CC BY
65
УДК: 561.64 + 674.037.4
ХИМИЯ
ДИСПЕРСНАЯ ДРЕВЕСИНА
КАК ПЕРСПЕКТИВНОЕ ХИМИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ
© Ю.А. Сангалов,
член-корреспондент АН РБ,
доктор химических наук,
научный консультант,
Институт нефтехимпереработки РБ,
ул. Инициативная, 12,
450065, г. Уфа, Ро^ийская Федерация,
эл. почта: [email protected]
© С.Г. Карчевский,
научный сотрудник,
Институт нефтехимпереработки РБ,
ул. Инициативная, 12,
450065, г. Уфа, Ро^ийская Федерация
© В.И. Ионов,
кандидат физико-математических наук, первый заместитель директора, Институт нефтехимпереработки РБ, ул. Инициативная, 12, 450065, г. Уфа, Ро^ийская Федерация
В статье обсуждается проблема использования дисперсной древесины как доступного возобновляемого сырья, с одной стороны, и основы для создания широкого круга веществ и материалов, с другой. Актуальность проблемы обоснована мировой практикой, согласно которой химическая технология переработки древесины является приоритетной над другими традиционными направлениями - лесозаготовкой и деревообработкой. Важной составляющей рассматриваемого направления являются крупнотоннажные производства по переработке низкосортной древесины в древесно-полимерные плиты, которые функционируют в РФ и РБ. В связи с этим проанализировано современное состояние процессов получения древесно-полимерных композиций (изделий). Представлена комплексная схема (анатомия древесного материаловедения), включающая в себя описание дисперсных форм древесины, методы ее модификации, применения без связующих агентов, со связующими неорганическими агентами, термореактивными смолами и термопластичными полимерами. К числу наиболее перспективных отнесены древесные композиты с термопластичными полимерными связующими, характеризующиеся наибольшей технологичностью в процессе приготовления и повышенной экологичностью. Они предполагают предварительную или композиционную модификацию как древесной, так и полимерных компонент с целью увеличения их совместимости. Проблему получения древесно-полимерных композитов целесообразно рассматривать в сочетании с использованием вспомогательного древесного сырья - живичной (сосновой) смолы, таллового лигнина, пека и др. Они расширяют возможности практического применения дисперсной древесины, в частности в направлении получения гидрофобизированных материалов, создания хемостойких герметиков, сорбентов для сбора разлитой на водной поверхности нефти и др. целей. Подчеркивается необходимость сохранения экологического статуса исходных древесных объектов при разработке химических подходов создания новых материалов.
Ключевые слова: дисперсная древесина, получение, модификация, свойства, неорганические связующие, термореактивные смолы, термопласты, древесно-полимерные композиции, применение
© Y.A. Sangalov1, S.G. Karchevsky2, V.I. Ionov3
DISPERSED WOOD AS A PROMISING RAW MATERIAL
The paper discusses the problem of the use of dispersed wood as an available and renewable raw material, on the one hand, and as a basis for producing a wide range of compounds and materials, on the other hand. The topicality of the problem is substantiated by the world practice according to which chemical wood recycling has priority over traditional timbering and wood processing. An important part of the technology in question includes large-scale industrial enterprises in the Russian Federation and the Republic of Bashkortostan for manufacturing wood-polymer plates from low-grade wood. In this connection the paper gives an analysis of the present-day state in wood-polymer composite manufacturing industry. It has been done in terms of a complex scheme (wood anatomy and technology) with consideration to key elements of the processes and includes the description of dispersed wood types, modification techniques, applications in compositions without binding agents and with inorganic binding agents, thermoreactive resins and thermoplastic polymers. The most promising among them are wood composites with thermoplastic polymer binding agents characterized
1 2, 3 Institute of Petroleum Refining and Petrochemistry
of the Republic of Bashkortostan, 12, ulitsa Initsiativnaya, 450065, Ufa, Russian Federation, e-mail: [email protected]
by higher technological effectiveness during manufacturing process and better environmental friendliness. They assume either preliminary or compositional modification of both wood and polymer components in order to increase their compatibility. It is worthwhile to treat the problem of manufacturing wood-polymer composites in combination with the use of auxiliary raw materials, such as pine oleoresin, tall oil lignin, pitch, etc. They suggest broader possibilities for dispersed wood to be applied in practice, specifically in producing hydrophobic materials, chemoresistant sealants, sorbents for collecting petroleum products spilled on the water surface and others. The authors of this paper emphasize the necessity of protecting the ecological status of initial forest areas when developing chemical approaches to create new materials.
