Forestry Engineering Journal Forestry Engineering Journal Лесотехнический журнал 2222-7962 64483 10.34220/issn.2222-7962/2023.1/14 ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ WOOD PROCESSING. CHEMICAL TECHNOLOGY ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ Investigation of interphase interaction of birch wood with impregnating composition Исследование межфазного взаимодействия древесины березы с пропиточным составом Жужукин Константин Викторович Zhuzhukin K. V. kinkon18@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Бельчинская Лариса Ивановна Belchinskaya Larisa Ivanovna chem@vglta.vrn.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Томина Елена Викторовна Tomina E. V.

доктор химических наук;

doctor of chemical sciences;

 Зяблов Александр Николаевич Zyablov Aleksandr Nikolaevich

доктор химических наук;

doctor of chemical sciences;

 Иен Ву Хоанг Yen Wu Hoang yenvh@hufi.edu.vn Чуйков Алексей Сергеевич Chuykov Aleksey Sergeevich offlex88@belstu.by

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Воронеж Россия Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Воронеж Russian Federation Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Россия Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Russian Federation Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова Россия Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Russian Federation Воронежский государственный университет Воронеж Россия Voronezh State University Voronezh Russian Federation ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет» Россия ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет» Russian Federation Пищевой Промышленный Университет Хошимина Хоошимин Вьетнам Ho Chi Minh Food Industrial University Ho Chi Minh Vietnam Белорусский государственный технологический университет Минск Беларусь Белорусский государственный технологический университет Минск Belarus 16 05 2023 16 05 2023 13 1 209 221 18 03 2023 14 04 2023 http://lestehjournal.ru/journal/2023/no-1-49/issledovanie-mezhfaznogo-vzaimodeystviya-drevesiny-berezy-s-propitochnym

Целью работы явилось исследование процесса межфазного взаимодействия древесины берёзы повислой (Betula pendula ROTH) с матрицей разработанного пропиточного состава – отработанным моторным маслом – в трех взаимно перпендикулярных направлениях (торцовое, радиальное, тангенциальное Определение краевого угла смачивания древесины пропиточными составами проводили на собранном нами гониометре, состоящем из камеры в USB микроскопе. Межфазное взаимодействие воды с древесиной устанавливали методом лежащей капли по значению краевого угла смачивания сиспользованием программы HIview 10. Определена кинетика снижения величины краевого угла смачивания древесины водой в течение 90 секунд в торцовом, радиальном и тангенциальном направлениях, и водо- и биостойкости древесины. При замене водного адгезива на пропиточный состав межфазное взаимодействие усилилось, краевой угол смачивания снизился относительно дистиллированной воды от 5 до 30 раз в трех взаимно перпендикулярных направлениях и качество пропитки древесиныулучшалось. Анализ динамического и статического краевых углов смачивания пропитанной отработанным моторным маслом (ОММ) древесины позволил установить значительное усиление межфазного взаимодействия функциональных групп древесины с появляющимися в отработанном моторном масле новыми, химически более активными функциональными группами, что способствует образованию гидрофобной поверхности древесины. Таким образом,величина краевого угла смачивания предоставляет информацию о качестве пропитки древесины и может использоваться как индикатор гидрофобизации древесины при обеспечении защиты от влаги и гниения.

