Вплив модифікування шпону на властивості фанери, склеєної термопластичною плівкою ПЕНГ

Ключові слова: фанера; лущений шпон; модифікування шпону; лимонна кислота; термопла-стична плівка; водопоглинання; набрякання за товщиною; міцність на зріз; міцність на згин; модуль пружності.

Анотація

Фанера, склеєна з використанням як клею термопластичних плівок, є перспективним матеріалом у меблевому виробництві. Проте такий вид деревинного композиту володіє нижчою водостійкістю порівняно з композитами на основі термореактивних клеїв. Крім того, для термопластичних полімерів властива низька адгезія до деревини. У цій роботі, для покращення адгезії термопластичного полімеру до деревини, запропоновано модифікувати лущений березовий шпон лимонною кислотою концентрацією 5, 15 та 25%. Витрата розчину кислоти становила – 50, 100 та 150 г/м2. Як клей використовували термопластичну плівку поліетилену низької густини (ПЕНГ) товщиною 100 мкм. Для порівняння отриманих результатів виготовляли фанеру з немодифікованого шпону, склеєну плівкою ПЕНГ та карбамідоформальдегідним клеєм марки КФ-МТ.

Результати дослідження показали, що модифікування шпону лимонною кислотою позитивно впливає на властивості фанери. Встановлено, що показники водопоглинання і набрякання за товщиною фанери – зменшуються (покращуються), а міцність на зріз та згин – збільшуються. Зокрема виявлено, що фанера зі шпону, модифікованого 15%-ним розчином лимонної кислоти, володіє найнижчою адсорбцією води (38,5-39,24%). Максимальна міцність фанери на зріз становила 2,11 МПа. Концентрація розчину лимонної кислоти суттєво впливає на властивості фанери, тоді як витрата речовини – не впливає.

Модифікування шпону лимонною кислотою у виробництві фанери, склеєної плівкою ПЕНГ, має значний потенціал внаслідок її екологічності, доступності, вартості та здатності покращувати властивості фанери, що є важливим аспектом для збереження високих експлуатаційних характеристик продукції.

Біографії авторів

Pavlo Bekhta, Національний лісотехнічний університет України

Академік Лісівничої академії наук України, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри технологій деревинних композиційних матеріалів, целюлози та паперу.

Iryna Kusniak, Національний лісотехнічний університет України

Кандидат технічних наук, старший викладач кафедри технологій деревинних композиційних матеріалів, целюлози та паперу.

Orest Chernetskyi, Національний лісотехнічний університет України

Аспірант кафедри технологій деревинних композиційних матеріалів, целюлози та паперу.

Nataliya Bekhta, Національний лісотехнічний університет України

Старший викладач кафедри дизайну.

Ruslan Kozak, Національний лісотехнічний університет України

Доктор технічних наук, професор кафедри технологій деревинних композиційних матеріалів, целюлози та паперу.

Olesya Bryn, Національний лісотехнічний університет України

Кандидат технічних наук, доцент кафедри технологій деревинних композиційних матеріалів, целюлози та паперу.

Mykola Kopanskуy, Національний лісотехнічний університет України

Кандидат технічних наук, доцент кафедри технологій деревинних композиційних матеріалів, целюлози та паперу.

