Проблемы и пути повышения эффективности использования растительного сырья в производстве строительных материалов

Произведен анализ проблем и перспективы повышения эффективности использования растительного сырья в производстве строительных материалов. На фоне глобального роста спроса на экологичные строительные решения (CLT, ДПК, OSB-плиты) в России сохраняется низкий уровень глубокой переработки древесины, что приводит к сырьевой ориентации экспорта, потерям добавленной стоимости и экологическим рискам. Основные проблемы включают устаревшие технологии, недостаток инфраструктуры, низкую долю переработки низкокачественной древесины (до 74% лиственных пород) и высокую зависимость от низкоэффективных модифицирующих составов. В качестве решений предложены государственная поддержка, инвестиции в логистику и цифровизацию лесного хозяйства, а также развитие научных методов модифицирования растительного сырья. Особое внимание уделено физико-химическим методам модифицирования с использованием элементоорганических модификаторов (ЭОМ), которые обеспечивают устойчивость к влаге, биокоррозии и возгоранию, сохраняя механические свойства материалов. Рассмотрены преимущества комбинированных подходов: вакуумной пропитки под давлением, применения биополимеров, наночастиц и рециклинга отходов. Доказано, что ЭОМ (фосфор-, кремнийорганические и боразотные соединения) решают ключевые проблемы, включая вымываемость, ухудшение механических свойств и качества поверхности подложки, повышая долговечность лигноцеллюлозных строительных материалов. Результаты исследования актуальны для реализации ESG-стратегий, снижения углеродного следа и развития деревянного домостроения в России.

И.В. СТЕПИНА¹, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
В.В. СТРОКОВА², д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
В.В. ИЛЬИНА³, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
² Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
³ Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения (191119, г. Санкт-Петербург, ул. Правды, 13)

