ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2024.250.333-352isplta-397Research ArticleДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ, ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКИWOOD SCIENCE. MECHANICAL WOODWORKING INDUSTRYВлияния содержания бересты в пресс-сырье на свойства пластика без связующих на основе березовых опилокnfluence of birch bark content in press raw materials on the properties of birch sawdust-based plastic without resinsАртёмовА. В.ArtyomovA. V.

Артёмов Артём Вячеславович – доцент кафедры технологий целлюлозно-бумажных производств и переработки полимеров, кандидат технических наук, доцент

620100, ул. Сибирский тракт, д. 37, г. Екатеринбург

 

Artyomov Artyom V. – PhD (Technical), Associate Professor of the department technology of pulp and paper industries and polymer processing 

620100. Siberian tract str. 37. Yekaterinburg

artemovav@m.usfeu.ruВласовН. Г.VlasovN. G.

Власов Николай Геннадьевич – магистр кафедры технологии органического синтеза химико-технологического института

620062, ул. Мира, д. 28, г. Екатеринбург

 

Vlasov Nicolay G. – master student of department technology of pulp and paper industries and polymer processing 

620100. Siberian tract str. 37. Yekaterinburg

 

sierra146888@gmail.comЕршоваА. С.ErshovaA. S.

Ершова Анна Сергеевна – ассистент кафедры технологий целлюлознобумажных производств и переработки полимеров

620100, ул. Сибирский тракт, д. 37, г. Екатеринбург

Ershova Anna S. – assistant of department technology of pulp and paper industries and polymer processing

620100. Siberian tract str. 37. Yekaterinburg

 

ershovaas@m.usfeu.ruВураскоА. В.VuraskoA. V.

Вураско Алеся Валерьевна – профессор кафедры технологий целлюлозно-бумажных производств и переработки полимеров, доктор технических наук

620100, ул. Сибирский тракт, д. 37, г. Екатеринбург

Vurasko Alesya V. – DSc (Technical), Professor of the department technology of pulp and paper industries and polymer processing 

620100. Siberian tract str. 37. Yekaterinburg

 

vuraskoav@m.usfeu.ruБурындинВ. Г.BuryndinV. G.

Бурындин Виктор Гаврилович – профессор кафедры технологий целлюлозно-бумажных производств и переработки полимеров, доктор технических наук

620100, ул. Сибирский тракт, д. 37, г. Екатеринбург

Buryndin Victor G. – DSc (Technical), Professor of the department technology of pulp and paper industries and polymer processing

620100. Siberian tract str. 37. Yekaterinburg

buryndinvg@m.usfeu.ruУральский государственный лесотехнический университетРоссияUral State Forest Engineering UniversityRussian FederationУральский федеральный университетРоссияUral State Forest Engineering UniversityRussian Federation2024261120240250333352Copyright © Артёмов А.В., Власов Н.Г., Ершова А.С., Вураско А.В., Бурындин В.Г., 20242024Артёмов А.В., Власов Н.Г., Ершова А.С., Вураско А.В., Бурындин В.Г.Artyomov A.V., Vlasov N.G., Ershova A.S., Vurasko A.V., Buryndin V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/397

Были получены образцы пластика без связующего (ПБС) на основе древесного наполнителя с различным соотношением бересты березы. Образцы ПБС прессовались в герметичной пресс-форме под давлением 40 МПа и температуре 180 °С с последующим ее охлаждением без снятия давления до 40 °С. У полученных образцов были исследованы показатели плотности, прочности при изгибе, модуля упругости при изгибе, твердости по Бринеллю, ударной вязкости, водопоглощения и разбухания за 24 ч, биостойкости по отношению к почво-грунту за 90 суток и активному грунту за 105 суток. Также осуществлялась оценка гидрофобности по краевому углу смачивания. На основании полученных результатов испытаний было установлено рациональное соотношение пресс-композиции на основе березовых опилок с добавлением бересты 50%. При данном соотношении достигаются следующие показатели материала: плотность – 909 кг/м3 ; модуль упругости – 1566 МПа; прочность при изгибе – 8,9 МПа; твердость по Бринеллю – 17 МПа; ударная вязкость – 3,818 кДЖ/м2 ; водопоглощение за 24 ч – 32%; разбухание – 7%. Выявлена зависимость роста биостойкости ПБС с увеличением содержания бересты в пресс-материале, что объясняется ее высокой гидрофобностью и антисептическими свойствами.

