Реферат: Совершенствование эффективности переработки леса в России и за рубежом
Водостойкость ДСтП улучшают использованием меламино- или фенолофор-мальдегидных смол. Предлагаются новые решения по синтезу меламинокар-бамидоформальдегидных смол с кислым сульфитом щелочных металлов, обеспечивающие содержание свободного СН2О менее 0,1% , а также по минимизации в рецептуре меламина как более дорогого компонента. Для синтеза фенолоформальдегидной смолы (ФФС) используют отходы производства фенола кумольным методом с ГМТА, смесь фенола и n-третбутилфенола, дифенилолпропан. Синтезированный олигомер модифицируют тунговым маслом или карбамидом; полученное связующее используют исключительно для внутренних слоев ДСтП. Сравнительно редко в качестве связующего используются водные дисперсии: акрилобутадиенстирольные, полиуретановые, поливинилацетатные, винилэфирполимеризатов алкилкарбоксильных кислот с виниловым спиртом. Однако благодаря нетоксичности это направление можно считать перспективным, также как использование связующих на основе изоцианатов. На 11-м международном симпозиуме по клеям в Швейцарии (май 1997 г.) сообщалось о новом поколении полиуретановых дисперсий, разработанных в США. Был представлен форполимер с NСО-группами для сшивки ФФС. При использовании такого совмещенного связующего в ДСтП получен сенсационный результат: его расход был снижен до 3% против 12% в случае использования ФФС. Развивается направление моделирования процессов разрушения структуры ДСтП. Предпринимаются попытки заимствовать из бурно развивающейся механики композиционных материалов подходы к оценке напряженно-деформационного состояния, чтобы в конечном счете подобрать состав макроструктуры композиционного материала с требуемыми свойствами. Предлагается армировать ДСтП волокнами различной природы, измельченным ПВХ, ПММА в виде гранул, а также изменять параметры связующих веществ. Так, для мебели общественного назначения (например, школьных парт, лабораторных столов) требуются "антивандальные" ДСтП - ударопрочные, с высокой динамической вязкостью, хорошо удерживающие шурупы. Достигается это использованием бифункциональных олигомеров (например, диизоцианатов) определенной молекулярной массы и гибкости, чтобы в готовой плите в молекулах сохранялась некоторая сегментальная подвижность в режиме вынужденной эластичности для диссипации механической энергии [Древесные, 1999].
Вспенивающиеся полиизоцианаты при расходе от 10% и выше используются для получения сэндвич-панелей с центральным слоем из ДСтП для замены традиционного конструкционного материала - многослойной фанеры. В качестве наружных слоев используют древесные волокна с повышенным содержанием полиизоцианатов. При расходе 30% плотность панелей может быть снижена до 350 кг/м3, тогда панели одновременно служат тепло- и звукоизоляционным материалом.
На Западе уделяется возрастающее внимание вторичной переработке материалов. Технологии утилизации называют "рециклами". Активно действует Европейская Ассоциация конвертирования пластмасс (ЕиРС). Предложено изготовлять ДСтП из железнодорожных шпал 20-летней эксплуатации, из использованной деревянной тары. Сообщается о переработке старых ДСтП и ДВП; плиты измельчают, обрабатывают дереворазрушающими грибами, горячей щелочью и вновь прессуют с добавкой связующего. Очевидно, что в производстве ДСтП использование вторичного сырья должно занять соответствующее место в сырьевой базе предприятий, расположенных в зоне крупных городов [Леонович, 1999].
3.4. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ И ВОЗможНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЭКСТРАКТОВ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ
Сосна - одно из древнейших лекарственных растений. По фитонцидной активности она превосходит многие виды древесных пород. В сосновых лесах воздух практически стерилен (200-300 бактериальных клеток на 1 м). Древесная зелень очень богата витаминами как в количественном, так и в качественном отношении. Высокое содержание витамина С и каротина, в частности, и обусловили первые разработки по использованию этого сырья. Однако наличием этих соединений далеко не исчерпываются возможности древесной зелени как сырья для получения биологически активных препаратов.
