Где используется древесная мука – Древесная мука — технология производства, оборудование, сырье, стоимость, рентабельность

Древесное сырье смешивается с раствором целлюлазы в ацетатном буфере с рН около 5, с концентрацией фермента 0,1-10 мас.%, в соотношении твердого субстрата и раствора (Т:Ж) от 1:2 до 1:20, при температуре не выше 60°С, в течение 2-48 часов. Деструкция древесного сырья осуществляется путем гидролиза его ферментом. Для гидролиза используется целловиридин — фермент целлюлаза, специфически разрушающий цепи целлюлозного полимера, что не исключает применения любого другого целлюлолитического препарата. После чего обработанное ферментом древесное сырье подвергают сушке при температуре не выше 100°С, при этом происходит измельчение древесного сырья. Полученную древесную муку подвергают рассеву.

Ферментативная обработка сырья обеспечивает следующее:

— при получении древесной муки с использованием ферментов основные операции традиционной технологии ее получения за исключением участка подготовки сырья сохраняются;

— деструкция осуществляется ферментативным способом при рН 5 без использования серной кислоты;

— при ферментативной обработке древесины происходит расщепление внутренних гликозидных связей в молекулах целлюлозы, нарушается целостность целлюлозных фибрилл и соответственно прочность.

Из патентной литературы не найдено подобных способов получения древесной муки. Следовательно, возможно утверждать, что заявленный способ соответствует критерию «новизна».

Заявленный способ подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

Древесные опилки обработали 0,1%-ным раствором фермента в ацетатном буфере (рН 5). Соотношение Т:Ж как 1:5. Субстрат был выдержан при Т 50°С в течение суток. Через сутки опилки были высушены при температуре 100°С.

В табл.1. показано изменение гранулометрического состава древесной муки, полученной согласно данному примеру, по сравнению с исходными опилками. Из таблицы видно, что происходит уменьшение размера частиц, полученная древесная мука содержит 30 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм, тогда как исходные опилки содержат 11 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм.

На фиг.1 наглядно показан гранулометрический состав (в %) древесной муки, полученной согласно данному примеру.

Пример 2.

Древесные опилки обработали 2%-ным раствором фермента в ацетатном буфере (рН 5). Соотношение Т:Ж как 1:5. Субстрат был выдержан при Т 50°С в течение суток. Через сутки опилки были высушены при температуре 100°С.

В табл.2 приведен гранулометрический состав древесной муки, полученной согласно данному примеру, по сравнению с гранулометрическим составом исходных опилок. Наблюдается уменьшение размера частиц древесной муки по сравнению с исходными опилками, что наглядно показано в табл.2, а также на фиг.2. Полученная согласно данному примеру древесная мука содержит 26 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм, тогда как исходные опилки содержат 2 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм.

На фиг.2 наглядно показан гранулометрический состав (в %) древесной муки, полученной согласно данному примеру.

Пример 3.

Древесные опилки обработали 10%-ным раствором фермента в ацетатном буфере (рН 5). Соотношение Т:Ж как 1:5. Субстрат был выдержан при Т 50°С в течение суток. Через сутки опилки были высушены при температуре 100°С.

В табл.3 приведен гранулометрический состав муки, обработанной согласно данному примеру, по сравнению с исходными опилками. Наблюдается уменьшение размера частиц после обработки опилок согласно данному способу по сравнению с исходными опилками, что наглядно показано в табл.3, а также на фиг.3.

Полученная согласно данному примеру древесная мука содержит 36 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм, тогда как исходные опилки содержат 11 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм.

На фиг.3 наглядно показан гранулометрический состав (в %) древесной муки, полученной согласно данному примеру.

Пример 4.

Древесные опилки обработали 1%-ным раствором фермента в ацетатном буфере (рН 5). Соотношение Т:Ж как 1:20. Субстрат был выдержан при Т 50°С в течение 2 часов. Затем опилки были высушены при температуре 100°С.

В табл.4 приведен гранулометрический состав древесной муки, полученной согласно данному примеру, по сравнению с гранулометрическим составом исходных опилок. Наблюдается уменьшение размера частиц после обработки опилок согласно данному способу по сравнению с исходными, что наглядно показано в табл.4, а также на фиг.4.

Пример 5.

Древесные опилки обработали 1%-ным раствором фермента в ацетатном буфере (рН 5). Соотношение Т:Ж как 1:2. Субстрат был выдержан при Т 50°С в течение 48 часов. Через сутки опилки были высушены при температуре 100°С.

Гранулометрический состав древесной муки, полученной согласно данному примеру, приведен в табл.5. Наблюдается уменьшение размера частиц после обработки опилок, согласно данному способу, по сравнению с необработанными опилками, что наглядно показано в табл.5, а также на фиг.5.

Температура 50-60°С является оптимальной для действия данного фермента. При температуре ниже оптимальной скорость ферментативного гидролиза мала, при температуре выше 60°С происходит денатурация молекул белка, скорость ферментативного гидролиза замедляется.

Гидролиз за два часа можно проводить только при высоких концентрациях фермента, что, конечно, дорого, но возможно. За меньшее время гидролиз пройдет не полностью даже при высоких концентрациях фермента.

При обработке древесного сырья ферментом более 48 часов скорость гидролиза замедляется, так как продукт реакции ингибирует процесс гидролиза (Синицын А.П. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов: Учеб. Пособие. — М.: МГУ, 1995. — 224 с).

Выбор соотношения твердой и жидкой фазы от 1:2 до 1:20 обусловлен, с одной стороны, зависимостью скорости расщепления целлюлозы ферментом от объема раствора, с другой стороны, временем высушивания древесной муки после обработки ферментом. Чем больше объем жидкости, тем быстрее осуществляется процесс гидролиза, но и больше время сушки древесной муки.

