Древесина, кора и древесная зелень как химическое сырье

В основе ряда широко применяемых материалов лежит целлюлоза, выпуск Ее можно получить, удалив из клеточных стенок древесины все остальные вещества. В процессах варки, воздействуя на древесину различными агентами, растворяют сопровождающие целлюлозу вещества, отличающиеся меньшей химической стойкостью. В промыш­ленности используются кислотные, щелочные и нейтральные способы по­лучения целлюлозы. Кислотные способы. К этой группе относятся сульфитный и бисульфитный способы. Короткие окоренные бревна перерабатываются в щепу длиной 15-25 мм и толщиной до 5 мм. Отсортированная, однородная по размерам, щепа загружается в вертикальные варочные котлы вместимостью до 400 м³. В котел подается так называемая сульфитная варочная кислота, представляющая собой раствор сернистой кислоты, содержащий бисуль­фит кальция Ca(HSCb)2- Варка ведется при 130-150 °С и давлении 0,5-1 МПа в течение 5-12 ч. Основная задача варки заключается в делигнификации древесины. В результате варки получают целлюлозную массу и перешедшие в раствор остальные органические вещества -сульфитный щелок. Содержимое котла вымывают или выдувают в сцежу или приемный резервуар. Здесь проис­ходит отделение щелока от целлюлозы и ее промывка. Далее целлюлозную массу очищают от непроваренной щепы, песка и других примесей. Затем целлюлозную массу обезвоживают и на специальной машине превращают в непрерывную плотную ленту влажностью 8-12 %.. Полуцеллюлозу используют для выработки тарного и других видов картона, а также низких сортов бумаги.

В ваннах под воздействием водного раствора серной кислоты и сернокислых солей выделяются пучки тонких волокон гидратцеллюлозы, которые растягивают, скручивают и получен­ные нити используют для изготовления искусственного шелка. Если от­дельные нити объединяют в жгут, который разрезают на короткие отрезки (штапельки), то получают штапельное волокно. Вискозные кордные нити, отличающиеся высокой прочностью, при­меняют для изготовления ткани, создающей каркас автомобильных и авиа­ционных шин, транспортерных лент и т. Д. получают целлофановую пленку, неволокнистые материалы, со смесью азотной и серной кислот получают нитраты целлюлозы, различных видов кино- и фотопленки, нитролаков, нитроклея и других продуктов, изготовляют бездымный порох. При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом образуются ацетаты целлюлозы. Уксуснокислые эфиры целлюлозы использу­ются в производстве негорючих кино- фотопленок, пластмасс, лаков и аце­татных волокон. Ткани, изготовленные из этих волокон, эластичны, водо­стойки, не мнутся. Однако они сильно электризуются и мало устойчивы к истиранию. Искусственное волокно получают также из медноаммиачного раствора облагороженной целлюлозы. Из модифицированных целлюлозных волокон изготовляют маслостойкие и водоотталкивающие ткани, ионообменные материалы для улав­ливания золота, серебра из растворов, ртути из сточных вод и т. д.; анти­микробные материалы, кровоостанавливающую марлю и др. Простые эфиры целлюлозы (этилцеллюлоза, бензилцеллюлоза, ме-тилцеллюлоза и др.) также находят применение в разных отраслях про­мышленности. Гидролиз древесины. Целлюлоза и гемицеллюлозы при гидролизе превращаются в простые са­хара. Эти сахара (например, глюкоза, ксилоза и др.) можно подвергать хи­мической переработке, получая такие продукты, как ксилит, сорбит и др. Сульфитный щелок для белковых кормовых дрожжей, этанола и других продуктов, находят применение в производстве цемента и бетона. Щелочные способы. Измельченная в щепу древесина варится в растворе, содержащем гидроксид натрия NaOH и в 3 раза меньше сульфида натрия Na₂S. Варка ведется в котлах вместимостью 75-160 м³ при 170-180 "С и давлении 0,7-1,2 МПа в течение 2-5 ч. По окончании процесса варочный раствор приобретает черный цвет и называется черным щелоком. Черный щелок упаривают для компенсации потерь NajS, смешивают с сульфатом натрия Na2SO4 и прокаливают. При этом органическая часть щелока сгорает (используется как топливо), а минеральная употребляется для приготовления свежего варочного раствора (белого щелока). Остальные операции такие же, как и при получении сульфитной. Древесину подвергают предгидролизу (пропаркой, вод­ной варкой при 170 °С или другим способом) с целью удаления большей части гемицеллюлоз. Сульфатный способ позволяет получать более прочные волокна, не­обходимые для производства корда и других целей. Это дает возможность проводить процесс по замкнутой схеме, уменьшая загрязнение окружающей среды. В качестве побочных продуктов при сульфатном производстве цел­люлозы улавливают скипидар и снимают с поверхности охлажденного ще­лока сульфатное мыло, разложение которого минеральной кисло­той дает талловое масло. Из него получают канифоль и другие продукты, используемые в медицине, лакокрасочной, горнодобы­вающей и других отраслях промышленности. Второй щелочной способ получения целлюлозы - натронный основан на применении в качестве реагента гидроксида натрия; потери щелочи возмещаются добавкой соды. Нейтральный способ. Варка прово­дится в котлах периодического или непрерывного действия при конечной температуре 160-180 °С, давлении 0,65-1,25 МПа и длится 0,2-6 ч. Ос­новной недостаток - невозможность использования древесины хвойных пород.