Моно- и сесквитерпеноиды, входящие в состав как эфирных масел, так и нейтральные соединений древесной зелени сосны, наряду с фитонцидной активностью проявляют высокую токсичность для стволовых вредителей - ксилофагов и репеллентную активность против двукрылых насекомых [Ягодин, 1981; Левин, 1981; Репях, 1988].
Исследования по применению эфирных масел в медицине показали, что препарат, содержащий 10 % эфирного масла сосны в единице лекарственной формы, может быть использован в качестве стимулятора заживления гнойных ран.
Большой интерес представляют вещества, входящие в состав нейтральных соединений древесной зелени сосны. Однако если b-ситостерин, содержащий в древесной зелени как в свободной форме, так и в виде сложных эфиров с высшими жирными кислотами, является уже традиционным для лесохимии продуктом, то остальные соединения до сих пор в России промышленно не выделяются.
Изоабиенол, являясь спиртом лабданового типа строения, относится к ценным исходным соединениям для синтеза душистых производных серой амбры - продукта жизнедеятельности кашалотов, представляющего собой один из наиболее ценных видов сырья для парфюмерии. За последние 10-15 лет интерес к душистым соединениям значительно вырос, о чем свидетельствуют многочисленные публикации. Объясняется это постоянно растущим спросом на них во всем мире и непрерывным сокращением численности кашалотов [Васильев, 1991].
При окислении изоабиенола удалось получить амбреинолид. При обработке серной кислотой амбреинолид перегруппировывается в кислоту, циклизующуюся далее в карбонильное соединение феналановой структуры с сильным , амбровым запахом.
Амбреинолид является важным веществом для синтеза и других ценных душистых соединений. В небольшом количестве он содержится в табаке, но богатых им природных источников нет. Разработано несколько синтезов рацемического амбреинолида. Все они многостадийны, а исходные вещества труднодоступны. Поэтому решение задачи синтеза этого соединения из доступного сырья является важным достижением в создании процессов промышленного синтеза душистых соединений [Васильев, 1991].
Полипренолы идентифицированы в листьях растений, а также бактериях, тканях животных организмов, грибах. Отмечено, что содержание полипренолов более высокое (в 10-50 раз) в хвойных растениях, чем в лиственных. При этом в хвойных растениях полипренолы содержат большее количество (от 10 до 20) изопреновых звеньев в цепи молекулы, чем в лиственных (от 6 до 12). Концентрируясь в мембранах клеток, полипренилфосфаты осуществляют перенос углеводов от соответствующих нуклеотидсахаров с последующей их полимеризацией. Цепи полипренолов входят в состав молекул таких биологически активных соединений, как витамин К, токоферолы, некоторые коферменты. Исследователи относят полипренолы к новому классу низко молекулярных биорегуляторов, играющих исключительно важную роль в продуцировании живыми организмами - от микроорганизмов до млекопитающих - углеводосодержащих биополимеров ряда полисахаридов, гликопротеинов, пентидогликонов и других [Васильев, 1991].
В организме человека эти соединения сконцентрированы в поджелудочной железе, мозге, сердце, почках, печени, селезенке и других тканях. Полипренолы представляют интерес как лекарственные вещества, в частности производные полипренолов могут найти применение в качестве средств, снижающих кровяное давление, противоожоговых средств, а также заживляющих язвы желудка и двенадцатиперстной кишки. Отмечается также высокая эффективность применения этих веществ в качестве кормовых добавок.
Основные исследования по изучению полипренолов проводились в США и Японии. В этих странах полипренолы получают из свиной печени и свиной поджелудочной железы, а также хвои различных растений методом промышленной колоночной хроматографии. Сложность получения таких препаратов и высокая эффективность их применения обусловливают высокую цену на эти продукты.
