Футерованная древесина
Вид модифицированной древесины, обработанной фурфуриловым спиртом

Пример фурфурилированной сосновой древесины с уровнем загрузки 30–35%)

Фурфурилированная древесина является конечным продуктом обработки древесины фурфуриловым спиртом . Этот химический процесс также называется фурфурилированием . Фурфурилирование является коммерчески используемым процессом модификации древесины [1] для улучшения физических, механических и биологических свойств древесины. В этом процессе, который основан на принципах науки о древесине , клеточные стенки древесины набухают от фурфурилового спирта, который полимеризуется внутри клеточных стенок . Такая обработка снижает водопоглощающую способность древесины, тем самым сводя к минимуму ее тенденцию к деформации при изменении влажности. Твердость и устойчивость к гниению модифицированной древесины также улучшаются по сравнению с натуральной, необработанной древесиной. Используемый фурфуриловый спирт получают путем гидрогенизации фурфурола [ 2] из биологических остатков сельскохозяйственных отходов, таких как шелуха и жом .

Процесс

В процессе фурфурилирования стенки древесных клеток изначально набухают под действием раствора на основе фурфурилового спирта. Благодаря своей полярности и размеру фурфуриловый спирт проникает в клеточную стенку. [3] Полимеризация фурфурилового спирта в древесине представляет собой сложную реакцию, процессы которой до конца не изучены. Неясно, реагирует ли и полимеризуется ли фурфуриловый спирт только сам с собой внутри клетки или он также реагирует с компонентами клеточной стенки, такими как целлюлоза или лигнин . [4] Полимеризованный фурфуриловый спирт внутри клетки делает древесину высокогидрофобной. [5]

История

Фурфурилирование древесины — это процесс, который впервые инициировал и исследовал Альфред Дж. Штамм в 1950-х годах в Соединенных Штатах, но широкое распространение на рынке пока ограничено. [6] Первое промышленное производство фурфурилированной древесины в США началось в 1960-х годах. [6] В 1980-х годах двухэтапный процесс был разработан исследовательской группой под руководством профессора Марка Шнайдера в Канаде. Древесину сначала обрабатывали катализатором , а затем пропитывали фурфуриловым спиртом. Однако высокая стоимость двухэтапной пропитки не позволила производить фурфурилированную древесину по рыночным ценам. [7] В 1997 году в Норвегии была основана компания Wood Polymer Technologies ASA в попытке построить пилотную установку для одноэтапного процесса производства. [8] С 2000 года фурфурилированная древесина продается в США и Европе. В 2004 году производственная мощность в Порсгрунне , Норвегия, составляла 3000 м 3 в год. К 2008 году мощность увеличилась до 25000 м 3 в год. [9]

Производство

Для производства фурфурилированной древесины необходимо выполнить следующие шаги: [10]

  1. Хранение и смешивание пропиточного раствора : примерно 40% фурфурилового спирта, вода, инициаторы полимеризации, катализаторы и поверхностно-активные вещества смешиваются, а затем заливаются в резервуар для хранения.
  2. Пропитка : Древесина замачивается в сосуде под давлением в трехэтапном процессе. Сначала применяется вакуум для удаления оставшегося воздуха из древесины. На втором этапе древесина пропитывается пропиточным раствором при давлении около 13 бар. Третий этап включает короткую фазу релаксации, во время которой сосуд доводится до давления окружающей среды. Весь вакуумный сосуд можно наклонить на 5°, чтобы дать излишкам пропиточного раствора стечь с досок. [11]
  3. Сушка и полимеризация : Пропитанная древесина сушится в вакуумных сушилках путем прямого нагрева паром. Благодаря высокой температуре кипения фурфурилового спирта (170 °C) можно сначала высушить воду из древесины, а затем провести полимеризацию на второй, более высокой стадии температуры. Конденсат, образующийся при сушке, возвращается в пропиточный раствор для дальнейшего использования. [11]
  4. Последующая сушка : модифицированная древесина подвергается последующей сушке при умеренных температурах для минимизации выбросов и установления конечного содержания влаги. [10]

Для производства фурфурилированной древесины в основном используется древесина сосны лучистой ( Pinus radiata ), происходящая из Океании; другие используемые породы древесины включают южную желтую сосну из США и клен. [9]

Характеристики

Свойства модифицированной древесины сильно зависят от количества и концентрации введенного фурфурилового спирта. Количество вводимого фурфурилового спирта можно контролировать пропорцией фурфурилового спирта в водном растворе пропитки. Таким образом, можно регулировать свойства модифицированной древесины.

При уровне нагрузки 30–35% твердость, вес, механические свойства, размерная стабильность и устойчивость к насекомым, грибкам и химикатам увеличиваются до такой степени, что продукт классифицируется по классу прочности 1. [12] [ не пройдена проверка ] Из-за процесса древесина значительно темнеет, особенно при высоких уровнях фурфурилового спирта. Поэтому ее продают и используют в качестве заменителя тропической древесины, как по свойствам, так и по цвету. Единственным недостатком сильно модифицированной древесины является увеличение хрупкости древесины.

Даже при низком уровне нагрузки механические свойства древесины улучшаются, но устойчивость к вредителям, таким как грибки и насекомые, не гарантируется, а темное изменение цвета древесины менее выражено. Поэтому слегка модифицированная древесина используется внутри помещений, в основном в качестве напольных покрытий.

