ДРЕВЕСНЫЕ ОТХОДЫ В ИЗДЕЛИЯХ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

WOOD WASTE IN PRODUCTS OF TRANSPORT CONSTRUCTION

Стородубцева T.H., д.т.н., доцент, профессор ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический

университет имени Г.Ф. Морозова» г. Воронеж, Россия DOI: 10Л2737/16441

Аннотация: основной целью наших разработок явилось создание композиционных строительных материалов, обладающих высокой коррозионной

стойкостью в условиях сильно агрессивной среды электролитических произ-

98

водств и, кроме этого, выдерживающих длительные эксплуатационные нагрузки. Этот материал назван стекловолокнистым полимербетоном, или, по новой терминологии, - стекловолокнистым композиционным материалом. В ходе исследований была подтверждена гипотеза о совместимости олигомера фурфу- ролацетонового мономера и древесины. Приведены составы и механические характеристики древесностекловолокнистый композиционный материал.

Summary: main objective of our development was creation of the composite construction materials possessing high corrosion resistance in the conditions of strongly hostile environment of electrolytic productions and, besides, maintaining long operational loadings. This material is called a glass-fiber polimerbeton, or, on new terminology, - glass-fiber composite material. During researches the hypothesis of compatibility of an oligomer of furfurolatsetonovy monomer and wood was confirmed. Structures and mechanical characteristics drevesnosteklovoloknisty composite material are given.

Ключевые слова: щепа, полимерное связующее, композит Keywords: spill, polymeric binding, composite

В последние два десятилетия комплексному использованию отходов древесины уделяется серьезное внимание. Так, производство древесно-стружечных и древесностекловолокнистых плит сократило в какой-то мере количество бросовых отходов, однако миллионы тонн их оставляют в лесу, отвалах деревообрабатывающих комбинатов, их сжигают и т.п. Представляется крайне актуальным использовать отходы древесины в направлении получения весьма ценного продукта - фурфурола и его производных. Поликонденсация фурфурола с ацетоном дает возможность получить смолу фурфуролацетонового мономера (ФАМ), которая является вяжущим веществом при производстве химически стойких конструкционных и футеровочных композиционных строительных материалов (КСМ) [1].

Необходимым условием образования монолитной структуры стекловолокнистого композиционного материала (СВКМ) является достаточное смачивание смолой (адгезив) стекловолокнистой арматуры (субстрат), содержащей замасли- ватель и вводимой в полимербетонную смесь в процессе формования. При этом происходят: внедрение микро- и макроволокон стекла в смолу; диффузия больших молекул адгезива к поверхности субстрата через практически удаленный весьма тонкий слой замасливателя, разжиженного в результате высоких температур экзотермической реакции полимеризации, и, затем - установление достаточно

прочных водородных связей, завершающих процесс адсорбции. Отверждение сис-

99

темы является последним этапом создания прочных адгезионных связей в зоне раздела стекловолокно - полимерная матрица.

Жизнеспособность предложенных теоретических условий формирования монолитной структуры СВКМ подтверждена экспериментально [1,2].

СВКМ на ФАМ показал высокую эффективность при использовании его в качестве конструкционного материала корпусов технологических ванн, емкостей- отстойников [1], химически стойких сборных монолитных полов, подвергающихся комплексному воздействию постоянной нагрузки, жидких и газообразных агрессивных сред, температуры и электрического тока.

Данный материал может быть применен для корпусов аппаратов лесохимических производств, например, сборников жижки в процессе термического разложения древесины, энергохимических установок для ее переработки, производства уксусной кислоты экстракционным способом, оборудование в производстве этил- ацетата, фурфурола, а также во внешних слоях древесностекловолокнистого КМ (ДСВКМ) с целью повышения его трещиностойкости. Основные составы СВКМ и их нормативные механические характеристики приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Составы строительных КМ в % по массе

Компоненты КСМ

Вид материала

СВКМ армированный

ДСВКМ

стеклонитями

стекло-

сечкой

стекло-

сеткой

ФурфуролацетоноБая смола ФАМ

19,0

25,0

25,0

21,0

Песок кварцевый

71,0

53,0

51,3

41,0

Андезитовая мука

-

16,0

14,0

-

Кварцевая мука

-

-

-

12,0

Бензолсульфокислота (БСК)

