Использование техногенных отходов древесины

Одной из глобальных проблем современной цивилизации является стремительный рост объемов промышленных и бытовых отходов. Несмотря на применяющиеся меры по их комплексной переработке, зачастую не всегда организовано рациональное, экологически безопасное обращение с отходами, что негативно сказывается на состоянии окружающей природной среды.

В России проблема утилизации древесных отходов относится к числу наиболее актуальных, так как в настоящее время при существующих методах переработки теряется почти половина биомассы дерева, что естественно говорит о низком уровне технологических процессов деревообработки. Основные мировые тенденции развития научных и технологических исследований в области глубокой переработки древесной биомассы связаны с разработкой новых принципов и методов комплексного использования всех ее основных компонентов (целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина, экстрактивных веществ), а также с вовлечением в химическую переработку древесных отходов, некондиционной и малоценной древесины.

Большой интерес представляют возможности использования техногенных отходов древесины, таких как остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образующиеся в процессе деревообрабатывающего производства, и чем ответственнее изделие или сложнее его форма, тем больше возникает отходов. В настоящее время активно используется технология сжигания опилок, щепы, старой древесины. Этот процесс прямого использования отходов лесопиления и деревообработки имеет ряд недостатков. Во-первых, для повышения эффективности сгорания опилки и щепа должны быть сухими, что требует дополнительных технологических процессов. Во-вторых, требует решения проблема складирования. Помимо необходимости больших складских площадей, свежие опилки и щепа подвержены самовоспламенению. В-третьих, мелкофракционные древесные отходы ввиду их малой насыпной плотности экономически невыгодно перевозить на расстояния более 20-40 км. В четвертых, в процессе горения отходов древесины образуются различные токсические вещества, попадающие в атмосферу вместе с дымом.

Перспективным направлением рационального использования техногенных отходов древесины является производство древопластиков, поскольку сырьем для них могут быть любые отходы, которые остаются от производств, обрабатывающих дерево. Для разработки новых методов получения древесных плитных материалов с улучшенными экологическими, физико-механическими и эксплуатационными свойствами целесообразно использовать связующие агенты растительного происхождения.

Большой практический интерес представляют полимерные связующие на основе продуктов из древесины. Фенолформальдегидные, карбамидоформальдегидные, меламиноформальдегидные и другие поликонденсационные связующие для проклейки древесных материалов и склейки деревянных изделий можно получать с использованием лигниносодержащих продуктов. При этом могут быть использованы такие ценные характеристики лигнина, как высокое содержание углерода (массовая доля до 60-65%), ароматическая природа и высокая реакционная способность.

Лигнины являются фенольными полимерными продуктами, которые могут применяться как термореактивные вещества, например, в сочетании с фенольными, эпоксидными и изоцианатными смолами. В зависимости от условий приготовления могут быть получены адгезивы с высокой и низкой температурами отверждения.

Плиты с ориентированной стружкой (ОSB) являются преобладающим видом древесных панельных материалов в Северной Америке. За период интенсивного развития производство древесностружечных плит достигло большого разнообразия в применении полимерных связующих включающих помимо фенолформальдегидных и карбамидоформальдегидных смол, так же полимеры на основе изоцианатов, винилацетатов и др. Было обнаружено, что лигнины имеют преимущество перед всеми типами связующих. Органосольвельный лигнин может использоваться при производстве OSB и в составе жидкой фенольной смолы, либо введением в процессе синтеза фенольной смолы, либо добавлением в приготовленную дисперсию. Также при использовании изоцианатов и раствора лигнина улучшаются характеристики продукта, кроме того применение лигнина облегчает извлечение плит из пресса, смягчая проблему, затрудняющую более широкое распространение изоционатных связующих.

Таким образом, использование лигниносодержащих продуктов как связующих в производстве древопластиков является экологически целесообразным, так как создание новых технологий глубокой химической переработки растительного сырья тесно связаны с проблемой квалифицированного использования различных технических лигнинов и лигниносодержащих отходов, которые составляют третью часть от древесного сырья и образуются как наиболее трудно утилизируемый отход при химической переработке на целлюлозно-бумажных и гидролизных предприятиях.