Посилання

Бехта, П. А., Кусняк, І. І. (2019). Властивості фанери з використанням як клею термопластичної плівки. Наукові праці Лісівничої академії наук України, 19, 209-222 [Bekhta, P. A., & Kusniak, І. I. (2019). The properties of plywood with thermoplastic film using as glue. Proceedings of the Forestry Academy of Sciences of Ukraine, 19, 209-222. https://doi.org/10.15421/411943] (in Ukrainian)
Кусняк, І. І. (2020). Розроблення режимів склеювання шпону з використан-ням термопластичних полімерів: дис. … канд. техн. наук: 05.23.06. Львів, Національний лісотехнічний університет України [Kusniak, І. I. (2020). Development of veneer gluing modes using thermoplastic polymers (Doctoral dissertation, Ukrainian National Forestry University, Lviv, Ukraine). Retrieved from https://drive.google.com/file/d/1wOguYEaspXuwILF4y-F3swN_HiLSKCoa/view.] (in Ukrainian)
Фабуляк, Ф. Г., Іванов, С. В., Масленнікова, Л. Д. (2010). Хімія і технологія олігомерів: підручник. Київ: Книжкове вид-во Нац. авіац. ун-ту "НАУ-друк" [Fabulyak, F. G., Ivanov, S. V., & Maslennikova, L. D. (2010). Chemistry and technology of oligomers. Kyiv: National Book Publishing House Aviation University "NAU-Druk"] (in Ukrainian)
Bekhta, P.; Chernetskyi, O.; Kusniak, I.; Bekhta, N.; & Bryn, O. (2022a). Selected Properties of Plywood Bonded with Low-Density Polyethylene Film from Different Wood Species. Polymers, 14(51), 1-13. https://doi.org/10.3390/polym14010051
Bekhta, P., Müller, M., & Hunko, I. (2020). Properties of Thermoplastic-Bonded Plywood: Effects of the Wood Species and Types of the Thermoplastic Films. Polymers, 12(11), 2582. https://doi.org/10.3390/polym12112582
Bekhta, P., Pizzi, A., Kusniak, I., Bekhta, N., Chernetskyi, O., & Nuryawan, A. A. (2022b). Comparative Study of Several Properties of Plywood Bonded with Virgin and Recycled LDPE Films. Materials, 15, 4942. https://doi.org/10.3390/ma15144942
Bekhta, P., & Sedliačik, J. (2019). Environmentally-Friendly High-Density Polyethylene-Bonded Plywood Panels. Polymers (Basel), 11(7), 1166, 1-21. https://doi: 10.3390/polym11071166
Cahyono, T., & Syahidah, F. (2019). Citric acid, an environmentally friendly ad-hesive and wood impregnation material-review of research. Materials Science and Engineering, 593: 012009. https://doi: 10.1088/1757-899X/593/1/012009
Chang, L., Guo, W., & Tang, Q. (2017). Assessing the tensile shear strength and interfacial bonding mechanism of poplar plywood with high-density polyethylene films as adhesive. BioResourees, 12(1), 571–585. https://doi.org/10.15376/biores.12.1.571-585
Chunyin, L. I, Hong, L. E. I., Zhigang, W. U., Xuedong, X. I., Guanben, D. U., & Pizzi, A. (2022). A fully bio-based adhesive from glucose and citric acid for plywood with high-performance. ACS Appl. Mater. Interfaces, 14(20), 23859-23867. https://doi.org/10.1021/acsami.2c02859
Cui, X., Honda, T., Asoh, T-Aki, & Uyama, H. (2019). Cellulose Modified by Citric Acid Reinforced Polypropylene Resin as Fillers. Carbohydrate Polymers, 230(2): 115662. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.115662
Del Menezzi, C., Amirou, S., Pizzi, A., Xi, X., & Delmotte, L. (2018). Reactions with wood carbohydrates and lignin of citric acid as a bond promoter of wood veneer panels. Polymers, 10, 833. https://doi.org/10.3390/polym10080833
EN 310 (1993). Wood-Based Panels–Determination of Modulus of Elasticity in Bending and of Bending Strength. [Рublished 1993-15-04]. Official publishing house. Brussels: European Committee for Standardization, 1993. 14 р.
EN 314-1 (2004). Plywood–Bonding Quality–Part 1: Test Methods. [Рublished 2006-01-16]. Official publishing house. Brussels: European Committee for Standardization, 2004. 24 р.
EN 314-2 (1993). Plywood–Bonding Quality–Part 2: Requirements. [Рublished 1993-15-04]. Official publishing house. Brussels: European Committee for Standardization, 1993. 12 р.