3,0

4,0

3,5

4,0

Стеклонить

7,0

-

-

-

Стеклосечка

-

2,0

-

-

Стеклосетка

-

-

5,2

о,з

Замедлитель реакции кристаллизации БСК (глицерин)

"

"

"

0,7

Хлорид свинца

-

-

-

з,о

Графит или техническая сажа

-

-

-

3,0

Щепа древесная

-

-

-

15,0

Таблица 2 - Основные нормативные характеристики строительных КМ

Характерист ика

Вид материала

СВКМ армированный

ДСВКМ

стеклонитями

стекло-

сечкой

стекло-

сеткой

Условные пределы прочности, МПа при:

растяжении

65,0

4,7

9,0

7,0

сжатии

64,0

82,0

78,0

20,0

чистом изгибе

81,0

П,4

14,5

20,0

сжатии вдоль волокон

-

-

-

60,0

скалывании

7,0

8,6

9,0

7,0

сдвиге

-

-

-

12,0

Мгновенные модули упругости, 104 МПа при:

растяжении

1,36

0,82

1,31

1,25

сжатии

1,16

1,11

1,33

1,30

чистом изгибе

1,63

1,90

1,61

1,30

Коэффициент Пуассона

0,19

0,26

0,25

0,25

Предельная растяжимость, %

0,55

0,035

0,42

0,45

Предельная сжимаемость, %

0,20

0,31

0,25

0,21

Объемная масса, г/см3

1,60...1,80

1,0...1,4

Предварительный анализ состава и свойств смолы ФАМ и древесины и изложенное выше позволили выдвинуть следующую рабочую гипотезу: при теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении факта совместимости олигомера ФАМ и древесины может быть создан улучшенный вариант нового конструкционного коррозионностойкого ДСВКМ, матрицей которого может служить СВКМ [1, 3, 4], описанный выше, а армирующим заполнителем - древесная щепа. Начальным гарантом, констатирующим возникновение связи между смолой (адгезив) и древесиной (субстрат), являлось, как указывалось выше, смачивание [1]. Нами были определены краевые углы смачивания для систем гладкая (8°) или шероховатая поверхность (5°) древесины - смола (олигомер) ФАМ, отвержденный в присутствии бензол сульфокислоты (БСК). Была выявлена потенциальная химическая активность интересовавших нас компонентов ДСВКМ.

Так, моно- и дифурфурилиденацетоны, входящие в состав ФАМ, обладают большим количеством реакционно-способных групп - гидроксильных ОН и кар- бональных С = О. Свободная энергия или энергетический потенциал молекул древесного заполнителя выражается состоянием радикалов надмолекулярных структур макромолекул целлюлозных волокон. Содержание активных функциональных групп в ней составляет, % [1]: гидроксильные - 1,19; альдегидные СНО - 0,95; карбональные - 0,15; карбоксильные СООН - 0,05.

Смачивание сопровождается вторым актом взаимодействия ФАМ и древесины - физической адсорбцией, осуществляемой Ван-дер-Ваальсовыми силами, теплота которых незначительна (примерно 2,36 ккал/моль). В свою очередь, физическая адсорбция протекает одновременно с диполь-дипольным взаимодействием, при этом возникают водородные связи с теплотой 6-8 ккал/моль [1].

Из изложенного видно, что процесс возникновения адгезионного соединения очень сложный, его фазы взаимно переплетаются во времени. Не ясен и характер взаимодействия лигнина по метальным СН3, альдегидным СНО и карбоксильным СООН группам и смолой ФАМ.

Поскольку потребность в коррозионностойких конструкционных материалах в РФ и за рубежом огромна, то лесная промышленность и лесохимические производства могут стать их основными поставщиками. Это улучшит экологическую и социальную обстановку в регионах, заготавливающих и перерабатывающих древесину, так как могут быть использованы практически все отходы лесного комплекса; создадутся новые рабочие места, что крайне важно на современном этапе развития Российского государства.

Список литературы

  • 1. Стародубцева, Т.Н. Композиционный материал на основе древесины для железнодорожных шпал: Трещиностойкость под действием физических факторов [Текст] : моногр. / Т.Н. Стародубцева. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2002.-216 с.
  • 2. Стародубцева, Т. Н. Исследование влияния свойств древесного заполнителя на трещиностойкость композиционного материала [Текст] / Т. Н. Стародубцева, А. А. Аксомитный // Лесотехнический журнал. - 2014. - Т. 4, № 3 (15).-С. 213-220.

УДК 334.021:630

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >