Целлюлоза и древесная масса

Целлюлоза и древесная масса

Целлюлоза (cellulose, клетка, (C6H10O5)n) – клетчатка, основное вещество, из которого построены стенки клеток древесины (в древесине – 45%, во льне и хлопке – 80%, в коре – 20%). Целлюлоза имеет волокнистую структуру, белое твердое вещество, нерастворимое в воде, без запаха. Главным сырьем для производства древесной целлюлозы является балансовая древесина хвойных и лиственных пород. Промышленным методом целлюлозу получают варкой щепы на целлюлозных заводах. Целлюлоза может быть беленой, полубеленой или небеленой. Древесную целлюлозу используют для производства бумаги и др. видов небумажной продукции, в т.ч. вискозы.     Гемицеллюлоза — природный, низкомолекулярный разветвленный полисахарид, состоящий из 200 остатков сахаров различного состава (глюкоза, ксилоза, галактоза, аробиноза). Не растворима в воде и в неорганических кислотах низкой концентрации, но хорошо растворима в щелочах.    В технической целлюлозе содержание гемицеллюлозы 10–15%. Наличие гемицеллюлозы приводит к повышению прочности целлюлозы, увеличению проклейки, но приводит к снижению непрозрачности.    По типу применяемых реагентов при варке целлюлозы различают следующие виды целлюлозы:    Сульфитная целлюлоза получается при добавлении во время варки сернистой кислоты и ее солей. Используют древесину малосмолистых пород: ели, пихты.     Натронная целлюлоза вырабатывается из лиственных пород древесины и однолетних растений. Преимуществом данного метода — отсутствие неприятного запаха соединений серы, недостатки — высокая стоимость получаемой целлюлозы.

Сульфатная целлюлоза наиболее распространена. В качестве реагента используют раствор, т.н. щелок, содержащий гидроксид и сульфид натрия. Метод пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья. Недостатком его является выделение большого количества дурно пахнущих сернистых соединений.     Товарная беленая сульфатная целлюлоза в кипах поступает на склад по железной дороге.     Получаемая после варки техническая целлюлоза содержит различные примеси, с т.ч. Лигнин – соединение, содержащееся в клетках растений. Сульфатный лигнин применяется в производстве полимерных материалов, фенолформальдегидных смол, а также как компонент клеящих композиций в производстве ДСП, картона, фанеры. Гидролизный лигнин служит котельным топливом в лесохимических производствах, а также сырьем для получения гранулированного активного угля. Для удаления остаточного лигнина и придания целлюлозе белизны проводится её отбелка – обработка хлором для разрушения макромолекул лигнина (чаще используют т.н. бесхлорный метод с диоксидом хлора); обработка щелочью — для экстракции образовавшихся продуктов разрушения лигнина; в практику вошла также отбелка озоном, перекисью водорода.     Полуцеллюлоза- волокнистый материал, получаемый хим. обработкой древесины в мягких условиях с послед. механическим размолом. Полуцеллюлозу из лиственной древесины применяют для выработки спец. бумаги и картона (гофрокартона коробочного картона, оберточной, газетной и др. Из полуцеллюлозы на основе лиственной и хвойной древесины получают бумагу жиронепроницаемую, писчую, для документов и т.д., беленый картон.

Древесная щепа – древесное сырье для выработки волокнистых полуфабрикатов путем измельчения древесного сырья. Различают щепу технологическую, зеленую (содержит примесь листьев и коры) и топливную.    Технологическая щепа используется для производства древесноволокнистых и древесностружечных плит. Древесные отходы от лесопиления, деревообработки и дров превращаются в технологическую щепу, которая поставляется на предприятия в готовом переработанном виде и должна содержать: не менее 84% щепы нормальных размеров, не более 3% коры, не более 6% гнили и не более 1% опилок, остальное - мелочь.     Древесная масса — древесная масса, получаемая путем измельчения или размола балансовой древесины и отходов, а также путем рафинирования щепы или стружек. Она также называется дефибрерной или рафинированной древесной массой, и может быть беленой или небеленой. Этот термин включает химико-механическую и термомеханическую древесную массу. Древесная масса входит в композицию подавляющего большинства видов бумажно-картонной продукции в пределах от 10 до 90%. В настоящее время существует два метода производства древесной массы — дефибрерный и рафинерный. В первом методе древесная масса производится истиранием пиломатериалов абразивной поверхностью камня в дефибрерах. Во втором методе древесная масса производится из отходов размолом их в дисковых мельницах.

