CC BY
9БЕУШЕВА О.С., МУСЬКО Н.П., СКУРЫДИН Ю.Г.
дом в индивидуальной целлюлозе (рисунок 3).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании проведенных исследований с помощью метода ДМА установлено, что нагревание древесины лиственницы выше 220 0С приводит к рассстекловыванию целлюлозы. Нагревание выше 280 °С - к термической деструкции ее компонентов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Перепечко, И.И. Введение в физику полимеров. М.: Химия. 1978. - 312с.
2. Перепечко, И.И. Акустические методы исследования полимеров. М.: Химия. 1973. - 295c.
3. Малкин А.Я., Аскадский А.А. Методы измерения механических свойств полимеров. М.: Химия. 1978. - 336с.
4. Насонов А.Д. Исследование влияния пространственной сетки на вязкоупругие свойства аморфных полимеров низкочастотным акустическим методом. Дисс. на соиск. уч. ст. к. физ.-мат. наук. // Калинин. 1979. - 208с.
5. Якобсон М.К., Эриньш П.П. // Химия древесины. - 1981. № 3. С. 3- 14.
ИЗУЧЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ СВЯЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ
ИЗГОТОВЛЕНИИ ПЛИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ
О.С. Беушева, Н.П. Мусько, М.М. Чемерис
Методом динамического механического анализа изучено возможность образования связующих веществ из модифицированной, методом взрывного автогидролиза, древесины лиственницы.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время большой экологической проблемой является накопление отходов древесины и в частности древесины лиственницы, не находящих применения в объемах, достаточных для их полной и полезной утилизации. Одним из направлений использования древесных отходов является производство плитных материалов. В настоящее время в качестве связующих веществ при их производстве используют токсичные смолы, которые опасны для человекаю. Поэтому поиск новых экологически чистых связующих веществ и технологий изготовления плит стоит остро. Публикации последних лет, свидетельствуют о возможности использования метода взрывного автогидролиза (ВАГ) для получения экологически безопасных плитных материалов [1, 2]. В процессе взрывного автогидролиза отдельные компоненты древесины притерпевают химические превращения, в результате которых непосредственно в обработанном материале образуются компоненты с активными химическими группами, способными вступать мужду собой в реакцию
с образованием полимерных продуктов, играющих роль связующих веществ.
Свойства плитных материалов, полученных из активированной древесины, зависят от количества компонентов, образующихся в процессе модификации и вступающих в реакцию образования связующих веществ при прессовании плитных материалов. Следует предположить, что немаловажными факторами, влияющими на свойства плитных материалов, будут и структурные превращения компонентов древесины, происходящие в процессе взрывного автогидролиза и при изготовлении плитных материалов.
При работе с полимерными материалами важной информацией являются данные о структурных превращениях. Для изучения закономерностей поведения основных компонентов активированной древесины лиственницы в процессе прессования был применен метод динамического механического анализа.
ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ МЕТОДОМ ДИНАМИЧЕСКОГО
МЕХАНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В качестве исходного сырья для производства плит использовалась щепа древесины лиственницы Сибирской после выделения из нее биологически активных веществ. В исследованиях применялась щепа с размером частиц 25*15*5 мм. Перед проведением взрывного гидролиза щепа обрабатывалась водой. Гидромодуль обработки 2:1 [3]. Взрывной автогидролиз щепы проводился в специальном автоклаве. После взрывного автогидролиза лигноуглеводный материал высушивался на воздухе. Из высушенной массы формировался ковер, и проводилось горячее прессование. Древесную массу после ВАГ и готовые плитные материалы подвергли анализу на содержание редуцирующих веществ (РВ) по методике [4]. Структурные превращения, происходящие под действием высокой температуры, изучались методом динамического механического анализа.
зультаты хорошо согласуются с полученными методом ДМА (рисунки 1-3).
Таблица 1
Влияние температуры прессования на количество редуцирующих веществ участвующих в образовании связующего агента в компози-
ционном материале
Параметры прессования Количество РВ участвующих в образовании связующих веществ, %
Температура прессования, 0С (условия прессования: давление 5,2 МПа, время 5 минут) 120 6,4
130 6,7
140 8,0
150 9,9
Древесная масса после ВАГ содержит 15,4 % РВ
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При горячем прессовании волокнистой массы, полученной взрывным гидролизом, редуцирующие вещества и фрагменты лигнина, вступают в реакцию конденсации с образованием термореактивных смол, являющихся связующим агентом в композитном материале, поэтому количество редуцирующих веществ должно снижаться. На скорость реакциии конденсации, а, следовательно, и на физико-механические показатели плитных материалов будут оказывать влияние температура и давление прессования.
Структура древесины нарушается в процессе ВАГ, водородные связи рвутся, и подвижность цепей макромолекул увеличивается, что подтверждается более резким снижением модуля динамического сдвига, по сравнению с исходной древесиной, в интервале температур от комнатной до 50 °С (рисунок 1, 2, 3). Температурные переходы, связанные с температурой стеклования целлюлозы смещены в более низкотемпературную область, по сравнению с исходной древесиной, что связано с пластифицирующим влиянием редуцирующих веществ образующихся в процессе ВАГ [4].
Влияние температуры прессования на физико-механические показатели плитных материалов представлены в таблице 2.
