Види і характеристика деревної сировини

Види деревної сировини. Основна сировина для виробництва деревоволокнистих плит - низькоякісна деревина і деревні відходи, перероблені на технологічну тріску. Крім деревини сировиною можуть служити луб'яні рослини, що мають волокнисту будову (очерет, очерет, стебла бавовнику та ін.); проте поки вони не знайшли застосування у виробництві плит в нашій країні.

Низькоякісної деревиною називають кругле деревину, яке за своєю якістю не може бути використано як лісоматеріал. До цього виду сировини відносять деревину для технологічної переробки та деревину тонкомірна.

Деревними відходами називають обрізки або залишки при переробці лісоматеріалів. Наприклад, під час лісозаготівель утворюються лісосічні відходи, в лісопильному виробництві - відходи лісопиляння. Відходи виходять також при переробці пиломатеріалів, в фанерному, целюлозно-паперовому та лісохімічної виробництвах.

Деревину для технологічної переробки (кругла стовбурова деревина) використовують довжиною від 1 до 6 м з градацією 1 м. Залишки обрізаних гілок не повинні перевищувати 50 мм. Сировина для деревоволокнистих плит може поставлятися в розколотому вигляді товщиною не більше 400 мм. З круглої стовбурної деревини (колод) отримують максимальний вихід кондиційної тріски при невеликій кількості кори.

Деревину тонкомірна кругле неокоренной з обрубаними гілками заготовляють довжиною від 1 до 3 м. Товщиною у верхньому отрубе 20. 60 мм. Отримують цей вид сировини при проведенні санітарних рубок, при прочищення та проріджування лісу. При використанні відповідних рубітельних машин з цього виду сировини виходить якісна тріска.

Кускові відходи деревообробки в виробництві деревоволокнистих плит використовують при їх вологості 40% і більше, так як при більш низькій вологості важко отримати при розуміли кондиційну древесноволокнистую масу.

Відходи фанерного виробництва - олівці (залишок чурака після лущення), шпон-рванина - один з джерел сировини для виробництва деревоволокнистих плит. З олівців, що представляють собою круглу деревину, виготовляють на рубітель- них машинах кондиційну тріску. Шпон-рванина, що отримується при оцилиндровке чураков, переробляється на дрібні тонкі частинки, піддаються помелу на волокно.

Відходи целюлозно-паперового виробництва - грубі волокна, звані «сучки», поряд з паперовою макулатурою можуть служити добавкою до древесноволокнистой масі при виробництві плит.

Відходи лесохимического виробництва - тріска дубильних заводів, після того як з неї екстрагованих (виділені) необхідні речовини, може бути спрямована на виготовлення деревоволокнистих плит.

Термін «відходи деревини» слід приймати умовно, так як такі відходи - прекрасне вторинну сировину для виробництва деревних плит. Використання вторинної сировини і розвиток виробництва деревних плит вирішує найважливіше завдання лісової галузі-комплексного використання сировини, т. Е. Отримання більшої кількості лісових матеріалів при тому ж обсязі лісозаготівель.

Початкове деревину у виробництві деревоволокнистих плит перетворюється в технологічну тріску. До кондиційної технологічній трісці ставляться такі вимоги.

При виробництві деревоволокнистих плит мокрим способом перевага віддається хвойним породам деревини, при виробництві деревоволокнистих плит сухим способом - листяним. Щоб зрозуміти переваги і недоліки тих чи інших порід деревини з точки зору використання їх у виробництві деревоволокнистих плит, розглянемо хімічну і морфологічну (анатомічну) характеристики деревної сировини.

Хімічний склад деревини. Деревина, як будь-який біологічний організм, складається з клітин. Стінки клітин в основному (близько 99%) складаються з органічних сполук (вуглеводнів і їх похідних) і до 1% з мінеральних речовин (простих елементів і неорганічних сполук), які при спалюванні деревини утворять золу.

Органічні речовини деревини підрозділяють на три частини: вуглеводну, ароматичну і екстрактивні речовини.

Вуглеводна частина являє собою різні полісахаріди- целюлозу і геміцелюлози. У хвойної деревини вуглеводна частина складає близько 70%, а в листяної - близько 80%.

Макромолекули целюлози CeHmOs побудовані з ланок глюкози, з'єднаних глюкозидні зв'язки. Кожне елементарне ланка глюкози (за винятком ланок, які перебувають на кінцях макромолекули) містить три спиртові гідроксильні групи. Тому формулу целюлози можна уявити як [С6Н702 (0Н) 3] п. Таким чином, целюлоза - це високомолекулярна сполука (полімер), що складається з великого числа повторюваних ланок. Молекулярна маса полімерів пов'язана з числом елементарних ланок в макромолекулі -Ступінь полімеризації (п або СП). Ступінь полімеризації природного деревної целюлози дуже висока і становить близько 600. 14 000. Вона характеризує довжину лінійних макромолекул целюлози, а отже, механічні властивості целюлози і одержуваних з неї виробів, наприклад паперу, картону. Будь-зразок целюлози складається з макромолекул різної довжини, т. Е. Є полідисперсних. Тому ступінь полімеризації прийнято визначати як середню величину.