Характерной особенностью производства термомеханической древесной массы является пропарка щепы перед размолом. Размол пропаренной щепы может осуществляться в одну или две ступени (под повышенным давлением и под атмосферным).     Полученные полуфабрикаты – термомеханическая масса и древесная масса, а также привозная товарная беленая сульфатная целлюлоза, распущенная и подмолотая, составляют композицию бумажной массы. Бумажная масса после предварительного сортирования, очистки, деаэрации и тонкого сортирования поступает на бумагоделательную машину, где в сеточной части происходит формование бумажного полотна.     Химико-механическая древесная масса производится в дисковых мельницах из древесной щепы, стружки, опилок или аналогичных форм до волокнистого состояния путем трения между двумя близко расположенными дисками. При этом для облегчения разделения волокон до или в процессе дефибрирования вводится небольшое количество химикатов.     Рекуперация – процесс улавливания и возвращения в рабочий цикл сырьевых материалов и полупродуктов.    Масса из рекуперированного волокна – масса, изготовляемая из рекуперированной бумаги или картона и используемая для производства бумаги, картона и древесноволокнистых плит. Этот термин включает бывшие в употреблении бумагу и картон, а также отходы бумажного и картонного производства.     Макулатура используется в качестве вторичного сырья при производстве бумаги (писчей, типографской и туалетной), тарного и упаковочного картона. До 20% макулатуры используется в производстве кровельных материалов, главным образом, рубероида и пергамина, а также для изоляционных и других строительных материалов.

Основным источником получения вискозы является древесная целлюлоза, которую подвергают химической обработке, измельчают, затем подвергают окислению и обработке сероуглерода.     Древесная мука – сухая измельченная древесина, основная масса которой проходит сквозь сито. Использование: в производстве древесно-полимерных композитов и др.

Пеллеты – измельченная, высушенная древесина, спрессованная без добавок в цилиндрические гранулы. Отходы, такие как стружка, опил, щепа, просто куски дерева приводятся в однородный вид, сушатся и прессуются без использования химических закрепителей. В результате получается компактный продукт, удобный для хранения и перевозки. Теплотворная способность пеллет равна 5 кВт/час на один килограмм (4500 Ккал/кг). Сырьём для производства пеллет могут быть как деловая древесина, так и древесные отходы: кора, опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки и лесопереработки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

древе́сные материа́лы

конструкционные, изоляционные и поделочные материалы на основе натуральной древесины. Получают преимущественно прессованием при повышенной температуре древесных волокон, стружек, опилок или шпона с пропиткой их связующими веществами (напр., клеем, синтетической смолой). К древесным материалам относят фанеру, древесные пластики, древесно-волокнистые (ДВП) и древесно-стружечные (ДСП) плиты; иногда древесными материалами называют также лесоматериалы и пиломатериалы. Древесные материалы широко используются в строительстве, при отделке жилых помещений, изготовлении мебели, тары, а также как поделочный и декоративный материал.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Древесина — это материал, получаемый из срубленного и очищенного от коры и ветвей ствола дерева. Следует отметить, что этот материал является наиболее широко применяемым в строительных работах. Деревья разных пород в основном делятся на лиственные и хвойные. Свойства древесины определяются породой дерева, ее строением и тем, к какой части ствола она относится. Для плотничных и столярных работ лучше всего применять древесину хвойных пород: она хорошо строгается, прочно склеивается, красится, не коробится и не рассыхается.

Древесные материалы, их виды, свойства и области применения

Древесина — это материал, получаемый из срубленного и очищенного от коры и ветвей ствола дерева. Следует отметить, что этот материал является наиболее широко применяемым в строительных работах. Деревья разных пород в основном делятся на лиственные и хвойные. Свойства древесины определяются породой дерева, ее строением и тем, к какой части ствола она относится. Для плотничных и столярных работ лучше всего применять древесину хвойных пород: она хорошо строгается, прочно склеивается, красится, не коробится и не рассыхается. На рис. 1 показаны виды пиломатериалов в поперечном разрезе.  

 

Рис. 1. Виды пиломатериалов: 
1 - распиловка дерева на доски; 2 - доски после усушки; 3 - брус; 4 - обрезные пластины; 5 - обрезные четвертины; 6 - распиловка ствола на бруски; 7 - слева - пластина; справа - полено, расколотое на дрова; 8 - лежак  

 

В каждый год жизни дерева образуется одногодичное кольцо. Весной клетки дерева менее плотны и прочны (ранняя древесина), чем летом и осенью (поздняя древесина); кроме того, первые более светлого цвета. В центральной части ствола расположена сердцевина из рыхлой ткани, окруженная кольцами. Ядро находится в середине и отличается наибольшей плотностью, стойкостью против загнивания, а также более темным цветом, чем внешняя часть — заболонь, которая менее ценна, чем ядро. Однако не все деревья имеют такую внутреннюю структуру. Поэтому их классифицируют следующим образом.

