеристиками пресс-сырья. Древесное пресс-сырье содержит некоторое количество гидрофильных соединений, таких как целлюлоза и гемицеллюлозы.

Добавление гидрофобного гидролизного лигнина в древесное пресссырье приводит к увеличению краевого угла смачивания на 0,6–4,3 %. При этом обеспечивается рост показателей водостойкости: водопоглощение снижается на 11–70 %, разбухание – на 1–84 %.

Применение гидрофобизирующей добавки в виде гидролизного лигнина к гидрофильному древесному наполнителю позволяет не только получать образцы с водоотталкивающим покрытием (не совершается распределение частиц воды по поверхности пластика), но и не допускать проникновению воды внутренние слои пластика.

Образцы ПБС на основе только гидролизного лигнина характеризовались незначительной смачиваемостью по сравнению с образцами, содержащими 80 % гидролизного лигнина. Микрофотографирование лицевой поверхности образцов ПБС основе гидролизного лигнина показали наличие микротрещин и неровностей (рис. 1). Возможно, что при контакте с поверхностью капля воды может менять свое положение: расползаться и расширяться.

574

Электронный архив УГЛТУ

Рис. 1. Сканография образцов ПБС на основе гидролизного лигнина:

– микротрещина, – изломанность

По полученным данным исследований построены графические зависимости, определены уравнения зависимости и величина достоверности аппроксимации, которые позволяют сделать следующие выводы:

1. На рис. 2 приведены зависимости между водопоглощением, разбуханием и краевым углом смачивания для образцов ПБС на основе древесной муки. Коэффициент корреляции составил R2 = 0,9167 и 0,9721 соответственно. Это говорит о том, что имеется зависимость между показателями водостойкости и краевым углом смачивания.

а б

Рис. 2. Зависимость между показателя водостойкости и краевым углом смачивания образцов ПБС: а – водопоглощение, б – разбухание

2. На рис. 3 для образцов ПБС на основе древесной муки приведена зависимость между показателями водопоглощения, разбухания, краевым углом смачивания и количеством содержания гидролизного лигнина. Полученные зависимости позволяют прогнозировать водостойкость в зависимости от содержания в древесном сырье гидролизного лигнина.

575

Электронный архив УГЛТУ

Рис. 3. Зависимость показателей водостойкости ПБС от содержания гидролизного лигнина в древесном наполнителе

На основании выполненного исследования можно сделать следующие выводы:

1.Полученные зависимости позволяют проводить предварительную экспресс-оценку показателей водостойкости (водопоглощение, разбухание) ПБС на основе древесной муки по краевому углу смачивания методом взвешивания мениска.

2.Установленные закономерности требуют уточнения для ПБС на основе древесного и недревесного растительного пресс-сырья.

Список источников

1.Получение полимерных материалов из вторичного лигноцеллюлозного сырья / В. Г. Бурындин [и др.]. Екатеринбург : УГЛТУ, 2022. 188 с.

2.Вураско А. В., Агеев М. А., Агеев А. Я. Технологии получения, обработки и переработки бумаги и картона. 2-е изд, доп. и перераб. Екатеринбург : УЛТУ, 2021. 276 с.

3.Юрченко В. В., Свиридов В. В. Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы : курс лекций. Екатеринбург : УГЛТУ, 2015.

4.Соколова О. В. Адгезионные процессы в полиграфии // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 11. С. 545–548.

5.Измерение краевого угла методом сидячей капли на вертикальной поверхности / А. В. Нуштаева, К. С. Мельникова, К. М. Просвирнина, С. А. Нуштаева // Фундаментальные исследования. 2015. № 2–13. С. 2855–2859.

6.Басырова С. И., Галиханов М. Ф., Галеева Л. Р. Поверхностные свойства модифицированного картона // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2019. № 6 (372). С. 233–240.

576

Электронный архив УГЛТУ

7.Синтез и исследование супергидрофобных, антиобледенительных гибридных покрытий / О. А. Шилова [и др.] // Транспортные системы и технологии. 2015. Т. 1, № 1. С. 91–98.

8.Гидрофобизация пластиков без связующих веществ гидролизным лигнином / А. В. Артемов, В. Г. Бурындин, А. С. Ершова, А. Н. Ладыгина // Деревообрабатывающая промышленность. 2023. № 1. С. 116–124.

9.Артемов А. В., Савиновских А. В., Бурындин В. Г. Влияние термообработки на биостойкость древесного пластика без добавления связующего // Вестник Поволжского государственного технологического университета. 2022. № 4. С. 15–25.

10.Шкуро А. Е., Глухих В. В. Влияние содержания винилацетатных звеньев в сэвилене на краевой угол смачивания ДПК // Леса России и хозяйство в них. 2013. № 1 (44). С. 147–149.