Фосфолипиды, представленные в основном глицерофосфатидами, и их концентраты применяются в качестве эмульгирующих веществ в биологически активных эмульсиях. Они улучшают качество и ценность продуктов питания. Небольшие добавки этих соединений в корм животных способствуют повышению продуктивности скота и птицы. Поэтому использование древесной зелени в качестве дешевого и доступного сырья для подобного производства является актуальной задачей.
3.4.1. ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ СОСНЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕЕ РАЗВИТИЯ
Использование древесной зелени в настоящее время направлено главным образом на применение ее в качестве кормовой добавки в рационы сельскохозяйственных животных. Питательность древесной зелени сосны составляет 0,28 кормовой единицы в 1 кг, т.е. равна по питательной ценности пшеничной или ржаной соломе.
Хвоя содержит целый ряд ценных биологически активных веществ и является витаминным кормом, а также служит источником фитонцидов. Однако наличие в ней дубильных, смолистых веществ, а также горечей, придающих ей специфический вкус и свойства, ограничивает ее использование в значительных количествах в нативном виде. Кроме того, древесная зелень является продуктом ско-ропортящимся. Срок ее хранения после заготовки не должен превышать в летнее время 5 сут., а в зимнее - 20 сут. [Васильев, 1991].
Для использования полезных свойств этого ценнейшего растительного сырья при одновременном нивелировании отрицательных сторон применяются различные методы переработки древесной зелени. Их можно подразделить на механические и химические.
Механическая переработка древесной зелени
Для сохранения на более длительное время биологически активных веществ хвои на практике проводят скоростную сушку и затем высушенную древесную зелень измельчают в муку. Хвойная витаминная мука потребляется животными лучше, чем свежая хвоя. Это происходит потому, что при сушке из нее удаляется часть эфирных масел и других летучих веществ, а часть дубильных веществ переходит в малорастворимую форму.
Цехи по выработке витаминной муки на предприятиях России в основном работают рентабельно. Выработка товарной продукции на одного рабочего составляет около 5 тыс.р. в год. Эти показатели могут быть значительно улучшены за счет механизации ручного труда на заготовке сырья и комплексного его использования.
В России работает свыше 200 цехов и несколько передвижных установок по выработке хвойной витаминной муки [Васильев, 1991]. Простота технологии и неограниченный сбыт продукции способствовали быстрому росту этого производства. Однако в последнее время реализация продукции затрудняется из-за высокой (150-280 р./т) цены на витаминную муку.
Технология производства витаминной муки имеет и ряд трудностей, связанных не только со сложностью сбора древесной зелени, но и с зависимостью состава сырья от различных неконтролируемых факторов, а также его неоднородностью. Необходимо также отметить, что использование витаминной муки как компонента кормов сельскохозяйственных животных ограничено наличием дубильных и смолистых веществ, гликозидов и алкалоидов. Поэтому становится очевидной необходимость облагораживать древесную зелень или извлекать из нее биологически активные вещества с использованием проэкстрагированного сырья, в качестве витаминной муки или компостов, а также кормовых добавок, Обогащенных белком за счет выращивания на ней дополнительной биомассы.
3.4.2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ
ВЕщЕСТВ ИЗ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ
Технология экстракционной переработки древесной зелени заключается в извлечении из измельченного сырья различными растворителями биологически активных веществ, их концентрирование и использование в качестве конечного продукта или как сырья для выделения соединений с ценными свойствами.
Все существующие технологические схемы можно подразделить на непрерывные или периодические с использованием в качестве экстрагента воды, водяного пара, полярных или неполярных растворителей.
