Полная версия

Главная arrow Педагогика arrow Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: Сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции, 2014, №2, часть 1

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

СЕКЦИЯ 2 НОВЫЕ БИОКОМПОЗИТЫ И МАТЕРИАЛЫ НА ИХ ОСНОВЕ

УДК 674.8-41

ДРЕВЕСНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛОМЫ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА

WOOD COMPOSITE MATERIALS USING STRAW: PROBLEMS AND OPPORTUNITIES FOR PRODUCTION

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии древесных композиционных материалов, целлюлозы и бумаги Бехта П.А.

«Национальный лесотехнический университет Украины»

Bechta Р.А.

«National University of Forestry and Wood Technology of Ukraine» pbekhta@ gmail.com

DOI: 10 Л2737/2984

Abstract. This paper presents a review of problems and opportunities of wood- straw composites. Stocks of straw; properties of straw; factors which hinder to use straw as raw material for wood composites; advantages of straw as raw material for wood composites are discussed.

Keywords: straw, wood-straw board, adhesive, raw material.

Потребление древесных композитов (в частности, древесных плит) в мире ежегодно увеличивается примерно на 4 %. Наряду с высокой технической и экономической эффективностью применения древесных плит в различных отраслях промышленности, быстрому развитию их производства способствует значительная сырьевая база. Во многих странах мира для их изготовления традиционным сырьем была и остается древесина. Однако, для изготовления древесных плит также может быть пригодно и растительное сырье. В основном это лигноцеллюлозное сырье сельскохозяйственного производства (растительные волокна или агроволокна): волокна льна, конопли, джута, кенафа и других культур, стебли хлопчатника, солома, лоза, костра льна и конопли, багасса (жом сахарного тростника), отходы семян хлопка, рисовая и подсолнечная лузга и т.п. Возможно применение тростника и других дикорастущих растений, которые не используются или мало используются в промышленности.

За последние годы во многих странах пшеничная солома сделалась главным недревесным сырьем, которое используется для изготовления древесных плит. Среди множества растительных волокон запасы злаковой соломы наиболее значительные в Украине, и именно она может считаться наиболее перспективным растительным сырьем для древесных плит.

Проблеме использования соломы как альтернативного сырья для древесных композитов, особенно для древесных плит, за последние 30 лет посвящено много работ [1-36].

Обобщив эти многочисленные исследования, попробуем ответить на вопросы, а именно: является ли пшеничная солома подходящим материалом для производства древесных плит?; как много такого сырья находится вокруг нас?; какие есть предпосылки для использования соломы для производства древесных плит?

Запасы соломы

  • • Солома из хлебных злаков, как ежегодно возобновляемое сырье, является одним из наиболее важных сельскохозяйственных отходов, потому что она доступна в больших объемах во многих регионах мира. В странах Европейского Союза (ЕС) ежегодно производится около 140 млн. тонн соломы хлебных злаков, из которых только незначительная часть (2-3%) перерабатывается в промышленности.
  • • В Украине ежегодно может быть заготовлено свыше 50,0 млн. тонн соломы.
  • • Наиболее подходящим сырьем для изготовления стружечных плит является ржаная солома, немного худшим - пшеничная и худшим - ячменная солома [22].