Samples of plastic without resin (PWR) were produced using a wood filler with varying proportions of birch bark. The PWR samples were pressed in a sealed mold under a pressure of 40 MPa and at a temperature of 180 °C, followed by cooling without pressure release until reaching 40 °C. The resulting samples underwent testing for density, flexural strength, flexural modulus of elasticity, Brinell hardness, impact toughness, water absorption, and swelling after 24 hours. Additionally, biostability was assessed in soil for 90 days and in active soil for 105 days. Hydrophobicity was also evaluated based on the contact angle. Based on the test results, the optimal composition ratio for the press material was determined using birch sawdust with a 50% addition of birch bark. At this ratio, the material exhibited the following properties: density – 909 kg/m³, modulus of elasticity – 1566 MPa, flexural strength – 8.9MPa, Brinell hardness – 17 MPa, impact toughness – 3.818 kJ/m², water absorption in 24 hours – 32%, and swelling – 7%. A correlation was found between increased birch bark content in the press material and enhanced biostability, attributed to its high hydrophobicity and antiseptic properties.

пластикопилки березыбересталигнинфизикомеханические свойстваводопоглощениебиостойкостьпочво-грунтактивный грунтplasticsawdustbirch barkligninphysical-mechanical propertieswater absorptionbiostabilitysoilactive soilReferencesАртёмов А.В., Ершова А.С., Савиновских А.В. и др. Исследование биоразлагаемости древесных пластиков без добавления связующих на основе древесины березы // Системы. Методы. Технологии. 2022. № 3(55). С. 92–97. DOI: 10.18324/2077-5415-2022-3-92-97.Artemov A.V., Buryndin V.G., Krivonogov P.S. et al. An Investigation of Complexes of Lignin Found in Plant Raw Materials as a Natural Binder in Acquiring Plastic in Closed Molds. Polym. Sci. Ser. D., 2023, no. 16, рр. 278–284.Артёмов А.В., Савиновских А.В., Бурындин В.Г. Модуль упругости при изгибе как показатель физико-механических свойств древесных пластиков без добавления связующих // Системы. Методы. Технологии. 2021. № 1(49). С. 67–71. DOI: 10.18324/2077-5415-2021-1-67-71Artemov A.V., Savinovskikh A.V., Buryndin V.G. Modulus of elasticity in bending as an indicator of the physico-mechanical properties of wood plastics without the addition of binders. Systems. Methods. Technologies, 2021, no. 1(49), pp. 67–71. DOI: 10.18324/2077-5415-2021-1-67-71. (In Russ.)Базарнова Н.Г., Галочкин А.И., Крестьянников В.С. Влияние гидротермической обработки древесины на свойства древесных прессованных материалов // Химия растительного сырья. 1997. № 1. С. 11–16.Artyomov A.V., Ershova A.S., Savinovskikh A.V. et al. Investigation of biodegradability of wood plastics without the addition of binders based on birch wood. Systems. Methods. Technologies, 2022, no. 3(55), pp. 92–97. DOI: 10.18324/2077-5415-2022-3-92-97. (In Russ.)Базарнова Н.Г., Галочкин А.И., Крестьянников В.С. Влияние мочевины на свойства прессованных материалов из древесины, подвергнутой гидротермической обработке // Химия растительного сырья. 1997. № 1. С. 17–21.Barmina I. et al. The Effect of Birch-Bark Addition on the Elemental Composition and Combustion Characteristics of Different Types of Biomass Pellets. Chemical engineering, 2014, vol. 39. pp. 1525–1530.Бурындин В.Г., Артёмов А.В., Савиновских А.В. и др. Исследование получения древесных пластиков без добавления связующих на основе древесины лиственных пород в присутствии катализаторов типа полиоксометаллатов // Системы. Методы. Технологии. 2020. № 2(46). С. 70–75. DOI: 10.18324/2077-5415-2020-2-70-75.Bazarnova N.G., Galochkin A.I., Krestyanikov V.S. The influence of hydrothermal wood processing on the properties of pressed wood materials. Chemistry of vegetable raw materials, 1997, no. 1, pp. 11–16. (In Russ.)Бурындин В.Г., Бельчинская Л.