Материалы VI Международной научно-технической школы-конференции

10-14 ноября  2008 г.

 

МОСКВА                                         МОЛОДЫЕ  УЧЕНЫЕ  –  2 0 0 8                                     МИРЭА

 

 

 

ВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

НА ДЕСТРУКТУРИРОВАНИЕ ПРИ ВОДОПОГЛОЩЕНИИ

МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

 

ã 2008 г.  В.В. ПОСТНИКОВ,  Н.С. КАМАЛОВА, С.В. КАЛЬЧЕНКО, Н.А. ТРУБНИКОВ,

В.А. ШАМАЕВ

 

Воронежская государственная лесотехническая академия, г. Воронеж

E-mail: vvpost@icmail.ru

 

Недавно нами был обнаружен и исследован эффект увеличения до 50% торцевой твердости образцов модифицированной древесины (МД) березы (пластификатор - водный раствор аммиака) после воздействия слабых (до 0.5 Тл) импульсных магнитных полей ИМП [1]. Эффект характеризовался пороговым значением индукции ИМП (0.2 Тл) и связывался с увеличением поперечной твердости древесных волокон за счет образования под действием ИМП сшивок между боковыми группами макромолекул целлюлозы МД. Обнаруженный нами позднее эффект изменения сорбционных свойств образцов МД после ИМП – воздействия [2] также косвенно указывал на возможность стимулированного магнитным полем сшивания полимерных цепей целлюлозы в образцах МД, а также свидетельствовал о уменьшении числа гидроксилов на поверхности образцов после ИМП воздействия.

Рассматривая МД как сложный полимерный композит, состоящий из волокнообразующей целлюлозы и связующего лигнина, можно предположить, что в процессе пластификации, прессования и последующей сушки образцов частично деструктурируется исходная сетка целлюлозы и образуется  новая сетка, которая фиксирует форму деформированного образца. Стабильность остаточной деформации, определяющей упрочнение МД, зависит от плотности исходной, напряженной при прессовании и фиксирующей целлюлозных сеток, что, в свою очередь, зависит от способа предварительной пластификации образцов. При обработке древесины водным раствором аммиака с последующей термообработкой происходит отщепление ацетильных групп (что приводит к некоторому увеличению количества водородных связей во влажной древесине), а также гидролиз поперечных сложноэфирных лингоуглеводных связей, уменьшающих плотность лингоуглеводной сетки в матрице и ухудшению механических свойств древесины. Последующая сушка пластифицированной аммиаком древесины сопровождается увеличением плотности сетки водородных связей уже при влажности образца 70-80%. При этом удаляются  ацетильные группы гемицеллюлоз, а плотность сетки водородных связей в обработанной древесине оказывается больше, чем в исходной.

Термообработка при повышенной температуре увеличивает плотность и прочность поперечных связей, фиксирующей деформацию сетки. Этим и определяется более высокая механическая прочность (твердость) абсолютно сухой МД, предварительно пластифицированной аммиаком в присутствии воды [3].

Логично предположить, что для достижения более стабильной остаточной деформации древесины необходимо более глубоко деструктурировать ее первоначальную сетку целлюлозы, а также  стимулировать при последующем модифицировании возникновение поперечных ковалентных связей для увеличения стабильности фиксирующей сетки. Для этого нами была использована  окислительная деструкция древесины при обработке карбомидным пластификатором и последующая обработка модифицированных образцов импульсным магнитным полем.

Хорошо известно, что во влажной среде модифицированная древесина в среднем в два раза быстрее природной насыщается водой. При определенных условиях (выдержка в горячей воде или пропаривание) МД может полностью восстановить свою начальную форму («распрессоваться»), и, следовательно, утратить свои прочностные характеристики. Поэтому задача уменьшения деструктурирования  прессованной древесины вследствие водопоглощения является одной из основных в деревообрабатывающей промышленности. В предлагаемом сообщении представлены результаты исследования водопоглощения образцами МД, подвергнутых  после пластификации и прессования ИМП – воздействию.

 Для исследований использовались образцы древесины березы размерами 15×15×15 мм. В качестве пластификатора использовался раствор карбомидной кислоты). Плотность образцов после прессования составляла величину ρ=(1.35÷1.45)·10³ кг/м³, а влажность не превышала 5%. Для определения этих параметров использовались прецизионные весы ВЛР-200, позволяющие производить взвешивание с погрешностью, не превышающей 0.5 мг.

Воздействие ИМП осуществлялось сериями от 150 до 6000 симметричных однополярных импульсов практически треугольной формы длительностью τ = 30 мкс и частотой следования f = 50 Гц. ИМП создавалось периодическим разрядом батареи конденсаторов через низкоиндуктивный соленоид, и контролировалось по току заряда в цепи соленоида и по напряжению индукции на тестовой катушке индуктивности.

Обработка образцов ИМП осуществлялась при комнатной температуре. Во время экспозиции образцы ориентировались в соленоиде таким образом, чтобы волокна древесины располагались параллельно силовым линиям поля [1].

Деструктурирование при водопоглощении определялось по стандартной методике (ГОСТ 962981) - анализировалось отношение изменения размеров при  водопоглощении образца до и  после ИМП – воздействия. На рисунке 1 приведена сравнительная диаграмма интенсивности деструктурирования образцов МД вследствие водопоглощения  до и после обработки ИМП.  

 

 

Рис.1. Относительная степень изменения размеров (так называемая «набухаемость») образцов МД  до и после обработки ИМП  (пластификатор – раствор карбомидной кислоты).

 

В результате исследований выяснилось:

1. После обработки ИМП деструктурирование при водопоглощении МД уменьшается в два раза.
2. Пластифицированная раствором карбомидной кислоты древесина более подвержена воздействию ИМП по сравнению древесиной, обработанной раствором аммиака.

Результаты исследований легко находят объяснение в рамках представлений о стимулирующей роли воздействия ИМП на радикальные реакции в боковых группах макромолекул целлюлозы. Окислительная деструкция композита приводит к более глубокой деструкции исходной целлюлозной сетки  с образованием радикальных пар вблизи атома кислорода в боковых группах целлюлозы, способных при стимулирующем воздействии ИМП образовывать поперечные связи между макромолекулами целлюлозы, которые, в свою очередь, уменьшают адсорбционную способность волокон древесины. Таким образом, результаты исследований  свидетельствует  о стимулирующей роли импульсного магнитного поля  при образовании поперечных связей в волокнообразующих компонентах таких сложных природных полимерных композитах, как модифицированная древесина.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.     Постников В.В., Левин М.Н., Матвеев Н.Н., Скориданов Р.В., Камалова Н.С., Шамаев В.А. Воздействие слабых импульсных магнитных полей на модифицированную древесину // Письма в ЖТФ. 2005, т.31, вып. 9, с. 14-19.

2.     Камалова НС., Кальченко С.В., Саушкин В.В., Постников В.В., Матвеев Н.Н. Воздействие импульсного магнитного поля на сорбционные свойства модифицированной древесины  // Молодые ученые – науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике (Молодые ученые – 2006): материалы Межд. науч.-техн. школы-конф. М: МИРЭА, 2006. Ч.I.С.100-102.

3.     Эриньш П.П., Кулькевица И.Ф. Исследования природы деформации древесины при разных способах ее пластификации // Химия древесины. – 1981. – №5. – С. 13-21.