The purpose of this work was to study the properties of interfacial interaction of the basis of a new promising impregnating composition of used motor oil with birch wood in three mutually perpendicular directions (end, radial, tangential). Samples of birch wood were chosen as objects of study. The interfacial interaction was determined by the sessile drop method by the value of the contact angle, which makes it possible to establish a significant decrease in their values relative to distilled water when using an impregnating composition based on used motor oil, apparently as a result of the interfacial interaction between the wood and the hydrophobic matrix of the impregnating composition. When water molecules wet the hydrophilic surface of wood, which occurs as a result of adsorption and capillary condensation, water dipoles are attracted to the negatively charged surface of the molecular chains of cellulose, hemicelluloses and lignin due to the presence of unsaturated hydroxyl valences on their surface. An analysis of the dynamic and static contact angles of wetting wood impregnated with used engine oil made it possible to establish a significant increase in these angles compared to the data obtained for unimpregnated wood. The contact angles increase, apparently, as a result of the interfacial interaction of the functional groups of wood and the main components of the impregnating composition, leading to the formation of a hydrophobic surface. When comparing the contact angle of wetting wood with water and used engine oil, a decrease in its value was found when wetting used engine oil in comparison with water due to more intensive diffusion of used engine oil molecules into wood and the formation of intermolecular interactions of functional groups of wood and used engine oil.

 отработанное моторное масло древесина березы Betula pendula ROTH межфазное взаимодействие краевой угол смачивания вязкость : used motor oil birch wood Betula pendula ROTH interfacial interaction contact angle viscosity

