Воронеж, Воронежская область, Россия
Воронеж, Россия
Воронеж, Россия
УДК 630 Лесное хозяйство. Лесоводство
Вопрос экологичности фанеры остается актуальным в современной деревообрабатывающей промышленности. Наномодификация древесных плитных материалов является одним из перспективных методов решения данной проблемы. Оптическим, химическим и ИК-спектроскопическим методами исследовали и обосновали наличие характерных особенностей нанокомпозита в полученном композиционном материале фанеры на основе шпона березы повислой (Betula pendula Roth) и карбамидоформальдегидной смолы, модифицированной нанокристаллической целлюлозой. Доказано преимущество карбамидоформальдегидного связующего при сравнении с фенолформальдегидным для производства фанерного нанокомпозита при активации наномодифицированного связующего ультразвуком и фанеры – в импульсном магнитном поле. Установлено влияние компонентов комплексного связующего на морфологию поверхности отвержденного клея и изготовленной композиционной фанеры: гомогенизация связующего, улучшение качества клеевого шва и адгезионных процессов. Экологичность нанокомпозита оценивалась по содержанию формальдегида в связующем и фанере. Подтверждено влияние кристаллической наноцеллюлозы на улучшение экологических характеристик формальдегидного связующего: снижение содержания формальдегида в карбамидоформальдегидном связующем на 42,3% (с 0,882% до 0,509%), р<0,05; в фенолоформальдегидном связующем – на 11,9% (с 0,084% до 0,074%), р<0,05. Класс эмиссии формальдегида фанеры на модифицированном нанокристаллической целлюлозой карбамидоформальдегидном связующем снижается с Е2 до Е1 (с 13,82 до 7,70 мг/100 г абс. сухой фанеры), р<0,05, а фанеры, полученной на фенолоформальдегидном связующем с наноцеллюлозой, остаётся без изменения – равным Е2 (с 15,58 до 8,35 мг/100 г абс. сухой фанеры), р<0,05. Производство полученной нанокомпозитной эко-фанеры должно существенно расширить области использования фанеры в качестве конструкционного материала.
нанокристаллическая целлюлоза, нанокомпозитная фанера, импульсное магнитное поле, шпон, ультразвуковое поле, модификация
1. Fayomi O.S.I, Okwilagwe O., O. Agboola O., Oyedepo S.O, Popoola A.P.I. Assessment of composite materials in advance application: A mini overview. Materials Today: Proceedings. 2021; 38 (5): 2402-2405. ISSN 2214-7853. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.07.344.
2. Saberi A., Bakhsheshi-Rad H.R., Karamian E. et al. Synthesis and Characterization of Hot Extruded Magnesium-Zinc Nano-Composites Containing Low Content of Graphene Oxide for Implant Applications. Phys Mesomech. 2021; 24: 486–502. DOI: https://doi.org/10.1134/S1029959921040135.
3. Zhao J., Haowei M., Saberi A., Heydari Z., Baltatu, M.S. Carbon Nanotube (CNT) Encapsulated Magnesium-Based Nanocomposites to Improve Mechanical, Degradation and Antibacterial Performances for Biomedical Device Applications. Coatings. 2022; 12: 1589. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings12101589.
4. Лишних М. А. Виды и свойства нанокомпозитов на основе полимерных материалов. Вестник науки. 2022; 6(51): 363-367. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=48615669.
5. Ali Dorieh, Peyman Pouresmaeel Selakjani, Mohammad Hassan Shahavi, Antonio Pizzi, Sogand Ghafari Movahed, Mohammad Farajollah Pour, Roozbeh Aghaei. Recent developments in the performance of micro/nanoparticle-modified urea-formaldehyde resins used as wood-based composite binders: A review. International Journal of Adhesion and Adhesives. 2022; 114: 103106. ISSN 0143-7496. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2022.103106.
6. Sotayo A., Bradley D., Bather M., Sareh P., Oudjene M., El-Houjeyri I., Harte A.M., Mehra S., O’Ceallaigh C., Haller P., Namari S., Makradi A., Belouettar S., Bouhala L., Deneufbourg F., Guan Z. Review of state of the art of dowel laminated timber members and densified wood materials as sustainable engineered wood products for construction and building applications. Dev Built Environ. 2020; 1: 100004. ISSN 0144-8617. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dibe.2019.100004.
7. Tianxiang Wang, Yue Wang, Roberto Crocetti, Magnus Wålinder. In-plane mechanical properties of birch plywood. Construction and Building Materials. 2022; 340: 127852. ISSN 0950-0618. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127852.