Key words: : dispersed wood, manufacturing, modification, properties, inorganic binding agents, thermoreactive resins, thermoplastics, wood-polymer compositions, application
Материаловедческая тематика широко обсуждалась на страницах журнала «Вестник АН РБ», в т.ч. с участием авторов настоящей статьи [1—5]. В фокусе внимания ученых находятся актуально значимые материалы: полимеры, композиционные материалы, модифицированные силикаты, древесина, сера. Каждая из позиций имеет свой вектор развития, определяемый традиционными критериями:
Экономика
Сырье
Материалы (изделия)
Энергетика
Экология
Лишь приемлемый компромисс полезных свойств, современной технологии получения, эффективности применения и неизбежных затрат, факторов отрицательного воздействия на окружающую среду обеспечивает успешное продвижение от сырья к конечным продуктам, естественную конкуренцию между материалами, получаемыми из различных альтернативных источников.
Особое место среди материалов занимает древесина. Доступное возобновляемое сырье и одновременно его многофункциональность, специфичность (планетарная биологическая активность — основа жизни на Земле, затухающая на определенном временном этапе) требует взвешенного отношения к этому виду сырья. В РФ основная проблема древе..............ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
О /2
сины состоит в несоответствии масштабов, «предлагаемых» природой, и ее переработки по механическим и физико-химическим технологиям. Низкий уровень последних компенсируется сжиганием: природные и рукотворные пожары, длительные процессы гниения «мертвой» древесины. Отсюда необходимость приоритета химических технологий переработки древесины (мировая практика) над двумя другими традиционными направлениями — лесозаготовкой и деревообработкой.
В свете вышесказанного решение о строительстве крупного предприятия в РБ по переработке низкосортной древесины в древесные плиты — интернациональной компании «КгопоБрап» — заслуживает внимания в плане расширения существующих мощностей по химической переработке древесины (ООО «Уфимский фанерный комбинат» и ООО «Уфимский фанерно-плитный комбинат»). Остановимся на процессе, используемом в технологии фирмы «КгопоБрап», оставляя в стороне возникшую проблему с выбранным месторасположением предприятия в г. Уфе.
Центральное место в рецептуре древес-но-полимерных плит занимает связующее. Планируемая для использования мочевино-формальдегидная смола представляет собой одно из традиционных соединений, которое по современным меркам нельзя отнести к категории оптимальных. Применяемый при синтезе смолы формальдегид (может вы-
деляться и при горении изделий на основе формальдегидных смол) по токсичности значительно превосходит такие соединения как, например, фенол или метанол!
Таким образом, совершенствование предложенной технологии в плане применения более экологически чистых связующих — вопрос ближайшего времени, т.к. уже существуют альтернативные связующие (о них пойдет речь ниже).
В связи с перспективой развития химической технологии переработки древесины в РФ и РБ и многообразием существующих способов переработки древесины, назрел научно-практический анализ проблемы в целом. В настоящей работе он осуществлен на трех уровнях: программа приоритетов в химии и химической технологии переработки древесины [6], технологический блок по использованию многообразных форм дисперсной древесины (отходов) [7] и некоторые экспериментальные разработки по анализируемой тематике.
Следует отметить, что понятие «отходы» по отношению к продуктам переработки древесины носит весьма условный характер, т.к. они стабильно образуют самостоятельное сырье, имеющее не меньшее, а в ряде случаев даже большее значение.
Своеобразным путеводителем при изложении материала служит приведенная ниже схема — «анатомия древесного материаловедения», не претендующая на полноту и классифицирующая проблему по характерным признакам.
Отправной точкой анализа древесины как сырьевого материала является сочетание физических (механических), химических и физико-химических воздействий, определяющих образование различных форм, отличающихся размерами, структурой, свойствами и, как следствие, конечными продуктами и их назначением.
Помимо пиломатериалов и различных размерных изделий, простейших массовых
и первичных продуктов из древесины, свойства которых (твердость, прочность, био-, хемо- и теплостойкость) регулируется методами пропитки специальными реагентами, издавна практикуют методы ее глубокой (химической) переработки. Это — целлюлозно-бумажное производство, технологии лесохимических продуктов, биологически активных веществ и технология гидролизных и микробиологических производств. Они предполагают разделение древесины на составляющие компоненты, прежде всего для выделения целлюлозы, термическое разложение или гидролиз для получения твердых и жидких целевых продуктов.
