CC BY
19
ТЕХНОЛОГИЯ ЗАГОТОВКИ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ДРЕВЕСИНЫ
УДК 674.815
Хвойные бореальной зоны. 2022. Т. XL, № 5. С. 430-438
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ И РЕЖИМОВ ПЕРЕРАБОТКИ ШИШКИ СОСНЫ СИБИРСКОЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДЕКОРАТИВНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
А. И. Криворотова, В. Д. Эскин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский Рабочий», 31
E-mail: tkmkai@mail.ru
В статье рассмотрены основные известные способы переработки шишки сосны сибирской в декоративный композиционный материал, разработана методика создания декоративного композиционного материала на основе существующих способов переработки биомассы хвойных пород древесины, исследованы возможности использования клеев различных видов и происхождения для изготовления декоративного материала, проведены испытания физико-механических свойств полученных образцов.
Научная новизна работы заключается в использовании клея природного происхождения для изготовления декоративного материала с высокими физико-механическими характеристиками на основе биомассы хвойных пород древесины. В результате проведения трехфакторного эксперимента установлен оптимальный режим горячего прессования, который характеризуется температурой прессования 130 °С, удельной продолжительностью 1,35 мин/мм, давлением прессования 1,2 МПа. Сравнительный анализ физико-механических свойств образцов на основе биоклея, клея ПВА и карбамидоформальдегидной смолы показал соответствие требованиям, предъявляемым по прочностным показателям к материалам декоративного назначения. Установлено, что наибольшими прочностными показателями обладают образцы материала на основе карбамидоформальдегидной смолы, но имеют существенный недостаток в виде выделения из готового материла свободного формальдегида, что ограничивает возможности его применения в качестве декоративного материала с оздоравливающими свойствами.
Ключевые слова: кедропласт, биомасса хвойных, шишка, биоклей, экологичность, плитные материалы, декоративность, физико-механические свойства, режим прессования.
Conifers of the boreal area. 2022, Vol. XL, No. 5, P. 430-438
INVESTIGATION OF METHODS AND MODES OF PROCESSING SIBERIAN PINE CONES IN THE MANUFACTURE OF DECORATIVE COMPOSITE MATERIAL
A. I. Krivorotova, V. D. Eskin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii Rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: tkmkai@mail.ru
The article discusses the main known methods of processing Siberian pine cones into decorative composite material, developed a technique for creating decorative composite material based on existing methods of processing softwood biomass, investigated the possibility of using adhesives of various types and origin for the manufacture of decorative material, conducted tests of the physical and mechanical properties of the samples obtained.
The scientific novelty of the work lies in the use of glue of natural origin for the manufacture of decorative material with high physical and mechanical characteristics based on the biomass of coniferous wood species. As a result of the three-factor experiment, the optimal hot pressing mode was established, which is characterized by a pressing temperature of 130 ° C, a specific duration of 1.35 min / mm, and a pressing pressure of 1.2 MPa. A comparative analysis of the physical and mechanical properties of samples based on bio-glue, PVA glue and urea-formaldehyde resin showed compliance with the requirements for strength indicators for decorative materials. It has been established that the samples of the material based on urea-formaldehyde resin have the greatest strength indicators, but they have a significant drawback in the form of the release of free formaldehyde from the finished material, which limits the possibilities of its use as a decorative material with healing properties.
Keywords: cedarplast, coniferous biomass, pine cone, binoculars, environmental friendliness, slab materials, decorative, physical and mechanical properties, pressing mode.
ВВЕДЕНИЕ
Общепринятым термином «биомасса дерева» обозначают такие части древовидного растения как листья, хвоя, шишки, неодревесневшие побеги, сучья, ветви, вершины, ствол дерева, кора и корневая система.
Технологии деревообрабатывающей промышленности в большинстве своем основаны на переработке стволовой части дерева. Оставшаяся часть биомассы практически не перерабатывается. Однако общемировые тенденции, основанные на понимании уменьшения запасов древесины, показывают рост числа технологии, основанных на комплексной переработке древесины, что называется «от иголки до корней». За последние 10 лет увеличились объемы глубокой переработки древесины, включая максимальное использование отходов от лесозаготовок и деревопереработ-ки, при этом постоянно проводится изучение дополнительных возможностей экономии древесины во всех отраслях народного хозяйства. Тем не менее, следует отметить, что количество неиспользованной биомассы дерева во многих случаях превышает количество использованной древесины. Часть неиспользованной биомассы остается на лесосеках и считается отходами. Образовавшиеся отходы на лесосеках или деревоперерабатывающих предприятиях либо попросту сгнивают на местах заготовки и переработки, либо сжигаются. При использовании только стволовой древесины потери биомассы при лесозаготовке могут составлять до 35-40 %.