Переработка древесной зелени по способу батарейной противоточной экстракции горячей водой после предварительной отгонки эфирного масла острым паром относится к старейшим производствам такого рода. Уже в 1931 г. на Тих-винском лесохимическом заводе вошел в строй цех по переработке еловой древесной зелени с получением хвойного лечебного экстракта и эфирного масла [Ягодин, 1980]. В настоящее время этот цех перерабатывает ежегодно около 3,5 тыс.тсырья и производит экстракт хвойный натуральный (ТУ-81-05-97--70), экстракт хвойно-соляный в брикетах (ТУ-81-05-98--70), а также тяжелое эфирное масло (фС 42-659-73). Тяжелое эфирное масло применяется для приготовления препарата "Пинабин", являющегося эффективным средством лечения почечно- и желчекаменной болезни и калькулезного холецистита.
Наряду с батарейным методом экстракции предложена усовершенствованная технологическая схема переработки древесной зелени с получением эфирного масла и хвойного натурального экстракта на установках непрерывного действия НДТ-ЗМ и УНП [Ягодин, 1980; Репях, 1988]. В 1975 г. такая технология внедрена в Цюрупинском лесхоззаге Херсонской области Украины [Продниекс, 1988].
Кроме получения хвойных экстрактов в настоящее время существует несколько способов получения соков из хвои. Выход клеточного сока зависит от способа и глубины обработки сырья и составляет от 10 до 30 %. Для увеличения выхода сока древесную зелень подвергают многократной пропарке или ферментации. Это дает возможность разрушить защитную оболочку хвои и значительно повысить выход сока, состав которого мало отличается от состава натурального хвойного экстракта.
Все получаемые таким образом экстракты представляют собой галеновые препараты со слабо изученным, составом и используются только для приготовления хвойных ванн в качестве лечебного средства при заболеваниях центральной и периферической нервной системы, сердечно-сосудистых и ревматических заболеваниях.
Из органических растворителей в настоящее время нашли промышленное применение только бензин БР-1 и БР-2, а также трихлорэтилен. Начало использования жирорастворимых веществ приходится на 1949 г., когда был предложен способ переработки древесной зелени экстракцией бензином. Получаемый продукт, который после омыления растворяется в воде, был назван хлорофилло-каротиновой пастой (ГОСТ 21802-84). Производство хлорофилло-каротиновой пасты впервые было организовано в Лисинском учебно-опытном лесхозе в 1950 г., а затем модернизировано [Ягодин, 1980; Левин, 1981; Репях, 1988].
В настоящее время такие производства перерабатывают как только сосновую древесную зелень, так и сосновую древесную зелень совместно с еловой. Поэтому, исходя из состава используемого сырья, цехи по переработке древесной зелени в зависимости от технологического варианта подразделяются на два вида. К первому относятся цехи, перерабатывающие только древесную зелень сосны, с получением хвойной хлорофилло-каротиновой пасты, хвойного воска (ОСТ-56-65-82) и эфирных масел. Ко второму - цехи, перерабатывающие древесную зелень сосны и ели с получением, кроме упомянутых продуктов, хлорофиллина натрия (ОСТ 56-33-85), бальзамической пасты (ОСТ 56-58-83), провитаминного концентрата (ОСТ-56-32-85), а также фракций эфирных масел (рис. 6). В 1980 г. внедрена технология получения хвойного эфирного масла путем вакуумной фракционной дистилляции масла-сырца с применением ротационного пленочного испарителя ИР-10 [Ягодин, 1988].
Согласно технологической схеме бензиновый экстракт древесной зелени, освобожденный от восков, подвергают обработке 30 %-ным водным раствором щелочи. При этом происходит омыление сложноэфирньк групп в молекуле хлорофилла с выделением металла, фитола, а также нейтрализация свободных жирных, смоляных и хлорофиллиновых кислот.
Натриевые соли кислот и некоторые производные хлорофилла, образовавшиеся в результате воздействия на экстракт щелочи, растворяются в воде. Нейтральные же вещества остаются в бензиновом растворе. После отгонки растворителя из нейтральных веществ получают провитаминный концентрат и эфирные масла. Водорастворимые вещества обрабатывают 15-20 %-ным раствором серной кислоты, в результате чего выделяются хлорофиллин-сырец, а также жирные и смоляные кислоты.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