При уровне нагрузки 50% достигается высокая устойчивость к морским корабельным точильщикам, таким как корабельные черви ( Teredo navalis ). [13]

Фурфурилированная древесина, имеющая скандинавскую экологическую маркировку Swan , сегодня продается как экологически чистый продукт, поскольку и древесина, и фурфуриловый спирт производятся из возобновляемого сырья. [14]

В последние годы предпринимались попытки сделать фурфурилированную древесину огнестойким материалом. [15] [16]

Рынок

В настоящее время существует только один производитель фурфурилированной древесины, Kebony, базирующийся в Осло , Норвегия. Эта компания производит 22 000 м 3 фурфурилированной древесины. Мощности предприятия составляют не менее 25 000 м 3 . [9] В 2021 году в Бельгии был построен новый производственный завод, и общий объем производства был увеличен.

Ссылки

  1. ^ Роуэлл , Р. М. (3 мая 2007 г.). «Химическая модификация древесины». Справочник по инженерным биополимерам . Мюнхен: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG. С.  673– 691. doi :10.3139/9783446442504.022. ISBN 978-3-446-40591-2.
  2. ^ Х. Милитц , К. Май (2012). «Другие процессы лечения». В А. Вагенфюре, Ф. Шольце (ред.). Карманный справочник по технологии древесины (2-е, обновленное изд.). Лейпциг: Специализированное книжное издательство Лейпцига в Hanser Verlag. стр.  485–500 . ISBN. 978-3-446-42605-4.
  3. ^ Мантанис, Джордж I (22 мая 1994 г.). "Докторская диссертация: Набухание лигноцеллюлозных материалов в воде и органических жидкостях; Джордж Мантанис (Университет Висконсин-Мэдисон, 1994 г.)". Academia.edu . Получено 14 октября 2024 г.
  4. ^ Д. Сандберг , А. Кутнар, Г. Мантанис (2017). «Технологии модификации древесины – обзор». IForest – Biogeosciences and Forestry . 10 (6): 895–908 . doi : 10.3832/ifor2380-010 . ISSN  1971-7458.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ Мантанис, Джордж И. (2017). «Химическая модификация древесины путем ацетилирования или фурфурилирования: обзор современных масштабируемых технологий». BioResources . 12 (2): 4478– 4489. doi : 10.15376/biores.12.2.Mantanis .
  6. ^ ab Callum AS Hill (2006). Wood Modification: Chemical, Thermal and Other Processes . Чичестер: John Wiley and Sons. ISBN 0-470-02172-1.
  7. ^ MH Schneider, AE Witt (2004). «История коммерциализации древесно-полимерных композитов». Forest Products Journal : 19–24 .
  8. ^ MH Schneider (2001). "Древесина, пропитанная фурановым полимером". Патент PCT WO 2002/060660 A1, 08.08.2002 .
  9. ^ abc C. Mai (2010). «Процессы химической модификации древесины». Wood Technology . 51. Дрезден.
  10. ^ ab Stig Lande, Mats Westin, Marc Schneider (1 декабря 2004 г.). «Свойства фурфурилированной древесины». Scandinavian Journal of Forest Research . 19 (sup5): 22– 30. Bibcode : 2004SJFR...19S..22L. doi : 10.1080/0282758041001915. ISSN  0282-7581. S2CID  85421359.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  11. ^ ab P. Brynildsen, R. Bendiktsen, F. Englund, CAS Hill, H. Militz, BK Segerholm (2009). BK Segerholm (ред.). Современная фабрика Kebony и ее основная продукция. Труды 4-й Европейской конференции по модификации древесины . Стокгольм. С.  37–42 .{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link) CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  12. ^ Филипп Жерарден (1 сентября 2016 г.). «Новые альтернативы для сохранения древесины на основе термической и химической модификации древесины – обзор». Annals of Forest Science . 73 (3): 559– 570. doi : 10.1007/s13595-015-0531-4 . ISSN  1286-4560. S2CID  256205301.
  13. ^ M. Westin, P. Larsson-Brelid, T. Nilsson, A. Rapp, JP Dickerson, S. Lande, S. Cragg (май 2016 г.). «Устойчивость ацетилированной и фурфурилированной древесины к морским точильщикам – результаты 16-летнего полевого воздействия». Труды «47-го ежегодного заседания Международной исследовательской группы (IRG) по защите древесины» . Стокгольм: 10 и далее.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  14. ^ Филипп Жерарден (1 сентября 2016 г.). «Новые альтернативы для сохранения древесины на основе термической и химической модификации древесины — обзор». Annals of Forest Science . 73 (3): 559– 570. doi : 10.1007/s13595-015-0531-4 . ISSN  1286-4560. S2CID  256205301.
  15. ^ Лин, Чиа-фэн; Ким, Инджонг; Мантанис, Джордж И.; Карлссон, Олов; Джонс, Деннис; Сандберг, Дик (2 ноября 2021 г.). «Обработанная огнестойким фурфурилированным составом древесина, устойчивая к выщелачиванию, путем включения гуанилмочевинного фосфата». Wood Material Science & Engineering . 16 (6): 429– 431. doi :10.1080/17480272.2021.1981998. ISSN  1748-0272.
  16. ^ Донг, Юмин; Фу, Чжэньюй; Ян, Ютао; Ши, Цзинбо; Хьюз, Марк; Чжан, Сяньсюй; Ли, Цзяньчжан (2024). «Повышение огнестойкости фурфурилированной древесины путем введения ДОФО». Наука и технология древесины . 58 (1): 273–293 . doi : 10.1007/s00226-023-01513-2 . ISSN  0043-7719.
  • Сайт производителя фурфурилированной древесины Kebony AS, Норвегия
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Furfurylated_wood&oldid=1260712747"