AGRIS - 

2022

И.В. Сусоева | Т.Н. Вахнина | А.А. Титунин | В.Е. Румянцева

Wood processing soft waste is mainly used in the production of fuel briquettes, irrecoverable (non-recyclable) waste from spinning flax and cotton are incinerated or sent to dump. The development of methods for recycling non-recyclable cellulosic waste through the product manufacturing is relevant, both from the resource conservation perspective, as well as the environmental point of view. The issues of plant waste recycling through the manufacturing of various types of products are widely developed in the Russian and foreign scientific research practice. Researchers deal with the processing of wheat, rice straw, bamboo stalks, and other cellulosic materials. There is a plenty of published information on methods of soft wood waste recycling. However, no research on recycling irrecoverable waste of spinning flax and cotton fibers had been carried out before this paper. We propose to produce thermal insulation boards based on phenol-formaldehyde resol binder using flax and cotton spinning waste and soft wood processing waste. The wet production method used here involves mixing the filler with water, a precipitant solution and a binder. After spinning the material is dried. The paper presents the results of determining the physical and mechanical properties and thermal conductivity coefficient of boards made of plant waste. The research was carried out according to the B-plan of the second order. Adequate regression mathematical models of the dependences of physical and mechanical parameters of the boards on the varying factors of the production process were developed according to the experimental data processing results. Using the developed regression models we built the response surfaces of the composite parameters: the bending strength of the boards, the thickness swelling of the boards after 24 h of exposure in water and the thermal conductivity coefficient. Nomograms of the dependencies of board parameters on the values of varying factors have been developed based on the mathematical models analysis. The nomograms are the basis for the development of practical recommendations for determining the rational values of the parameters of insulation board materials production from irrecoverable waste of spinning flax and cotton and soft wood processing waste. For citation: Susoeva I.V., Vakhnina T.N., Titunin A.A., Rumyantseva V.E. Processing Factors and Properties of Thermal Insulation Boards Made of Plant Fillers. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2022, no. 4, pp. 185–197. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-4-185-197 | Мягкие отходы переработки древесины в основном используют для производства топливных брикетов, невозвратные (неиспользуемые) отходы прядения льна и хлопка сжигают или отправляют на свалку. Поиск способов утилизации невозвратных целлюлозосодержащих отходов путем производства продукции актуален и с позиций ресурсосбережения, и с экологической точки зрения. В практике российских и зарубежных научных исследований широко разрабатывается такое направление, как утилизация растительных отходов путем производства продукции. Изучаются вопросы переработки пшеничной, рисовой соломы, стеблей бамбука и других целлюлозосодержащих материалов. Существует много публикаций о способах утилизации мягких древесных отходов. Однако исследований в области переработки невозвратных отходов прядения льняных и хлопковых волокон до работы авторов статьи не проводилось. Нами предлагается изготавливать из отходов прядения льна и хлопка и мягких отходов переработки древесины теплоизоляционные плиты на фенолоформальдегидном резольном связующем. Используется мокрый способ производства, при котором наполнитель смешивается с водой, раствором осадителя и связующего, после отжима материал сушится. Представлены результаты определения физико-механических показателей и коэффициента теплопроводности плит, изготовленных из растительных отходов. Исследование проводилось по В-плану второго порядка. Обработка экспериментальных данных позволила разработать адекватные регрессионные математические модели зависимости физико-механических показателей плит от варьируемых факторов процесса производства. По этим регрессионным моделям построены поверхности отклика показателей композита: предела прочности плит при статическом изгибе, их разбухания по толщине за 24 ч пребывания в воде и коэффициента теплопроводности. На основе анализа моделей получены номограммы зависимости показателей плит от варьируемых факторов. Номограммы являются основой для разработки практических рекомендаций по определению рациональных параметров производства теплоизоляционных плитных материалов из неиспользуемых (невозвратных) отходов прядения льна и хлопка и мягких отходов переработки древесины. Для цитирования: Сусоева И.В., Вахнина Т.Н., Титунин А.А., Румянцева В.Е. Технологические факторы и свойства теплоизоляционных плит из растительных наполнителей // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 4. С. 185–197. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-4-185-197