EN 317 (1993). Particleboards and Fibreboards. Determination of Swelling in Thickness after Immersion in Water. [Рublished 1993-31-05]. Official publishing house. Brussels: European Committee for Standardization, 1993. 12 p.
FAO (2020). Yearbook of Forest Products 2022. Retrieved from https://www.fao.org/3/cc3475m/cc3475m.pdf
Fang, L., Chang, L., Guo, W., Chen, Y., & Wang, Z. (2012). Manufacture of envi-ronmentally friendly plywood bonded with plastic film. Forest Products Journal, 63(7/8), 283-288. https://doi.org/10.13073/FPJ-D-12-00062
Fang, L., Chang, L., Guo, W., Ren, Y., & Wang, Z. (2013). Preparation and char-acterization of wood-plastic plywood bonded with high density polyethylene film. European Journal of Wood and Wood Products, 71, 739-746. https://doi.org/10.1007/s00107-013-0733-0
Fang, L., Chang, L., Guo, W., Chen, Y., & Wang, Z. (2014). Influence of silane surface modification of veneer on interfacial adhesion of wood-plastic plywood. Applied Surface Science, 288, 682-689. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.10.098
Fang, G., Li, J., & Xu, X. (2000). The intermediate of crosslinking reaction between wood and polycarboxylic acid. Scientia Silvae Sinicae, 36(4), 51-54. https://doi.org/10.11707/j.1001-7488.20000410 (in Korean)
Goto, T., Saiki, H., & Onishi, H. (1982). Studies on wood gluing. XIII: Gluability and scanning electron microscopic study of wood-polypropylene bonding. Wood Science and Technology, 16, 293-303. https://doi.org/10.1007/BF00353157
Han, K-S., & Lee, H-H. (1997). Adhesion characteristics and anatomic scanning of plywood bonded by high density polyethylene. Journal of the Korean Wood Science and Technology, 25(3), 16-23. Retrieved from https://koreascience.kr/article/JAKO199700238220498.pdf (in Korean).
Indrayani, Y., Setyawati, D., Munawar, S.S., Umemura, K., & Yoshimura, T. (2015). Evaluation of termite resistance of medium density fiberboard (MDF) manufacture from agricultural fiber bonded with citric acid. Procedia Environ. Science, 28, 778-782. https://doi.org/10.1016/j.proenv.2015.07.091
Kajaks, J., Kalniņš, K., Reihmane, S., & Bernava, A. (2014). Recycled thermoplastic polymer hot melts utilization for birch wood veneer bonding. Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology, 30(2), 87-102. https://doi.org/10.1177/147776061403000
Kanazawa, A., Saito, I., Araki, A., Takeda, M., Ma, M., Saijo, Y., & Kishi, R. (2010). Association between indoor exposure to semi-volatile organic compounds and building-related symptoms among the occupants of residential dwellings. Indoor Air, 20(1), 72-84. https://doi.org/10.1111/j.1600-0668.2009.00629.x
Lee, S. H., Md Tahir, P., Lum, W. C., Tan, L. P., Bawon, P., Park, B.-D., Osman Al Edrus, S. S., & Abdullah, U. H. A. (2020). Review on Citric Acid as Green Modifying Agent and Binder for Wood. Polymers, 12(8), 1692. https://doi.org/10.3390/polym12081692
Lustosa, E. C. B., Del Menezzi, C. H. S., & de Melo, R. R. (2015). Production and properties of a new wood laminated veneer/high-density polyethylene com-posite board. Materials Research, 18(5), 994-999. https://dx.doi.org/10.1590/1516-1439.010615
Matuana, L. M., Balatinecz, J. J., & Park, C. B. (1998). Effect of surface proper-ties on the adhesion between PVC and wood veneer laminates. Polymer En-gineering and Science, 38(5), 765-773. https://doi.org/10.1002/pen.10242
Mubarok, M., Militz, H., Dumarçay, S., & Gérardin, P. (2020). Beech wood modification based on in situ esterification with sorbitol and citric acid. Wood Sci. Technol., 54, 479-502. https://doi.org/10.1007/s00226-020-01172-7
