Механічні властивості стружкових плит із частковою та повною заміною деревини жомом цукрових буряків

Володимир Гаманчук; Павло Бехта; Володимир Маєвський; Томаш  Піпішка; Йозеф  Рагель; Якуб  Гофман

doi:10.36930/412617

Володимир Гаманчук Національний лісотехнічний університет України https://orcid.org/0009-0004-9413-9990
Павло Бехта Національний лісотехнічний університет України http://orcid.org/0000-0002-4320-5247
Володимир Маєвський Національний лісотехнічний університет України http://orcid.org/0000-0001-5820-9454
Томаш Піпішка Університет Менделя в Брно https://orcid.org/0000-0001-8096-4376
Йозеф Рагель Університет Менделя в Брно https://orcid.org/0000-0002-2850-8039
Якуб Гофман Університет Менделя в Брно

Ключові слова: альтернативна сировина; деревинні композиційні матеріали; агровідходи; міцність під час вигину; модуль пружності; міцність склеювання; pMDI клей.

Анотація

Зростання попиту на деревину та підвищення її вартості загострює конкуренцію за сировину, що ускладнює сталий розвиток деревообробної промисловості. Ситуація, що склалася, стимулює пошук альтернативних джерел сировини для часткової або повної заміни деревини у виробництві деревинних композиційних матеріалів. Використання агровідходів дає змогу зменшити залежність від деревини, скоротити виробничі витрати та знизити негативний вплив на довкілля, одночасно створюючи додаткову економічну цінність із відходів сільськогосподарського виробництва. Мета роботи полягає у з’ясуванні впливу часткової чи повної заміни деревної стружки жомом цукрових буряків (ЖЦБ) на механічні властивості стружкових плит. Виготовляли одношарові плити з номінальною щільністю 600 та 750 кг/м³ з різними об’ємними співвідношеннями деревини та ЖЦБ: 100:0, 75:25, 50:50, 25:75 та 0:100%. Для склеювання частинок застосовували полімерний дифенілметандіізоціанатний (pMDI) клей. Досліджували профіль щільності, міцність під час вигину (MOR), модуль пружності (MOE) та міцність під час розтягу перпендикулярно до площини плити (міцність склеювання) (IB).

Одношарові плити характеризуються рівномірним профілем щільності без підвищення у поверхневих шарах, що, ймовірно, зумовлено меншою часткою та розміром частинок ЖЦБ. Зі збільшенням вмісту ЖЦБ спостережено зниження показників MOR і MOE. Водночас плити зі 100% ЖЦБ демонструють високу міцність склеювання, що пояснюється доброю адгезією між частинками деревини і ЖЦБ, зокрема завдяки використанню клею pMDI та наявності пектинів і цукрів у ЖЦБ. Показники міцності склеювання (IB) для плит із вмістом ЖЦБ 25–100% відповідають вимогам стандарту EN 312 для типів P1–P5.

За результатами дослідження, часткова або повна заміна деревини на ЖЦБ є ефективним способом підвищення екологічної сталості виробництва стружкових плит, зменшення використання лісових ресурсів та збереження або покращення основних механічних властивостей матеріалу.

Біографії авторів

Володимир Гаманчук, Національний лісотехнічний університет України

Аспірант кафедри технологій лісопиляння, столярних і дерев’яних будівельних виробів

Павло Бехта, Національний лісотехнічний університет України

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

Володимир Маєвський, Національний лісотехнічний університет України

Доктор технічних наук, професор, директор навчально-наукового інституту деревообробних технологій і дизайну, професор кафедри технологій лісопиляння, столярних і дерев’яних будівельних виробів

Томаш Піпішка , Університет Менделя в Брно

Доктор філософії, науковий працівник кафедри науки про деревину і деревообробних технологій

Йозеф Рагель , Університет Менделя в Брно

Доктор природничих наук, доцент кафедри науки про деревину і деревообробних технологій

Якуб Гофман , Університет Менделя в Брно

Інженер кафедри науки про деревину і деревообробних технологій

Посилання

Auriga, R., Borysiuk, P., Latos, M., Auriga, A., Kwaśny, Ł., & Walkiewicz, J. (2023). Impact of sugar beet pulp share on selected physical and mechanical properties of particleboards. Forests, 14(1), 40. https://doi.org/10.3390/f14010040

Borysiuk, P., Jenczyk-Tolloczko, I, Auriga, R., & Kordzikowski, M. (2019). Sugar beet pulp as raw material for particleboard production. Industrial Crops and Products, 141, 5. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111829

Dinand, E., Chanzy, H., & Vignon, R. M. (1999). Suspensions of cellulose microfibrils from sugar beet pulp. Food Hydrocolloids, 13(3), 275–283. https://doi.org/10.1016/S0268-005X(98)00084-8

Dunky, M. (2003). Adhesives in the wood industry. In A. Pizzi & K. L. Mittal (Eds.), Handbook of adhesive technology (2nd ed., pp. 872–941). Marcel Dekker. https://doi.org/10.1201/9780203912225.ch47

European Committee for Standardization. (1993). Particleboards and fibreboards – Determination of tensile strength perpendicular to the plane of the board (EN 319).