1. Hill C.A.S. Wood modification: chemical, thermal and other processes. 2006. 239 p. EDN: ­SSQTMB. https://doi.org/10.1002/0470021748
2. Durmaz S., Yildiz Ü., Yildiz S. Alkaline enzyme treatment of spruce wood to increase permeability. BioResources. 2015. Vol. 10. No. 3, pp. 4403–4410. https://doi.org/10.15376/biores.10.3.4403-4410
3. Torgovnikov G., Vinden P. High-intensity microwave wood modification for increasing permeability. Forest products journal. 2009. Vol. 59. No. 4, pp. 84–92.
4. Papadopoulos A.N., Bikiaris D.N., Mitropoulos A.C., Kyzas G.Z. Nanomaterials and chemical modifications for enhanced key wood properties: A review. Nanomaterials. 2019. Vol. 9. No. 4. EDN: ­PKSVAG. https://doi.org/10.3390/nano9040607
5. Esteves B.M., Pereira H.M. Wood modification by heat treatment: A review. BioResources. 2009. Vol. 4. No. 1, pp. 370–404. EDN: ­YBGMCT
6. Digaitis R., Fredriksson M., Thybring E.E., Thygesen L.G. Targeted acetylation of wood: a tool for tuning wood-water interactions. Cellulose. 2021. Vol. 28. No. 12, pp. 8009–8025. EDN: ­PWBBXX. https://doi.org/10.1007/s10570-021-04033-z
7. Augustina S., Dwianto W., Wahyudi I. et al. Wood impregnation in relation to its mechanisms and properties enhancement. BioResources. 2023. Vol. 18. No. 2. EDN: ­PPNMDI. https://doi.org/10.15376/biores.18.2.augustina
8. Aguayo M.G., Erazo O., Montero C. et al. Analyses of impregnation quality and mechanical properties of radiata pine wood treated with copper nanoparticle- and micronized-copper-based wood preservatives. Forests. 2022. Vol. 13. No. 10, pp. 1636. EDN: ­PBRYRB. https://doi.org/10.3390/f13101636
9. Thygesen L.G., et al. Modification of wood by treatment with silica nanoparticles. Wood Science and Technology. 2020. Vol. 54 (4), pp. 929–942. EDN: ­RJCWJT. https://doi.org/10.1007/s00226-020-01189-y
10. Besserer A., Troilo S., Girods P. et al. Cascading recycling of wood waste: a review. Polymers. 2021. Vol. 13. No. 11. 1752. EDN: ­GBVDYS. https://doi.org/10.3390/polym13111752
11. Andeme Ela R.C., Chipkar S.H., Bal T.L. et al. Lignin-propiconazole nanocapsules are an effective bio-based wood preservative. ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 2021. Vol. 9. No. 7, pp. 2684–2692. EDN: ­KBCSIT.
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c07742
12. Žigon J., Saražin J., Šernek M. et al. Enhancement of strength of adhesive bond between wood and metal using atmospheric plasma treatment. Cellulose. 2020. Vol. 27. No. 11, pp. 6411–6424. EDN: ­QBZMQC. https://doi.org/10.1007/s10570-020-03212-8
13. Teacǎ C.A., Roşu D., Bodîrlǎu R., Roşu L. Structural changes in wood under artificial UV light irradiation determined by FTIR spectroscopy and color measurements-a brief review. BioResources. 2013. Vol. 8. No. 1, pp. 1478–1507. EDN: ­RPIXDX. https://doi.org/10.15376/biores.8.1.1478-1507
14. El-sayed N., Hasanin M., Kamel S. Wood by-products as UV protection: a consequence review. Journal of Renewable Materials. 2024. Vol. 12. No. 4, pp. 699. https://doi.org/10.32604/jrm.2024.049118
15. Покровская Е.Н., Котенева И.В., Наганов-ский Ю.К. Долговечность защитного действия составов для древесины на основе элементоорганических соединений // Строительные материалы. 2004. № 5. С. 52–54. EDN: IBENOJ
15. Pokrovskaya E.N., Koteneva I.V., Naganovsky Yu.K. Durability of the protective action of wood compositions based on organoelement compounds. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2004. No. 5, pp. 52–54. (In Russian). EDN: ­IBENOJ
16. Evans P.D. Photostabilization of wood using nanoparticle coatings. Progress in Materials Science. 2019. Vol. 105, pp. 100577. EDN: ­TVFUGI. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.100577
17. Pokrovskaya E.N. Increase of fire protection and strength of wooden structures by modification in a thin surface layer by nanodispersion composites. Journal of Physics: Conference Series: International Scientific Conference on Modelling and Methods of Structural Analysis 2019. MMSA 2019. Moscow. Vol. 1425. EDN: ­TDGWKQ. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1425/1/012091
18. Mai C., Militz H. Modification of wood with silicon compounds. Treatment systems based on organic silicon compounds – a review. Wood Science and Technology. 2004. Vol. 37. No. 6. pp. 453–461. EDN: ­FMJSWV. https://doi.org/10.1007/s00226-004-0225-9
19. Сидоров В.И., Котенева И.В. Исследование характера реакций между фосфор- и кремнийорганическими соединениями при последовательном модифицировании древесины // Вестник Московского государственного университета леса – Лесной вестник. 2008. № 4. С. 104–106. EDN: ­JPJLKP
19. Sidorov V.I., Koteneva I.V. Study of the nature of reactions between organophosphorus and organosilicon compounds during sequential modification of wood. Vestnik of the Moscow State Forest University – Forest Bulletin. 2008. No. 4, pp. 104–106. (In Russian). EDN: ­JPJLKP
20. Baranov O.V., Komarova L.G., Golubkov S.S. Hydrophobic coatings based on triethoxy(octyl)silane. Russian Chemical Bulletin. 2020. Vol. 69. No. 6, pp. 1165–1168. EDN: ­SAEINP. https://doi.org/10.1007/s11172-020-2884-6
21. Wang M., Zhang J., Tong Wei et al. Effect of Al:P ratio on bonding performance of high-temperature resistant aluminum phosphate adhesive. International Journal of Adhesion and Adhesives. 2020. Vol. 100. 102627. EDN: ­TUQRPF.
https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102627
22. Cappelletto E., Maggini S., Girardi F. et al. Wood surface protection with different alkoxysilanes: a hydrophobic barrier. Cellulose. 2013. Vol. 20. No. 6, pp. 3131–3141. EDN: ­NYLROW. https://doi.org/10.1007/s10570-013-0038-9
23. Fierascu R.C., Doni M., Fierascu I. Selected aspects regarding the restoration/conservation of traditional wood and masonry building materials: A short overview of the last decade findings. Applied Sciences (Switzerland). 2020. Vol. 10. No. 3, pp. 1164. EDN: ­YHMXRH. https://doi.org/10.3390/app10031164