Segerholm, B. K., Walinder, M. P., & Holmberg, D. (2010). Adhesion studies of scots pine-polypropylene bond using ABES. Proceedings of the 6th meeting of the Nordic-Baltic Network in Wood Material Science and Engineering (WSE). Tallinn, Estonia, 142-146. Retrieved from https://nordicforestresearch.org/wp-content/uploads/2017/07/2010_report_wse.pdf
Smith, M. J., Dai, H., & Ramani, K. (2002). Wood–thermoplastic adhesive inter-face–method of characterization and results. International Journal of Adhe-sion & Adhesives, 22(3), 197-204. https://doi.org/10.1016/S0143-7496(01)00055-0
Song, W., Wenbang, W., Congrong, R., & Shuangbao, Z. (2016). Developing and evaluating composites based on plantation eucalyptus rotary-cut veneer and high-density polyethylene film as novel building materials. BioResources, 11(2), 3318-331. https://doi.org/10.15376/biores.11.2.3318-3331
Song, W., Wenbang, W., Xuefei, L., & Shuangbao, Z. (2017). Utilization of polypropylene film as an adhesive to prepare formaldehyde-free, weather-resistant plywood-like composites: Process optimization, performance evaluation, and interface modification. BioResources, 12(1), 228-254. https://doi.org/10.15376/BIORES.12.1.228-254
Sun, S., Zhao, Z., & Umemura, K. (2019). Further exploration of sucrose-citric acid adhesive: Synthesis and application on plywood. Polymers, 11, 1875. https://doi.org/10.3390/polym11111875
Tang, L., Zhao-gang, Z., Jiao, Q., Ji-ruo, Z., & Ying, F. (2011). The preparation and application of a new formaldehyde-free adhesive for plywood. Interna-tional Journal of Adhesion & Adhesives, 31(6), 507-512. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2011.04.005
Teixeira, D., Pereira, D., Nakamura, A., & Brum, S. (2020). Adhesivity of bio-based anhydrous citric acid, tannin-citric acid and ricinoleic acid in the properties of formaldehyde-free medium density particleboard (MDP). Drvna industrija, 71(3), 235-242. https://doi.org/10.5552/drvind.2020.1917
Umemura, K., Sugihara, O., & Kawai, S. (2013). Investigation of a new natural adhesive composed of citric acid and sucrose for particleboard. Journal of Wood Science, 59, 203-208. https://doi.org/10.1007/s10086-013-1326-6
Umemura, K., Ueda, T., Munawar, S.S., & Kawai, S. (2012a). Application of cit-ric acid as natural adhesive for wood. Journal of Applied Polymer Science, 123, 1991-1996. https://doi.org/10.1002/app.34708
Umemura, K., Ueda, T., & Kawai, S. (2012b). Characterization of wood-based molding bonded with citric acid. Journal of Wood Science, 58, 38-45. https://doi.org/10.1007/s10086-011-1214-x
Vukusic, S. B., Katovic, D., Schramm, C., Trajkovic, J., & Sefc, B. (2006). Polycarboxylic acids as non-formaldehyde anti-swelling agents for wood. Holzforschung, 60, 439-444. https://doi.org/10.1515/HF.2006.069
Widyorini, R., Dewi, G. K., Nugroho, W. D., Prayitno, T. A., Jati, A. S., & Tejolaksono, M. N. (2018). Properties of citric acid-bonded composite board from elephant dung fibers. Journal of The Korean Wood Science and Technology, 46, 132-142. https://doi.org/10.5658/WOOD.2018.46.2.132
World Health Organization (2004). IARC classifies formaldehyde as carcinogenic to humans. International Agency for Research on Cancer. Retrieved from www.iarc.fr/ENG/Press-Releases/archives/pr153a
Zhao, Z., Sakai, S., Wu, D., Chen, Z., Zhu, N., Huang, C., Sun, S., Zhang, M., Umemura, K., & Yong, Q. (2019). Further exploration of sucrose – Citric ac-id adhesive: Investigation of optimal hot-pressing conditions for plywood and curing behavior. Polymers, 11, 1996. https://doi.org/10.3390/polym11121996
Опубліковано
2023-11-23
Як цитувати
Bekhta, P., Kusniak, I., Chernetskyi, O., Bekhta, N., Kozak, R., Bryn, O., & KopanskуyM. (2023). Вплив модифікування шпону на властивості фанери, склеєної термопластичною плівкою ПЕНГ. Наукові праці Лісівничої академії наук України, (25), 167-177. https://doi.org/10.15421/412314
Розділ
ДЕРЕВООБРОБНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЛІСОВА ІНЖЕНЕРІЯ