Ядровые: сосна, лиственница, дуб, ясень — имеющие светлую заболонь и темное ядро.

Заболонные: белый бук, клен, береза; у этих пород нет темного ядра.

Спелодревесные: ель, пихта, красный бук, липа; у этих деревьев древесина не делится на ядро и заболонь, но внутренние слои более прочные и спелые, как и у ядровых пород.

К числу важных свойств древесины относится плотность. Она определяет многие другие ее свойства, в первую очередь прочность. Чем больше плотность, тем древесина прочнее, тяжелее и тверже, но тем сложнее ее обработка. Самым легким является бальзовое дерево, его плотность составляет 0,15 т/м3; наиболее тяжелыми — бакаут и самшит (1,1 т/м3).

Древесина любой породы имеет свойство коробиться и набухать под влиянием тепла и влажного воздуха. Это может происходить в трех направлениях: 1) в продольном направлении (т. е. вдоль ствола) древесина дышит очень мало, и величина деформации (усушки либо набухания) составляет 0,1-0,3%, что несущественно для работы; 2) в радиальном направлении — около 5%; это заметная величина; 3) в направлении годовых колец, т.е. тангенциально (по касательной) к ним величина усушки может составлять 10—12%, что очень важно учитывать при работе с деревом.

Приведем краткие сведения об основных свойствах древесины наиболее распространенных пород деревьев.

Сосна. Древесина сосны имеет среднюю плотность, весьма высокую прочность и стойкость против загнивания; сравнительно долговечна, умеренно гибка и упруга; раскалываемость умеренная. Сравнительно легко обрабатывается, это один из лучших поделочных материалов; может применяться как для внутренних, так и для внешних конструкций; особенно часто используется для изготовления деревянных сооружений, полов и мебели.

Ель. По прочности и стойкости к загниванию несколько уступает сосне. Древесина легкая, мягкая, белая; очень гибкая и эластичная, выдерживает высокие нагрузки, легко раскалывается, имеет высокую прочность на разрыв. Из-за обилия сучков обрабатывается труднее и не столь чисто, как древесина сосны. Малоустойчива к переменному действию влажной и сухой атмосферы. Применяется в строительстве, для различных поделок и изготовления музыкальных инструментов.

Пихта имеет прямой стройный ствол. У нее легкая и мягкая древесина, которая умеренно долговечна, обладает высокой прочностью на сжатие и изгиб, легко расщепляется. Из-за отсутствия смоляных ходов, по которым смола проникает во внутренние слои ствола, пихта менее стойка к загниванию, чем ель. Используется так же, как и сосна, и, кроме того, для изготовления музыкальных инструментов.

Лиственница. Ее древесина легкая, она тверже и богаче смолой, чем сосна, отличается высокой прочностью и эластичностью, легко раскалывается; мало дышит. Это самая твердая и долговечная древесина из хвойных пород. Обрабатывается трудно; хороша для строительных работ. Применяется для тех же целей, что и сосна.

Кедр. Более стоек к загниванию, чем сосна. Древесина желтоватого или красноватого цвета, легкая, легко режется; используется как строительный материал.

Дуб. Его древесина твердая, тяжелая, очень прочная и вязкая; стойкая против загнивания, хорошо гнется; исключительно долговечна, мало усыхает и набухает. Хорошо противостоит непогоде и мало изнашивается; сколь угодно долго сохраняется под водой. Долго пролежавший под водой дуб становится черным; он называется мореным. Часто используется для изготовления инструмента, деревянных пробок, паркетных и дощатых полов, порогов и дверей, мебели и гидротехнических сооружений.

Красный бук имеет твердую, тяжелую, прочную и вязкую древесину. Она легко раскалывается, хорошо противостоит деформациям разрыва и среза. Не очень устойчива к переменному действию влажности и сухости, плохо выдерживает длительные нагрузки; сильно дышит. Применяется в основном для изготовления инструмента, деревянных пробок, дощатых и паркетных полов, дверных порогов, лестничных ступеней, фурнитуры, фанеры и для ряда столярных работ.

Белый бук. Это очень твердое, тяжелое и вязкое дерево, которое плохо раскалывается; сохраняется только в сухой атмосфере; сильно дышит; малоэластично. Обычно применяется для изготовления инструментов, рубанков, рукояток стамесок и деревянных молотков.