Будова целюлози кристалічна, однак поряд з кристалічною решіткою є і аморфні ділянки.

Функціональними групами називають структурний фрагмент молекули, що визначає його хімічні властивості. Для целюлози це, наприклад, гідроксильні групи, здатні активно вступати в реакцію. При гидролитической реакції (між речовиною і водою) або окислювальному (наприклад, з киснем) стався розрив глюкозидной зв'язків в ланцюгових макромолекул целюлози з пониженням ступеня полімеризації. Реакції функціональних груп можуть проходити з отриманням різних складних і простих ефірів целюлози, утворюючи нові штучні полімери. Ці властивості целюлози мають важливе значення при хіміко-механічної переробки деревних волокон.

Гексозани (C6Hio05) n - це також полісахариди. Найбільше вгексозанах деревини міститься Маннанов: в хвойних породах- до 10%, в листяних - не більше 1%. Маннани деревини - змішані полісахариди зазвичай лінеййого будови. З гексоза- новий у деревині, крім Маннанов, зустрічаються різні галакта- ни і деякі інші гексозани.

У гідролізованого частини деревини присутні уроновие кислоти, пектинові речовини. Останні являють собою комплекс вуглеводів кислого характеру, що складається з арабінана, галактан і пектиновой кислоти.

Ароматичну частина деревини становить лігнін, який являє собою суміш ароматичних полімерів. Ароматичні сполуки в своїй структурі мають бензольні кільця. Елементарними ланками в макромолекулах лігніну служать феніл- пропанові структурні одиниці Се - Сз - похідні феніл- пропану.

Бічні ланцюга лігніну можуть мати різні функціональні групи, так як його структура позбавлена ​​регулярності, характерною для інших природних полімерів, наприклад целюлози. Функціональними групами лігніну є: метоксільние групи -ОСН3; гідроксильні групи -ОН; карбонільні групи

-с / "в невеликій кількості подвійні (Етиленові) зв'язку -. \ riU-сн = СН-.

Лігнін легко вступає в реакції, причому спостерігається одночасне протікання реакцій декількох типів, в яких беруть участь ароматичні кільця і ​​наявні функціональні групи. Поряд з реакціями функціональних груп, окисленням лігніну, його гидролитической деструкцією йде і процес конденсації лігніну. Реакціями конденсації лігніну називають реакції зшивання ланцюгів, до яких у лігніну велика схильність.

Екстрактивні речовини деревини - це група органічних сполук, яка екстрагується (витягується) з деревини нейтральними розчинниками: водою і різними органічними розчинниками. До екстрактних речовин відносять: ефірні масла, смоляні і жирні кислоти, дубильні речовини.

В деревині хвойних порід міститься більше лігніну і менше геміцелюлози, ніж в деревині листяних. Хвойні породи містять більше гексозанов і менше пентозанов, ніж листяні. Це слід враховувати при розробці технологічного режиму отримання деревоволокнистих плит.

Мінеральні речовини, або неорганічна частина деревини, виділяються у вигляді золи при спалюванні дерева. До складу золи входять кальцій, калій, натрій, магній, в менших кількостях фосфор, сірка та інші елементи, велика частина яких (75. 90%) нерастворима в воді. З нерозчинних найбільш поширені солі кальцію, з розчинних лужних - поташ і сода.

Аяатоміческое будова деревини і будова клітинних стінок. Зростання деревини здійснюється за рахунок поділу клітин камбію. Камбій - шар живих клітин, що лежать між власне деревиною, її зовнішнім шаром і внутрішнім шаром кори (лубом). Розподіл клітин камбію відбувається після того, коли клітини камбію збільшуються в розмірах. В результаті нові зовнішні клітини утворюють камбіальний шар, а у внутрішніх клітин товщають стінки і починається процес одревеснения, т. Е. Відкладення в них лігніну (лігніфікації). Ці здеревілі клітини утворюють річні шари, ширина яких залежить від породи деревини і умов зростання.

У річному кільці спостерігаються дві частини: рання (весняна) і пізня (осіння) деревина. Пізня деревина щільніше й зазвичай темніше ранньою. У міру наростання річних шарів старі клітини відмирають. Центральну частину деревини, що містить основну масу річних шарів, називають ядрового деревиною (ядром). Периферичну частину деревини, що лежить між ядрового деревиною та камбієм, називають заболонної деревиною (заболонню).

Анатомічні елементи деревини - це в основному (90. 95%) вже відмерлі прозенхімних клітини, які надають деревині волокнисту будову і виконують механічні та провідні функції. Довжина таких клітин у багато разів більше ширини. До прозенхімних клітинам відносяться головним чином трахеіди (хвойних порід), клітини лібриформу і судини (листяних порід). Деревина містить і інший вид клітин - це живі па- ренхімние клітини, що виконують запасають функції. Форма таких клітин округла, а довжина і ширина їх приблизно однакові.

