Формирование структуры плит малой плотности из гидродинамически активированных мягких отходов деревообработки
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2019-5-148Ключевые слова:
плиты малой плотности, опилки, аутогезия, структура плит, электронная микроскопия, сорбция, гидродинамическая обработкаАннотация
Древесные плиты находят широкое применение во многих областях, особенно в домостроении. В последние 20 лет активно проводятся исследования в области получения древесных плит малой плотности. В статье приводятся результаты работ по изучению влияния гидродинамической обработки древесных частиц (опилок) на их физические свойства и геометрические характеристики в целях выяснения механизма аутогезионного взаимодействия в процессе формирования плитных материалов малой плотности без использования связующих веществ. Обработка частиц проводилась в гидродинамическом диспергаторе роторно-пульсационного типа. Для оценки степени обработки использовался показатель водоудерживающей способности. Для контроля за величиной фибриллирования древесных частиц и увеличением доступных межфазных поверхностей в результате обработки применены метод определения адсорбции воды древесиной и растровая электронная микроскопия. Для сохранения капиллярной структуры гидродинамически обработанной древесной массы ее замораживали при температуре –60 ºС, после чего подвергали лиофильной сушке. Построены изотермы сорбции исходных опилок, опилок, обработанных в гидродинамическом диспергаторе и лиофильно высушенных, а также полученных древесных плит малой плотности. Установлено, что изотермы сорбции гидродинамически обработанных и лиофильно высушенных древесных частиц существенно отличаются от изотерм исходных опилок и готовых плит. Проведенные расчеты по методу Брунауэра, Эммета, Тейлора показали, что удельная поверхность обработанных и лиофильно высушенных древесных частиц составляет около 350 м2/г абс. сухой массы, исходных опилок и полученных плит – примерно 130 м2/г абс. сухой массы. Это говорит о том, что гидродинамическая обработка позволяет существенно повысить фибриллирование древесных частиц, тем самым увеличить площадь доступных межфазных поверхностей, что создает условия для аутогезионного взаимодействия между частицами, в результате чего формируется структура плит без использования связующих веществ. Методом растровой электронной микроскопии изучена динамика изменения геометрических характеристик древесных частиц в процессе гидродинамической обработки, установлено, что при этом происходит измельчение древесных опилок и увеличивается доля лентообразных частиц в виде частично разрушенных трахеид с фибрилированными поверхностями. При высокой степени обработки (водоудерживающая способность по Джайме – 250 %) древесная масса становится более однородной.
Для цитирования: Ермолин В.Н., Баяндин М.А., Казицин С.Н., Намятов А.В. Формирование структуры плит малой плотности из гидродинамически активированных мягких отходов деревообработки // Лесн. журн. 2019. № 5. С. 148–157. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.5.148
Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, правительства Красноярского края, краевого фонда науки в рамках научного проекта «Исследование процессов структурообразования материалов из кавитационно активированной древесины».
Скачивания
Библиографические ссылки
Алашкевич Ю.Д. Основы теории гидродинамической обработки волокнистых материалов в размольных машинах: дис. ... д-ра техн. наук. Красноярск, 1986. 361 с. [Alashkevich Yu.D. Fundamentals of the Theory of Hydrodynamic Processing of Fibrous Materials in Grinding Machines: Dr. Eng. Sci. Diss. Krasnoyarsk, 1986. 361 p.].
Баяндин М.А., Ермолин В.Н., Елисеев С.Г. Влияние механоактивации на аутогезионные свойства древесины // Хвойные бореальной зоны. 2013. Т. 31, № 1-2. С. 159–163. [Bayandin M.A., Ermolin V.N., Eliseyev S.G. Influence of Mechanical Activation on the Autogenous Properties of Wood. Hvojnye boreal’noj zony [Conifers of the boreal area], 2013, vol. 31, no. 1-2, рp. 159–163].
Колосовская Е.А., Лоскутов С.Р., Чудинов Б.С. Физические основы взаимодействия древесины с водой. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. 216 с. [Kolosovskaya E.A., Loskutov S.R., Chudinov B.S. Physical Principles of Interaction between Wood and Water. Novosibirsk, Nauka Publ., 1989. 216 p.].