Spear M. J. et al. Review of functional treatments for modified wood //Coatings. - 2021. - Т. 11. - №. 3. - С. 327.DOI: https://doi.org/10.3390/coatings11030327 Spear M. J. et al. Review of functional treatments for modified wood //Coatings. - 2021. - T. 11. - №. 3. - S. 327.DOI: https://doi.org/10.3390/coatings11030327 Song K. et al. High temperature and fire behavior of hydrothermally modified wood impregnated with carbon nanomaterials //Journal of hazardous materials. - 2020. - Т. 384. - С. 121283. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121283 Song K. et al. High temperature and fire behavior of hydrothermally modified wood impregnated with carbon nanomaterials //Journal of hazardous materials. - 2020. - T. 384. - S. 121283. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121283 Bayani S., Taghiyari H. R., Papadopoulos A. N. Physical and mechanical properties of thermally-modified beech wood impregnated with silver nano-suspension and their relationship with the crystallinity of cellulose //Polymers. - 2019. - Т. 11. - №. 10. - С. 1538. DOI: https://doi.org/10.3390/polym11101538 Bayani S., Taghiyari H. R., Papadopoulos A. N. Physical and mechanical properties of thermally-modified beech wood impregnated with silver nano-suspension and their relationship with the crystallinity of cellulose //Polymers. - 2019. - T. 11. - №. 10. - S. 1538. DOI: https://doi.org/10.3390/polym11101538 Li P. et al. Preparation and characterization of sodium silicate impregnated Chinese fir wood with high strength, water resistance, flame retardant and smoke suppression //Journal of Materials Research and Technology. - 2020. - Т. 9. - №. 1. - С. 1043-1053. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.10.035 Li P. et al. Preparation and characterization of sodium silicate impregnated Chinese fir wood with high strength, water resistance, flame retardant and smoke suppression //Journal of Materials Research and Technology. - 2020. - T. 9. - №. 1. - S. 1043-1053. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.10.035 Kurkowiak K., Emmerich L., Militz H. Wood chemical modification based on bio-based polycarboxylic acid and polyols-status quo and future perspectives //Wood Material Science & Engineering. - 2022. - Т. 17. - №. 6. - С. 1040-1054. DOI: https://doi.org/10.1080/17480272.2021.1925961 Kurkowiak K., Emmerich L., Militz H. Wood chemical modification based on bio-based polycarboxylic acid and polyols-status quo and future perspectives //Wood Material Science & Engineering. - 2022. - T. 17. - №. 6. - S. 1040-1054. DOI: https://doi.org/10.1080/17480272.2021.1925961 Sangregorio A. et al. Humin based resin for wood modification and property improvement // Green Chemistry. - 2020. - Т. 22. - №. 9. - С. 2786-2798. DOI: 10.1039/C9GC03620B Sangregorio A. et al. Humin based resin for wood modification and property improvement // Green Chemistry. - 2020. - T. 22. - №. 9. - S. 2786-2798. DOI: 10.1039/C9GC03620B Wu S. S., Tao X., Xu W. Thermal conductivity of Poplar wood veneer impregnated with graphene/polyvinyl alcohol //Forests. - 2021. - Т. 12. - №. 6. - С. 777. https://doi.org/10.3390/f12060777 Wu S. S., Tao X., Xu W. Thermal conductivity of Poplar wood veneer impregnated with graphene/polyvinyl alcohol //Forests. - 2021. - T. 12. - №. 6. - S. 777. https://doi.org/10.3390/f12060777 Dong Y. et al. Environmentally benign wood modifications: a review //ACS Sustainable Chemistry & Engineering. - 2020. - Т. 8. - №. 9. - С. 3532-3540. https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.2c00427 Dong Y. et al. Environmentally benign wood modifications: a review //ACS Sustainable Chemistry & Engineering. - 2020. - T. 8. - №. 9. - S. 3532-3540. https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.2c00427 Lykidis C., Kotrotsiou K., Tsichlakis A. Reducing set-recovery of compressively densified poplar wood by impregnation-modification with melamine-formaldehyde resin //Wood Material Science & Engineering. - 2020. - Т. 15. - №. 5. - С. 269-277. https://doi.org/10.1080/17480272.2019.1594365 Lykidis C., Kotrotsiou K., Tsichlakis A. Reducing set-recovery of compressively densified poplar wood by impregnation-modification with melamine-formaldehyde resin //Wood Material Science & Engineering. - 2020. - T. 15. - №. 5. - S. 269-277. https://doi.org/10.1080/17480272.2019.1594365 Lin, W., Huang, Y., Li, J. et al. Cellulose (2018) 25: 7341. https://doi.org/10.1007/s10570-018-2074-y Lin, W., Huang, Y., Li, J. et al. Cellulose (2018) 25: 7341. https://doi.org/10.1007/s10570-018-2074-y Čermák P. et al. Wood-water interactions of thermally modified, acetylated and melamine formaldehyde resin impregnated beech wood //Holzforschung. - 2022. - Т. 76. - №. 5. - С. 437-450. https://doi.org/10.1515/hf-2021-0164 Čermák P. et al. Wood-water interactions of thermally modified, acetylated and melamine formaldehyde resin impregnated beech wood //Holzforschung. - 2022. - T. 76. - №. 