Свойства соломы

  • • Химический состав соломы отличный от древесины. По сравнению с древесиной пшеничная солома содержит больше гемицеллюлоз, золы, диоксида кремния и воска, но меньше целлюлозы и лигнина [20,26].
  • • Пшеничная солома морфологически более сложная и менее однородная, чем древесина. Солома содержит относительно большее количество элементов клеток [20].
  • • Низкая насыпная плотность по сравнению с древесной стружкой. Насыпная плотность промышленных древесных частиц составляет 124 кг/м3, а соломенных частиц - 44 кг/м3, т.е., практически в 3 раза меньше. Вследствие этого во время горячего прессования степень уплотнения соломы больше, чем древесины [14]. Кроме того, это накладывает ограничения не только на экономический радиус сбора и доставки соломы, но и размеры производимых частиц.
  • • Меньшие размеры волокон по сравнению с древесными волокнами. Длина клеток соломы приближается к длине клеток древесины твердолиственных пород и в 2-3 раза меньше длины клеток древесины хвойных пород [26].
  • • Соломенные частицы по сравнению с древесными более гидрофобны. Хотя кривые гигроскопического равновесия соломы похожи на аналогичные кривые для древесины [19].
  • • Прочностные свойства стеблей пшеничной соломы намного ниже, чем древесины. Например, прочность на разрыв пшеничной соломы составляет 9-38 МПа, ели - 139 МПа и бука - 180 МПа, а модуль упругости соответственно 1,6- 3,4, 13,7 и 11,6 ГПа [26].
  • • Соломенные частицы длиннее, тоньше и имеют меньшую ширину, чем древесные [14,18,25,29]. Поэтому отношение длины к толщине в 5-7 раз больше по сравнению с соответствующим значением для древесных частиц и, как следствие, улучшается прочность на изгиб плит из соломы.

Факторы, препятствующие использованию соломы как сырья для древесных плит

  • • Химический состав соломы, особенно высокое содержание золы, оказывает негативное влияние на использование соломы в качестве исходного материала для изготовления плит [20].
  • • Высокое содержание золы и кремнезема приводит к большим затратам энергии, а также ограничивает время службы рабочих элементов измельчающего оборудования.
  • • Наличие воска с достаточно сложным химическим составом, который в отличие от древесины в соломе находится практически в целости на поверхности стебля. Образование такого антиадгезионного слоя на поверхности частиц соломы препятствует смачиванию поверхности частиц и ухудшает склеивание [24].
  • • Солома - побочный, а не целевой продукт сельскохозяйственного производства. Поэтому, заготовка и обработка осуществляется, прежде всего, в направлении максимального урожая зерна, а не соломы. Кроме того, объемы заготавливаемой соломы зависят от погодных условий во время сбора урожая, то есть для этого вида сырья характерна сезонность сбора, транспортировки и хранения. Например, холод и осадки приводят к образованию большого количества соломы [13].
  • • Транспортировка соломы на расстояние более 50 км экономически нецелесообразна [12]. Учитывая низкую насыпную плотность соломы, рекомендуется упаковывать и транспортировать ее в тюках (спрессованных пачках).
  • • Высшая способность соломы пластифицироваться по сравнению с древесиной при горячем прессовании плит [23]. Вероятно, это объясняется различиями между этими материалами, включая как морфологическое строение, так и химический состав [27].
  • • Обычные карбамидоформальдегидные смолы не дают возможности получать из соломы стружечные плиты с необходимыми свойствами. Частичная замена древесины соломой в плитах, склеенных карбамидоформальдегидными смолами, драматически ухудшает их основные свойства [14]. Тогда как, используя модифицированные карбамидоформальдегидные смолы, можно достичь удовлетворительного качества склеивания [25]. Изоцианатные клеи - наиболее эффективный клей в производстве соломенных плит [16]. В противоположность карбамидоформальдегидным и изоцианатным клеям, такие клеи как полиэстер [34] и гипс [32] используются для различных типов соломенных плит. Проводятся исследования, направленные на улучшение адгезии соломы со смолами, которые были бы дешевле, чем изоцианатные. Предлагаются различные методы химической обработки частиц соломы [10,20]. Проводятся работы связанные с модифицированием традиционных клеев для древесины в направлении повышения их прилипания к соломе [24].

Преимущества соломы в качестве сырья для древесных плит

  • • Средняя рыночная цена соломы в несколько раз меньше, чем древесины.
  • • Меньшие средства на измельчительное и сушильное оборудование [12,17].
  • • Ежегодное возобновление сырья.
  • • Соломенные плиты или стружечные плиты с добавкой соломы на основе изоцианатных клеев по прочности на изгиб и гигроскопическим свойствам превосходят обычные стружечные плиты. Например, соломенные плиты по сравнению с традиционными OSB плитами имеют следующие преимущества: примерно одинаковую прочность на изгиб, лучшую более гладкую поверхность [14].