577

Электронный архив УГЛТУ

Научная статья УДК 674.81

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОПИЛОК ТОПОЛЯ С ДОБАВЛЕНИЕМ КУКУРУЗНОГО КЛЕЙСТЕРА

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТИКА БЕЗ СВЯЗУЮЩЕГО

Аида Жамбылкызы Жанабаева1, Полина Константиновна Латышева2, Андрей Викторович Савиновских3

1 Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева,

Астана, Казахстан 2, 3 Уральский государственный лесотехнический университет,

Екатеринбург, Россия

1aiddaj@mail.ru

2koniginrammstein@mail.ru

3savinovskihav@m.usfeu.ru

Аннотация. В данной работе определена возможность получения древесного пластика без связующего с использованием кукурузного крахмала в виде клейстера. Определены физико-механические показатели образцов.

Ключевые слова: пластики, тополь, кукурузный крахмал, физико-ме- ханические показатели

Original article

INVESTIGATION OF THE POSSIBILITY OF USING POPLAR SAWDUST WITH THE ADDITION OF CORN PASTE TO PRODUCE PLASTIC WITHOUT BINDER

Aida Zh. Zhanabayeva1, Polina D. Latysheva2, Andrey V. Savinovskih3

1L. N. Gumilyov Eurasian National University, Astana, Kazakhstan 2, 3 Ural State Forest Engineering University, Yekaterinburg, Russia

1aiddaj@mail.ru

2koniginrammstein@mail.ru

3savinovskihav@m.usfeu.ru

Abstract. In this paper the possibility of obtaining wood plastic without a binder using corn starch in the form of paste has been studied. The physical and mechanical parameters of the samples were determined.

Keywords: plastics, poplar, corn starch, physical and mechanical parameters

© Жанабаева А. Ж., Латышева П. К., Савиновских А. В., 2024

578

Электронный архив УГЛТУ

Внаше время есть возможность получить древесный пластик без добавления связующих (ДП-БС) с различными видами отходов древесины [1].

Альтернативным сырьем для получения ДП-БС могли бы выступать отходы тополя, которые остаются после производства фанеры, древесностружечных плит, картона и бумаги. У тополя белая древесина, иногда присутствует зеленоватый оттенок, текстура невыразительная, но свежесрубленная древесина обладает приятным, горьковатым запахом. Древесина мягкая, однородная, ее прочностные свойства близки к липе. У тополя низкая износостойкость и низкая стойкость к воздействию биологических факторов, но он очень хорошо проявляет себя в условия повышенной влажности.

Для улучшения качества ДП-БС в опилки тополя можно вводить клейстер [2, 3]. Клейстер – это клей, изготовляемый из крахмала или муки. Он используется для склеивания различных видов пластика.

Клейстеризация – процесс, происходящий при нагревании крахмальной муки в воде. Молекулы, попадающие в воду, увеличиваются в диаметре

взависимости от содержания в них амилопектина. Приготовленный раствор приобретает вязкость, имеющую практическое значение.

Целью данной работы является исследование возможности использования опилок тополя с добавлением кукурузного клейстера для получения ДП-БС.

Вкачестве исходного сырья использовался тополь с фракционным составом (ФС) 0,7 мм. Содержание лигнина – 24,8 % и целлюлозы– 45 % в навеске: лигнин, целлюлоза и кукурузный крахмал, изготовитель ООО «Д-р Бейкерс».

Клейстер готовился по данной методике: растворить крахмал в небольшом количестве холодной воды (1:1). Налить раствор в колбы и поставить на огонь, интенсивно помешивая его. Когда он начнет закипать и достигнет

нужной консистенции, выключить огонь и снять с плиты. В клейстер добавить опилки тополя. И готовую смесь нагреть при температуре 60 на 5–7 мин. Была составлена матрица планирования полного трехфакторного эксперимента (табл. 1).

Матрица планирования трехфакторного эксперимента с натуральными значениями представлена в табл. 2.

579

Электронный архив УГЛТУ

После составления матрицы планирования трехфакторного эксперимента методом плоского горячего прессования в закрытой прессформе было отпрессовано 18 дисков с добавлением клейстера из кукурузного крахмала, диаметром 90 мм по приведенной методике.

Постоянные факторы при прессовании:давление прессования P = 40 МПа (127 кгс/см2);

продолжительность прессования tп = 10 мин, и время охлаждения под давлением tох = 10 мин.

После прессования у образцов были определены физико-механические свойства: Y(P) – плотность, г/см3; Y(М) – модуль упругости при изгибе, Па; Y(T) – твердость по Бриннелю, МПа; Y(B) – водопоглощение, %; Y(L) – разбухание по объему, %; Y(А) – ударная вязкость, кДж/м2, Y(П) – прочность при изгибе, MПа. Результаты представлены в табл. 3.

Таблица 3

Значения физико-механических показателей пластиков на основе опилок тополя с добавлением клейстера из кукурузного крахмала