Национальный проект «Экология» реализуется в Российской Федерации с 2018 года. В его состав входит федеральный проект «Сохранение лесов», основной задачей которого является обеспечение баланса выбытия и воспроизводства лесов к 2024 году в 100 % соотношении [1]. Общая площадь земель лесного фонда Красноярского края составляет около 164 072,4 тыс. га. [2]. Согласно рейтингу абсолютных данных о фактической площади искусственного лесо-восстановления и лесоразведения в Красноярском края за 2019 год площадь искусственного восстановления составила 6978,8 га (7 место из 82), за 2020 год -10 713,1 га (2 место из 82) [3]. Тем не менее, это нельзя рассматривать как рациональное использование лесного фонда края, так как в настоящее время количество изымаемых из окружающей среды лесов значительно превышает их возобновление. Это связано с большими площадями вырубок, пожарами, гибелью лесов от различных вредителей. Красноярский край в 2018 году по эффективности ведения лесного хозяйства располагался на 62 месте (81 место), в 2019 году -на 70 месте (82 места) [3]. Для увеличения площади искусственного лесовосстановления необходимо увеличить количество заготавливаемых в лесничествах семян для выращивания сеянцев. Одновременно это приведет к увеличению отходов, образующихся после обрушения шишки с целью извлечения семян.
Переработка таких отходов, как шелуха, скорлупа и остовы шишек, ведется достаточно редко и сводится к использованию их в качестве удобрений или мульчи [4]. Наиболее известны способы переработки отходов
шелушения семенных шишек кедра, которые используются для получения кедрового масла и других продуктов, содержащих биологически активные вещества, используемые в фармацевтической отрасли. Комплексная переработка биомассы кедрового ореха освещена в достаточно большом количестве научных работ [5-9; 16; 19]. Биомасса шишек остальных хвойных пород перерабатывается значительно реже.
В производстве композиционных материалов отходы обрушения шишки практически не используются. Наиболее успешным примером такой переработки может служить материал «Кедропласт» - шелуха, остовы кедровой шишки, скорлупа ореха, живица запрессовываются под определенным давлением при повышенной температуре с получением ровных или рельефных плиток [10].
Учитывая, что переработка древесины хвойных пород занимает большую нишу в экономике края необходимо постоянно рассматривать как способы восстановления лесов, так и увеличение процента переработки бисмассы самого дерева. Традиционно и крона хвойных деревьев, и различного вида лесосечные отходы используется очень мало. Хвоя частично перерабатывается на хвойно-витаминную муку. Лесосечные отходы практически не используются, так как их утилизация связана с дополнительными финансовыми затратами для заготовителя. Вместе с хвоей, ветками и сучьями на лесозаготовительных участках остается большое количество отходов древесной шишки. При валке дерева ветви вместе с находящимися на них шишками обрезаются и остаются на лесосеках.
Сбором, переработкой шишек и получением семян и саженцев на территории Сибири занимается несколько лесничеств. Одно из них - Иланское лесничество Красноярского края занимается заготовкой семян хвойных пород древесины в промышленном масштабе. Заготовка в лесничествах начинается в октябре и завершается только весной. Например, в 2018 году собрали порядка 5 тонн семян ели, сосны и лиственницы и больше 11 тонн семян кедра. Этого достаточно, чтобы увеличить процент лесовосстановления. Планируется к 2024 году значительно увеличить заготовку семян и прийти к балансу между вырубкой леса и его воспроизводством. Для этого предполагается открыть еще один цех для сушки сосновой шишки. Такой вид деятельности пользуется поддержкой краевых и федеральных властей. Одной из проблем Илан-ского лесничества является утилизация остатка шишки после извлечения семян. Полученные отходы измеряются тоннами. Самым простым способом решения данной проблемы является продажа отсева шишки населению. Однако полноценно такой способ проблему не решает.
Еще одной крупной компанией, занимающейся заготовкой семян, посевом, выращиванием, закаливанием семян и сбором урожая, является Сибирская лесовосстановительная компания. Компания целено-правлено изучала теорию и практику выращивания хвойников, перенимала опыт у коллег в России и за рубежом. В 2019 году учредили «Сибирскую Лесо-
восстановительную Компанию», построили первые три теплицы площадью 4400 кв. м и в 2020 году вырастили и реализовали более 1,7 миллиона сеянцев сосны с закрытой корневой системой, проведя, тем самым, комплекс работ по лесовосстановлению в Иркутской области. Объемы производства в 2021 году достигли: 3 миллионов сеянцев сосны обыкновенной и 1,5 миллионов сеянцев лиственницы сибирской [17]. Десятки тонн семян хвойных пород деревьев было собрано силами более мелких лесничеств Красноярского края и заинтересованными лесопользователями. Это семена елей и сосен, в том числе кедровые семена. Большая часть собранного материала после необходимой сертификации на лесосеменной станции была распределена по лесным питомникам края, другая же - использована для выращивания леса посевным способом.
В среднем для получения, например, 1 кг семян сибирской сосны требуется 100 кг сосновой шишки, таким образом, можно сделать вывод, что биомасса шишек хвойных пород древесины в достаточном количестве образуется и на предприятиях по извлечению семенного материала, и на предприятиях химической промышленности. Эта биомасса требует дальнейшей переработки [18].