Сложилась парадоксальная ситуация. С одной стороны, природа создала древесину как совершенный композиционный материал — сетчатый каркас из микрофибрилл целлюлозы, погруженный в аморфный матрикс из лигнина и гемицеллюлозы (полиоза) пространственной структуры [8]. Система взаимопроникающих полимеров — целлюлозы и лигнина, связь между которыми и осуществляется с помощью гемицеллюлозы, обеспечивает требуемую механическую прочность «живой» древесины и получаемых из нее пиломатериалов. С другой стороны, не менее важные указанные выше производства сталкиваются с проблемной из-за высокой прочности технологией разделения древесины на компоненты или полным разрушением структуры.
Поэтому современная программа приоритета химии и химической технологии древесины ориентирует на дальнейшее изучение структуры древесной материи с позиций формирования и существования микрогетерогенной композиции биополимеров (целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы) и совершенствования методов направленного воздействия — переработки из разряда «варки» (делиг-нификации), отбелки, пиролиза, гидролиза, микробиологического воздействия [6]. Для проведения последних используют древес-
Размерный фактов Груборазмерная стружка, щепа, опил, пыль, мука, целлюлознолигнинные порошки, поропшовая и микрокристаллическая целлюлоза, термомеханические волокна
Технологические приемы Измельчение (дробление), сушка, пропитка функциональными добавками и реагентами, модификация мономерными и полимерными
соединениями, смешение, прессование, термообработка,
экструзия, экструзионное прессование, ламинирование
Привода сыры
Нативная древесина, целлюлоза, лигнин, гемицеллюлоза, (полиоза), кора
Без связующих Из опила и других дисперсных форм -вибролит, пьезотермопластик,
лигноуглеводные пластики, топливные брикеты, сорбенты
для очистки сточных вод, пористодырчатый кирпич; из коры - топливные брикеты,
кормовые удобрения, компосты, кормовой белок
Типы композииий
Без связующего, с неорганическим связующим, термореактивным полимером, термопластичным полимером,
импрегнированные в поры, ламинированные с поверхности
АНАТОМИЯ ДРЕВЕСНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
Нелевые продукты (композиции)
С неорганическим связующим
Из опила и других дисперсных форм - арболит, элстар, опилкобетон, быстротвердеющий опилкобетон, бетонные блоки, ксилолит, цементно-стружечные плиты (ЦСП), гипсоопилочные блоки; из коры - арболит, королит, коробетон
С термореактивным связующим
Из опила и других дисперсных форм - фенопласты, аминопласты, древесноволокнистые плиты (ДВП), древесно-стружечные плиты (ДСП), ориентированные стружечные панели (ОСП), тырсолит, паркелит, древесные полотна, лигно-древесные плиты, слоистые древесные плиты, пресс-порошки; из коры - коропласт, древесно-корьевые плиты
Вспомогательные вещества
Таловый лигнин, пек, древесная живица, деготь, древесный скипидар, лигносульфонаты, гидролизный лигнин, активный уголь,
углеродные брикеты, катионообменные смолы
С термопластичным полимерным связующим Полиэтилен высокой плотности, вторичный полиэтилен,атактический полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, пластифицированный поливинилхлорид, поливинилацетат, полиизобутилен, битум
Схема. Анатомия древесного материаловедения
ное сырье в дисперсной форме, получаемой в процессе деревообработки. Однако простое измельчение оказывается недостаточным и применяют дополнительные меры активации сырья — взрывной автогидролиз, механохи-мия, плазмохимия, радиационный и другие виды обработки [9].
Возвращаясь к рассмотрению древесины в материаловедческом аспекте, т.е. с использованием дисперсно-размерных форм, остановимся на последней более подробно (см. схему).
Отметим, что это направление на равных конкурирует с другими направлениями
..............ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
переработки древесины, освещенными в программном документе [6].
Имея ввиду примат химической технологии древесины в целом и тем более в отношении к дисперсной древесине, упомянем известные из химической практики каскадные технологии, когда продукт одной стадии становится исходным для другой или последующих стадий. Идеология работы с древесиной в дисперсной форме предполагает целесообразность схемы тандемной технологии, т.е. жесткой связи начальной (физической) стадии переработки исходной древесины со второй — химической стадией переработки.
Естественно, такая связь исключает из рассмотрения дисперсные продукты как отходы. Ниже будет показано, что речь идет не просто об изменении в терминологии, но в плане более строгих требований к сырью.
