Новый способ получения прессованных материалов из отходов переработки древесины осины

Щипко М. Л., Чунарев Е. Н., Бакач В. Г., Кузнецов Б. Н., Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук, Красноярск, Россия

Осина, как и береза, относится к числу наиболее распространенных пород в России. Древесина осины по физико-механическим свойствам заметно уступает древесине березы: объемный вес меньше на 30 %, прочность при сжатии — на 20 %, при статическом изгибе — на 25 %, сопротивление ударному изгибу ниже на 35 %.

Однако благодаря однородному строению и мягкости (легко подвергается лущению), способности хорошо пропитываться и гореть мало коптящим пламенем древесина осины является основным сырьем для спичечной промышленности; из толстого шпона получают спичечную соломку и собственно спички, а из тонкого — спичечные коробки.

Вместе с тем из-за характерной для этой породы криволинейности ствола, низкой механической прочности и склонности к гниению более 30 % срубленной древесины осины бракуются на лесосеке и представляют собой отходы, в лучшем случае используемые в качестве бытового топлива.

В данной работе представлены результаты исследований по переработке отходов лесопиления осины в высокотехнологичное сырье для получения экологически чистых плитных материалов.

В производстве современных плитных материалов наблюдается отчетливая тенденция к сокращению применения синтетических связующих, представляющих экологическую опасность. Один из методов модификации древесины, решающий эту задачу, — гидротермальная обработка, в частности взрывной автогидролиз, при котором древесная биомасса подвергается обработке перегретым водяным паром. Поскольку полисахариды гемицеллюлоз древесины частично ацетилированы, при повышенной температуре автогидролиза протекают реакции деацетилирования с образованием уксусной кислоты, а при распаде сахаров (в условиях повышенных температур в присутствии водяного пара) генерируется муравьиная кислота. Образующиеся органические кислоты ускоряют реакции гидролиза и деполимеризации лигноуглеводного комплекса древесины, причем по мере увеличения количества кислот, образующихся в ходе процесса, ускоряется общий гидролиз углеводов.

В работе методами оптической и электронной микроскопии установлено, что в результате парового взрыва происходит разделение несовместимых компонентов клеточных оболочек. После парового взрыва фибриллы на поверхности волокон древесной массы разделяются, в экстракте появляются свободные микрофибриллы, происходит перераспределение и осаждение лигнина в виде шаровидных кластеров на поверхности клеток и между ослабленными внутриклеточными слоями. Ламеллярное строение клеточной стенки в процессе парового взрыва сохраняется, увеличивается лишь ширина ламелл. Активация методом взрывного автогидролиза позволяет извлекать из низкосортной древесины осины до 12 мас. % индивидуальных моносахаров и до 28 мас. % низкомолекулярного лигнина. Можно ожидать, что при определенных условиях древесина осины, обработанная методом взрывного автогидролиза, будет содержать достаточное количество компонентов, выполняющих при прессовании роль связующего, что в свою очередь даст возможность получить прессованный материал без применения химических реагентов.

В качестве сырья использовали отходы древесины осины, отобранные на Красноярском ЦБК. Щепу высушивали до воздушно-сухого состояния (8—10 %), а затем измельчали на дезинтеграторе марки «8255 Nossen» (Германия). Были получены три образца: крупная фракция с размером частиц 0—4 мм; средняя фракция 0—1,5 мм; мелкая фракция 0—0,8 мм. Взрывной автогидролиз образцов массой 0,1 кг осуществляли на установке с объемом реактора 0,8 л. Влияние степени измельчения древесины осины на твердость образцов, подвергнутых обработке взрывным автогидролизом при температуре 200 °С, давлении 4,0 МПа и выдержке 30 с, а затем спрес­сованных при температуре (85 ± 3) °С, иллюстрируют данные, представленные на рис. 1.