Основные способы переработки биомассы древесных пород заключаются в применении химических способов с целью получения экстрактивных веществ и использовании этой биомассы в производстве композиционных материалов. Экономическое значение хвойных в первую очередь связывают с использованием экстрактивных веществ, представляющих собой исключительно ценный материал для химической промышленности. Из шишек в зависимости от породного состава методом экстрагирования извлекают биологически активные веществе (пинены, фелланд-рены, борнилацетат, туйон и другие), эфирные масла. Эфирные масла, содержащие биологически активные компоненты, в частности указанные выше, возможно использовать как в натуральном виде, так и в качестве сырьевой субстанции для создания лекарственных препаратов.
Самым известным композитом из шишки сосны сибирской является «Кедропласт». Это различного вида декоративные изделия из отходов кедровых шишек, полученные путем прессования при нагреве под давлением с выдержкой и фиксации поверхностей изделия при комнатной температуре. Прессование выполняют при нагреве от 120 до 130 °С под давлением от 100 до 125 кг/см2. Фиксацию поверхностей проводят под грузом 10-20 кг/м2 около 30 дней. Полученные изделия кроме декоративных свойств обладают оздоровительным эффектом и высокими прочностными характеристиками.
Кедропласт экологически чистый материал из шелухи кедровой шишки, скорлупы кедрового ореха, остовов шишек, единственным связующим элементом которого является смола кедра. В этом его уникальность и главное отличие от древесноволокнистых или древесностружечных плит.
Один из способов получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев, предусмат-
ривающий предварительную стабилизацию отходов по влажности на уровне от 5 до 6 %, введение в них полимерного связующего поливинилацетатной дисперсии в количестве от 12 до 15 % от сухой массы основы, представлен в работе [11]. Полученную шихту подвергают сушке при температуре от 80 до 90 °С в течение 30 мин и проводят прессование при нагреве от 140 до 150 °С под давлением от 80 до 100 кг/см2. Однако использование химических ингредиентов в составе изделия ухудшает полезные свойства облицовочных плиток, создаваемые натуральным продуктом.
Другой способ получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев [12], основан на прессовании шелухи кедровых шишек в металлической матрице при нагреве от 60 до 75 °С под давлением от 30 до 50 кг/см2 в течение 8-12 мин. После прессования проводят фиксацию без давления лицевой и тыльной поверхностей изделия и выдерживают в течение от 20 до 24 ч при комнатной температуре. Полученные изделия имеют существенный недостаток рыхлую с воздушными включениями поверхность и малую прочность.
Еще один способ использования поливинилацета-тадля получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев представлен в работе [13]. Полученную массу после высушивания засыпают в металлическую матрицу и прессуют при нагреве от 150 до 170 °С под давлением от 20 до 40 кг/см2 с выдержкой от 1,1 до 1,7 мин/мм толщины изделия. Далее изделия выдерживают в течение 12 часов под грузом от 100 до 150 кг/м2 при комнатной температуре.
Известны примеры использования в качестве нагрева сырья СВЧ-поля [14], что позволяет сократить длительность цикла и улучшить качество готовых изделий. Исходное сырье влажностью от 5 до 8 % помещают в СВЧ-поле мощностью от 650 до 750 Вт на 2-4 мин до полного прогрева сырья до температуры 80-90 °С, затем помещают в холодную пресс-форму и проводят прессование в течение 8-10 мин.
В работе [15], автор предлагает технологию с уменьшением температуры прессования и увеличения давления с более продолжительной выдержкой. Предлагаемый режим прессования при нагреве от 120 до 130 °С под давлением от 100 до 125 кг/м2 является оптимальным для достижения требуемого качества изделий. Низкая температура от 120 до 130 °С воздействия на сырье является достаточной для его формования и в то же время не оказывает жесткого воздействия, ухудшающего защитные и оздоровительные свойства кедра, т. е. не разрушает способность выделять в значительной концентрации фитонциды, фла-вониды и другие ароматические вещества, создающие оздоровительный эффект.
Таким образом, в предлагаемой работе были определены следующие направления исследований: определение вида связующего наиболее полно обеспечивающего сохранение экологических и фитонцидных свойств материала; исследование возможности создания декоративного материала с высокими прочностными свойствами; исследование физико-механических свойств полученного материала;
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Для исследования применялись частицы измельченной сосновой шишки фракции 10 и 7/дно, заготовленные на территории Красноярского края. В качестве связующего были использованы: стекло натриевое жидкое ГОСТ 13078-81, клей ПВА марки Д 51С по ГОСТ 18992-80, биоклей производства ЗАО «Био-Эко», карбамидоформальдегидная смола марки КФМТ-15 ГОСТ 14231-88, эпоксидная смола ГОСТ Р 56211-2014 и отвердитель эпоксидной смолы.
Измельчение производилось дробилкой барабанного типа марки RM-300.
