Теоретическое и экспериментальное обоснование характера взаимодействия модифицированных связующих с древесиной

Авторы

  • Д.С. Русаков Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова https://orcid.org/0000-0002-4344-2779
  • Г.С. Варанкина Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова https://orcid.org/0000-0003-3470-5124
  • А.Н. Чубинский Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова https://orcid.org/0000-0001-7914-8056

DOI:

https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-6-153-163

Ключевые слова:

фенолоформальдегидная смола, карбамидоформальдегидная смола, модифицированный клей, взаимодействие модифицированного клея с древесиной, поверхностные явления на границе раздела фаз, глубина проникновения жидкого клея, механизм взаимодействия модифицированного клея с древесиной

Аннотация

Существует множество методов анализа поверхностных явлений при склейке древесных материалов, взаимного расположения пор на подложке древесины и глубины проникновения жидкого клея в древесину. Наряду с оптическими используются электронно-микроскопические методы, атомно-силовая и сканирующая туннельная микроскопия, позволяющие оценить влияние факторов, характеризующих взаимодействие между молекулами жидкого клея и пористой поверхностью древесины. Для обоснования механизма взаимодействия модифицированных клеев с древесиной использовали фенолоформальдегидную смолу, модифицированную пектолом, и карбамидоформальдегидную смолу, модифицированную лигносульфонатами. Для исследования глубины проникновения клея в шпон применяли метод электронной микроскопии. Для производства фанеры брали модифицированные карбамидо- и фенолоформальдегидный клеи. После кондиционирования подготавливали образцы толщиной 0,025 мм и исследовали их на растровом электронном микроскопе. Показано, что при взаимодействии жидкого модифицированного пектолом фенолоформальдегидного клея с древесиной происходит последовательный рост молекулярной массы веществ и, соответственно, степени (глубины) проникновения. Исследуемые породы древесины – береза, сосна, лиственница – и модифицированные термореактивные карбамидо- и фенолоформальдегидные клеи являются полярными материалами (клей взаимодействует с молекулами древесины с образованием межмолекулярных связей, в том числе водородных). Рост молекулярной массы и свободно сочлененный характер основной цепи (макромолекулы жидкого модифицированного клея), содержащей в большом количестве полярные функциональные группы (клея и древесины), способствуют межмолекулярной ассоциации. Формирование клеевого соединения на основе модифицированного лигносульфонатами карбамидоформальдегидного клея с древесиной происходит за счет химического взаимодействия между гидроксильными группами макромолекул целлюлозы и метоксильными группами карбамидной смолы с образованием сложных эфиров (атомы водорода гидроксильных групп ОН замещены на углеводородные радикалы R). Образование связи между клеем и поверхностью древесины – результат действия сил молекулярного взаимодействия на границе раздела фаз жидкий клей – древесина, когда расстояние между молекулами одинаковой полярности (клея и древесины) составляет менее 0,5 нм. Далее наступает адсорбционное равновесие.
Для цитирования: Русаков Д.С., Варанкина Г.С., Чубинский А.Н. Теоретическое и экспериментальное обоснование характера взаимодействия модифицированных связующих с древесиной // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 6. С. 153–163. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-6-153-163

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Биографии авторов

Д.С. Русаков, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова

канд. техн. наук, доц.

Г.С. Варанкина, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова

д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: H-1922-2019

А.Н. Чубинский, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова

д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: I-9432-2016

Библиографические ссылки

Варанкина Г.С., Русаков Д.С. Модификация фенолоформальдегидной смолы побочными продуктами сульфатно-целлюлозного производства // Изв. СПбЛТА. 2013. Вып. 204. С. 130–137. Varankina G.S., Rusakov D.S. Modification of Phenol Resin by the By-Products of Sulphate Pulp Production. Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii = News of the Saint Petersburg State Forest Technical Academy, 2013, iss. 204, pp. 130–137. (In Russ.).