8. Нифталиев, Р. М. Виды древесных плит и их применение. Агропродовольственная политика России. 2020; 4: 40-45. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=44220047.
9. Pavlo Bekhta, Emilia-Adela Salca, Aurel Lunguleasa. Some properties of plywood panels manufactured from combinations of thermally densified and non-densified veneers of different thicknesses in one structure. Journal of Building Engineering. 2020; 29: 101116. ISSN 2352-7102. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.101116.
10. Шишакина О. А. Полимерные композиционные материалы в строительстве. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019; 12-2: 234-238. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=42364000.
11. Antov P., Lee S., Lubis M.A.R., Yadav S.M. Potential of Nanomaterials in Bio-Based Wood Adhesives: An Overview. In: Taghiyari, H.R., Morrell, J.J., Husen, A. (eds) Emerging Nanomaterials. Springer, Cham. 2023; 25-63. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-17378-3_2.
12. Hossein Khanjanzadeh, Rabi Behrooz, Nader Bahramifar, Stefan Pinkl, Wolfgang Gindl-Altmutter. Application of surface chemical functionalized cellulose nanocrystals to improve the performance of UF adhesives used in wood based composites - MDF type. Carbohydrate Polymers. 2019; 206: 11-20. ISSN 0144-8617. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.10.115.
13. Kristak L., Antov P., Bekhta P., Lubis M. A. R., Iswanto, A. H. Reh R., Hejna A. Recent progress in ultra-low formaldehyde emitting adhesive systems and formaldehyde scavengers in wood-based panels: a review. Wood Material Science & Engineering. 2022; 18(2): 763–782. DOI: https://doi.org/10.1080/17480272.2022.2056080.
14. Indrayudh Mondal, Megan Groves, Erin M. Driver, Wendy Vittori, Rolf U. Halden. Carcinogenic formaldehyde in U.S. residential buildings: Mass inventories, human health impacts, and associated healthcare costs. Science of The Total Environment. 2024; 944: 173640. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173640.
15. Yaoxing Chen, Yongjing Rao, Peng Liu, Linlin Wu, Guojie Zhang, Jianguo Zhang, Fengwei Xie. High-amylose starch-based gel as green adhesive for plywood: Adhesive property, water-resistance, and flame-retardancy. Carbohydrate Polymers 2024; 339: 122247. ISSN 0144-8617. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122247.
16. Antov P., Savov V., Neykov N. Sustainable bio-based adhesives for eco-friendly wood composites. A revie. Wood Res. 2020; 65(1): 51-62. DOI: https://doi.org/10.37763/wr.1336-4561/65.1.051062.
17. Pasko Y.V., Machneva O.P. Properties of Wood-Fiber Board Manufactured with the Use of UFC-FF Modified Urea–Formaldehyde Resin. Polym. Sci. Ser. D. 2023; 16: 758–761. DOI: https://doi.org/10.1134/S1995421223030243.
18. Xu G., Liang J., Zhang B. et al. Performance and structures of urea-formaldehyde resins prepared with different formaldehyde solutions. Wood Sci Technol. 2021; 55: 1419–1437. DOI: https://doi.org/10.1007/s00226-021-01280-y.
19. Yang H., Wang H., Du G., Ni K., Wu Y., Su H., Water Gao, Tan X., Yang Z., Yang L., Ran X.. Ureido hyperbranched polymer modified urea-formaldehyde resin as high-performance particleboard adhesive. Materials. 2023; 16(11): 4021. DOI: https://doi.org/10.3390/ma16114021.
20. Danilowska A., Kowaluk G. The use of coffee bean post-extraction residues as a filler in plywood technology. Ann WULS–SGGW for and Wood Technol. 2020; 109: 24–31. DOI: https://doi.org/10.5604/01.3001.0014.3091.
21. Jinxia Li, Fantao Ren, Xuan Liu, Guihua Chen, Xingong Li, Yan Qing, Yiqiang Wu, Ming Liu. Eco-friendly fiberboards with low formaldehyde content and enhanced mechanical properties produced with activated soybean protein isolate modified urea-formaldehyde resin. European Polymer Journal. 2024; 210: 113002. ISSN 0014-3057. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2024.113002.
22. Bayani S., Taghiyari H.R., Papadopoulos A.N. Physical and Mechanical Properties of Thermally-Modified Beech Wood Impregnated with Silver Nano-Suspension and Their Relationship with the Crystallinity of Cellulose. Polymers. 2019; 11: 1538. DOI: https://doi.org/10.3390/polym11101538.