В работе представлены пять видов декоративного материала из биомассы хвойных пород древесины. Методика изготовления материала имеет одинаковую основу для всех видов плит с некоторыми особенностями в каждом конкретном случае. Взвешивается расчетное количество ранее измельченных частиц сосновой шишки и расчетное количество связующего вещества. Масса измельченных частиц фракции 10 составляет 60 % от расчетной массы сырья и 40 % для фракции 7/дно. Измельченную биомассу смешивают со связующим. Полученную смесь укладывают на поддон или пресс-форму, в зависимости от способа твердения связующего вещества. Прессование плиты на основе жидкого клея и клея ПВА происходит в холодном прессе. Для плит на основе ПВА предусмотрена выдержка в пресс-форме в течение 24 часов при комнатной температуре. Плиты на основе биоклея изготавливались методом горячего и холодного прессования. Плиты на основе эпоксидной смолы формируются и отверждаются без воздействия давления. Для затвердевания эпоксидной смолы требуется около 12 часов при комнатной температуре.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ,
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Подбор связующего вещества осуществлялся с учетом существующих видов композиционных материалов с изученными и описанными характеристиками.
В ходе теоретических исследований были определены следующие виды клеевых составов, удовлетворяющих требуемым характеристикам: жидкое стекло, биоклей, клей ПВА, карбамидоформальдегидная смола, эпоксидная смола.
В процессе работы были изготовлены опытные образцы с использованием вышеперечисленных видов клеевых составов.
Прессование образцов на основе жидкого стекла производилось при комнатной температуре с приложением нагрузки и последующей выдержкой в пресс-форме в течение 6 ч. Образцы на основе жидкого стекла имеют достаточную прочность, держат форму. Однако в процессе выдержки после прессования при температуре выше комнатной и повышенной влажности форма образцов претерпевает изменения, клеевые контакты расходятся и образец меняет форму.
Для образцов на основе биоклея были применены два способа прессования: холодное и горячее. Холодное прессование производилось при комнатной температуре с приложением усилия в пресс-форме с по-
следующей выдержкой в течение 24 ч. Полученные образцы плохо держали форму и не обеспечивали плотного слипания частиц материала. Горячее прессование образцов на основе биоклея производилось при температуре 130±5 °С, давлении 1,2 МПа, в течение 15 минут с последующим охлаждением в течение 60 мин. Образцы материала обладали достаточной плотностью и прочностью с ярко выраженной декоративной поверхностью темно-коричневого цвета.
Прессование образцов на основе клея ПВА проводилось при комнатных условиях в пресс-форме с выдержкой в течение 24 ч. Полученные образцы обладали достаточной прочностью, имели гладкую декоративную поверхность.
Прессование образцов на основе карбамидофор-мальдегидной смолы производилось по стандартному режиму прессования древесностружечных плит: температура 120 °С, давление прессования 1,2 МПа, продолжительность прессования для плиты толщиной 10 мм составила 8 мин. В качестве отвердителя используется хлористый аммоний, в количестве 1 % от массы карбамидоформальдегидной смолы. Плиты при использовании связующего на основе карбамидной смолы обладают высокой прочностью, хорошей водостойкостью, имеют ярко-коричневый цвет с декоративной поверхностью.
Изготовление образцов на основе эпоксидной смолы заключается в заполнении формы готовым раствором смолы, с последующей выдержкой. В эпоксидную смолу добавляют отвердитель равный 1:10 массы используемого количества эпоксидной смолы. Полное затвердевание эпоксидной смолы происходит в течение 24 часов. Поверхности готовых плит подвергаются полировке. Образцы на основе эпоксидной смолы обладают высокой прочностью и высокими декоративными свойствами.
По результатам предварительных экспериментов были приняты следующие решения: несмотря на высокие физико-механические свойства образцов на основе эпоксидной смолы отказаться от ее исследования в дальнейшей работе, так как образцы материала на ее основе имеют законченный внешний вид и высокие эксплуатационные свойства и не требуют изменения в составе; исследование образцов декоративного материала на основе карбамидоформальдегидной смолы продолжить для возможности реализации сравнительного анализа свойств декоративного материла на основе других клеевых составов. При этом отметить, что данную смолу нельзя рекомендовать для изготовления декоративного материала из биомассы хвойных ввиду ее низкой экологичности.
Ввиду отсутствия литературных данных о параметрах режима прессования материалов на основе биоклея был проведен трехфакторный эксперимент по определению режима прессования, обеспечивающего высокие эксплуатационные свойства плит на основе данного клеевого состава. Факторы и уровни их варьирования приведены в таблице.
Оценку влияния исследуемых факторов на прочность при статическом изгибе декоративного материала на основе биоклея проводили по графической интерпретации уравнения регрессии и графикам
эффектов факторов и эффектов их взаимодействий, приведенных на рис. 1-5. Как видно из представленных на рис. 1 зависимостей наибольшее влияние на прочность при статическом изгибе оказывает температура прессования. С увеличением температуры прессования до 135 °С происходит увеличение прочности плиты, при дальнейшем повышении температуры прочность снижается. Это объясняется в первую очередь физико-химическими свойствами биоклея. При превышении предела температур в биоклее начинается процесс деструкции, происходит спекание клея до кристаллообразного состояния, которое препятствует обволакиванию клеем частиц биомассы и прочность композиции падает. Давление прессование практически не влияет на прочностные характеристики материала, так как обеспечивает только создание требуемой плотности материала, которая в случае с изготовлением декоративного материала всегда контролировалась на уровне от 720 до 750 кг/м3. Продолжительность прессования оказывает на прочность декоративного материала аналогичное влияние, как и температура. Однако данное влияние имеет значительно менее выраженный характер. При изменении температуры прессования прочность изменилась на величину около 0,35 МПа, а при изменении продолжительности прессования на величину 0,09 МПа.