Варфоломеев А.А. Фенолоформальдегидные смолы, модифицированные лигнином // Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств: материалы науч.-практ. конф. Иркутск: ИрГТУ, 2007. С. 48–51. Varfolomeev A.A. Phenol Formaldehyde Resins Modified with Lignin. Prospects for the Development of Technology, Ecology and Automation of Chemical, Food and Metallurgical Industries: Proceedings of the Scientific and Practical Conference. Irkutsk, ISTU Publ., 2007, pp. 48–51. (In Russ.).

Варфоломеев А.А., Синегибская А.Д., Гоготов А.Ф. Модифицированные лигнинфенолоформальдегидные смолы // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы III Всерос. конф.: в 3 кн. Барнаул: АлтГУ, 2007. Кн. 3. С. 128–132. Varfolomeev A.A., Sinegibskaya A.D., Gogotov A.F. Modified Lignin Phenol Formaldehyde Resins. New Achievements in Chemistry and Chemical Technology of Plant Raw Materials: Proceedings of the 3rd All-Russian Conference: In 3 Books. Barnaul, ASU Publ., 2007, book 3, pp. 128–132. (In Russ.).

Кондратьев В.П. Новые виды экологически чистых синтетических смол для деревообработки // Деревообраб. пром-сть. 2002. № 4. С. 10−12. Kondratiev V.P. New Types of Environmentally Friendly Synthetic Resins for Woodworking. Derevoobrabativaushaya promishlennost’ = Woodworking industry, 2002, no. 4, pp. 10–12. (In Russ.).

Кондратьев В.П., Кондращенко В.И. Синтетические клеи для древесных материалов. М.: Науч. мир, 2004. 520 с. Kondratiev V.P., Kondrashchenko V.I. Synthetic Adhesives for Wood Materials. Moscow, Nauchnyy mir Publ., 2004. 520 p. (In Russ.).

Кондратьев В.П., Чубов А.Б., Соколова Е.Г. Новые виды эффективных клеев для производства водостойкой экологически чистой фанеры // Изв. СПбЛТА. 2010. Вып. 191. С. 169–179. Kondratiev V.P., Chubov A.B., Sokolova E.G. New Effective Adhesives For Manufacturing Of Water-Resistant And Ecologically Pure Plywood. Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii = News of the Saint Petersburg State Forest Technical Academy, 2010, iss. 191, pp. 169–179. (In Russ.).

Кондратьев В.П., Чубов А.Б., Соколова Е.Г. Совершенствование эксплуатационных свойств и технологии фанеры повышенной водостойкости // Изв. СПбЛТА. 2011. Вып. 194. С. 114–120. Kondratiev V.P., Chubov A.B., Sokolova E.G. The Improvement of Application Properties and Technology of Increased Water Resistance Plywood. Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii = News of the Saint Petersburg State Forest Technical Academy, 2011, iss. 194, pp. 114–120. (In Russ.).

Русаков Д.С., Варанкина Г.С., Чубинский А.Н. Модификация феноло- и карбамидоформальдегидных смол побочными продуктами производства целлюлозы // Клеи. Герметики.Технологии. 2017. № 8. С. 16–21. Rusakov D.S., Varankina G.S., Chubinskiy A.N. Modification of Phenol- and Urea-Formaldehyde Resins by Additive Products of Cellulose Manufacture. Klei. Germetiki. Tekhnologii = Adhesives. Sealants. Technologies, 2017, no. 8, pp. 16–21. (In Russ.).