Дисперсная древесина — это широкое понятие и включает в себя гамму различных веществ: побочных продуктов лесозаготовок, лесопиления, деревообработки, а также целлюлозно-бумажных, картонных, фанерных и других производств. Только в деревообрабатывающей промышленности РФ их образуется от 120 до 150 млн м3, причем 1/3 часть из них составляет дисперсная древесина (опил, мука) [10]. Существенная часть последних пока остается неиспользованной, так что вовлечение их в практику решает несколько задач: создание новых дешевых материалов с полезными свойствами, утилизацию, защиту окружающей среды.
Учитывая общие требования к наполнителям композиционных материалов, исключается грубодисперсная древесина в форме кусков, обрезков и т.п., а используется стружка, щепка, опил, шлифовальная пыль (схема, п. 1), как правило, без предварительной подготовки.
Другую, более классную группу дисперсной древесины составляют полученные с применением физической и химической обработок древесная мука, порошки микрокристаллической целлюлозы, термомеханические волокна. Они отличаются более регулируемой дисперсностью, меньшим содержанием примесей, узким химическим составом и, соответственно, большой дефицитностью и строгим профилированием по применению. Особенность дисперсной древесины состоит в том, что благодаря сложной микроструктуре исходного сырья (годичные слои, сосуды, смоляные ходы, трахеиды, поры) оно при механическом воздействии трансформируется в высоконеоднородные по размерам и формам частицы. Размеры частиц изменяются примерно от 10 мкм до нескольких мм, а для наи-
более крупных частиц в зависимости от отношения длины к толщине изменяется коэффициент гибкости. Важные показатели — пористость, упругость, шероховатость поверхности и, конечно, влажность. Необходимая для использования дисперсной древесины в качестве наполнителя равновесная влажность (8—15 % при исходной влажности 60—100 %) достигается ценой возможных усадок, коробления, образования трещин при осушке, особенно для крупных образцов. Остаточная влага влияет на многие физические свойства древесины, например, на плотность, прочность (ввиду пластифицирующего действия воды) и потому строго регламентируется.
С другой стороны, по многим показателям (теплоемкость, размерная стабильность, электрические, диэлектрические и теплофи-зическим свойства) древесное вещество находится на уровне синтетических полимеров, а по некоторым показателям — удельная жесткость, прочность при растяжении, модуль упругости — превосходит их [10].
Несколько слов о химическом составе древесины (схема, п. 2). При среднем элементном составе (50% С, 43% О и 6% Н, остальное приходится на N в составе белков и неорганические элементы) основным компонентом древесины является высокомолекулярная (от 104 до 106 Да) высококристаллическая целлюлоза; далее идет полифенольный разветвленный полимер нерегулярной структуры — лигнин и низкомолекулярная целлюлоза — геми-целлюлоза [8]. Дисперсная древесина может повторять состав исходной древесины или после специальной химической обработки содержать преимущественно лигнин в разных формах или целлюлозу (микроцеллюлозу). Следует иметь ввиду, что лигнин прочно связан в клеточной стенке с полисахаридом и образует прочные лигно-полисахаридные (лиг-но-углеводные) комплексы. Поэтому трудно получить целлюлозные препараты, свободные от лигнина, и лигнин, не содержащий целлюлозу. Кроме того, содержание полисахаридов
и лигнина зависит от природы древесины и неоднородно для различных частей дерева. Другими словами, с позиций материаловедения, базирующегося на дисперсной древесине, последняя представляет весьма сложный объект. Это отличает ее от традиционных минеральных наполнителей, практикуемых в полимерном материаловедении.
Тем не менее, учитывая доступность сырья, дисперсная древесина постоянно находится в поле практиков. По не самым последним данным [7] известны около 150 продуктов (технологий) химической переработки древесины, из них около 50 материалов преимущественно строительного назначения из дисперсных форм. Широко используются распространенные технологические приемы подготовки (переработки) сырья в различные типы композиций (схема, п. 3 и 4).
Правильно подобранные рецептуры позволяют получать плиточные, листовые материалы из дисперсной древесины даже в отсутствие традиционных связующих при повышенных температуре и давлении (схема, п. 5.1). Разрушение и устранение капиллярно-пористой структуры древесины и ее уплотнение дают возможность трансформировать высокую когезионную прочность в реальную механическую. Из древесных композитов без связующего стоит выделить лигноуглеводные пластики, в которых в условиях переработки формируется in situ собственное связующее за счет пластификации компонентов материала. Благодаря достигаемой прочности, они рассматриваются как заменители традиционных ДВП (древесно-волокнистые плиты), ДСП (древесно-стружечные плиты) и ориентированных древесных плит.