При рассмотрении совместного влияния факторов на прочность материала при статическом изгибе следует отметить совместное влияние температуры прессования с давлением и продолжительностью прессо-
вания. При увеличении температуры и нахождении одного из двух оставшихся факторов на основном уровне варьирования более высокая прочность наблюдается при минимальных значениях одного из оставшихся факторов. То есть при минимальной температуре прессования прочность образцов при увеличении продолжительности прессования выше на величину от 0,25 до 0,35 МПа, чем при максимальной температуре, а при увеличении давления прессования на величину от 0,30 до 0,35 МПа.
В результате математической обработки экспериментальных данных, было получено уравнение регрессии, адекватно описывающее зависимость предела прочности при статическом изгибе от режима прессования:
стизг = 8,309 - 0,026 х р - 0,022 х т - 0,157 х Т -
- 0,021 х р2 + 0,005 х р х т - 0,015 х р х Т -
- 0,081 х х2 - 0,023 х х х Т - 0,196 х Т2.
где Р - давление прессования, МПа; х - удельная продолжительность прессования, мин/мм; Т - температура прессования, °С.
При оптимизации полученной зависимости с помощью программы «Statgraphics» установлено, что оптимальными параметрами, обеспечивающими максимальную прочность декоративного материала на основе биомассы хвойных пород и биоклея является температура прессования 130 °С, удельная продолжительность 1,35 мин/мм, давление прессования 1,2 МПа.
Факторы и уровни варьирования режима прессования декоративного материала на основе биоклея
Уровни варьирования
Наименование фактора Обозначение верхний основной нижний
+1 0 -1
Давление прессования, МПа P/Xi 1,8 1,5 1,2
Удельная продолжительность прессования, мин/мм Туд/Х2 4,0 2,5 1,0
Температура прессования, °С Т/Х3 160 140 120
8,4
8,2
7,9
-1,0 1,0 Factor A
-1,0 1,0 Factor B
-1,0 1,0 Factor C
Рис. 1. График эффектов факторов:
Factor A - давление прессования, МПа; Factor B - удельная продолжительность прессования, мин/ мм; Factor C - температура прессования, °С
3
8
¡,3
8,2
7,9
G 7,8 -
-1,0 1,0 AB
-1,0 1,0 AC
-1,0 1,0 BC
Рис. 2. График эффектов взаимодействия факторов:
АВ - давление прессования, МПа, удельная продолжительность прессования, мин/мм; АС - давление прессование, МПа, температура прессования, °С; ВС - удельная продолжительность прессования, мин/мм, температура прессования, °С
-0,2 0,2 Factor A
1
0,6
0,2
-0,2 -0,6
-1 Factor B
Рис. 3. Графическая интерпретация уравнения регрессии:
Factor A - давление прессования, МПа; Factor B - удельная продолжительность прессования, мин/мм
8
Рис. 4. Графическая интерпретация уравнения регрессии:
Factor A - давление прессования, МПа; Factor C - температура прессования, °С
Рис. 5. Графическая интерпретация уравнения регрессии:
Factor B - удельная продолжительность прессования, мин/мм; Factor C - температура прессования, °С
С целью сравнительного анализа свойств декоративного материла из биомассы хвойных пород с использованием различных видов связующих, были изготовлены образцы на основе биоклея, карбамидо-формальдегидной смолы и клея ПВА имеющие одинаковую плотность. Исследовались: прочность при статическом изгибе, прочность при разрыве перпендикулярно пласти, водопоглощение за 24 ч, разбухание за 24 ч.
На рис. 6 приведены результаты исследований образцов на предел прочности при статическом изгибе. Показатели предела прочности при статическом изгибе образцов на основе биоклея превышают показатели образцов на основе ПВА, но уступают образцам материала изготовленного с использованием карбамидо-формальдегидной смолы. В целом необходимо отметить, что образцы декоративного материала на основе биомассы хвойных пород древесины имеют меньшие показатели прочности при статическом изгибе в сравнении с древесностружечными плитами на основе карбамидоформальдегидной смолы. Прочность древесностружечных плит марки Р1 составляет не менее 10,5 МПа для рассматриваемых толщин, марки Р2 -не менее 11 МПа. Данные значения превышают представленные на рисунке 6 на величину от 2,25 до 2,5 МПа, что объясняется в первую очередь свойствами самой биомассы хвойных. В сравнении со стружкой измельченная биомасса имеет меньшую плотность, более разнообразную форму после измельчения и, следовательно, обеспечивают менее качественное сцепление между собой в процессе прессования. Тем не менее, полученной прочности достаточно для заявленного применения данного материала - в качестве декоративных элементов. Дополнительно следует отметить, что прочность образцов на основе карбами-доформальдегидной смолы практически удовлетворяет требованиям стандарта к древесностружечным плитам.