И., Савиновских А.В. и др. Изучение получения древесных и растительных пластиков без связующих в присутствии катализаторов типа полиоксометаллатов // Лесотехнический журнал. 2018. Т. 8, № 1(29). С. 128–134. DOI: 10.12737/article_5ab0dfc1e37185.35527284.Bazarnova N.G., Galochkin A.I., Krestyanikov V.S. The influence of urea on the properties of pressed materials from wood subjected to hydrothermal treatment. Chemistry of vegetable raw materials, 1997, no. 1, pp. 17–21. (In Russ.)Васильев В. В. Кора берёзы – ценное сырьё для химической переработки // Древесные плиты и фанера: теория и практика: матер. XXVI Всерос. науч.- практич. конференции, Санкт-Петербург, 21–22 марта 2023 года. СПб.: СПбГЛТУ, 2023. С. 48–52.Blondeau D. et al. Antimicrobial activity and chemical composition of white birch (Betula papyrifera Marshall) bark extracts. Microbiologyopen, 2020, vol. 9, no. 1, p. e00944.Глухих В.В., Шкуро А.Е., Артёмов А.В. и др. Математическое планирование экспериментов и анализ их результатов с применением компьютерных программ: учеб. пособие; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский государственный лесотехнический университет. Екатеринбург: Уральский государственный лесотехнический университет, 2023. 104 с.Buryndin V.G., Artemov A.V., Savinovskikh A.V. et al. Investigation of the production of wood plastics without the addition of binders based on hardwood in the presence of catalysts such as polyoxometallates. Systems. Methods. Technologies, 2020, no. 2(46), pp. 70–75. DOI: 10.18324/2077-5415-2020-2-70-75. (In Russ.)Ершова А.С., Артёмов А.В., Савиновских А.В. и др. Влияние вида сырья на свойства древесных пластиков без добавления связующих // Системы. Методы. Технологии. 2020. № 3(47). С. 74–80. DOI: 10.18324/2077-5415-2020-3-74-80.Buryndin V.G., Belchinskaya L.I., Savinovskikh A.V. et al. The study of the production of wood and vegetable plastics without binders in the presence of catalysts such as polyoxometallates. Forestry Journal, 2018, vol. 8, no. 1(29), pp. 128–134. DOI: 10.12737/article_5ab0dfc1e37185.35527284. (In Russ.)Иванов Д.В., Рябинков А.А., Орехов Е.В. Аспекты изготовления древесноволокнистых плит без использования синтетических смол // Древесные плиты и фанера: теория и практика: матер. XXIV Всерос. науч.-практич. конференции, Санкт-Петербург, 17–18 марта 2021 года. СПб.: Политех-пресс, 2021. С. 79–86.Ershova A.S., Artemov A.V., Savinovskikh A.V. et al. The influence of the type of raw materials on the properties of wood plastics without the addition of binders. Systems. Methods. Technologies, 2020, no. 3(47), pp. 74–80. DOI: 10.18324/2077-5415-2020-3-74-80. (In Russ.)Криворотова А.И., Эскин В.Д. Исследование способов и режимов переработки шишки сосны сибирской при изготовлении декоративного композиционного материала // Хвойные бореальной зоны. 2022. Т. 40, № 5. С. 430–438. DOI: 10.53374/1993-0135-2022-5-430-438.Glukhikh V.V., Shkuro A.E., Artyomov A.V. et al. Mathematical planning of experiments and analysis of their results using computer programs: textbook / Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, Ural State Forestry University. Yekaterinburg: Ural State Forestry University, 2023. 104 p. (In Russ.)Кузнецова С.А., Кузнецов Б.Н., Скурыдина Е.С. и др. Синтез и свойства биокомпозитных удобрений на основе мочевины и коры березы // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Химия. 2013. Т. 6, № 4. С. 380–393.Godiņa D. et al. Stability studies of bioactive compounds from birch outer bark ethanolic extracts. Key Engineering Materials, 2018, vol. 762, pp. 152–157.Микрюкова Е.В., Седых М.А. Облегченные древесные плитные материалы с внутренним заполнением из картонных гильз // Деревообрабатывающая промышленность. 2019. № 2. С. 24–30.Hordyjewska A. et al. Betulin and betulinic acid: Triterpenoids derivatives with a powerful biological potential. Phytochemistry Reviews, 2019, vol. 18, pp. 929–951. DOI: 10.1007/s11101-019-09623-1Минин А.