Український журнал лісівництва та деревинознавства

ВПЛИВ НАНОЧАСТИНОК МАГНІЮ НА ПОКАЗНИКИ ВИКИДІВ ФОРМАЛЬДЕГІДУ З ДЕРЕВИНО КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

Ян Седлячик, Олена Пінчевська, Костянтин Георгійович Лопатько, Лариса Сергіївна Лопатько
Завантажити статтю
Анотація

Для виробництва деревних композиційних матеріалів переважно використовують клеї на основі дешевих та доступних, проте токсичних карбамідоформальдегідних смол. Враховуючи значні обсяги виробництва таких матеріалів, актуальним є пошук екологічних рішень щодо зменшення викидів формальдегіду під час їх пресування та подальшої експлуатації.. Метою статті було представити результати дослідження з використання наночастинок оксиду магнію для зв’язування непрореагованого формальдегіду у деревинокомпозиційних матеріалах. Аналіз способів виготовлення наночастинок металів дозволив визначити пріоритетний метод, що дозволяє отримати ультрадисперсні структури, розмір яких не перевищує 100 нм, а саме метод об’ємного електроіскрового диспергування металів у рідині. Вивчення морфології наночастинок магнію дозволило визначити, що вони мають майже кристалічну форм яка утворилася з парової фази, та середня довжина частинок не перевершує 100 нм. Результати спектральних досліджень складу елементів у нанофазі а саме магнію і кисню, показали, що кількість магнію не перевищує 32,2 %, а 67,78 % займає кисень. Це свідчить про те, що двохвалентний оксид магнію не має вираженої металевої фази, яка б заважала процесам сорбції формальдегіду. Проведені дослідження емісії формальдегіду зразків деревиностружкових плит із модифікованим наночастинками оксиду магнію в концентраціях 2 % і 8 % клеєм на основі карбамідоформальдегідної смоли показали неоднозначні результати. У порівнянні з контрольними зразками на другу добу спостереження рівень формальдегіду майже не змінився, а для концентрації 2 % навіть збільшився на 6 % . Проте, вже на шістнадцяту і дев’яносту добу спостерігалося зниження рівня виділення вільного формальдегіду на 19 % та 22 % відповідно. Отримані результати можуть бути використані у вдосконаленні виробництва нетоксичних деревиностружкових плит з покращеними властивостями

Ключові слова

ультрадисперсні структури, оксид металів, спосіб отримання, зразки, зниження токсичності

ЦИТУВАТИ
Sedliačik, J., Pinchevska, О., Lopatko, K., & Lopatko, L. (2023). Effect of magnesium nanoparticles on formaldehyde emissions from wood composite materials. Ukrainian Journal of Forest and Wood Science, 14(3), 78-90. https://doi.org/10.31548/forest/3.2023.78
Використані джерела

[1] Aftandilyants, Ye., & Lopatko, K. (2019) Influence of modified iron nanoparticles on the microstructure of low-alloyed steel. In XV International scientific and practical conference Lithuania 2019 (pp. 19-23). Zaporizhzhia: Tandem

[2] Aftandilyants, Ye.G., & Lopatko, K.G. (2018) Effect of grain size on mechanical properties of nanomaterials. In XIV International scientific and practical conference Lithuania 2018 (pp. 19-21). Zaporizhzhia: Tandem.

[3] Alabduljabbar, H., Alyousef, R., Gul, W., Shah, S., Khan, A., Khan, R., & Alaskar, A. (2020). Effect of alumina nano-particles on physical and mechanical properties of medium density fiberboard. Materials, 13(18), article number 4207. doi: 10.3390/ma13184207.

[4] Alonso, M.V., Oliet, M., Rodriguez, F., Garcia, J., Gilarranz, M.A., & Rodriguez, J.J. (2005). Modification of ammonium lignosulfonate by phenolation for use in phenolic resins. Bioresource Technology, 96, 1013-1018. doi: 10.1016/j.biortech.2004.09.009.

[5] Athanassiadou, E., Tsiantzi, S., & Markessini, C. (2009). Producing panels with formaldehyde emission at wood levels. Retrieved from https://chimarhellas.com/wp-content/uploads/2021/06/athanassiadou-tsiantzi-markessini-paper-2.pdf.

[6] Bekhta, O., & Krystofiak, T. (2023). Performance and modification of wood and wood-based materials author to whom correspondence should be addressed. Forests, 14(5), article number 963. doi: 10.3390/f14050963.

[7] Bekhta, P., Noshchenko, G., Réh, R., Kristak, L., Sedliacik, J., Antov, P., Mirski, R., & Savov, V. (2021). Properties of eco-friendly particleboards bonded with lignosulfonate-urea-formaldehyde adhesives and pMDI as a crosslinker. Materials, 14, article number 4875.doi: 10.3390/ma14174875.

[8] Cademartori, P., Henrique, J., Luiz, B., Pierre, M., & Washington, M. (2018). The use of low-pressure plasma on enhancing the attachment of Al2O3 nanoparticles to wood-plastic composites. Journal of Wood Chemistry and Technology, 38(2), 71-83. doi: 10.1080/02773813.2017.1372477.

[9] Costa, S., Costa, C., Madureira, J., Valdiglesias, V., Teixeira-Gomes, A., de Pinho, P.G., Laffon, B., & Teixeira, J.P. (2019). Occupational exposure to formaldehyde and early biomarkers of cancer risk, immunotoxicity and susceptibility. Environmental Research, 179A, article number 108740. doi: 10.1016/j.envres.2019.108740.

[10] Dinesh Ram, S., Shukla, D., & Gupta, A. (2022). Fatigue strength of copper and mild steel single lap joints bonded with epoxy-alumina nanocomposite adhesive. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1248, article number 012091. doi: 10.1088/1757-899X/1248/1/012091.