На рис. 7 приведены результаты исследований образцов на предел прочности при разрыве перпендикулярно пласти. Предел прочности при разрыве перпендикулярно пласти у образцов на основе биоклея и карбамидоформальдегидной смолы имеет достаточно близкие значения и превосходит показатели образца на основе клея ПВА. В сравнении с древесностружечными плитами марки Р1 образцы на основе биоклея и карбамидной смолы имеют соответствующие стандарту показатели, плита на основе ПВА данному стандарту на удовлетворяет.
На рис. 8 приведены результаты исследований на водопоглощение за 24 ч. Учитывая, что показатели водопоглощения и разбухания древесностружечных плит по ГОСТ 10632-2014 не нормируется, сравнительный анализ данных показателей проводили по имеющимся литературным данным. Минимальный процент водопоглощения имеет образец на основе карбамидоформальдегидной смолы, максимальный -на основе ПВА. Следует отметить, что образец на основе биоклея имеет значения незначительно превышающее показатель плит на основе карбамидофор-мальдегидной смолы. Также необходимо отметить, что для древесностружечной плиты на основе карба-
мидоформальдегидной смолы в литературе приводятся данные по водопоглащению от 12 до 23 %. Следовательно, все представленные плиты удовлетворяют заявленным требованиям.
На рис. 9 приведены результаты исследований на разбухание. Разбухание по толщине исследуемых образцов составило от 23,4 до 28,7 %. Данные значения также сопоставимы со значениями, которые наблюдаются у древесностружечных плиты.
Рис. 6. Результаты показателей при определении предела прочности при статическом изгибе образцов плит.
Образцы из биомассы хвойных пород с использованием: 1 - биоклея; 2 - ПВА; 3 - карбамидоформальдегидной
Рис. 7. Результаты показателей при определении предела прочности при разрыве перпендикулярно пласти образцов плит.
Образцы из биомассы хвойных пород с использованием: 1 - биоклея; 2 - ПВА; 3 - карбамидоформальдегидной
Рис. 8. Результаты испытания образцов на водопоглощение.
Образцы из биомассы хвойных пород с использованием: 1 - биоклея; 2 - ПВА; 3 - карбамидоформальдегидной
смолы
смолы
35
<D
Й 20
5 0
1 2 3
Образцы
Рис. 9. Результаты испытания образцов на разбухание.
Образцы из биомассы хвойных пород с использованием: 1 - биоклея; 2 - ПВА; 3 - карбамидоформальдегидной смолы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенной работы авторами были сделаны следующие выводы:
1. Образцы на основе биоклея, клея ПВА и карбамидоформальдегидной смолы соответствуют требованиям, предъявляемым по прочностным показателям к материалам декоративного назначения.
2. Наибольшими прочностными показателями обладают образцы материала на основе карбамидофор-мальдегидной смолы.
3. Учитывая, что образцы на основе карбамидо-формальдегидной смолы имеют существенный недостаток в виде выделения из готового материла свободного формальдегида, и следовательно, не обладают таким важным качеством как экологическая чистота к применению рекомендуется декоративный материал на основе биоклея.
4. Оптимальным режимом прессования декоративного материала на основе биомассы хвойных пород и биоклея является температура прессования 130 °С, удельная продолжительность 1,35 мин/мм, давление прессования 1,2 МПа; наибольшее влияние на прочность декоративного материала на основе биоклея оказывает температура прессования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Министерство природных ресурсов и экологии РФ [Электронный ресурс]. URL: http://www.mnr.gov. ru/press/news/federalnyy_proekt_sokhranenie_lesov_voss tanovleno_245_tysyach_ga_lesnykh_nasazhdeniy/ (дата обращения: 10.03.2021).
2. Министерство природных ресурсов и экологии РФ [Электронный ресурс]. URL: https://www.mnr.gov. ru/activity/regions/krasnoyarskiy_kray/ (дата обращения: 10.03.2021).
3. Федеральное агентство лесного хозяйства [Электронный ресурс]. URL: http://rosleshoz.gov.ru/rates/ reforestation_artifitial (дата обращения: 9.03.2021).
4. САУ лесного хозяйства ВО «Вологдалесхоз» [Электронный ресурс]. URL: https://vologdaleshoz.ru/ produktsiya/mulcha-iz-shishek-khvoj nykh-porod (дата обращения: 10.03.2021).
5. Пат. 2096443 Российская Федерация, МПК6 С1 С11 В 1/10.Способ получения кедрового масла / Руб-чевская Л. П., Лебедева О. И., Ушанова В. М., Репях
С. М., Лобадина М. Н. № 95103692/13; заявл. 07.03.95; опубл. 20.11.97, Бюл. № 32. 4 с.
6. Пат. 2138541 Российская Федерация, МПК6 С1 С11 В 1/10.Комплексная переработка кедрового ореха / Рубчев-ская Л. П., Лебедева О. И., Ушанова В. М., Девятловская А. Н., Пронина Л. В., Репях С. М. № 96116042/13; заявл. 02.08.96; опубл. 27.09.99, Бюл. № 27. 4 с.