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2022

Ю.Г. Скурыдин | Е.М. Скурыдина

Результаты работы направлены на формирование представлений об особенностях молекулярной подвижности компонентов наружных и внутренних слоев материала древесностружечной плиты в диапазоне температур от комнатной до 275…300 ºС, а также на выявление факта недоотверждения связующего во внутренних слоях. Приведены данные о температурных зависимостях динамического модуля сдвига наружных и внутренних слоев материала древесностружечной плиты, полученные методом динамического механического анализа на крутильном маятнике. Обнаружены значительные отличия в характере зависимостей для образцов, взятых на разном удалении от поверхностных слоев. Для материала наружных слоев характерна типичная тенденция непрерывного неравномерно-последовательного уменьшения динамического модуля сдвига с ростом температуры, свойственная большинству полимерных и композитных материалов. Во внутренних слоях при температуре 140±5 ºС выявлено кратковременное скачкообразное увеличение динамического модуля сдвига относительно соседних участков, не характерное для материалов, находящихся в стабильном состоянии. Кроме того, имеет место тенденция уменьшения динамического модуля сдвига материала древесностружечной плиты при комнатной температуре с удалением от наружных слоев, обусловленная неоднородным фракционным составом и различиями в характере процессов химической сшивки при горячем прессовании. Высказано предположение, что обнаруженное аномальное увеличение динамического модуля сдвига во внутренних слоях материала при температуре 140±5 ºС является признаком протекания процесса доотверждения связующего непосредственно в условиях его нагрева при измерении динамического модуля сдвига методом динамического механического анализа. Сделан вывод, для образца древесностружечной плиты характерно максимальное отверждение термореактивного связующего в слоях, отстоящих от обеих поверхностей до 4,5…5,0 мм. Во внутренних слоях, отстоящих от поверхностей на расстояние более 5,5 мм, происходит частичное недоотверждение связующего. Таким образом, показано, что метод динамического механического анализа может быть использован в качестве инструментального средства контроля за наличием во внутренних слоях материала древесностружечной плиты компонентов термореактивного связующего, недоотвержденных в процессе горячего прессования, что поможет получить материал с более стабильными характеристиками. Благодарности: Исследование выполнено в рамках реализации Программы поддержки научно-педагогических работников ФГБОУ ВО «Алтайский государственный университет», проект «Применение методов цифровой обработки для интерпретации экспериментальных данных о структуре и свойствах древесины и древесных композитных материалов». Для цитирования: Скурыдин Ю.Г., Скурыдина Е.М. Послойный динамический модуль сдвига в поперечном сечении древесностружечной плиты // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 5. С. 143–156. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-5-143-156 | The research results are aimed at the formation of ideas concerning the features of molecular motion of the components of the outer and inner layers of the particle board material in the temperature range from room temperature to 275–300 °C, as well as at revealing the fact of binder undercuring in the inner layers. The paper provides data on the temperature dependences of the dynamic shear modulus of the outer and inner layers of the particle board material, obtained by dynamic mechanical analysis using a torsion pendulum. We found significant differences in the nature of the dependencies for samples taken at different distances from the surface layers. The material of the outer layers is characterized by the typical pattern of a continuous irregularly consistent decrease in the dynamic shear modulus with increasing temperature, which is common to most polymeric and composite materials. A short-term intermittent increase in the dynamic shear modulus relative to neighboring areas was detected in the inner layers at 140±5 °C, which is not typical for materials in a stable state. There is also a tendency for the dynamic shear modulus of the particle board material to decrease at room temperature with distance from the outer layers, due to the heterogeneous fractional composition and differences in the nature of chemical cross-linking during hot pressing. It has been assumed that the detected anomalous increase in the dynamic shear modulus in the inner layers of the material at 140±5 °С is a symptom of the binder post-treatment process directly in conditions of its heating when measuring the dynamic shear modulus by dynamic mechanical analysis. Thus, it is concluded that the particle board sample shows maximum curing of the thermosetting binder in the layers, which are 4.5–5.0 mm distant from both surfaces. Partial undercuring of the binder occurs in the inner layers, which are more than 5.5 mm away from the surfaces. Thus, it is shown that the method of dynamic mechanical analysis can be used as a tool to control the presence in the inner layers of the particle board material of the components of thermosetting binder, undercured in the hot pressing process, which will help to obtain a material with more stable characteristics. Acknowledgments: The research was carried out within the framework of the Support Program for scientific and pedagogical workers of the Altai State University, the project “Application of Digital Processing Methods for Interpretation of Experimental Data on the Structure and Properties of Wood and Wood Composite Materials”. For citation: Skurydin Yu.G., Skurydina E.M. Layer-by-Layer Dynamic Shear Modulus in the Cross-Section of a Particle Board. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2022, no. 5, pp. 143–156. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-5-143-156