Сопоставительный анализ с ближайшим аналогом показывает, что заявленное техническое решение благодаря обработке древесного сырья ферментом позволяет получать древесную муку, в более мягких условиях, без применения серной кислоты, значительно удешевить технологию производства древесной муки.

Применение заявленного технического решения позволяет существенно удешевить технологию получения древесной муки.

1. Способ получения древесной муки, включающий деструкцию, сушку, измельчение древесного сырья, отличающийся тем, что деструкцию проводят путем обработки его раствором целлюлазы с концентрацией фермента целловиридина 0,1-10 мас.% в течение 2-48 ч, при соотношении твердого субстрата и раствора (Т:Ж) от 1:2 до 1:20, с последующей сушкой при температуре не выше 100°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку древесного сырья раствором целлюлазы проводят при температуре не выше 60°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку древесного сырья раствором целлюлазы проводят, преимущественно, при соотношении Т:Ж, равном 1:5.

findpatent.ru

14 Древесная мука

Древесная мука представляет собой тонкоизмельченную и высушенную древесину волокнистой структуры. Используется для усиления полимерных материалов. Изготавливается древесная мука преимущественно из мягкой древесины хвойных пород (ель, пихта, сосна), Древесина, содержащая значительное количество масел, например, кедр, непригодна. Древесная мука изготавливается из опилок, щепы и стружки размолом на жерновой мельнице и внешне похожа на пшеничную муку. Древесина в процессе производства древесной муки  практически не подвергается химическим превращениям. Химический состав древесной муки соответствует составу исходной древесины и содержит в качестве основных компонентов целлюлозу и лигнин, древесную муку  можно считать полностью натуральным природным материалом.

Обычно для наполнения полимеров используется мука с размером частиц 40 (348 мкм), 60 (212 мкм) и 80 (158 мкм) меш, но выпускается мука и более тонкого помола с размером до 140 меш (44 мкм). Древесную муку используют в составе комплексных наполнителей (в сочетании с минеральными) для направленного регулирования свойств материалов.

Древесина – высококачественный наполнитель, характеризующийся низкой плотностью, достаточной прочностью, высокой демпфирующей способностью, хорошей адгезией к связующим, низкой теплопроводностью.

Волокнистая структура частиц древесины пориста и неоднородна, в ней различают капилляры (открытые и закупоренные), фибриллы и межфибриллярное пространство (рисунок 14.1). Пропитка волокнистых частичек связующими происходит через торцевые поверхности, при этом связующее проникает не только в межчастичное пространство, но и в межфибриллярное и в капилляры (открытые). Возможность проникновения связующего в капилляры и межфибриллярное пространство определяется соотношением размеров элементов частицы и молекул пропитывающего состава, а также наличием влаги в элементах частицы. Для частиц древесной муки характерны следующие размеры: длина 0,1-2,0 мм, ширина и толщина менее 0,25 мм, диаметр капилляров составляет 33 мкм для частичек муки из ели и сосны, 41 мкм – пихты.

1 – частица древесины лиственных пород; 2 – частицы древесины хвойных пород с открытыми капиллярами; 3 — частицы древесины хвойных пород с закупоренными капиллярами; 4 – межчастичное пространство, заполненное связующим; 5 – граница раздела на наружной поверхности частицы; 6 – граница раздела на капиллярной поверхности;

7 – торец фибриллы

Рисунок 14.1 – Модель волокнистой структуры частиц древесины

Частицы древесной муки характеризуются удельной наружной поверхностью S_нар, которая изменяется в зависимости от размера частиц. Например, для древесной муки из опилок и стружки ели с размером частиц 0,25 мм S_нар = 212 м²/кг, а для частиц в размером 4,6 мм S_нар = 8,1. Для волокнистой структуры древесины характерны еще два типа удельной поверхности: внутренняя капиллярная (S_к) и межфибриллярная (S_м). Значения S_к и S_м определяют степень проникновения связующего внутрь древесного наполнителя (т.е. степень наполнения и качество пропитки наполнителя, величину межфазного слоя и его структуру и свойства) и также изменяются в широких пределах, в зависимости от природы древесины (от 173 м²/г для сосны до 215 м²/г для осины).

Важным показателем для частиц древесной муки является влажность, т.к даже размеры частиц могут значительно увеличиваться при повышенном содержании влаги, кроме того влага находится и в капиллярах и в межфибриллярном пространстве, что как правило требует тщательной сушки наполнителя перед совмещением со связующим.

Свойства частиц древесной муки определяется породой древесины, возрастом и местом расположения частицы в стволе. Плотность, кроме этого, сильно зависит от влажности, например, для сухой древесной муки из ели плотность равна 0,42 г/см³, а при 8%-ной влажности уже 0,437 г/см³; для сухой древесной муки из сосны 0,47 г/см³, при 8%-ной влажности – 0,491 г/см³.

Насыпная плотность древесной муки зависит от многих факторов (влажность, размеры и формы частиц, порода древесины) и находится в пределах  0,100 – 0,220 г/см³. Древесная мука обладает выраженными сорбирующими свойствами, а  также тиксотропными качествами (мажется, но не течет).

Характер разрушения при механическом нагружении древесины хрупкий. Прочность при растяжении вдоль волокон древесины из сосны составляет 103 МПа, из ели 100 МПа, из пихты 65,5 МПа; прочность при сжатии 45, 39, 34,5 МПа соответственно.

Основными недостатками древесной муки являются низкие влаго-, тепло- и химстойкость.

studfiles.net