23. Lirya Silva L. C. et al. Heat Transfer and Physical-Mechanical Properties Analysis of Particleboard Produced with ZnO Nanoparticles Addition. BioResources. 2019; 14 (4): 9904-9915. ISSN: 1930-2126. DOI: https://doi.org/10.15376/biores.14.4.9904-9915.
24. Gul W., Shah S.R.A., Khan A., Pruncu, C.I. Characterization of Zinc Oxide-Urea Formaldehyde Nano Resin and Its Impact on the Physical Performance of Medium-Density Fiberboard. Polymers. 2021; 13: 371. DOI: https://doi.org/10.3390/polym13030371.
25. Radosław Auriga, Aneta Gumowska, Karol Szymanowski, Anita Wronka, Eduardo Robles, Przemysław Ocipka, Grzegorz Kowaluk. Performance properties of plywood composites reinforced with carbon fibers. Composite Structures. 2020; 248: 112533. ISSN 0263-8223. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112533.
26. Pour M. F., Mehdinia M., Kiamahalleh M. V., Hoseini K. D., Hatefnia H., & Dorieh A. Biological durability of particleboard: fungicidal properties of Ag and Cu nanoparticles against Trametes versicolor white-rot fungus. Wood Material Science & Engineering. 2021; 17(6): 929–936. DOI: https://doi.org/10.1080/17480272.2021.1977996.
27. Jovanović V., Samaržija-Jovanović S., Petković B.B. et al. Nano-silica-based urea–formaldehyde composite with some derivates of coumarin as formaldehyde scavenger: hydrolytical and thermal stability. Polym. Bull. 2021; 78: 399–413. DOI: https://doi.org/10.1007/s00289-020-03114-6.
28. Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori, Mirela Angelita Artner, Rilton Alves de Freitas, Washington Luiz Esteves Magalhães. Alumina nanoparticles as formaldehyde scavenger for urea-formaldehyde resin: Rheological and in-situ cure performance. Composites Part B: Engineering. 2019; 176: 107281. ISSN 1359-8368. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107281.
29. Lubis M. A. R., Park B. D. Enhancing the performance of low molar ratio urea–formaldehyde resin adhesives via in-situ modification with intercalated nanoclay. The Journal of Adhesion. 2020; 97(14): 1271–1290. DOI: https://doi.org/10.1080/00218464.2020.1753515.
30. Salthammer T. Formaldehyde sources, formaldehyde concentrations and air exchange rates in European housings. // Build Environ. 2019; 150: 219-232. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dib.2018.11.096.
31. Ющенко Е.В. Магнитообработанный композиционный материал для производства фанеры на основе уплотненного шпона осины (Populus tremula L.) и комплексного связующего с нанокристаллической целлюлозой. Лесотехнический журнал. 2024; 14 (1): 219–237. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=67863743.
32. Aleksandr Evhenovych Kolosov, Elena Petryvna Kolosova, Volodymyr Volodymyrovych Vanin, Anish Khan. 25 - Ultrasonic treatment in the production of classical composites and carbon nanocomposites. Editor(s): Anish Khan, Mohammad Jawaid, Inamuddin, Abdullah Mohamed Asiri. In Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering. Nanocarbon and its Composites. Woodhead Publishing. 2019; 733-780. ISBN 9780081025093 DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102509-3.00025-0.
33. Zhu J.Y., Agarwal U.P., Ciesielski P.N. et al. Towards sustainable production and utilization of plant-biomass-based nanomaterials: a review and analysis of recent developments. Biotechnol Biofuels. 2021; 14: 114. DOI: https://doi.org/10.1186/s13068-021-01963-5.
34. Savov V. Nanomaterials to Improve Properties in Wood-Based Composite Panels. In: Taghiyari, H.R., Morrell, J.J., Husen, A. (eds) Emerging Nanomaterials. Springer, Cham. 2023; 135-153. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-17378-3_5.
35. Chen C, Berglund L, Burgerd B, Hu L. Wood nanomaterials and nanotechnologies. Adv Mater. 2021; 33(28): 2006207. DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202006207.
36. Amin Moslemi, Mohsen Zolfagharlou koohi, Tayebeh Behzad, Antonio Pizzi Addition of cellulose nanofibers extracted from rice straw to urea formaldehyde resin; effect on the adhesive characteristics and medium density fiberboard properties // International Journal of Adhesion and Adhesives. 2020; 99: 102582. ISSN 0143-7496. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102582.