European Committee for Standardization. (2010). Particleboards – Specifications (EN 312).

European Committee for Standardization. (1993). Wood-based panels – Determination of modulus of elasticity in bending and of bending strength (EN 310).

Finkenstadt, V. L., Liu, L., & Willett, J. L. (2007). Evaluation of poly (lactic acid) and sugar beet pulp green composites. Journal of Polymers and the Environment, 15, 1–6. https://doi.org/10.1007/s10924-006-0038-z

Fišerová, M., Gigac, J., & Butaš, R. (2007). Influ-ence of sugar beet pulp on bond strength and structure of paper. Wood Research, 52(3), 59–74. https://www.woodresearch.sk/wr/200703/06.pdf

Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2024a). FAOSTAT data. Retrieved November 20, 2025, from https://www.fao.org/faostat/en/#data/FO

Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2024b). FAOSTAT data. Retrieved November 20, 2025, from https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL

Hamanchuk, V., Bekhta, P., Pipíška, T., Ráheľ, J., & Hofman, J. (2025). Effect of partial and complete replacement of wood particles with sugar beet pulp on the physical properties of particleboards. Proceedings of the Forestry Academy of Sciences of Ukraine, 29, 279–289. https://doi.org/10.36930/412538 [Гаманчук, В., Бехта, П., Піпішка, Т., Рагель, Й., Гофман, Я. (2025). Вплив часткового заміщення деревини жомом цукрових буряків на фізичні властивості стружкових плит. Наукові праці Лісівничої академії наук України, 29, 279–289] (in Ukrainian)

Klimek, P., & Wimmer, R. (2017). Alternative raw materials for bio-based composites. In Proceedings of the international conference “Wood science and engineering in the third millennium” - ICWSE 2017 (pp. 29-44). Brasov, Romania. https://www.researchgate.net/publication/320909417_Alternative_raw_materials_for_bio-based_composites

Leitner, J., Hinterstoisser, B., Wastyn, M., Keckes, J., & Gindl, W. (2007). Sugar beet cellulose nan-ofibril-reinforced composites. Cellulose, 14, 419–425. https://doi.org/10.1007/s10570-007-9131-2

Li, W., Coffin, D.R., Jin, T.Z., Latona, N., Liu, Ch.-K., Liu, B., Zhang, J., & Liu, L. (2012). Biode-gradable composites from polyester and sugar beet pulp with antimicrobial coating for food packaging. Journal of Applied Polymer Science, 126, E361–E372. https://doi.org/10.1002/app.36885

Marzo-Gago, C., Díaz, A. B., & Blandino, A. (2023). Sugar beet pulp as raw material for the production of bioplastics. Fermentation, 9(7), 655.

https://doi.org/10.3390/fermentation9070655

Pinkl, S., Veigel, S., Gindl-Altmutter, W., van Her-wijnen, H., & Riegler, M. (2020). Effects of fi-brillar cellulosic additives on particleboard pro-duction and properties. Wood Material Science & Engineering, 17(2), 106–112. https://doi.org/10.1080/17480272.2020.1786722

Schirp, A., Deetz R., Kopitzky, R., & Schirp, C. (2024). Composite sheets based on polylactic acid and sugar beet pulp: A solution to accelerate biological degradation of PLA on soil under out-door exposure. Polymer Composites, 45(16), 15318–15339. https://doi.org/10.1002/pc.28840

Solt, P., Konnerth, J., Gindl-Altmutter, W., Kantner, W., Moser, J., Mitter R, & van Herwijnen, W. G. H. (2019). Technological performance of formal-dehydefree adhesive alternatives for particleboard industry. International Journal of Adhesion and Adhesives, 94, 99–131. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2019.04.007

Ziemiński, K., Romanowska, I., & Kowalska, M. (2012). Enzymatic pretreatment of lignocellulosic wastes to improve biogas production. Waste Management, 32(6), 1131–1137. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2012.01.016