Намятов А.В., Баяндин М.А., Казицин С.Н., Ермолин В.Н. Исследование свойств плит малой плотности из механоактивированных древесных частиц без использования связующих веществ // Строение, свойства и качество древесины – 2018: материалы VI Междунар. симп. им. Б.Н. Уголева, посвященного 50-летию Регионального координационного совета по современным проблемам древесиноведения (Красноярск, 10–16 сент. 2018 г.). Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2018. С. 149–151. [Namyatov A.V., Bayandin M.A., Kazitsin S.N., Ermolin V.N. Investigation of the Properties of Boards, Small Density from Mechano-Activated Wood Chips without Adhesives. Wood Structure, Properties and Quality – 2018: in honor of B.N. Ugolev. Proceedings of the 6th RCCWS International Symposium Dedicated to the 50th Anniversary of the Regional Coordinating Council of Wood Science, Krasnoyarsk, September 10–16, 2018. Novosibirsk, SB RAS Publ., pp. 149–152].
Чистова Н.Г. Переработка древесных отходов в технологическом процессе получения древесноволокнистых плит: дис. … д-ра техн. наук. Красноярск, 2010. 461 с. [Chistova N.G. Recycling of Wood Wastes in the Technological Process of Obtaining Fiberboard: Dr. Eng. Sci. Diss. Krasnoyarsk, 2010. 461 p.].
Alemdar A., Sain M. Biocomposites from Wheat Straw Nanofibers: Morphology, Thermal and Mechanical Properties. Composites Science and Technology, 2008, vol. 68, iss. 2, pp. 557–565. DOI: 10.1016/j.compscitech.2007.05.044
Badel E., Delisee C., Lux J. 3D Structural Characterisation, Deformation Measurements and Assessment of Low-Density Wood Fibreboard under Compression: The Use of X-Ray Microtomography. Composites Science and Technology, 2008, vol. 68, iss. 7-8, pp. 1654–1663. DOI: 10.1016/j.compscitech.2008.02.013
Cervin N.T., Andersson L., Ng J.B.S., Olin P., Bergström L., Wågberg L. Lightweight and Strong Cellulose Materials Made from Aqueous Foams Stabilized by Nanofibrillated Cellulose. Biomacromolecules, 2013, vol. 14(2), pp. 503–511. DOI: 10.1021/bm301755u
Chapman K.M. Wood-Based Panels: Particleboard, Fibreboards and Oriented Strand Board. Primary Wood Processing. Dordrecht, Springer, 2006, pp. 427–475. DOI: 10.1007/1-4020-4393-7_12
Ermolin V.N., Bayandin M.A., Kazitsin S.N. Mechanical Activation of Wood for Adhesive-Free Board Production. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2016, vol. 155, no. 1, art. 012038. DOI: 10.1088/1757-899X/155/1/012038
Fengel D., Wegener G. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Berlin, Walter de Gruyter, 1984. 613 p.
Gellert R. Natural Fibre and Fibre Composite Materials for Insulation in Buildings. Materials for Energy Efficiency and Thermal Comfort in Buildings. 2010, pp. 229–256. DOI: 10.1533/9781845699277.2.229
Jayme G. Zellstoff und Papier. 1961, vol. 11, рp. 432–438.
Kawasaki T., Zhang M., Kawai S. Manufacture and Properties of Ultra-Low-Density Fiberboard. Journal of Wood Science, 1998, vol. 44, iss. 5, pp. 354–360. DOI: 10.1007/BF01130447
Li J., Yang X., Xiu H., Dong H., Song T., Ma F., Feng P., Zhang X., Kozliak E., Ji Y. Structure and Performance Control of Plant Fiber Based Foam Material by Fibrillation via Refining Treatment. Industrial Crops and Products, 2019, vol. 128, pp. 186–193. DOI: 10.1016/j.indcrop.2018.10.085
Shanks R.A. Chemistry and Structure of Cellulosic Fibres as Reinforcements in Natural Fibre Composites. Natural Fibre Composites. Oxford, Woodhead Publishing, 2014, pp. 66–83. DOI: 10.1533/9780857099228.1.66
Velásquez J.A., Ferrando F., Salvadó J. Binderless Fiberboard from Steam Exploded Miscanthus sinensis: The Effect of a Grinding Process. Holz als Roh- Und Werkstoff, 2002, vol. 60, iss. 4, pp. 297–302. DOI: 10.1007/s00107-002-0304-2
Xie Y., Tong Q., Chen Y., Liu J., Lin M. Manufacture and Properties of Ultra-Low Density Fibreboard from Wood Fibre. BioResources, 2011, vol. 6, no. 4, pp. 4055–4066.