Нейтрализованный известковым молоком гидролизат (сусло) посту­пает в бродильное отделение. Там под действием ферментов винокурен­ных дрожжей содержащиеся в сусле гексозы (глюкоза и сахара из гексо-зан) сбраживаются и образуют этиловый спирт (этанол), а также уг­лекислый газ, который улавливается и используется для получения жидкой углекислоты и сухого льда.

До последнего времени наиболее крупным потребителем этанола была промышленность синтетического каучука. Остатки после отгонки спирта (барда) содержат неразложившиеся пентозы, которые, используются для выращивания кормовых дрожжей, богатых витаминами и белком. Введение дрожжей в виде до­бавки в рацион питания животных и птиц резко сокращает их падеж, по­вышает сопротивляемость заболеваниям, скорость прироста мяса, удои, жирность молока, качество меха и т. д.

Пиролиз древесины и коры- Древесный уголь содержит 80-97 % углерода, при сжигании дает вдвое больше тепла, чем древесина, отличается малой зольностью, почти не содержит вредных примесей, обладает высокой сорбционной способностью. Это основной продукт пиролиза. Главные области приме­нения: производство полупроводников (из кристаллического кремния) и сероуглерода; очистка вод и растворов (активированный паром уголь). Жижка - раствор продуктов разложения древесины; при отстаива­нии образуются два слоя: верхний - водный и нижний - смоляной. Из от­стойной и растворенной в сырой жижке смолы получают антиокислитель бензина, антисептики (креозот) и другие продукты. Из водного слоя жиж-ки выделяют уксусную кислоту, метиловый спирт, ацетон и другие раство­рители. Скипидар находит широкое применение как растворитель в лакокра­сочной промышленности, для производства камфары, душистых и биоло­гически активных веществ. Камфара используется в медицине, в производ­стве целлулоида, лаков и кинопленки.

Живичная, экстракционная и талловая канифоль - ценнейший лесо­химический продукт. Канифоль потребляет промышленность синтетиче­ского каучука, она идет для проклейки бумаги. Глицериновый эфир кани­фоли вводят в состав нитролаков. Канифоль используется для изготовле­ния электроизоляционных материалов, в мыловаренной, полиграфической, шинной и других отраслях промышленности. Дубильные вещества можно получать из коры ивы (8-12% таннинов), ели (7-12 %), лиственницы (10-15 %), пихты (7-15 %) и неко­торых других пород, а также из древесины дуба и каштана, которые соот­ветственно содержат около 5 и 7 % таннинов.

Использование древесной зелени и коры. Древесная зелень вклю­чает в себя листья (хвою), В живых клетках, особенно в листьях (хвое), содержится много био­логически активных веществ: витаминов, хлорофилла, каротина, фермен­тов, микроэлементов и др. В хвое в 6 раз больше аскорбиновой кислоты (витамина С), чем в лимонах и апельсинах. Эти вещества необходимы не только растениям, но человеку и животным. Известна хвойная хлорофилло-каротиновая паста, применяемая для лечения ожогов, кожных заболеваний и других целей. Из бензинового экстракта древесной зелени получают провитаминный концентрат с большим содержанием витамина Е; хлоро-филин натрия, близкий по строению к гемоглобину крови. Продукты из древесной зелени используются в парфюмерно-косметической промышленности; выпускаются средства для отпугивания и уничто­жения насекомых, борьбы с грибами и вирусами, лечебные экстракты. Препарат «Диквертин», рекомендуемый в виде пищевых добавок при воспалительных заболеваниях. Он также используется в качестве антиокислителя, увеличи­вающего срок хранения продуктов.

В древесной зелени содержатся также эфирные масла- легко летучие ароматические вещества. Наибольшее количество эфирных масел (2,5 %) содержится в пихтовой лапке; в сосновой и еловой лапке их в 5-7 раз меньше. Эфирные масла получают из древесной зелени путем отгонки их с паром и последующей конденсации. Из тяжелой фракции соснового и елового эфирного масла получают пинабин - эффективное средство для лечения почечно-каменной бо­лезни. Путем прессования лиственной и хвойной древесной зелени получа­ют богатый витаминами и микроэлементами натуральный сок, который можно использовать в сельском хозяйстве, парфюмерии, медицине и пи­щевой промышленности (при изготовлении безалкогольных напитков, мармелада). Кора, как уже отмечалось, используется для получения экстрактив­ных веществ, грубых кормов, кормовых полуфабрикатов (из осины). Путем компостирования с добавкой аммонийных и фосфорсодержащих солей кору можно превратить в ценное удобрение. Кору используют для получения строительных (главным образом теплоизоляционных) плит, а при невозможности переработки - в виде топлива.

№15