Ясень. Его древесина по свойствам и внешнему виду похожа на дуб; сравнительно тяжелая и твердая, очень эластичная и вязкая; но, в отличие от него, недолговечная; мало дышит. Хорошо обрабатывается; применяется для изготовления рукояток молотков и топорищ, спортивного инвентаря.

Клен. Древесина плотная, твердая, хорошо обрабатывается. Область применения: детали мебели, музыкальных инструментов, рубанков и т.д.

Береза имеет однородную, средней плотности древесину. Используется в мебельном производстве как поделочный материал. Особо ценной является древесина карельской березы, которая идет на отделку мебели.

Липа. Древесина этого дерева однородная и мягкая, легко обрабатывается ножом, стамеской, резаками. Из нее делают фанеру, различные поделки, деревянную посуду, музыкальные инструменты.

Ольха обладает светлой, краснеющей на воздухе древесиной, которая хорошо противостоит увлажнению. Применяется для изготовления фанеры, тары, мебели.

Пиломатериалы. Ствол можно распилить на брусья, бруски, доски, обаполы, пластины и четвертины. Пиломатериалы с опиленными кромками называются обрезными, с неопиленными — необрезными.

Брусья (рис. 2) изготовляются толщиной более 100 мм и до 400х400 мм. У них могут быть опилены две, три либо четыре стороны; в этих случаях они называются соответственно двух-, трех- и четырехкантными.  

 

Рис. 2. Брусья: 
а - двухкантный; б - трехкантный; в - четырехкантный (или чистый) 

 

Бруски (рис. 3) имеют толщину 50—100 мм, а ширину — не более двойной толщины. Они могут быть чисто обрезными или иметь оставшуюся нетронутой боковую поверхность бревна — так называемый обзол. Малоформатный брусок называется рейкой. 

 

Рис. 3. Бруски: 
а - чисто обрезной; б - с тупым обзолом; в - с острым обзолом 

 

Доски (рис. 4) бывают обрезные, необрезные и односторонне обрезные толщиной 16—100 мм, шириной до 275 мм и длиной до 6,5 м. Широкую часть доски называют пластью, узкую — кромкой, концевую грань — торцом. Пласть, «смотрящая» на периферию бревна, называется наружной (или правой), а на ядро бревна — внутренней (левой).  

 

Рис. 4. Доски: 
а - чисто обрезная; б - необрезная; в - односторонне обрезная; 1 - пласть наружная; 2 - кромка; 3 - торец; 4 - обзол 

 

Обаполы — это отходы, остающиеся от распиловки бревен. Они имеют вид части цилиндра, отсеченного плоскостью, параллельной оси цилиндра.

Пластины получают при распиловке бревен пополам вдоль волокна, а четвертины — распиливанием пластин по длине на две равные части.

Древесные материалы (ДМ). Это конструкционные, изоляционные и поделочные материалы, производимые на основе древесины. Технология — горячее прессование древесных опилок, стружек, волокон, которые смешиваются со связующим веществом, либо склеивание листов лущеного шпона — тонких листов древесины, получаемых лущением коротких бревен на специальных стенках. ДМ в ряде случаев имеют преимущества по сравнению с натуральной древесиной, в частности, превосходят ее по эксплуатационным свойствам, а также по габаритам. К ДМ относятся следующие материалы: фанера, древесно-волокнистые плиты (ДВП), древесно-стружечные плиты (ДСП), древесные пластики.

Фанера. Этот вид ДМ склеивают из листов лущеного шпона, причем в смежных слоях волокна древесины расположены перпендикулярно друг к другу. В производстве фанеры используют древесину сосны, ели, лиственницы, березы, бука, клена, граба. Виды фанеры, используемой для различных целей, можно разбить на несколько групп — в зависимости от области применения (таблица 1).

Таблица 1.

Устройство панелей, перегородок, встроенной мебели

Фанера, облицованная строганым шпоном из бука, дуба, ореха, тиса, карельской березы и других ценных пород дерева. Декоративная фанера, покрытая синтетической пленкой с тем или иным рисунком.

Внутренняя отделка помещений

Бакелизированная фанера, покрытая бакелитовой пленкой. Цветная фанера, верхний слой которой ("рубашка") окрашен. Фурглянец - березовая фанера, покрытая нитролаком.

Строительные работы

Ребристая фанера, под "рубашками" которой имеются вклеенные бруски, придающие ей большую жесткость. Так называемая "теплая" фанера, состоящая из двух листов обычной, между которыми проложен слой сухого торфа - сфагнума. Ксилоток - фанера, покрытая с одной или двух сторон цементом с асбестом.