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2022

Е.В. Томина | А.И. Дмитренков | К.В. Жужукин

Естественная структура древесины может выступать как матрица для модифицирования наночастицами различной химической природы. Цель работы – получение нанокомпозита на основе древесины путем ее модифицирования составами из отработанного растительного масла и наночастиц оксида цинка и исследование свойств этого нанокомпозита. В качестве объектов изучения были выбраны образцы древесины березы повислой. Масляной основой разрабатываемых пропиточных составов служило оставшееся после приготовления пищи рафинированное подсолнечное масло, наполнителем и модификатором – наноразмерный порошок оксида цинка. Для синтеза наночастиц оксида цинка применяли золь-гель метод, дающий узкий интервал распределения частиц по размерам. Как исходное вещество для синтеза наночастиц ZnO использовали нитрат цинка Zn(NO3)2·6H2O, как осадитель – водный раствор аммиака. Синтезированные наночастицы оксида цинка не содержали примесей и имели форму близкую к сферической, а их размер не превышал 20 нм. Размер агломератов частиц оксида цинка составлял не более 100 нм, что позволяло им легко проникать в полости древесного материала. Для модифицирования древесины готовили устойчивую суспензию синтезированного нанопорошка оксида цинка в отработанном подсолнечном масле. Обработку образцов древесины осуществляли методом горяче-холодной пропитки. Установлено, что использование наноразмерного оксида цинка ускоряет процесс высыхания покрытия из растительного масла, повышает прочность такого покрытия и его устойчивость к внешним воздействиям. Применение разработанных составов улучшает гидрофобные свойства древесины, ее влаго- и водостойкость, а также уменьшает разбухание в тангенциальном и радиальном направлениях. Выбрана оптимальная дозировка наноразмерного оксида цинка в составах на основе отработанного растительного масла для защитной обработки древесины березы – 0,1 %. Пропиточные составы на основе отработанного растительного масла обладают низкой токсичностью и их использование позволяет утилизировать отходы пищевого производства. Для цитирования: Томина Е.В., Дмитренков А.И., Жужукин К.В. Использование наноразмерного ZnO в составах для защитной обработки древесины // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 4. С. 173–184. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-4-173-184 | Wood natural structure can be considered as a suitable matrix for modifying with nanoparticles of various chemical nature. The research aims at obtaining a woodbased nanocomposite by modifying wood with compositions of waste vegetable oil and zinc oxide nanoparticles and studying the properties of this nanocomposite. Silver birch (Betula pendula) wood samples were chosen as study objects. Refined sunflower oil left after cooking was the oil base of the developed impregnating compositions; nanosized zinc oxide powder was the filler and modifier. The sol-gel method providing a narrow range of particle size distribution was used for synthesis of zinc oxide nanoparticles from Zn(NO3)2·6H2O as starting material. Aqueous ammonia solution was used as a precipitant. The synthesized zinc oxide nanoparticles contained no impurities, were mostly spherical and had the size less than 20 nm. The size of zinc oxide agglomerates was no more than 100 nm, allowing them to easily penetrate into the wood material cavities. A stable suspension of synthesized zinc oxide nanopowder in used sunflower oil was prepared and applied for wood modification by hot-and-cold bath treatment. It was found that the use of nanoscale zinc oxide accelerates the drying process of vegetable oil coating, increases the strength of such a coating and its resistance to external influences. The use of developed compositions improves the hydrophobic properties of wood, its moisture and water resistance, as well as reduces swelling in the tangential and radial directions. We have chosen the optimal dosage of nanosized zinc oxide (0.1 %) in compositions based on waste vegetable oil for protective treatment of birch wood. Impregnating compositions on the base of waste vegetable oil are environmentally safe and their use allows recycling food industry wastes. For citation: Tomina E.V., Dmitrenkov A.I., Zhuzhukin K.V. The Use of Nanosized ZnO in Compositions for Wood Protective Treatment. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2022, no. 4, pp. 173–184. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-4-173-184

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation