CC BY
8УДК630
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ОТХОДОВ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ
Н.Г. Комарова, П.С. Юдин
Исследован процесс модифицирования древесины лиственницы дихлордиметилсиланом. Проанализировано влияние предварительной обработки (предгидролиз и взрывной автогидролиз) и условий силилирования на прирост массы и содержание связанного кремния.
Ключевые слова: древесина лиственницы, физико-химическое модифицирование, сили-лирование, дихлордиметилсилан.
ВВЕДЕНИЕ
Древесина лиственницы широко применяется в строительстве, медицине, пищевой промышленности.
Разнообразие областей применения древесины лиственницы и продуктов её переработки, предполагает наличие большого количества отходов. Эти отходы сжигаются, выбрасываются, что приводит к потере средств, из-за неполноты использования ресурсов. В результате возникает необходимость в использовании отходов древесины в качестве вторичного сырья.
Целью данной научно-исследовательской работы являлось: изучение возможности наиболее полного использования отходов древесины лиственницы модифицированием дихлордиметилсиланом; анализ влияния условий предварительной подготовки сырья (предгидролиз, взрывной автогидролиз (ВАГ)), а также определение оптимальных условий модифицирования по приросту массы и содержанию связанного кремния.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исследовали влияние предгидролиза и взрывного автогидролиза (температура 220 °С продолжительность 15 минут) на химическое модифицирование дихлордиметил-силаном. Предгидролизу предшествовало удаление экстрактивных веществ в аппарате Сокслета спиртобензольной смесью (соотношение 1:1 по объему) в течение 8 часов.
Силилирование проводили в интервале температур от 30 до 70 °С. Верхний температурный предел ограничен температурой кипения силилирующего агента. Продолжительность реакции 2, 3, 4, 5, 6, 7 часов. Продукты модифицирования осаждались петро-
лейным эфиром, в котором растворяется не-прореагировавший силилирующий агент. Затем продукты промывались водой до отрицательной реакции на свободные ионы хлора. Промытый продукт высушивали на фильтре до постоянной массы в вакуум-шкафу. Прирост массы рассчитывали относительно массы исходной навески. Конечный прирост массы определяли по результатам трёх параллельных опытов, расхождение между результатами не превышало 0,02 %.
Проведен качественный и количественный анализ полученного продукта на содержание связанного кремния, а качественной реакцией Бейльштейна установлено наличие связанного хлора. Так же методом ИК-спектроскопии было установлено наличие специфических полос поглощения.
В данной работе содержание лигнина было определено по методу Комарова.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Процесс силилирования гидроксильных групп целлюлозы древесины лиственницы осуществлялся по следующей схеме:
СНЭ снэ
др—он + а——а —л- др—о—&—а +НС1 сн, сн3
Модифицирование проводилось при постоянном перемешивании.
В ходе исследования было рассмотрено влияние предварительной обработки и условий модифицирования на прирост массы (В, %) и содержание связанного кремния в продуктах. Данные по результатам модифицирования предгидролизованной древесины лиственницы представлены в таблице 1.
Н.Г. КОМАРОВА, П.С. ЮДИН
Таблица 1 - Влияние температуры и продолжительности силилирования на прирост массы и содержание кремния в предгидролизованной древесине_
Температура, °С
Время, ч 30 40 50 60 70
В, [в!], В, [в!], В, [в!], В, [в!], В, [в!],
% % % % % % % % % %
2 2,8 0,15 6,7 0,23 12,1 0,53 11,1 0,28 3,7 0,19
3 3,1 0,16 7,1 0,27 13,8 0,55 11,3 0,29 4,0 0,21
4 3,2 0,19 8,2 0,32 15,2 0,56 11,7 0,33 4,3 0,26
5 6,0 0,21 8,5 0,37 17,3 0,65 13,5 0,52 7,2 0,38
6 7,8 0,25 9,2 0,42 19,0 0,67 15,1 0,56 7,4 0,46
7 7,2 0,22 8,9 0,40 16,4 0,61 12,5 0,35 5,5 0,28
Из результатов, приведенных в таблице 1, следует, что при увеличении продолжительности процесса от двух до семи часов и температуре от 30 до 70 °С значения прироста массы и содержания кремния в случае модифицирования древесины, подвергнутой предгидролизу, проходят через максимум. Однако температура процесса не может быть больше 70 °С, так как ограничивается температурой кипения диметилди-хлорсилана.
При увеличении продолжительности модифицирования от двух до семи часов
при температуре 50 °С оптимальный прирост массы был достигнут через 6 часов от начала реакции и составил 19,0 %; содержание связанного кремния в данных условиях равно 0,67 %.
