Тhe influence and distribution of powdered hydrolytic lignin in wood filler on the operational and aesthetic characteristics of binderless plastic

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This study explored compositions of powdered hydrolysis lignin and wood fillers (pine and birch sawdust) made in various proportions. The studied compositions were proposed for use in the production of binderless plastic. The influence of hydrolysis lignin content on the operational and aesthetic properties of the resulting plastic was revealed when it was distributed within the wood filler followed by piezothermal treatment. Rational compositions of the pre-densified raw materials were determined to achieve the desired balance of performance indicators such as bending strength and water absorption during 24 hours. Aesthetic evaluation of the materials was performed using scanned images and analysis of obtained color models. The analysis of color and binary images of top surface and internal longitudinal cross-sections of samples made of various compositions revealed challenges in achieving complete differentiation of powdered hydrolysis lignin within the wood filler. Such circumstances of mechanical distribution of the coloring agent in the composition prevent the attainment of monochrome colored products. This non-uniform distribution throughout the product volume also impacts the operational properties of the resulting plastic.

About the authors

Artyom Vyacheslavovich Artyomov

Ural State Forest Engineering University

Author for correspondence.
Email: artemovav@m.usfeu.ru

Viktor Gavrilovich Buryndin

Ural State Forest Engineering University

Email: buryndinvg@m.usfeu.ru

Anna Sergeevna Ershova

Ural State Forest Engineering University

Email: ershovaas@m.usfeu.ru

Pavel Sergeevich Zakharov

Ural State Forest Engineering University

Email: zaharovps@m.usfeu.ru

References

  1. Yurchenko V. V., Khleborodova V. A. Analysis of modifying additives used in composite materials with filler from wood waste and thermoplastic polymers. Collection of scientific papers of the Donetsk Institute of Railway Transport, 2018, no. 48, pp. 39–45. EDN LBBTVB. (In Russ.)
  2. Hu Zh., Xue M., Zhang Q. [et al.]. Nanocolorants: A novel class of colorants, the preparation and performance characterization. Dyes and Pigments, 2008, vol. 76, no. 1, pp. 173–178. doi: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2006.08.026.
  3. Bashkirova K. A., Gazeev M. V., Sviridov A. V. Features of planning an experiment to develop a new paint and varnish composition for the formation of protective and decorative coatings on wood products. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Yekaterinburg, October 15–16, 2021. Yekaterinburg, 2022, pp. 012065. doi: 10.1088/17551315/949/1/012065. EDN BMMKZR.
  4. Becker D. Coloring of Plastics. Color Trends and Selection for Product Design, 2016, pp. 195–198. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-323-39395-9.00040-2.
  5. Kuzmin A. M., Vodiakov V. N., Kotina E. A. Modification of thermoplastic composites with vegetable filler with mineral fine particles. Bulletin of the Technological University, 2017, vol. 20, no. 2, pp. 74–77. EDN XVFSST. (In Russ.)
  6. Konstantinova S. A., Shchelokov V. M., Voskoboynikov I. V. Obtaining a cellulose-containing polymer superconcentrate for the production of wood-polymer composite materials. Bulletin of the Moscow State University of Forests — Forest Bulletin, 2012, no. 8, pp. 117–124. EDN NRIJLX. (In Russ.)
  7. Gusev E. V., Naboyschikova N. A., Ageeva T. A. Regularities of changes in the physical and mechanical properties of composites based on liquid phenol-formaldehyde resins and dispersed fiber filler. Russian Chemical Journal, 2022, vol. 66, no. 2, pp. 22–27. doi: 10.6060/rcj.2022662.4. EDN IQEFHC. (In Russ.)
  8. Tarasov D. A., Tyagunov A. G. Analysis of reflection spectra of printed papers and cartons. Polygraphy: technology, equipment, materials: Materials of the IX Scientific and practical conference with international participation, Omsk, May 15–16, 2018. Ministry of Education and Science of Russia, OmSTU; Editorial Board: S. N. Litunov (scientific editor), I. A. Sysuev (editor-in-chief), V. M. Vdovin. Omsk, Omsk State Technical University, 2018, pp. 129–134. EDN XRGDNB. (In Russ.)
  9. Vurasko A. V., Ageev M. A., Ageev A. Ya. Technologies for obtaining, processing and processing paper and cardboard. Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, Ural State Forestry University. 2nd edition, supplemented and revised. Yekaterinburg, Ural State Forestry University, 2021. 276 p. EDN BOLFHQ. (In Russ.)
  10. Ivanova E. V., Guzeva A. V., Lapenkov A. E. [et al.]. Features of the use of the Nile red dye for the identification of plastic particles in natural objects. Russian Journal of Applied Ecology, 2020, no. 4 (24), pp. 36–42. doi: 10.24411/2411-7374-2020-10032. EDN CSUQUD. (In Russ.)
  11. Wang X., Jiang M., Zhoub Z. [et al.]. 3D printing of polymer matrix composites: A review and prospective. Composites Part B: Engineering, 2017, vol. 110, pp. 442–458. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2016.11.034.