Возможности создания композиционных материалов расширяются за счет применения связующих, прежде всего водных неорганической природы, к которым древесина легко адаптируется (схема, п. 5.2). Используемые в строительной практике связующие — гипс, цемент, известь, жидкое стекло, маг..............ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
незиальные вяжущие в сочетании с опил ом, мукой дают широкий спектр изоляционных и отделочных материалов — от облегченных бетонов до искусственных камней. Привлекает разнообразие приемов при создании композиций оптимального состава, среди которых фигурируют смеси связующих, комбинации различных дисперсных форм древесины, с регулированием содержания водорастворимых веществ, приданием им улучшенной (удлиненной) формы.
Хотя создание композиций с универсальным комплексом свойств представляет собой трудную задачу, существуют претенденты на это качество. Среди них быстро твердеющий опилкобетон, наиболее оптимально сочетающий сильные стороны компонентов — цемента, гипса и опила. Так гипс наделяет композицию свойствами быстрого твердения и хорошей формуемости, а его отрицательные качества (растворимость в воде, ползучесть) значительно ослаблены. Портландцемент, несмотря на относительно низкий расход, придает бетону свойство гидравлического твердения и водостойкость, а характерная для него усадка в композиции полностью устранена. Наконец, склонность древесины к возгоранию и гниению отсутствует в опилкобетоне, а высокие санитарно-гигиенические свойства и легкая обрабатываемость проявляются четко. Из отрицательных свойств материала отметим высокую плотность.
Отличительный комплекс свойств материала — быстрое твердение, значительная прочность на растяжение и ударная вязкость, высокая податливость, адгезия к другим строительным материалам благоприятствует созданию из него крупногабаритных изделий многослойной конструкции.
Композиты из дисперсной древесины и термореактивных полимеров (смол), прежде всего на основе формальдегида и карбамида, меламина (составляют 60% объема используемых связующих), а также фенола и резорцина, в которых совмещение компонент проис-
ДИСПЕРСНАЯ ДРЕВЕСИНА КАК ПЕРСПЕКТИВНОЕ ХИМИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ
ходит как по физической схеме, так и путем химических взаимодействий (по функциональным группам), давно заняли прочное место на рынке современных материалов (схема, п. 5.3). Основные представители — ДСП, ДВП, ориентированные древесные плиты, слоистые древесные пластики для изготовления мебели, корпусов приборов, строительных конструкций и т.п. — не нуждаются в рекламе, но являются объектами для внедрения экологически чистых технологий и материалов. Тем более, что в форме высокотехнологичных пресс-порошков с древесной мукой они превосходят аналогичные материалы с минеральными наполнителями.
Для наиболее распространенных ДСП и ориентированных древесных плит приоритетным направлением является использование не содержащих формальдегида связующих, т.е. отказ от мочевино-формальдегидной смолы.
В качестве полумер рассматриваются варианты с уменьшением количества используемой мочевино-формальдегидной смолы за счет замены традиционных кислотных отвер-дителей связующим на полимерной основе (полиакриловая кислота), применение смесей смолы с жидким стеклом и другими добавками, новых форм карбамидо-формальдегид-ной смолы (форконденсаты) [10].
Заслуживают внимания в качестве компонента связующих систем и известные из практики органо-неорганические олигомеры — этилсиликаты и алкоксисилоксаны с различными углеводородными радикалами [11]. Они способны вступать в реакции полипере-этерификации с НО-группами дисперсной древесины, закрепляясь на поверхности, в т.ч. с образованием сшитых структур:
а
-81—001*
-ВОН
- 0 ■
31 но-
га/ {
-он \ р~
81
и I
Проведенные исследования свойств показали, что древесные порошки отличаются повышенной гидрофобностью, стойкостью к биодеструкции (под действием фермента целлюлазы) и пониженной склонностью к горению. Сохранение исходной степени дисперсности и пористости порошков дают основание рассматривать их как перспективные для получения древесно-по-лимерных материалов.
Регулирование прочностных свойств и долговечности древесных композитов с термореактивным связующим достигается не только варьированием рецептуры, но и технологическими приемами. В связи с этим необходимо вновь упомянуть ориентированные древесные плиты, в которых финишной обработке композиций при повышенной температуре и давлении предшествует послойная укладка удлиненных (более 7,5 см) «внешних» дисперсных частиц древесины вдоль и более коротких «внутренних» частиц — перпендикулярно к длине материала.