По результатам, приведенным в таблице 2, видно, что при увеличении продолжительности процесса от двух до семи часов и температуры от 30 до 70 °С значения прироста массы и содержания связанного кремния, так же проходят через максимум, как и для предгидролизованной древесины.
Таблица 2 - Влияние температуры и продолжительности силилирования на прирост массы и содержание кремния в образцах древесины, подвергнутых ВАГ (220 °С; 15 мин)
Температура, °С
Время, ч 30 40 50 60 70
В, [в!], В, [в!], В, [в!], В, [в!], В, [в!],
% % % % % % % % % %
2 4,8 0,27 13,7 0,67 4,6 0,53 1,9 0,37 1,4 0,22
3 8,3 0,53 14,7 0,71 5,2 0,54 2,2 0,41 1,7 0,26
4 12,3 0,54 15,2 0,72 7,9 0,62 6,7 0,50 2,9 0,27
5 5,0 0,45 11,3 0,64 6,6 0,58 3,4 0,44 1,8 0,32
6 4,9 0,33 10,0 0,61 5,8 0,56 4,0 0,46 1,6 0,24
7 2,9 0,23 8,9 0,57 3,5 0,49 1,5 0,30 1,1 0,16
Наибольшие значения прироста массы 15,2 % и содержания связанного кремния 0,72 % были достигнуты при температуре 40 °С и продолжительности процесса 4 часа, следовательно эти условия являются оптимальными по приросту массы и содержанию связанного кремния для процесса силилиро-вания древесины лиственницы, подвергнутой ВАГ при 220 °С.
При увеличении продолжительности более 5 часов наблюдалось уменьшение прироста массы и содержания кремния, и дальнейшее увеличение продолжительности процесса нецелесообразно. Возможно, большая 92
продолжительность при достаточно высоких для данной системы температурах приводит к преобладанию деструктивных процессов. Вероятно сильнополярные комплексы, инициирующие силилирование, при высоких температурах распадаются, активный катион не образуется и на практике наблюдается снижение прироста массы и содержания связанного кремния.
Содержание лигнина в предгиролизо-ванной древесине лиственницы выше, чем в древесине, подвергнутой ВАГ, так как из предгидролизованной древесине были уда-
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ОТХОДОВ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ
лены гемицеллюлозы, и соотношение лигнина и целлюлозы в древесине изменилось.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе исследования была установлена возможность силилирования предварительно подготовленной древесины лиственницы ди-хлордиметилсиланом.
Физико-химическое модифицирование лиственницы позволяет замещать ОН группы в образцах предгидролизованной и взорванной древесины на силильные радикалы, причём, замещение в древесине, подвергнутой ВАГ, протекает более эффективно при меньшей температуре и продолжительности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Свойства древесины лиственницы // «Северная сосна» [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - [Саров, 200-]. - Режим доступа: http://www.sarov-vagonka.ru/soveti_5.htm. - Загл. с экрана.
2. Использование щепы и сыпучих отходов в специальных производствах // WOOD.ru. Все что вы хотели знать о лесе. Лесная отрасль в Интернете [Электронный ресурс] : портал лесной отрасли. - Электрон.дан. - [Иркутск, 2001-2014]. - Режим доступа: http://www.wood.ru/ru/othod13.html. -Загл. с экрана.
3. Бабакин, В. А. Продукты глубокой химической переработки биомассы лиственницы. Технологи получения и перспективы использования [Текст] / В. А. Бабакин // Рос.хим. журн. об-ва им. Д. И. Менделеева. - 2004. - Т. XLVIII, № 3. - С. 62-69.
4. Беушева, О. С. Ресурсосберегающая технология изготовления плитных материалов из отходов древесины лиственницы [Текст] :дис. ... канд. техн. наук : 25.00.36 / О. С. Беушева ; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. - Барнаул, 2006. - 129 с.
5. Мусько, Н. П. Химический анализ древесины [Текст] : метод. указания по химии древесины / Н. П. Мусько, М. М. Чемерис ; АлтГТУ им. И. И. Ползунова. - Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2004. - 36 с.
Комарова Наталья Геннадьевна -
к.х.н., доцент кафедры «Химическая технология» ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», служебный адрес: 656038 г. Барнаул, пр. Ленина д. 46, ФПХП, тел. 8(3852)245793.
Юдин Павел Сергеевич - студент кафедры «Химическая технология» ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», служебный адрес: 656038 г. Барнаул, пр. Ленина д. 46, ФПХП, e-mail: [email protected].
