Woodworking News - Новости деревообработки - Древесные отходы как уникальнейший материал

Woodworking News - Новости деревообработки

Древесные отходы как уникальнейший материал

Строение стенки клеток растений: 1) межклеточная оболочка; 2) матрикс; 3) плазматическая мембрана; 4) пектиновые вещества; 5) микрофибриллы целлюлозы; 6) гемицеллюлоза; 7) растворимый протеин. C сайтов: www.facepla.net и www.fpl.fs.fed.us«Сжигать нефть, все равно, что топить печку ассигнациями», - писал много лет назад русский ученый Д.И.Менделеев. Я порой задумываюсь, как история применения нефти сопоставима с технологией производства пеллет, начинавшейся под лозунгом использования отходов. Сегодня же за рубежом требуются качественные древесные гранулы, производимые из хорошей древесины, без содержания коры, по различным стандартам и евронормам.

А можно ли из отходов делать продукцию? Оказывается можно и, причем, изделия, весьма востребованные на рынке. Свидетельство этому – статья, появившаяся недавно на сайте www.GlobalScience.ru

 

Схема создания нанокристаллической целлюлозы: 1) цепочки целлюлозы; 2) разупорядоченная область; 3) упорядоченная область; 4, 5) нанокристаллы целлюлозы.Самый сенсационный новый материал может похвастаться легкостью, прочностью, и плюс к этому, проводит электричество. И, как ни удивительно, он известен уже давно. Нанокристаллическая целлюлоза (НКЦ), которая является продуктом переработки древесной массы (в основном отходов, щепы и опилок), получила известность как новейший чудо-материл. Компания Pioneer Electronics из Японии, применяет его в производстве нового поколения гибких электронных дисплеев (кристаллы из целлюлозы прозрачны), а IBM в производстве компьютерных компонентов. Даже армия США не упустила новый материал из внимания, используя его в создании легких бронежилетов, бронестекла и бронеочков, неуязвимых для промежуточных патронов АКМ и АК-74 на любой дистанции.

В чем же секрет этого материала? Как известно, целлюлоза – наиболее распространенный биологический полимер на нашей планете. Из него, в частности, выстроены стенки клеток растений, где длинные цепочки молекул глюкозы образуют запутанные в сложный узор целлюлозные волокна. Такая природная конструкция обеспечивает достаточную прочность клеточных структур (рис. 1).

Обычно процесс промышленного производства целлюлозы заключается в том, что после разрушения механической структуры природного сырья, из него с помощью химических растворителей вымывается лигнин, после чего остается водная суспензия целлюлозных волокон. Но как же удалось качественно повысить прочность этого материала? Дело в том, что образовывающиеся волокна были неоднородны на всем своем протяжении. Области с беспорядочным расположением молекул чередовались с упорядоченными участками – нанофибриллами, где прочность структуры обеспечивалась не только внутримолекулярными, но и водородными связями молекул между собой. Они то и придавали целлюлозе свойства нанокристаллов (рис 2).

Американским ученым удалось «вымыть» аморфные участки, применив метод кислотного гидролиза. Технология позволяет получить из исходного сырья около 30% готового продукта с удивительными свойствами. Это предел возможностей, определяемый соотношением кристаллической и аморфной целлюлозы в исходном сырье.

Производство небольшого предприятия CelluForce скорее похоже на химический завод, чем на лесопилку.Первая фабрика по производству нанокристаллической целлюлозы (НКЦ) открылась в США 26 июля этого года в Мэдисоне. По оценке Национального научного фонда США, данная индустрия к 2020 г. достигнет объема в 600 миллиардов долларов.

Новый материал сразу потряс ученых своими свойствами: шестикратной прочностью на разрыв по сравнению с нержавеющей сталью, благодаря своим плотно упакованным иглоподобным микроскопическим кристаллам. Кроме того, упругость наноцеллюлозы примерно на 15% превышает упругость кевлара и равна упругости углеводородных волокон. По прочности на разрыв, кевлар уступает НКЦ более чем вдвое, так же, как и углеволокно. Если сравнивать эти показатели с древесиной, то упругость дуба в полтора десятка раз ниже, чем нового материала, а цифры прочности на разрыв меньше в 75 раз.

К тому же, НКЦ оказалась невероятно дешевой. «Это природная, возобновляемая версия углеродных нанотрубок, за малую долю их цены», - отметил Джефф Янгблад из NanoForestry Institute.

До высушивания материал выглядит как беловатая кашица. Все фотографии CelluForceОпытное производство в США планирует достичь в ближайшее время себестоимости целлюлозных нанокристалов в пределах 10 USD за килограмм. Дальнейшее снижение стоимости возможно при расширении объемов производства и может составить до1–2 USD за килограмм.