Магистральным направлением создания древесно-полимерных композитов представляется применение в качестве связующего термопластичных крупнотоннажных полимеров — полиэтилена, поливи-нилхлорида, сополимеров этилена с полярными мономерами и др. (схема, 5.4). Этот метод более производителен и менее трудоемок по сравнению с предыдущим — на основе реактопластов с использованием прессования [12—13]. Центральной проблемой в этом случае является обеспечение совместимости компонент, достигаемой за счет приемов их физико-химической модификации. Для древесного наполнителя, характеризующегося низкой влагостойкостью, упругостью и упруго-эластичными свойствами, абразивным действием, предпочтительно применение лигноцеллюлозных, термомеханических (за счет фибриллизации частиц) волокон, опила и муки. Целесообразна модификация поверхности частиц с помощью
ю.а. Сангалов, С.г. Карчевский, в.и. Ионов ж/ж/ж/жммжшж/ж/ж/ж/жмжшж/ж/ж/ж/жмжш
«тяжелой» органики (битумы, масла) или, что предпочтительнее, кремнийорганиче-скими соединениями, обеспечивающими совместимость с полимерами по механизму гидрофобных взаимодействий.
Для олефиновых полимеров желательно введение полярных сомономеров (в случае полиэтилена используется вторичный полимер с кислородосодержащими группами) и подбор совмещающих полимер с наполнителем адгезионно-активных добавок (твердые углеводороды, атактический полипропилен, сополимер этилена с винилаце-татом, пиролизные смолы). Общий эффект от введения добавок — снижение вязкости расплава и улучшение условий переработки композиций, повышение прочности, твердости, деформационных характеристик материалов. Технологичность процесса формирования обеспечивается использованием современного экструзионного метода.
В случае полиэтилена высокой плотности получены древесно-полимерные материалы, конкурирующие с традиционными ДСП и ДВП, а для жесткого и пластифицированного поливинилхлорида, наряду с приемлемым уровнем физико-механических свойств, достигается высокая степень наполнения — 70 и 150 м.ч. на 100 м.ч. полимера соответственно.
Установлены интересные практические следствия использования дисперсной древесины в комбинации с термопластичными полимерами. Приведем два примера. Для композиций полиэтилена низкой плотности с порошковой целлюлозой (10—30%) и добавкой фотосенсибилизатора — ферроцена (0,1%) установлена способность к биоразложению — срок естественного фотостарения пленочного материала составляет 2—3 года. В случае композиции поливинилхлорида с древесной целлюлозой и лигнином выявлен важный для полимера эффект термостабилизации за счет акцептирования выделяющегося хлористого во-
дорода наполнителем.
С точки зрения получения композиционных материалов нельзя не упомянуть продукты с использованием древесной коры. После древесины кора среди тканей дерева стоит на втором месте, составляя 10—20% ствола. Хотя кора характеризуется более низкими механическими показателями, из нее и смесей на ее основе получают товарные материалы с неорганическими связующими (арболит, королит, коробетон) и термореактивными смолами (коропласт, древесно-корьевые плиты) (схема, п. 5.2 и 5.3).
В заключение следует отметить, что проблему создания древесно-полимерных композитов с дисперсной древесиной целесообразно рассматривать в контексте более полного использования вспомогательного древесного сырья (схема, п. 6). В частности лесохимическое сырье — живичная смола, сбором которой в РФ в середине 90-х годов занималось более 150 центров, является эффективным гидрофобизирующим агентом для дисперсной древесины [14]. Значительный эффект снижения водопоглощения древесной муки (отсутствие смачивания водой, продолжительная — около 20 суток устойчивость к седиментации в воде) достигается при низком количестве связанного модификатора (2—5 % от теории), что свидетельствует о высокой экранирующей способности закрепленных на поверхности органических групп:
-он
С14Н29С00Н
Оригинальность метода в том, что он демонстрирует возможность гидрофобизации материнского целлюлозно-лигнинного материала дочерним — сосновой смолой.
Предложены варианты целевых композиций и практических применений модифицированной живицей древесной муки [15— 17]. Разработана рецептура невысыхающего пластичного герметика из полиизобутилена и гидрофобизированной сосновой живицей древесной муки, отличающегося от промышленного герметика УМС-50 (с использованием наполнителя — мела) высокой химической устойчивостью в сильнокислых средах.