[11] Elsayed, A.E., Mohamed, L.M., Ahmed, F.S., & Farida, A.A. (2023). Using nano-magnesium oxide/bentonite composite for cadmium removal from industrial wastewater. Environmental Engineering Research, 28(2), article number 210545. doi: 10.4491/eer.2021.545.

[12] Fusheng, Z., Shaogeng, C., Bo, K., Long, X., Yinbin, S., & Runkai, W. (2022). Synergistic solidification of lead-contaminated soil by magnesium oxide and microorganisms. Chemosphere, 308, article number 136422. doi: 10.1016/j.chemosphere.2022.136422.

[13] Gabriela, P., Aurel, L., Zeleniuc, O., & Cosereanu, C. (2022). Three adhesive recipes based on magnesium lignosulfonate, used to manufacture particleboards with low formaldehyde emissions and good mechanical properties. Forests. 13(5), article number 737. doi: 10.3390/f13050737.

[14] Gul, W., Shah, S., Khan, A., & Pruncu, C. (2021). Characterization of zinc oxide-urea formaldehyde nano resin and its impact on the physical performance of medium-density fiberboard. Polymers, 13(3), article number 371. doi: 10.3390/polym13030371.

[15] Gupta, A., Kumar, A., Sharma, K., & Gupta, R. (2018). Application of high conductive nanoparticles to enhance the thermal and mechanical properties of wood composite. Materials Today: Proceedings, 5(1), 3143-3149. doi: 10.1016/j.matpr.2018.01.121.

[16] Hu, J.-P., & Guo, M.-H. (2015). Influence of ammonium lignosulfonate on the mechanical and dimensional properties of wood fiber biocomposites reinforced with polylactic acid. Industrial Crops and Products, 78, 48-57. doi: 10.1016/j.indcrop.2015.09.075.

[17] Lopatko, K., Zakharchenko, S., Shydlovska, N., Perekos, A., & Savluk, O. (2020) Features of obtaining of plasma-erosion nanodispersed silver hydrosols and their bactericidal and fungicidal properties. Metallofizika i noveishie tekhnologii, 42(6), 829-851. doi: 10.15407/mfint.42.06.0829.

[18] Mantau, U. (2012). Wood flows in Europe (EU27). Project report. Brussels: CEPI Confederation of European Paper Industries.

[19] Murmantsev, A., Veklich, A., Boretskij, V., & Lopatko, K. (2022). Hydrogen Balmer spectral lines in spectroscopy of underwater electric spark discharge plasma. Contributions of the Astronomical Observatory Skalnate Pleso, 50, 96-104. doi: 10.31577/caosp.2020.50.1.96.

[20] Nagpal, M., & Kakkar, R. (2020). Facile synthesis of mesoporous magnesium oxide-graphene oxide composite for efficient and highly selective adsorption of hazardous anionic dyes. Research on Chemical Intermediates, 46, 2497-2521. doi: 10.1007/s11164-020-04103-0.

[21] Patent No. 130939 “Device for producing a metal colloid” (2018). Retrieved from https://dspace.nuft.edu.ua/jspui/handle/123456789/30082.

[22] Paul, G., Lunguleasa, A., Zeleniuc, O., & Cosereanu, С. (2022). Three adhesive recipes based on magnesium lignosulfonate, used to manufacture particleboards with low formaldehyde emissions and good mechanical properties. Forests, 13(5), article number 737. doi: 10.3390/f13050737.

[23] Pinchevska, O., & Šmidriaková, M. (2016). Wood particleboard covered with slices made of pine tree branches. Acta Facultatis Xylologiae Zvolen, 58(1), 67-74. doi: 10.17423/afx.2016.58.1.08.

[24] Pizzi, A. (2013). Bioadhesives for wood and fibres. Reviews of Adhesion and Adhesives, 1, 88-113. doi: 10.7569/RAA.2013.097303.

[25] Pizzi, A., Papadopoulos, A., & Policardi, F. (2020). Wood composites and their polymer binders. Polymers, 12(5), article number 1115. doi: 10.3390/polym12051115.

[26] Salem, M.Z.M., Zeidler, A., Böhm, M., & Srba, J. (2013). Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) as a bioresource: Evaluation of solid wood, particleboard, and MDF technological properties and formaldehyde emission. BioResources, 8(1), 1199-1221. doi: 10.15376/biores.8.1.1199-1221.

[27] Shvets, M., Markov, F., Fitisov, A., & Didenko, P. (2020). Analysis of financial and economic activity of state forest enterprises in the conditions of economic and ecological crisis. Scientific Horizons, 06(91), 92-100. doi: 10.33249/2663-2144-2020-91-6-92-100.

[28] Tian, X., Li, Y., Wan, S., Wu, Z., & Wang, Z. (2017). Functional surface coating on cellulosic flexible substrates with improved water-resistant and antimicrobial properties by use of ZnO nanoparticles. Journal of Nanomaterials, 2017, article number 9689035. doi: 10.1155/2017/9689035.

[29] Villanueva, F., Ródenas, M., Ruus, A., Saffell, J., & Gabriel, M. (2021). Sampling and analysis techniques for inorganic air pollutants in indoor air. Applied Spectroscopy Reviews, 57, 1-49. doi: 10.1080/05704928.2021.2020807.

[30] Vynarchuk, K.V., Zazymko, O.V., & Lopatko, K.G. (2021). Electrospark synthesis of nanoorganometallic complexes of biogenic metals. In International scientific and practical online conference “Modern problems and prospects for the development of mechanical engineering of Ukraine" (pp. 184-185). Kyiv: NULES of Ukraine.