Нужно отметить, что если сначала заводы по производству плит с использованием соломы строились в основном в Канаде и США, то за последние годы один за другим строятся заводы по производству стружечных плит или

MDF с использованием пшеничной и рисовой соломы, а также багассы и хлопка, в Китае, Индии, Пакистане, Таиланде.

Подводя итог, можем констатировать, что использование соломы в качестве сырья для древесных плит с экологической точки зрения можно рассматривать как большое достижение. Учитывая, что цены на древесину в будущем будут расти, можно утверждать, что в недалеком будущем солома станет полноценным сырьем в производстве плит.

Библиографический список

  • 1. А.с. 656868 СССР МКИ В 29 J 5/00. Способ получения плит из растительного сырья // З.Э.Клуге и др. Заявлено 10.06.75; Опубл. 15.04.79. Бюл.№14.
  • 2. Баум М.Ю., Новак Н.П. Изготовление стружечных плит из виноградной лозы// Плиты и фанера. - М.: ВНИПИЭИлеспром. - 1974, № 10. - С. 9-10.
  • 3. Бехта П.А. Технолопя деревинних композицшних матер1ал1в. - Кит: Основа, 2003.-
  • 336с.
  • 4. Волчанова М.Н., Леонов А.А., Фаренюк А.М., Грунина Н.В. Плиты на минеральном вяжущем с использованием костры// Плиты и фанера. - М.: ВНИПИЭИлеспром. - 1983, № 4. -С. 16.
  • 5. Гончаров Н.А., Курдюмова В.М. Плиты из стеблей хлопчатника// Плиты и фанера. - М: ВНИПИЭИлеспром. - 1981, № 3. - С. 14-15.
  • 6. Демидов Ю.М., Чесновицкая М.Л. Изготовление плит из тростника// Плиты и фанера. - М.: ВНИПИЭИлеспром. - 1974, № 8. - С. 13.
  • 7. Караськов Г.И., Сизова Е.М. Плиты из костры// Плиты и фанера. - М.: ВНИПИЭИлеспром. - 1980, № 4. - С. 14-15.
  • 8. Москатов К.А. Пластики из растений// Пластические массы, 1984, №10. - С. 32-35.
  • 9. Филонов А.А. Исследование возможности замены древесного сырья в производстве древесностружечных плит подсолнечной лузгой. Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - Воронеж, 1970.
  • 10. Bekhta Р.А., Korkut S., Hiziroglu S. Effect of Pretreatment of Raw Material on Properties of Particleboard Panels Made from Wheat Straw. BioResources, 2013, 8(3): 4766-4774.
  • 11. Barbu M., Troger F. Flaxfibre reinforced particleboard. Proceedings of the Symposium Wood Modification, Poznan, 1995. - P. 137-148.
  • 12. Dalen H., Shorma T. The manufacture of particleboard from wheat straw. In: Proceedings of the 30th Washington State University International Particleboard Composite/Materials Symposium. Pullman, Washington. 1996, p. 191-196.
  • 13. Fossay C. Producers perspective. Straw to Gold Symposium. Winnipeg, Manitoba, 1995.
  • 14. Grigoriou A. Straw-wood composites bonded with various adhesive systems. Wood Science and Technology, 2000, 34: 355-365.
  • 15. Hague J.R.B. Biomass as feed-stocks for the forest products industry. Aspects of Appl. Biol. 1997, 49: 455-464.
  • 16. Heller W. Die Herstellung von Spanplatten aus unkonventionellen Rohstoffen. Holz als Roh- und Werkstoff, 1980, 38: 393-396.
  • 17. Heslop G. Compak: Ten Years of Experience with Commercial Straw Particleboard Production. In: Proceedings of the 31th Washington State University International Particleboard Composite/Materials Symposium. Pullman, Washington, 1997, p. 109-113.
  • 18. Hesch R. Stroh als Rohstoff fer Platten. Holz-Zbl., 1979, 3: 22, 13: 196.
