Композиционный строительный материал с использованием отходов лесохимии в составе

Цель – разработка технологии производства бетонов и их составов с применением лигнина гидролизного как компонента, улучшающего их качественные характеристики (прочность при сжатии, водонепроницаемость, морозостойкость). Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи: исследовать химический состав гидролизного лигнина; выявить влияние процесса механохимической активации на структуру гидролизного лигнина; подобрать оптимальные условия получения композиционных строительных материалов; определить физико-механические свойства разработанных композиционных материалов. В опытах использовали портландцемент М 400, в качестве мелкого заполнителя – песок (ГОСТ 8736-2014) с модулем крупности 2,2 в соотношении 1:4 (т.к. ожидаемый класс бетона – В35), водоцементное отношение составило 0,5, использованы жидкое натриевое стекло (ГОСТ 13078-81) в количестве 10%, органический наполнитель – тонкомолотый гидролизный лигнин, органический модификатор – карбамид (ГОСТ 2081-92). При определении химического состава гидролизного лигнина использовался метод ИК-спектроскопии. Исследование показало, что гидролизный лигнин является активной органической добавкой. Наличие в его молекулах сильно полярных групп (гидроксильных, карбонильных, карбоксильных), способных к сильному межмолекулярному взаимодействию, может способствовать его ассоциации в растворах, привести к возможным реакциям сшивания цепей, реакциям «конденсации», причем как в кислой, так и в щелочной среде. Для получения качественных композиционных материалов строительного назначения с заранее заданными свойствами рекомендована сырьевая смесь, состоящая из портландцемента, песка и дополнительных компонентов: гидролизный лигнин в количестве 30–50% от массы смеси и карбамид в количестве 20–40% от массы смеси.

1. Крутов С.М., Ипатова Е.В., Косяков Д.С., Шкаева Н.В., Короткова Е.М., Пранович А.В. и др. Лигнопенополиуретаны на основе гидролизного лигнина // Журнал прикладной химии. 2016. T. 89. № 1. С. 128–133.

2. Крутов С.М., Ипатова Е.В. Перспективы получения новых материалов на основе отходов биохимической переработки древесного сырья // Леса России: политика, промышленность, наука, образование: материалы научнотехнической конференции (Санкт-Петербург, 13–15 апреля 2016 года). Санкт-Петербург, 2016. С. 207–209.

3. Федорова О.В., Аким Э.Л. Гидролизный и сульфатный лигнин, как перспективное сырье для биотоплива // Леса России: политика, промышленность, наука, образование: материалы IV научно-технической конференции (Санкт-Петербург, 22–25 мая 2019 год). Санкт-Петербург, 2019. С. 325–327.

4. Шибаева Г.Н., Ибе Е.Е., Холдаенко Ю.А., Филимонова В.А. Теплоэффективные строительные материалы на основе полимерсиликатного вяжущего и гидролизного лигнина // Инновации в жизнь. 2017. № 3 (22). С. 162–172.

5. Dessbesell L., Leitch M., Pulkki R., Paleologou M., Xu C. Global lignin supply overview and kraft lignin potential as an alternative for petroleum-based polymers // Renewable and sustainable energy reviews. 2020. Vol. 123. p. 109768. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.109768.

6. Chio C., Qin W., Sain M. Lignin utilizayion: a review of lignin depolimerization from various aspects // Renewable and sustainable energy reviews. 2019. Vol. 107. p. 232–249. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.03.008.

7. Bogdanovich N.I., Vorontsov K.B., Labudin B.V., Varenik K.A. Simulating the pyrolysis process of sludge – lignin with the production of active carbons // IOP conference series: materials science and engineering. 2020. Vol. 939. p. 012014. https://doi.org/10.1088/1757899X/939/1/012014.

8. Verevkin S.P, Konnova M.E, Turovtsev V.V., Riabchunova A.V., Pimerzin A.A. Weaving a network of reliable thermochemistry around lignin building blocks: methoxy-phenols and methoxybenzaldehydes // Industrial and engineering chemistry research. 2020. Vol. 59. № 52. p. 22626–22639. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c04281.

9. Fux S.L., Devyaterikova S.V., Musikhina T.A. Geosorbent based on the combination of Kuznetsk-basin coal fly SSH with various kinds of lignin // IOP conference series: earth and environmental science. 2019. Vol. 272. p. 022053. https://doi.org/10.1088/1755-1315/272/2/022053.

10. Плотникова Г.П., Плотников Н.П. Модификация связующего для использования некондиционного сырья в производстве древесностружечных плит // Системы. Методы. Технологии. 2013. № 2. С. 142–146.

11. Lee H., Feng X., Mastalerz M., Feakins S.J. Characterizing lignin: combining lignin phenol, methoxy quantification, and dual stable carbon and hydrogen isotopic techniques // Organic geochemistry. 2019. Vol. 136. p. 103894. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2019.07.003.

12. Плотникова Г.П., Плотников Н.П., Кузьминых Е.А. Применение гидролизного лигнина в производстве древесно-полимерных композитов // Системы. Методы. Технологии. 2013. № 4. С. 133–138.

13. Плотников Н.П., Плотникова Г.П. Совершенствование технологии производства древесноплитных материалов: монография. Новосибирск: НП «СибАК», 2013. 112 с.

14. Ghorbani M., Liebner F., Van Herwijnen H.W.G., Pfungen L., Krahofer M., Budjav E., et al. Lignin phenol formaldehyde resoles: the impact of lignin type on adhesive properties // Bioresourses. 2016. Vol. 11. № 3. p. 6727–6741. https://doi.org/10.15376/biores.11.3.6727-6741.