Трахеїди основний елемент деревини хвойних порід, що займає більше 90% загального обсягу деревини. Трахеїди, що утворюються навесні, мають широкі порожнини і тонкі стінки, а утворюються восени - вужчі порожнини і товсті стінки. Широкосмугового весняні трахеіди служать водопроводя- ські елементами деревини, а товстостінні осінні трахеіди надають механічну міцність стовбуру.

Клітини лібриформу, або деревні волокна, - основний елемент (до 75%) деревини листяних порід. Лібрі- форм - це механічна тканина листяної деревини, що представляє собою широкосмугового судини, волокнисті і сосудіс

ті трахеіди. Водопровідні функції виконують судини і судинні трахеіди. Судини - це довгі трубки, що складаються з члеників - окремих коротких клітин довжиною 0,23. 0,58 мм.

Розміри трахеид хвойних порід і волокон листяних порід наведені в табл. 6.

У стінках трахеид і судин розташовуються прості і облямовані пори. Пори не є вільними отворами: в них зберігається тонка первинна стінка (мембрана). Кожній порі однієї клітини відповідає пора сусідньої клітки, т. З. завжди існує пара пір. Розділяє пори мембрана пронизана дрібними отворами. У живих клітинах ці отвори заповнені найтоншими нитками протоплазми, що з'єднують вміст клітин в єдине ціле. Клітини лібриформу мають прості щеле- видні пори. Порожнини клітин лібриформу дуже вузькі, тому вони погано проводять воду.

Первинні стінки-оболонки Р двох суміжних клітин з'єднані міжклітинним речовиною М (серединної платівкою) і настільки зростаються, що їх важко розрізнити. Вважається, що в суміжних первинних стінках і міжклітинній речовині (Р + М + Р) міститься 60 90% лігніну з домішкою пектинових речовин.

Мікроскопічне вивчення структури клітини виявило однорідність (гомогенність) міжклітинної речовини і фибриллярную (волокнисту) структуру стінок клітин. При механічній обробці стінки розпадаються на тонкі целюлозні волокна, звані фибриллами, які в свою чергу можуть розпадатися при хімічній обробці на більш тонкі мікрофібрили.

Целюлозні мікрофібрили в стінці клітини укладені в аморфній масі гемицеллюлоз і лігніну і створюють як би остов, що забезпечує механічну міцність стінки. Разом з тим всі компоненти деревини пов'язані один з іншим. Утворюючи між собою хімічні зв'язки, вони створюють єдину деревну тканину. Клітинна і фібрилярна структура деревини дозволяє ділити її на волокна і окремі фрагменти, з яких формується древесноволокнистий килим - основа виготовляється деревоволокнистих плит.

Технологічне значення хімічного і анатомічного складу деревини. Ознайомившись з хімічним і анатомічним складом деревини, важливо зрозуміти технологічне значення тих чи інших показників і характеристик.

Деревина в процесі виготовлення з неї деревоволокнистих плит піддається механічним і тепловим впливам, під час яких вона стає пластичною і в ній відбуваються хімічні і структурні зміни. Це дозволяє зблизити волокна, встановити між ними необхідні зв'язки, домогтися утворення нової структури, що забезпечує необхідні властивості створюваного плитного матеріалу.

При переробці деревина стає пластичною як за рахунок введення в деревні частки (древесноволокнистую масу) пластифікаторів, так і за рахунок продуктів деструкції (руйнування) компонентів деревини (геміцелюлози, лігніну і частково екстрактивних речовин), що утворюються при термообробці в присутності води. У першому випадку процес йде за рахунок зовнішніх пластифікаторів, у другому - внутрішніх пластифікаторів, а саму пластифікацію умовно називають «зовнішньої» і «внутрішньої».

У виробництві деревоволокнистих плит в якості зовнішнього пластифікатора використовують головним чином воду, як внутрішнього пластифікатора - компоненти гемицеллюлоз і лігніну. Вміле використання хімічного складу деревини та оптимальний вибір режимів механічної і теплової обробки з урахуванням цього складу дозволяють отримати плити з кращими якостями.

Анатомічний склад деревини також має значення при оцінки якості деревної сировини і виборі технології виробництва плит.

У сухому способі виробництва деревоволокнистих плит перевага віддається деревині листяних порід, що пояснюється умовами повітряного формування килима, коли дрібні

деревні волокна, приблизно однакові за розмірами, можуть бути рівномірно розподілені в повітряному потоці по всій площі формування, забезпечуючи найменше коливання щільності та інших показників фізико-механічних властивостей плит. Більш слабкі міжволоконній зв'язку в пресованої деревоволокнисті полотні вимагають більшої кількості введеного сполучного (в середньому 4,5. 6% від абсолютно сухої маси деревини) для отримання необхідних міцних показників плит. На підприємствах використовують всі поставляються породи деревини, що ускладнює технологічний процес і вимагає коригування режимних параметрів. Особливості ведення процесу при різній характеристиці деревної сировини повинні бути враховані на окремих ділянках технологічного процесу.