  • 19. Kozakiewicz P., Nicewicz D. Hygroskopische Eigenschaften von Stroh. Ann. Warsaw Agricult. Univ.- SGGW, For. and Wood Technol., 2001, 51: 41-44.
  • 20. Markessini E., Roffael E., Rigal L. Panels from annual plant fibers bonded with urea- formaldehyde resins. In: Proceedings 31th International Particleboard/Composite Materials Symposium, Pullman, 1997, p.147-160.
  • 21. Мц11ег F., Bitttcher P. Naturstoffsandwich: ein leichter Werkstoff aus nachwochsenden Rohstoffen. Holz-Zbl., 1995, 34: 573, 576.
  • 22. Nicewicz D., Pawlicki J., Starecki A., Sosinska K., Zado A. Ocena przydatnosci krajo- wych gatunkow slom zbozowych do wytwarzania plyt wiorowych. In: Technologia Drewna. XIV Konferencja Naukowa Wzdyialu Technologii Drewna SGGW. Warszawa, 2000, p. 185-192.
  • 23. Pawlicki J., Nicewicz D., Sosinska K., Zado A. Straw-wood boards. Ann. Warsaw Agricult. Univ.- SGGW, For. and Wood Technol., 2001: 152-155.
  • 24. Pease D.A. Resin advances support strawboard development. Wood Technology. 1998, No.3, p.32-34.
  • 25. Rexen F. Stroh als Rohstoffmaterial fi>r Spanplatten. Holz Zentralbl. 1975, 101, Nr. 34:471-472.
  • 26. Robson D., Hague J. The properties of straw fibers. In: Straw - a valuable raw material.
  • 1993.
  • 27. Rowell R.M., Young R.A., Rowell J.K. Paper and Composites from Agro-Based Resources. CRC Lewis Publishers, Boca Raton, New York, Tokyo. 1997, 464p.
  • 28. Russel W.C. The straw resource: A new fiber basket? In: Proceedings of the 30th Washington State University International Particleboard Composite/Materials Symposium. Pullman, Washington. 1996, p.183-190.
  • 29. Sauter S.L. Developing composites from wheat straw. In: Proceedings of the 30th Washington State University International Particleboard Composite/Materials Symposium. Pullman, Washington. 1996, p.197-214.
  • 30. Spelter H. Capacity, production, and manufacture of wood-based panels in the United States and Canada. General technical report FPL-GTR-90. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service. Forest Products Laboratory, 1996, p.17.
  • 31. Straw and other annual fibers searching for a future. Panelboard Highlights, 2002 (2):
  • 12-17.
  • 32. Thole V., Weiss D. Eignung von Einjahrespflanzen als Zuschlagstoffe fi>r Gipsspan- platten. Holz als Roh- und Werkstoff. 1992, 50: 241-252.
  • 33. Tritger F., Plinke G. Beitrag zur Herstellung PMDI-verleimter Spanplatten mit verschie- denen Strohanteilen. Holz als Roh- und Werkstoff. 1988, 46: 389-395.
  • 34. White N.M., Ansell M.P. Straw-reinforced polyester composites. Journal Mat. Sci. 1983, 18: 1549-1556.
  • 35. Youngquist J.A., Spelter H., English B.E., Chow S. Agricultural fibers in composition panels. In: Proceedings of the 27th Washington State University International Particleboard Compo- site/Materials Symposium. Pullman, Washington. 1993, p. 133-152.
  • 36. Zucaro J., Reen R. The second forest: filling the wood source gap while creating the environmental performance board of the 21st century. In: Proceedings of the 29th Washington State University International Particleboard Composite/Materials Symposium. Pullman, Washington. 1995, p.225-230.

УДК 674.419

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>