На основе низкомолекулярного полии-зобутилена — октола — и 30—40% модифицированной древесной муки создана композиция энтомологического клеевого состава, сочетающего стабильную поверхностную липкость с высоким пределом текучести (52—59%).
Еще одним полезным свойством рассматриваемой модификации муки служит ее способность выступать в качестве сорбента нефти в виде ее разливов на поверхности воды. По сорбционной емкости — до 7 г нефти на 1 г сорбента — она не уступает известному сорбенту — вспученному перлиту, но отлича-
ется высокой (до 120 ч) плавучестью на воде. Это — очень важное свойство!
Другие доступные лесохимические продукты — талловый лигнин и пек обеспечивают повышение модуля упругости и прочности композиций поливинилхлорида благодаря функции антипластифицирующих добавок. В связи с этим уместно напомнить, что проблема полновесной утилизации лигнина стоит достаточно остро.
Таким образом, приведенный материал свидетельствует о формировании широкого направления комплексного использования вторичного и малоценного древесного сырья и полимеров. Древесно-полимерные композиты на основе дисперсной древесины — важная составная часть этого направления, которое имеет перспективы дальнейшего развития.
Важно только учитывать при определении химических подходов для создания новых материалов сохранность экологического статуса природных объектов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сангалов Ю.А. Элементная сера: вещество -старое, проблемы - новые // Вестник АН РБ. 2001. Т. 6. № 1. С. 26-34.
2. Сангалов Ю.А. Халилова Н.А. Древесина: приоритет химических технологий и биотехнологий // Вестник АН РБ. 2002. Т. 7. № 3. С. 68-75.
3. Первушин Ю.С., Сангалов Ю.А. Полимерные композиты - материалы прошлого, настоящего и будущего // Вестник АН РБ. 2003. Т. 8. № 3. С. 3-11.
4. Сангалов Ю.А. Полимеры: содружество химии, технологии и материаловедения // Вестник АН РБ. 2008. Т. 13. № 3. С. 24-31.
5. Сангалов Ю.А., Карчевский С.Г. Органомо-дифицированные силикаты - перспективный класс гибридных полимер-неорганических материалов // Вестник АН РБ. 2009. Т. 14. № 3. С. 16-21.
6. Азаров В.И., Ковернинский И.Н. Роль и место химии и химической технологии древесины // Химия в России. Бюллетень РХО им. Д.И. Менделеева. 2000.
№ 12. С. 8-11.
7. Крылов В.Н. Как сделать деньги из отходов древесины (использование отходов лесоперерабатывающих предприятий в народном хозяйстве). СПб: [б. и.], 1992. 200 с.
8. Фенгел Д., Вегенер Г. Древесина. Химия, ультраструктура, реакции. / пер. с англ. А.В. Оболенской и З.П. Ельницкой. М.: Лесная промышленность, 1988. 512 с.
9. Бабкин В.А. Применение экологически чистых реагентов и методов в технологии глубокой переработки древесины // Журнал прикладной химии. 1994. Т. 67. № 2. С. 2047-2053.
10. Сангалов Ю.А., Красулина Н.А., Антонова Н.Е. Древесно-полимерные композиты на основе дисперсной древесины. Препринт доклада. Уфа: АН РБ, Гилем, 2001. 40 с.
11. Сангалов Ю.А., Красулина Н.А., Ильясова А.И. Модификация дисперсной древесины олигоэ-токсисилоксаном // Известия вузов. Химия и химиче-
Ю.А. Сангалов, С.Г. Карчевский, В.И. Ионов
ская технология. 1999. Т. 42. вып. 4. С. 66-71.
12. Клесов А.А. Древесно-полимерный композиты. СПб.: Научные основы и технологии, 2010. 756 с.
13. Касперович О.М., Яценко В.В., Лосик Е.С. Разработка технологии производства высоконапол-ненных древесно-полимерных композитов // Химия, технология органических веществ и биотехнология. Труды БГТУ. 2012. № 4. С. 142-144.
14. Сангалов Ю.А., Ильясова А.И., на Н.А., Антонова Н.Е., Латыпов Ф.Ш. Способ фобизации древесных порошков: пат. 2158193 Рос. Федерация: заявл. 14.12. 99; опубл. 27.10.00. Бюлл. № 30.
15. Сангалов Ю.А., Красулина Н.А., Турьянов Р.А., Мифтахов А.А. Новые направления применения сосновой смолы и живицы // Химия и технология растительных веществ. Сыктывкар. 2000. 133 с.