Фабрика стоимостью в $1,7 миллионов, которой владеет Лесное управление США, производит два типа НКЦ: кристаллическую и волоконную. Изготовление НКЦ начинается с очищения древесины, из которой удаляются такие компоненты как лигнин и гемицеллюлоза. Полученный материал перемалывают в однородную массу и гидролизируют для исключения примесей, после чего формируют в виде кристаллов в густую пасту, которая может быть нанесена на поверхности или переработана в стеклопряжу, образуя нановолоконца. Они обладают твердостью, плотностью и крепостью, и могут принимать различные формы и размеры. После лиофилизации (охлаждения и высушивания), этот материал становится прекрасным абсорбентом и изолятором, легким по весу.

«Красота исходного материала в том, что его много и его не надо искусственно производить», - сказал Янглбад. «Нам даже не требуется использовать деревья целиком: длина наноцеллюлозы всего 2 нанометра. При необходимости, мы можем применять щепу, ветки или даже опилки. Мы превращаем отходы в золото».

Более крупная фабрика по производству НКЦ была открыта в ноябре 2011 г. в Монреале (Канада). Она производит тонну НКЦ в день.

Теодор Уэгнер, заместитель директора фабрики в США, отметил, что, раскрытие потенциала этого материала стало возможным только благодаря таким технологиям как сканирующие электронные микроскопы, появившимся около десяти лет назад. Планируется, что в будущем НКЦ заменит металлические и пластиковые детали автомобилей и может вытеснить с рынка неорганический пластик.

Однако не следует идеализировать НКЦ. Ее слабое место – устойчивость к воздействию воды. В обычных условиях вода не может растворить целлюлозу, деполимеризовать ее волокна или разрушить их межмолекулярные связи. Но, несмотря на это, новый материал склонен к набуханию. При достаточном количестве воды он разбухает примерно вдвое. Для борьбы с этим явлением планируется обрабатывать поверхности НКЦ и делать их водонепроницаемыми за счет дополнительного внешнего слоя или покрытия защитными материалами. Кроме того, в промышленности и повседневной жизни имеется много сфер, где воды не бывает в принципе.

С сайтов www.newscientist.com, www.science.compulenta.ru, www.facepla.net, www.fpl.fs.fed.us, www.nanonewsnet.ru

Поразительно и еще одно сообщение, появившееся недавно в сети Интернет: «Ученица 12 класса Жанель Там (Janelle Tam) разработала инновационный метод для борьбы с болезнями и старением, основанный на использовании нанокристаллической целлюлозы, став таким образом обладательницей национальной научной премии «2012 Sanofi BioGENEius». Изобретенный юной исследовательницей суперантиоксидант действует как «нановакуум», лучше нейтрализуя в организме вредные свободные радикалы, чем ранее известные подобные препараты. «Это вещество нетоксично, стабильно, растворимо в воде, так как добывается из древесного сырья», - комментирует Жанель Там.

По мнению жюри, в состав которого вошли видные канадские ученые, члены Национального исследовательского совета страны, разработка Жанель Там может в дальнейшем использоваться в различных омолаживающих и оздоравливающих продуктах».

С сайта www.greenpressa.ru

Мы же, в свою очередь можем вновь обратиться к Д.И.Менделееву, который, размышляя об использовании нефти, в отчаянии призывал: «Господа московские и всякие иные русские капиталисты! Пустите ли вы французов, немцев, шведов, англичан и американцев эксплуатировать и это русское богатство и нажить на нем хороший барыш или сами догадаетесь взять его, когда вновь вам указывает на большое наживное дело тот, кто давно следит за судьбой русской нефтяной промышленности и ничего больше не хочет, как того, чтобы она развивалась до тех размеров, какие соответствуют природным запасам страны. Покажите миру хоть на этом деле, что можете сами справиться со своим богатством, когда дана вам широкая, разумная свобода и есть русский пример. Вам, господа русские капиталисты, предстоит осветить и смазать Россию и Европу, разделить эту службу с Америкой, да по пути превратить четырехкопеечный продукт в пятирублевый, отчего пристанет кое-что и к вашим рукам, и к рукам тысяч рабочих, которые потребуются для того, чтобы поворотить эти миллионы пудов, втуне лежащие под землей».

С тех пор прошло больше века. Россия все также строит свое благополучие на продаже нефти и другого сырья, а из древесины просвещенные народы не так давно научили нас производить пеллеты или минидрова для европейских котлов. Какой, однако же, прорыв в будущее.

Вы здесь: Главная страница Все материалы Разное Древесные отходы как уникальнейший материал