5. - S. 437-450. https://doi.org/10.1515/hf-2021-0164 Biziks, V., Bicke, S., and Militz, H. (2019). Penetration depth of phenol-formaldehyde (PF) resin into beech wood studied by light microscopy. Wood Sci. Technol. 53: 165-176, https://doi.org/10.1007/s00226-018-1058-2. Biziks, V., Bicke, S., and Militz, H. (2019). Penetration depth of phenol-formaldehyde (PF) resin into beech wood studied by light microscopy. Wood Sci. Technol. 53: 165-176, https://doi.org/10.1007/s00226-018-1058-2. Baar J. et al. Effect of hemp oil impregnation and thermal modification on European beech wood properties //European Journal of Wood and Wood Products. - 2021. - Т. 79. - №. 1. - С. 161-175. https://doi.org/10.1007/s00107-020-01615-9 Baar J. et al. Effect of hemp oil impregnation and thermal modification on European beech wood properties //European Journal of Wood and Wood Products. - 2021. - T. 79. - №. 1. - S. 161-175. https://doi.org/10.1007/s00107-020-01615-9 Shen X. et al. Effect of furfurylation on hierarchical porous structure of poplar wood //Polymers. - 2020. - Т. 13. - №. 1. - С. 32. https://doi.org/10.3390/polym13010032 Shen X. et al. Effect of furfurylation on hierarchical porous structure of poplar wood //Polymers. - 2020. - T. 13. - №. 1. - S. 32. https://doi.org/10.3390/polym13010032 Li W. et al. Understanding the effect of combined thermal treatment and phenol-formaldehyde resin impregnation on the compressive stress of wood //Wood Science and Technology. - 2022. - Т. 56. - №. 4. - С. 1071-1086. https://doi.org/10.1007/s00226-022-01400-2 Li W. et al. Understanding the effect of combined thermal treatment and phenol-formaldehyde resin impregnation on the compressive stress of wood //Wood Science and Technology. - 2022. - T. 56. - №. 4. - S. 1071-1086. https://doi.org/10.1007/s00226-022-01400-2 Popescu C. M., Pfriem A. Treatments and modification to improve the reaction to fire of wood and wood based products-An overview //Fire and Materials. - 2020. - Т. 44. - №. 1. - С. 100-111. https://doi.org/10.1002/fam.2779 Popescu C. M., Pfriem A. Treatments and modification to improve the reaction to fire of wood and wood based products-An overview //Fire and Materials. - 2020. - T. 44. - №. 1. - S. 100-111. https://doi.org/10.1002/fam.2779 Seng Hua Lee, Zaidon Ashaari, Wei Chen Lum, Juliana Abdul Halip, Aik Fei Ang, Li Peng Tan, Kit Ling Chin, Paridah Md Tahir, Thermal treatment of wood using vegetable oils: A review, Construction and Building Materials, Volume 181, 2018, Pages 408-419, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.058. Seng Hua Lee, Zaidon Ashaari, Wei Chen Lum, Juliana Abdul Halip, Aik Fei Ang, Li Peng Tan, Kit Ling Chin, Paridah Md Tahir, Thermal treatment of wood using vegetable oils: A review, Construction and Building Materials, Volume 181, 2018, Pages 408-419, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.058. Impregnation of wood with waste engine oil to increase water-and bio-resistance / L. Belchinskaya, K. V. Zhuzhukin, T. Ishchenko, A. Platonov. Forests. 2021; 12 (12): 1762. DOI: https://doi.org/10.3390/f12121762. Impregnation of wood with waste engine oil to increase water-and bio-resistance / L. Belchinskaya, K. V. Zhuzhukin, T. Ishchenko, A. Platonov. Forests. 2021; 12 (12): 1762. DOI: https://doi.org/10.3390/f12121762. Tomak E. D. Surface wettability of boron and oil-treated wood //Cerne. - 2022. - Т. 28. DOI: 10.1590/01047760202228013058 Tomak E. D. Surface wettability of boron and oil-treated wood //Cerne. - 2022. - T. 28. DOI: 10.1590/01047760202228013058 Повышение водостойкости древесины пропиточным составом на основе растительного масла с нанопорошком диоксида кремния / Е. В. Томина, А. И. Дмитренков, К. В. Жужукин [и др.] // Лесотехнический журнал. - 2022. - Т. 12, № 2(46). - С. 68-79. - DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2022.2/6. Povyshenie vodostoykosti drevesiny propitochnym sostavom na osnove rastitel'nogo masla s nanoporoshkom dioksida kremniya / E. V. Tomina, A. I. Dmitrenkov, K. V. Zhuzhukin [i dr.] // Lesotehnicheskiy zhurnal. - 2022. - T. 12, № 2(46). - S. 68-79. - DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2022.2/6. Влияние ультразвукового диспергирования пропиточного состава древесины на её гидрофобизацию / Л. И. Бельчинская, К. В. Жужукин, Л. А. Новикова [и др.] // Лесотехнический журнал. - 2019. - Т. 9, № 2(34). - С. 126-136. - DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2019.2/14. Vliyanie ul'trazvukovogo dispergirovaniya propitochnogo sostava drevesiny na ee gidrofobizaciyu / L. I. Bel'chinskaya, K. V. Zhuzhukin, L. A. Novikova [i dr.] // Lesotehnicheskiy zhurnal. - 2019. - T. 9, № 2(34). - S. 126-136. - DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2019.2/14.