Н. Технология пьезотермопластиков. М.: Лесн. пром-сть, 1965. 296 с.Ivanov D.V., Ryabinkov A.A., Orekhov E.V. Aspects of manufacturing fiberboard without the use of synthetic resins. Wood slabs and plywood: theory and practice: materials of the XXIV All-Russian Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, March 17–18, 2021. St. Petersburg: Polytech Press, 2021, pp. 79–86. (In Russ.)Мичуров Д.М., Шаркова А.С., Шкуро А.Е., Кривоногов П.С. Исследование смачиваемости и водопоглощения композитов с полимерной фазой полилактида и опилками бука // Деревообрабатывающая промышленность. 2023. № 3. С. 121–127.Jonnalagadda S.C. et al. Recent developments on the synthesis and applications of betulin and betulinic acid derivatives as therapeutic agents. Studies in Natural Products Chemistry, 2017, vol. 53, pp. 45–84. DOI: 10.1016/B978-0-444-63930-1.00002-8Петри В.Н. и др. Плитные материалы и изделия из древесины и других одресневевших остатков без добавления связующих. М.: Лесн. пром-сть, 1976. 360 с.Krivorotova A.I., Eskin V.D. Investigation of methods and modes of processing Siberian pine cones in the manufacture of decorative composite material. Coniferous boreal zones, 2022, vol. 40, no. 5, pp. 430–438. DOI: 10.53374/1993-0135-2022-5-430-438. (In Russ.)Просвирников Д.Б., Сафин Р.Р., Козлов Р.Р. Оценка влияния условий каталитической непрерывной паровзрывной активации древесины на физико-эксплуатационные свойства плитных древесных композиционных материалов на основе активированных волокон // Деревообрабатывающая промышленность. 2020. № 2. С. 35–49.Kuznetsova S.A., Kuznetsov B.N., Skurydina E.S. et al. Synthesis and properties of biocomposite fertilizers based on urea and birch bark. Journal of the Siberian Federal University. Series: Chemistry, 2013, vol. 6, no. 4, pp. 380–393. (In Russ.)Сафина А.В., Зарипов Р.М. Проект производства декоративной щепы из отходов деревообрабатывающего комплекса // Деревообрабатывающая промышленность. 2023. № 2. С. 36–45.Michurov D.M., Sharkova A.S., Shkuro A.E., Krivonogov P.S. Investigation of wettability and water absorption of composites with polymer polylactide phase and beech sawdust. The woodworking industry, 2023, no. 3, pp. 121–127. (In Russ.)Солечник Н.Я., Наткина Л.Н., Коромыслова Т.С. и др. О получение древесного пластика без связующего // Деревообрабатывающая промышленность. 1963. № 3. С. 15–17.Mikryukova E.V., Sedykh M.A. Lightweight wood slab materials with internal filling from cardboard sleeves. The woodworking industry, 2019, no. 2, pp. 24–30. (In Russ.)Судакова И.Г., Гарынцева Н.В., Иванов И.П. и др. Выделение и применение суберина из бересты коры березы // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Химия. 2012. Т. 5, № 2. С. 168–177.Minin A.N. Technology of piezothermoplastics. M.: Forest industry, 1965. 296 p. (In Russ.)Artemov A.V., Buryndin V.G., Krivonogov P.S. et al. An Investigation of Complexes of Lignin Found in Plant Raw Materials as a Natural Binder in Obtaining Plastic in Closed Molds // Polym. Sci. Ser. D. 2023. No 16. P. 278–284.Page A. et al. Processing possibilities of birch outer banks into green biocomposites. Environment. Technologies. Resources: Proceedings of the International Scientific and Practical Conference, 2017, vol. 3, pp. 249–253.Barmina I. et al. The Effect of Birch-Bark Addition on the Elemental Composition and Combustion Characteristics of Different Types of Biomass Pellets //Chemical engineering. 2014. Vol. 39. P. 1525–1530.Paze A. et al. Development of Plywood Binder by Partial Replacement of PhenolFormaldehyde Resins with Birch Outer Bark Components. Key Engineering Materials, 2021, vol. 903, pp. 229–234.Blondeau D. et al. Antimicrobial activity and chemical composition of white birch (Betula papyrifera Marshall) bark extracts // Microbiologyopen. 