Русаков Д.С., Bаранкина Г.С., Чубинский А.Н., Степанищева М.В. Влияние строения и структуры древесины различных пород на расход клея при производстве фанеры // Системы. Методы. Технологии. 2019. № 4(44). С. 112–117. Rusakov D.S., Varankina G.S., Chubinsky A.N., Stepanishcheva M.V. The Influence of the Structure and Texture of Wood of Various Species on the Consumption of Glue in the Production of Plywood. Systems. Methods. Technologies, 2019, no. 4(44), pp. 112–117. (In Russ.). https://doi.org/10.18324/2077-5415-2019-4-112-117

Русаков Д.С., Чубинский А.Н., Варанкина Г.С. Совершенствование технологии склеивания древесных материалов модифицированными клеями. СПб.: СПбГЛТУ, 2019. 127 с. Rusakov D.S., Chubinsky A.N., Varankina G.S. Improving the Technology of Gluing Wood Materials with Modified Adhesives. Saint Petersburg, SPbFTU Publ., 2019. 127 p. (In Russ.).

Русаков Д.С., Чубинский А.Н., Русакова Л.Н., Варанкина Г.С. Исследование свойств модифицированных фенолоформальдегидных клеев // Изв. СПбЛТА. 2018. Вып. 222. С. 155–174. Rusakov D.S., Chubinsky A.N., Rusakova L.N., Varankina G.S. Investigation of the Properties of Modified Phenol-Formaldehyde Adhesives. Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii = News of the Saint Petersburg State Forest Technical Academy, 2018, iss. 222, pp. 155–174. (In Russ.). https://doi.org/10.21266/2079-4304.2018.222.155-174

Ravikovitch P.I., Neimark A.V. Calculations of Pore Size Distributions in Nanoporous Materials from Adsorption and Desorption Isotherms. Studies in Surface Science and Catalysis, 2000, vol. 129, pp. 597–606. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(00)80262-1

Rouquerol J., Avnir D., Fairbridge C.W., Everett D.H., Haynes J.M., Pernicone N., Ramsay J.D.F., Sing K.S.W., Unger K.K. Recommendations for the Characterization of Porous Solids (Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 1994, vol. 66, no. 8, pp. 1739–1758. https://doi.org/10.1351/pac199466081739

Rouquerol J., Llewellyn P., Rouquerol F. Is the BET Equation Applicable to Microporous Adsorbents? Studies in Surface Science and Catalysis, 2007, vol. 160, pp. 49–56. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(07)80008-5

Selbo M.L. Adhesive Bonding of Wood. Technical Bulletin No. 1512. Washington, D.C., USDA, 1975. 124 p.

Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti R.A., Rouquerol J., Siemieniewska T. Reporting Physisorption Data for Gas/Solid Systems with Special Reference to the Determination of Surface Area and Porosity (Recommendations 1984). Pure and Applied Chemistry, 1985, vol. 57, no. 4, pp. 603–619. https://doi.org/10.1351/pac198557040603

Stoeckli H.F., Kraehenbuehl F. The External Surface of Microporous Carbons, Derived from Adsorption and Immersion Studies. Carbon, 1984, vol. 22, iss. 3, pp. 297–299. https://doi.org/10.1016/0008-6223(84)90174-X

Ugolev B.N. Wood as a Natural Smart Material. Wood Science and Technology, 2014, vol. 48, iss. 3, pp. 553–568. https://doi.org/10.1007/s00226-013-0611-2

Ustinov E.A., Fenelonov V.B., Yakovlev V.A., Eletskii P.I. Characterization of the Porous Structure of Carbon Materials by Means of Density Functional Theory. Kinetics and Catalysis, 2007, vol. 48, iss. 4, pp. 589–598. https://doi.org/10.1134/S0023158407040180

Walton K.S., Snurr R.Q. Applicability of the BET Method for Determining Surface Areas of Microporous Metal−Organic Frameworks. Journal of the American Chemical Society, 2007, vol. 129, iss. 27, pp. 8552–8556. https://doi.org/10.1021/ja071174k

Загрузки

Опубликован

16.12.2022

Как цитировать

Русаков, Д., Г. Варанкина, и А. Чубинский. «Теоретическое и экспериментальное обоснование характера взаимодействия модифицированных связующих с древесиной». Лесной журнал, вып. 6, декабрь 2022 г., сс. 153-6, doi:10.37482/0536-1036-2022-6-153-163.

Выпуск

Раздел

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