  12. Li Y., Kluck S., Nekoonam N. [et al.]. COLOR3D — Multicolored 3D printing of wood composites by submicron structuring. Additive Manufacturing, 2023, vol. 75, pp. 103723. doi: https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103723.
  13. Govyadin I. K., Chubinsky A. N. Investigation of the effect of temperature on a 3D printer on the properties of a spring polymer thread. Proceedings of the St. Petersburg Forestry Academy, 2019, no. 229, pp. 231–242. doi: 10.21266/2079-4304.2019.229.231-242. EDN HIDXJC. (In Russ.)
  14. Sikora A., Kačík F., Gaff M. [et al.]. Impact of thermal modification on color and chemical changes of spruce and oak wood. Journal of Wood Science, 2018, no. 64, pp. 406–416. doi: 10.1007/s10086-018-1721-0.
  15. Sabirova G. A., Galyavetdinov N. R., Khairullin R. Z., Mukhametzyanov Sh. R. Mathematical model for predicting the color characteristics of wood-filled composites based on PLA. Woodworking industry, 2021, no. 1, pp. 82–89. EDN QXOKMF. (In Russ.)
  16. Bonifazi G., Calienno L., Capobianco G. [et al.]. Modeling color and chemical changes on normal and red heart beech wood by reflection spectrophotometry, Fourier Transform Infrared spectroscopy and hyperspectral imaging. Polymer Degradation and Stability, 2015, vol. 113, pp. 10–21. doi: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2015.01.001.
  17. Minin A. N. Technology of thermopiezoplastics. Moscow, Forest industry, 1965. 296 p. (In Russ.)
  18. Akkerman A. S., Antakova V. N., Babailov V. E. [et al.]; Edited by V. N. Petri [et al.]. Plate materials and products made of wood and other desalinated residues without the addition of binders. Moscow, Forest industry, 1976. 360 p. (In Russ.)
  19. Copyright certificate no. 142413 A1 of the USSR, IPC B27N 3/02. Method of manufacturing colored wood plastic from sawdust without binder: no. 724027; application 30.03.1961; publ. 01.01.1961. A. V. Chuiko, E. S. Chuiko. EDN FDGOKQ. (In Russ.)
  20. Copyright certificate no. 142014 A1 USSR, IPC B27N 3/02. Method of manufacturing colored wood plastic from sawdust without binder: no. 724024; application 30.03.1961; publ. 01.01.1961. A. V. Chuiko, E. S. Chuiko. EDN KAIPYL. (In Russ.)
  21. Copyright certificate no. 142015 A1 USSR, IPC B27N 3/02. Method of making colored tiles from sawdust without binder: no. 724025; application 30.03.1961; publ. 01.01.1961. A. V. Chuiko, E. S. Chuiko. EDN WWQVSP. (In Russ.)
  22. Copyright certificate no. 142016 A1 USSR, IPC B27N 3/02. Method of manufacturing colored wood plastic from sawdust without binder: no. 724026; application 30.03.1961; publ. 01.01.1961. A. V. Chuiko, E. S. Chuiko. EDN OTVXCL. (In Russ.)
  23. Copyright certificate no. 142017 A1 USSR, IPC B27N 3/02. A method for making colored tiles from sawdust without the introduction of a binder: no. 724028; application 30.03.1961; publ. 01.01.1961. A. V. Chuiko, E. S. Chuiko. EDN SXIKIS. (In Russ.)
  24. Copyright certificate no. 142018 A1 USSR, IPC B27N 3/02. Method of making colored tiles from sawdust without binder: no. 724029; application 30.03.1961; publ. 01.01.1961. A. V. Chuiko, E. S. Chuiko. EDN GKUYFP. (In Russ.)
  25. Zhulanova A. E., Glushankova I. S. Utilization of lignosulfonates to obtain composite building materials. Theoretical and applied ecology, 2022, no. 1, pp. 134–139. doi: 10.25750/1995-4301-2022-1-134-139. EDN CPORXT. (In Russ.)
  26. Stupak D. P., Shkuro A. E., Artemov A. V. Obtaining and investigation of the properties of wood-polymer composites with hydrolyzed lignin. Woodworking industry, 2020, no. 1, pp. 72–80. EDN CNXUXS. (In Russ.)
  27. Tychinkin I. V., Shishlov O. F., Glukhikh V. V. [et al.]. The influence of lignin on the reactivity of phenol-formaldehyde resin and the properties of thermal insulation material based on it. Glues. Sealants. Technologies, 2022, no. 8, pp. 8–14. doi: 10.31044/1813-7008-2022-8-8-14. EDN GHSXMQ. (In Russ.)
  28. Savinovskikh A. V., Artemov A. V., Buryndin V. G. The influence of modifiers on the physico-mechanical properties of wood plastics without the addition of binders. Bulletin of the Moscow State University of Forests — Lesnoy vestnik, 2016, vol. 20, no. 3, pp. 55–59. EDN WKNMON. (In Russ.)
  29. Artemov A. V., Buryndin V. G., Ershova A. S., Ladygina A. N. Hydrophobization of plastics without binders by hydrolysis lignin. Woodworking industry, 2023, no. 1, pp. 116–124. EDN SABZOC. (In Russ.)
  30. Garth M. S., Ershova A. S., Artemov A. V. [et al.]. Investigation of the relationship between the physico-mechanical properties of wood plates. Woodworking: technologies, equipment, management of the XXI century: Proceedings of the XVII International Eurasian Symposium, Yekaterinburg, September 13–16, 2022. Yekaterinburg, Ural State Forestry University, 2022, pp. 140–146. (In Russ.)
  31. Khrulev V. M., Martynov K. Ya. Durability of particle boards. Moscow, 1977. 168 p. (In Russ.)
  32. Vydrina T. S., Artemov A. V., Dedyukhin V. G., Buryndin V. G. Thermal aging of products based on wood composite materials. Chemistry of plant raw materials, 2007, no. 2, pp. 101–106. EDN IAPFVZ. (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Artyomov A.V., Buryndin V.G., Ershova A.S., Zakharov P.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».