2020. Vol. 9, no. 1. P. e00944.Petri V.N. et al. Slab materials and products made of wood and other desalinated residues without the addition of binders. M.: Forest industry, 1976. 360 p.Godiņa D. et al. Stability studies of bioactive compounds from birch outer bark ethanolic extracts // Key Engineering Materials. 2018. Vol. 762. P. 152–157.Prosvirnikov D.B., Safin R.R., Kozlov R.R. Assessment of the influence of conditions of catalytic continuous steam-explosive activation of wood on the physical and operational properties of slab wood composite materials based on activated fibers. The woodworking industry, 2020, no. 2, pp. 35–49. (In Russ.)Hordyjewska A. et al. Betulin and betulinic acid: Triterpenoids derivatives with a powerful biological potential // Phytochemistry Reviews. 2019. Vol. 18. P. 929–951. DOI: 10.1007/s11101-019-09623-1Rizhikovs J. et al. Characterization of suberinic acids from birch outer bark as bio-based adhesive in wood composites. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2022, vol. 112, р. 102989. DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2021.102989.Jonnalagadda S.C. et al. Recent developments on the synthesis and applications of betulin and betulinic acid derivatives as therapeutic agents // Studies in Natural Products Chemistry. 2017. Vol. 53. P. 45–84. DOI: 10.1016/B978-0-444-63930-1.00002-8Safina A.V., Zaripov R.M. The project of production of decorative chips from waste of a woodworking complex. The woodworking industry, 2023, no. 2, pp. 36–45. (In Russ.)Page A. et al. Processing possibilities of birch outer banks into green biocomposites // Environment. Technologies. Resources: Proceedings of the International Scientific and Practical Conference. 2017. Vol. 3. P. 249–253.Scheffler A. The wound healing properties of betulin from birch bark from bench to bedside. Planta medica, 2019, vol. 85, no. 07, pp. 524–527. DOI: 10.1055/a-0850-0224.Paze A. et al. Development of Plywood Binder by Partial Replacement of Phenol-Formaldehyde Resins with Birch Outer Bark Components // Key Engineering Materials. 2021. Vol. 903. P. 229–234.Solechnik N.Ya., Natkina L.N., Koromyslova T.S. et al. On the production of wood plastic without binder. Woodworking industry, 1963, no. 3, pp. 15–17. (In Russ.)Rizhikovs J. et al. Characterization of suberinic acids from birch outer bark as bio-based adhesive in wood composites // International Journal of Adhesion and Adhesives. 2022. Vol. 112. P. 102989. DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2021.102989.Sudakova I.G., Garyntseva N.V., Ivanov I.P. et al. Isolation and application of suberin from birch bark bark. Journal of the Siberian Federal University. Series: Chemistry, 2012, vol. 5, no. 2, pp. 168–177. (In Russ.)Scheffler A. The wound healing properties of betulin from birch bark from bench to bedside // Planta medica. 2019. Vol. 85, no. 07. P. 524–527. DOI: 10.1055/a-0850-0224.Valiullina A.I., Grachev A.N., Valeeva A.R. et al. The Use of Biopolyols Obtained from Liquid Birch Sawdust Pyrolysis Products as a Renewable Component in the Production of Rigid Polyurethane Foams. Polymer Science, Series D, 2022, vol. 15, no. 2, рр. 300–305. DOI: 10.1134/S1995421222020307.Valiullina A.I., Grachev A.N., Valeeva A.R. et al. The Use of Biopolyols Obtained from Liquid Birch Sawdust Pyrolysis Products as a Renewable Component in the Production of Rigid Polyurethane Foams // Polymer Science, Series D. 2022. Vol. 15, no. 2. P. 300–305. DOI: 10.1134/S1995421222020307Vasiliev V.V. Birch bark is a valuable raw material for chemical processing. Wood slabs and plywood: theory and practice: materials of the XXVI All-Russian Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, March 21–22, 2023. St. Petersburg: SPbGLTU, 2023, pp. 48–52. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.