The role of nanofillers of various nature in the morphological changes of the polymer binder for plywood production

Екатерина Викторовна Ющенко; Лариса Ивановна Бельчинская; Александр Викторович Костюченко; Дмитрий Алексеевич Жукалин

doi:10.17308/kcmf.2025.27/12719

Екатерина Викторовна Ющенко ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова», ул. Тимирязева, 8, Воронеж 394087, Российская Федерация http://orcid.org/0000-0002-4827-2756
Лариса Ивановна Бельчинская ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова», ул. Тимирязева, 8, Воронеж 394087, Российская Федерация http://orcid.org/0000-0003-3921-8018
Александр Викторович Костюченко ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», ул. 20-летия Октября, 84, Воронеж 394006, Российская Федерация http://orcid.org/0000-0002-0049-3664
Дмитрий Алексеевич Жукалин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация http://orcid.org/0000-0002-0754-4989

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/12719

Ключевые слова: кристаллическая решетка, карбамидоформальдегидная смола, многостенные углеродные нанотрубки, нанокристаллическая целлюлоза, модификация

Аннотация

Наномодификация клеевой композиции является одним из перспективных методов повышения качества древесных слоистых материалов. Морфологические изменения наноструктур позволяют управлять функциональными характеристиками получаемых нанокомпозитов. Методом атомно-силовой микроскопии изучены форма и распределение частиц наноцеллюлозы и многостенных углеродных нанотрубок в карбамидоформальдегидной смоле, используемой для получения фанеры. Микрорельеф поверхности отвержденного связующего при наличии многостенных углеродных нанотрубок характеризуется равномерно распределенными включениями размером 50 нм –
1 мкм; и включениями размером 70 нм – 2 мкм в случае модификации смолы нанокристаллической целлюлозой. Исследован фазовый состав и кристаллическая структура наночастиц биологического и углеродного наполнителей связующего. Данные о качественном и количественном составе, структурном состоянии нанокристаллической целлюлозы и многостенных углеродных нанотрубок, а также отвержденной смолы в исходном и модифицированном виде получены методом рентгеновской дифрактометрии. Немодифицированная карбамидоформальдегидная смола характеризуется низкой степенью кристалличности: размер кристаллитов 10 нм. При модификации смолы многостенными углеродными нанотрубками размер кристаллов увеличивается до 18 нм, и при модификации
нанокристаллической целлюлозой – до 15 нм. Наиболее вероятный тип решетки исследуемой смолы – примитивная кубическая с параметром a = 0.840 нм. Наблюдается увеличение объема элементарной кристаллической ячейки смолы, модифицированной многостенными углеродными нанотрубками (a = 0.844 нм) и нанокристаллической целлюлозой (a = 0.842 нм). Повышение размера кристаллических областей в смоле, а также увеличение объема элементарной кристаллической ячейки смолы в результате применения наномодификаторов может способствовать улучшению эксплуатационных характеристик фанеры

Скачивания

Биографии авторов

Екатерина Викторовна Ющенко, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова», ул. Тимирязева, 8, Воронеж 394087, Российская Федерация

аспирант кафедры древесиноведения, Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова (Воронеж, Российская Федерация)

Лариса Ивановна Бельчинская, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова», ул. Тимирязева, 8, Воронеж 394087, Российская Федерация

д. т. н., профессор, гл. н. с. научно-исследовательского отдела, Воронежский
государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова (Воронеж, Российская Федерация)

Александр Викторович Костюченко, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», ул. 20-летия Октября, 84, Воронеж 394006, Российская Федерация

к. ф.-м. н., доцент, доцент кафедры твердотельной электроники, Воронежский государственный технический университет (Воронеж, Российская Федерация)

Дмитрий Алексеевич Жукалин, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., доцент, доцент кафедры физики полупроводников и микроэлектроники, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Литература

Nazarenko I. N., Nazarenko M. V. The state and prospects of development of plywood production. Management Accounting. 2022;1-2: 299–310. https://doi.org/10.25806/uu1-22022299-310 (In Russ., abstract in Eng.)

Churkina A.V. Analysis of the use of plywood as raw material. Forum molodykh uchenykh. 2019;2(30): 1645–1648. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38693672 (In Russ., abstract in Eng.)

Dorieh А., Selakjani Р. Р., Shahavi М. Н., … Aghaei R. Recent developments in the performance of micro/nanoparticle-modified urea-formaldehyde resins used as wood-based composite binders: a review. International Journal of Adhesion and Adhesives. 2022;114: 103106. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2022.103106

Kantieva E. V., Ponomarenko L. V., Tomina E. V., Tomenko D. K. The effect of nanoscale silicon oxide on the operational characteristics of plywood. Systems. Methods. Technologies. 2022;3(55): 129–134. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2022-3-129-134

Liu M., Rooban Venkatesh K. G. Thirumalai, Wu Y., Wan H. Characterization of the crystalline regions of cured urea formaldehyde resin. RSC Advances. 2017;7: 49536–49541. https://doi.org/10.1039/C7RA08082D

Singh А. Р., Causin V., Nuryawan A., Park B-D. Morphological, chemical and crystalline features of urea–formaldehyde resin cured in contact with wood. European Polymer Journal. 2014;56: 185–193. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2014.04.014

Ferra J. M. M., Mendes A. M., Costa M. R. N., Carvalho L. H., Magalhães F. D. A study on the colloidal nature of urea-formaldehyde resins and its relation with adhesive performance. Journal of Applied Polymer Science. 2010;118 (4): 1956–1968. https://doi.org/10.1002/app.31112

Farbod M., Khajehpour Tadavani S., Kiasat A. Surface oxidation and effect of electric field on dispersion and colloids stability of multiwalled carbon nanotubes. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2011; 384: 685–690. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2011.05.041

Database: JCPDS, Powder Diffraction File Alphabetical Index Inorganic Compounds, Publication SMA - 27, Published by the JCPDS International Center for Diffraction Date 10. Li J., Zhang Y. Morphology and crystallinity of ureaformaldehyde resin adhesives with different molar ratios. Polymers. 2021;13: 673. https://doi.org/10.3390/polym13050673

Yudhanto F., Yudha V., Ridzuan M., … Sudarisman. Morphology, crystallinity and thermal properties of nanocrystalline cellulose isolated of sisal fiber by acid hydrolysis-ultrasonication. International Journal of Nanoelectronics and Materials (IJNeaM). 2024;2(17): 180–188. https://doi.org/10.58915/ijneam.v17i2.657

Yushchenko E. V., Belchinskaya L. I., Zhuzhukin K. V., Zhukalin D. A. Multi-walled carbon nanotubes and ultrasound modified urea-formaldehyde resins: advantages of using for the production of magnetically processed composite plywood. Lesotekhnicheskii Zhurnal. 2024;14(3): 238–259. https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2024.3/14 (In Russ., abstract in Eng.)

Yushchenko E. V., Belchinskaya L. I., Zhuzhukin K. V. Nanocomposite eco-plywood: morphological, ecological, IR spectroscopic substantiation of obtaining. Lesotekhnicheskii zhurnal. 2024;14(3): 260–283. https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2024.3/15 (In Russ., abstract in Eng.)