7. Пат. 2194745 Российская Федерация, МПК7 С2 С11 В 1/10.Способ получения кедрового масла / Лебедева О. И., Ушанова В. М., Рубчевская Л. П., Репях С. М. № 2000119332/13; заявл. 19.07.2000; опубл. 20.12.2002, Бюл. № 35. 3 с.
8. Пат. 2174011 Российская Федерация, МПК7 А61 К 35/78, С07 С 37/80. Способ получения полифенолов / Рубчевская Л. П., Лебедева О. И., Ушанова В. М., Лисс Е. В., Репях С. М. № 99115296/04; заявл. 12.07.1999; опубл. 27.09.2001, Бюл. № 27. 3 с.
9. Лис Е. В. Химический состав шишек Pinus si-birica R. Mayr : дис. ... канд. химич. наук. Красноярск : СибГТУ, 2006. 151 с.
10. Кедровая плитка [Электронный ресурс]. URL: http://xn—7sbbfjfzkgi3api9azp.xn--p1ai/ (дата обращения: 29.03.2021).
11. Патент № 2121925 Российская Федерация, МПК B44C 1/24 (1995.01). Способ получения декоративных изделий из отходов деревьев : № 96111764/12 : заявл. 11.06.1996 : опубл. 20.11.1998 / Красовский Е.А., Хромов А.В. 5 с. : ил. Текст : непосредственный.
12. Патент №2229389 Российская Федерация, МПК B44C 1/24(2006.01). Способ получения декоративных изделий из отходов кедровых деревьев : № 2015104136/12 : заявл. 09.02. 2015 : опубл. 20.10.2016 / Хромов А. В., Гегедеш Ю. Ю. 13 с. : ил. Текст : непосредственный.
13. Патент № 2235023 Российская Федерация, МПК B44C 1/24(2006.01). Способ получения декоративных изделий из отходов шишек хвойных деревьев : № 2002129654/12 : заявл. 04.11.2002 : опубл. 27.08.2004 / Жарков А. С., Потапов М. Г., Пьянков С. А., Кожарский С. П., Шалюта В. Н., Ганжа В. В. 6 с. : ил. Текст : непосредственный.
14. Патент № 2343078 Российская Федерация, МПК B44C 5/04(2006.01), B44C 1/24(2006.01). Способ получения декоративных изделий из отходов кедровых шишек : № 2006125261/12 : заявл. 13.07. 2006 : опубл. 10.01.2009 / Степченко В. М. 5 с. : ил. Текст : непосредственный.
15. Патент № № 2442697 Российская Федерация, МПК B44C 1/24 (2006.01). Способ получения декоративных изделий из отходов деревьев хвойных пород : № 2011100434/12 : заявл. 11.01.2011 : опубл. 20.02.2012 / Хантургаев А. Г., Ширеторова В. Г., Ко-това Т. И., Хантургаева Г. И., Залуцкий А. В., Алексеев Г.Т. 7 с. : ил. Текст : непосредственный.
16. Экстракция ценных компонентов из лесосечных отходов / Сафина А. В., Тимербаев Н. Ф., Зиат-динова Д. Ф., Арсланова Г. Р. Текст : непосредственный // ИВУЗ Лесной журнал. 2018. № 1. С. 109-119.
17. Сибирская Лесовосстановительная Компания : сайт. Шелехов, 2019. URL: https://siblescompany.ru/ #rec173932841 (дата обращения: 13.04.2021). Текст : электронный.
18. Переработка шишек хвойных пород. Лекция : сайт. Москва, 2007. URL: https://lektsia.com/2x6db2. html (дата обращения: 27.02.2021). Текст : электронный.
19. Allbest : Комплексная переработка сосны : сайт. Волгоград, 2020. URL: https://otherreferats.allbest. ru/manufacture/00619844_0.html (дата обращения: 21.02.2021). Текст : электронный.
REFERENCES
1. Ministerstvo prirodnykh resursov i ekologii RF [Elektronnyy resurs]. URL: http://www.mnr.gov.ru/press/ news/federalnyy_proekt_sokhranenie_lesov_vosstanovlen o_245_tysyach_ga_lesnykh_nasazhdeniy/ (data obrash-cheniya: 10.03.2021).
2. Ministerstvo prirodnykh resursov i ekologii RF [Elektronnyy resurs]. URL: https://www.mnr.gov.ru/ activity/regions/krasnoyarskiy_kray/ (data obrashcheniya: 10.03.2021).
3. Federal'noye agentstvo lesnogo khozyaystva [Elektronnyy resurs]. URL: http://rosleshoz.gov.ru/rates/ reforestation_artificial (data obrashcheniya: 9.03.2021).
4. SAU lesnogo khozyaystva VO «Vologdaleskhoz» [Elektronnyy resurs]. URL: https://vologdaleshoz.ru/ produktsiya/mulcha-iz-shishek-khvoj nykh-porod (data obrashcheniya: 10.03.2021).
5. Pat. 2096443 Rossiyskaya Federatsiya, MPK6 S1 S11 V 1/10.Sposob polucheniya kedrovogo masla / Rubchevskaya L. P., Lebedeva O. I., Ushanova V. M., Repyakh S. M., Lobadina M. N. № 95103692/13; zayavl. 07.03.95; opubl. 20.11.97, Byul. № 32. 4 s.