16. Сангалов Ю.А., Ильясова А.И., Красулина Н.А., Антонова Н.Е. Невысыхающий пластичный герметизирующий состав: пат. 2144554 Рос. Федерация: заявл. 15.04.98; опубл. 20.01.00. Бюлл. № 2.
17. Сангалов Ю.А., Ильясова А.И., Красулина Н.А., Антонова Н.Е. Сорбенты нефти на основе термохимически гидрофобизированной муки // Журнал
1999. Т. 72. № 7. С. 1209-1214.
REFERENCES
1. Sangalov Yu.A.
stance, new Academy of Sciences of th< 2001, vol. 6, no. 1, pp. 26-3 2. Sangalov Yu.A.,
sera: sulfur: Old subAN RB - Bulletin of the Republic of ■ (In Russian). N.A.
in Russia. Bulletin of the Mendeleev Russian Chemical Society, 2000, no. 12, pp. 8-11 (In Russian). 7. Krylov V.N. Kak sdelat dengi iz otkhodov otkhodov lesopererabatyvayush-
khimii,
of
oritet khimicheskikh tekhnologiy i biotekhnologiy [^Wood: of chemical technologies and biotechnologies]. AN RB - Bulletin of the Academy of Sciences of the Republic of Bashkortostan, 2002, vol. 7, no. 3, pp. 68-75 (In Russian).
3. Pervushin Yu.S., Sangalov Yu.A. Polimernye
dushchego [Polymer composites: Moterials for past,
RB - Bulletin i
,2003,
vol. 8, no. 3, pp. 3-11 (In Russian).
4. Sangalov Yu.A. tekhnologii i
chemistry, technology and materials science]. AN RB - Bulletin of the Academy of Sciences of the Republic of Bashkortostan, 2008, vol. 13, no. 3, pp. 24-31 (In Russian).
5. Sangalov Yu.A., Karchevsky S.G.
klass gibridnykh
materialov
silicates: A promising class of hybrid ic materials]. Vestnik AN RB - Bulletin of the Academy of Sciences of the Republic of Bashkortostan, 2009, vol. 14, no. 3, pp. 16-21 (In Russian).
6. Azarov V.I., Koverninsky I.N. Rol i mesto khimii i khimicheskoy tekhnologii drevesiny [The role of wood
and chemical technology]. Khimiya v Rossii -
of waste in enterprises of the national economy]. 992. 200 p. (In Russian). D., '
Russian edition.
nost, 1988. 512 p.
9. Babkin V.A. Primenenie ekologicheski i metodov v tekhnologii glubokoy [The use of ecologically friendly reagents and
in efficient wood processing technologies]. Zhurnal prikladnoy khimii - Journal of Applied Chemistry, 1994, vol. 67, no. 2, pp. 2047-2053 (In Russian).
10. Sangalov Yu.A., Krasulina N.A., Antonova N.E.
na
composites based on Ufa, Gilem, 2001. 40 p. (In I
11. Sangalov Yu.A., Krasulina N.A.,
sian).
sanom
Bulletin of Higher Educational Institutions. and Chemical Technology, 1999, vol. 42, issue 4, pp. 66-71 (In Russian).
12. Klesov A.A. [Wood-polymer composites]. St. osnovy i tekhnologii, 2010. 756 p. (In Russian).
O.M., Yatsenko V.V., Losik E.S.
ДИСПЕРСНАЯ ДРЕВЕСИНА КАК ПЕРСПЕКТИВНОЕ ХИМИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ
Razrabotka tekhnologii nykh
of technology for composites].
stances technology and the Belorussian State no. 4, pp. 142-144 (In Russian). 14. Sangalov Yu.A., N.E.,
published
A.I., Krasulina N.A.,
plastic sealant
A.I., Krasulina N.A., Sposob
of
Applied December 2000. Bulletin 30 (In Rus-
sian).
2000. 133 p. (In Russian).
16. Sangalov Yu.A., N.E.
metiziruyushchiy sostav composition]. Patent 2144554 RF. . published January 20, 2000. Bulletin 2 (In Russian).
17. Sangalov Yu.A., Ilyasova A.I., Krasulina N.A., Antonova N.E. Sorbenty nefti na osnove termokhimi-cheski gidrofobizirovannoy muki [Petroleum sorbents based on thermochemically hydrophobed wood flour]. Zhurnal prikladnoy khimii - Journal of Applied
/ A.A.
2014, том 19, № 4