При увеличении температуры прессования со 120 0С до 150 0С количество РВ участвующих в образовании связующих веществ растет с 6,4 % до 9,9 % (таблица 1). Прочность плитных материалов так же возрастает с увеличением температуры с 20 МПа (при 120 0С) до 49 МПа (при 140 0С). Данные ре-
Таблица 2
Влияние температуры прессования на физико-механические показатели плит
Температура пресс-сования, 0 С Плотность, кг/м3 Прочность на изгиб, МПа Разбухание, % Водо-поглощение, %
120 1163 20 15 19
130 1227 29 7 9
140 1259 49 6 5
150 1233 33 9 9
Условия прессования: давление 5,2 МПа, время 5 минут.
0,9
0,8
0,7
С 0,6 и
о" 0,5 0,4 0,3 0,2
0
I—
100
I—
150
I—
250
I А /по
Рисунок 1. Температурные зависимости динамического модуля сдвига G', первой и второй температурной производной С при на-
гревании ЛЦМ до 120 °С
200
•г
БЕУШЕВА О.С., МУСЬКО Н.П., ЧЕМЕРИС М.М.
10 -
ы 5 -
-
с 0 -
и
н -5 -■
тз
О -10 -
ТЗ
-15 -
-20 -
1,4 -
1,2 -
Й 1,0 -
С -
и 0,8 -
О 0,6 -
0,4 -
0,2 -
0
1,0
■ 0,5
С и
-0,0 £
о
-о
-0,5
1- -1,0
50
100
150
200
250
Рисунок 2. Температурные зависимости динамического модуля сдвига С, первой и второй температурной производной С при нагревании ЛЦМ до 130 °С
0 -5 -10 -15 -20 -25 -30
50
100
150
200
250
- 1
"аз
с
1-Ч
н
ТЗ
ъ
43
1- -1
Рисунок 3. Температурные зависимости динамического модуля сдвига С, первой и второй температурной производной С при нагревании ЛЦМ до 140 °С
2
0
0
о
Г*
ИЗУЧЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ СВЯЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПЛИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ
С увеличением температуры прессования ЛЦМ температурные переходы смещаются в более высокотемпературную область, по сравнению с исходной древесиной лиственницы, что связано с протеканием химических реакций между компонентами активированной ЛЦМ при образовании связующих веществ в процессе прессовании. На рисунках 1 и 2 видно нехарактерное и ранее нигде неописанное увеличение динамического модуля сдвига при температуре примерно 140 °С. Однако на рисунке 3 роста динамического модуля сдвига при этой температуре не наблюдается. Это свидетельствует о том, что для полного протекания химических реакций происходящих при нагревании ЛЦМ необходима температура не ниже 140 0С.
При дальнейшем увеличении температуры до 150 0С несмотря на рост количества РВ участвующих в реакции конденсации прочность композита падает, это связано с деструкцией древесного наполнителя о чем свидетельствует потемнение плитного материала.
При росте температуры прессования наблюдается рост плотности композита за счет увеличения количества сшитых структур и уменьшения свободного объема в волокнистой массе. Из таблицы 1 видно, что происходит увеличение плотности с 1163 кг/м (при 120 0С) до 1259 кг/м3 (при 140 0С), что соответствует максимальной прочности плитных материалов (49 МПа). При дальнейшем увеличении температуры прессования происходит снижение плотности до 1233 кг/м3 (при 150 0С). При анализе данных таблицы 1 видно, что с возрастанием плотности композита улучшается водостойкость древесных плит.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, модификация древесины методом ВАГ позволяет получить структурные элементы необходимые для образования связующих веществ. Температура из-
готовления в области 140 0С является оптимальной для получения плитных материалов с высокими физико-механическими показателями.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беушева, О.С. Влияние активации компонентов древесины на свойства плитных материалов [Текст] / О.С. Беушева, Н.П. Мусько, М.М. Чемерис // Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий: материалы IV Международной научной конференции. - Томск: изд-во ТПУ, 2006, Т 1. С.198 - 200.
2. Беушева, О.С. Роль легкогидролизуемых полисахаридов древесины лиственницы в процессе изготовления плитных материалов [Текст] / О.С. Беушева, Н.П. Мусько, М.М. Чемерис // Журнал прикладной химии.- 2006. Т. 79. Вып. 2. - С.340 - 342.
3. Беушева, О.С. Изучение процесса взрывного автогидролиза древесины лиственницы. [Текст] / О.С. Беушева, Н.П. Мусько, М.М. Чемерис // Лесной и химический комплексы: проблемы и решения: материалы Всероссийской научно-практической кон-ференции.-Красноярск: Сиб.ГТУ, 2003.Т.1-С.409 - 414.
4. Беушева, О.С. Исследование температурных переходов в древесине лиственницы методом динамического механического анализа [Текст] / О.С. Беушева, Н.П. Мусько, А.В. Коренев // Материалы 3-ей Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь». Алт.ГТУ им. И.И. Ползунова.- Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006.- С.147-149.
5. Беушева, О.С. Влияние условий прессования на свойства плитных материалов изготовленных из гидротермически обработанной древесины лиственницы [Текст] / О.С. Беушева, Н.П. Мусько, М.М. Чемерис // Известия высших учебных заведений. Строительство, №5, 2006. - С.48 - 51.