6. Pat. 2138541 Rossiyskaya Federatsiya, MPK6 S1 S11 V 1/10.Kompleksnaya pererabotka kedrovogo orekha / Rubchevskaya L. P., Lebedeva O. I., Ushanova V. M., Devyatlovskaya A. N., Pronina L. V., Repyakh S. M. № 96116042/13; zayavl. 02.08.96; opubl. 27.09.99, Byul. № 27. 4 s.
7. Pat. 2194745 Rossiyskaya Federatsiya, MPK7 S2 S11 V 1/10.Sposob polucheniya kedrovogo masla / Lebedeva O. I., Ushanova V. M., Rubchevskaya L. P., Repyakh S. M. № 2000119332/13; zayavl. 19.07.2000; opubl. 20.12.2002, Byul. № 35. 3 s.
8. Pat. 2174011 Rossiyskaya Federatsiya, MPK7 A61 K 35/78, S07 S 37/80. Sposob polucheniya polifenolov / Rubchevskaya L. P., Lebedeva O. I., Ushanova V. M., Liss E. V., Repyakh S. M. № 99115296/04; zayavl. 12.07.1999; opubl. 27.09.2001, Byul. № 27. 3 s.
9. Lis E. V. Khimicheskiy sostav shishek Pinus sibirica R. Mayr : dis. ... kand. khimich. nauk. Krasnoyarsk : SibGTU, 2006. 151 s.
10. Kedrovaya plitka [Elektronnyy resurs]. URL: http://xn—7sbbfjfzkgi3api9azp.xn--p1ai/ (data obrashcheniya: 29.03.2021).
11. Patent № 2121925 Rossiyskaya Federatsiya, MPK B44C 1/24 (1995.01). Sposob polucheniya dekorativnykh izdeliy iz otkhodov derev'yev : № 96111764/12 : zayavl. 11.06.1996 : opubl. 20.11.1998 / Krasovskiy E.A., Khromov A.V. 5 s. : il. Tekst : neposredstvennyy.
12. Patent №2229389 Rossiyskaya Federatsiya, MPK B44C 1/24(2006.01). Sposob polucheniya dekorativnykh izdeliy iz otkhodov kedrovykh derev'yev : № 2015104136/12 : zayavl. 09.02. 2015 : opubl. 20.10.2016 / Khromov A. V., Gegedesh Yu. Yu. 13 s. : il. Tekst : neposredstvennyy.
13. Patent № 2235023 Rossiyskaya Federatsiya, MPK B44C 1/24(2006.01). Sposob polucheniya dekorativnykh izdeliy iz otkhodov shishek khvoynykh derev'yev : № 2002129654/12 : zayavl. 04.11.2002 : opubl. 27.08.2004 / Zharkov A. S., Potapov M. G., P'yankov S. A., Kozhar-skiy S. P., Shalyuta V. N., Ganzha V. V. 6 s. : il. Tekst : neposredstvennyy.
14. Patent № 2343078 Rossiyskaya Federatsiya, MPK B44C 5/04(2006.01), B44C 1/24(2006.01). Sposob polucheniya dekorativnykh izdeliy iz otkhodov kedro-vykh shishek : № 2006125261/12 : zayavl. 13.07. 2006 : opubl. 10.01.2009 / Stepchenko V. M. 5 s. : il. Tekst : neposredstvennyy.
15. Patent № № 2442697 Rossiyskaya Federatsiya, MPK B44C 1/24 (2006.01). Sposob polucheniya dekorativnykh izdeliy iz otkhodov derev'yev khvoynykh porod : № 2011100434/12 : zayavl. 11.01.2011 : opubl. 20.02.2012 / Khanturgayev A. G., Shiretorova V. G., Kotova T. I., Khanturgayeva G. I., Zalutskiy A. V., Alekseyev G.T. 7 s. : il. Tekst : neposredstvennyy.
16. Ekstraktsiya tsennykh komponentov iz lesosech-nykh otkhodov / Safina A. V., Timerbayev N. F., Ziatdinova D. F., Arslanova G. R. Tekst : neposredstvennyy // IVUZ Lesnoy zhurnal. 2018. № 1. S. 109-119.
17. Sibirskaya Lesovosstanovitel'naya Kompaniya : sayt. Shelekhov, 2019. URL: https://siblescompany.ru/ #rec173932841 (data obrashcheniya: 13.04.2021). Tekst : elektronnyy.
18. Pererabotka shishek khvoynykh porod. Lektsiya : sayt. Moskva, 2007. URL: https://lektsia.com/2x6db2.html (data obrashcheniya: 27.02.2021). Tekst : elektronnyy.
19. Allbest : Kompleksnaya pererabotka sosny : sayt. Volgograd, 2020. URL: https://otherreferats.allbest.ru/ manufacture/00619844_0.html (data obrashcheniya: 21.02.2021). Tekst : elektronnyy.
© Криворотова А. И., Эскин В. Д., 2022
Поступила в редакцию 10.07.2022 Принята к печати 01.09.2022
