CC BY
26
Науковий вкник НЛТУ УкраУни. - 2012. - Вип. 22.1
3. ТЕХНОЛОГИ! ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК 674.047 Доц. Й.В. Андрашек, канд. техн. наук;
асптр. Р.Б. Щупамвський - НЛТУ Украти, м. Львiв
анал1з зм1ни механ1чних властивостей терм1чно модиф1ковано1 деревини клена (ACER PSEUDOPLATANUS l.) та ялини звичайно1 (PICEA ABIES k.) шляхом досл1дження ii пористо! структури
Наведено методику визначення об'ему деревинно! речовини шляхом ртутно! порозиметри та гел!ево! шкнометри; проанатзовано змiну пористо! структури дере-вини в процеа !! терм!чно! модифжаци.
Ключовг слова: термiчно модифiкована деревина, щшьшсть деревинно! речовини, пористють, ртутна порозиметрiя, гелieва пiкнометрiя.
Ф1зико-мехашчш властивост термодеревини зумовлюють обширнють сфер !! використання, насамперед, як конструкцшного матер1алу. Анал1з !х змш в процес терм1чного модиф1кування здшснено у низщ робгт та публжа-цш [4, 5]; ус вони здебшьшого зводяться до того, що мехашчш властивосп терм1чно оброблено! деревини дещо знижуються.
До мехашчних властивостей деревини вщносять !! здатшсть протисто-яти ди зовшшшх сил, яю спричиняють тимчасов1 або постшш деформацп. Одшею з найважливших характеристик тако! протидп е мщшсть деревини, тюно пов'язана з поняттям стиску, розтягу, згину тощо. Мщнють деревини, як штегральний показник, характеризуеться залежшстю вщ породи, структурного напрямку волокон, вологосп матер1алу тощо. Найбшьш значущо впливае саме порода деревини; для прикладу, границя мщносп тд час стиску вздовж волокон деревини дуба становить 57,5 Н-мм-2 (за вологосп зразюв 12 %) та 31,0 Н-мм-2 (за вологосп 30 % i бшьше), тод1 як деревини сосни кед-рово! 42,0 Н-мм-2 та вщповщно 18,5 Н-мм-2 [1, с. 206]. Описаш явища насамперед зумовлеш рiзною структурною будовою деревини, адже розподш пор в деревиш впливае не лише на и сорбцiйнi властивостi та вологопровiднiсть, а й фiзико-механiчнi властивостi. Як видно з рiвняння (1), пористють безпосе-редньо пов'язана з поняттям щшьност деревинно! речовини.
Р0 = Pö.p.\1 - П/100) (1)
де: р0 - щiльнiсть абсолютно сухо! деревини, кг/м3; рдрр - щшьшсть деревно! речовини, кг/м3; П - пористють деревини, %.
Деревинна речовина - це основш компоненти клггинно! оболонки (це-люлози, лiгнiну, гемщелюлози). Своею чергою, потрiбно зазначити, що ана-лiзуючи змiну фiзико-механiчних властивостей термiчно модифiковано! деревини, вш цi компоненти клiтинно! оболонки в процес теплового оброблен-ня так чи шакше змiнюються (якiсно i кiлькiсно) [5, с. 1-4]. Тому лопчним
3. Технолог1я та устаткування л1совиробничого комплексу
97
буде припущення, що саме змша пористо! структури TepMi4HO модифжовано! деревини найбiльш значущо позначаеться насамперед на ll мехашчних влас-тивостях.
Практичне визначення щшьносп деревинно! речовини проводить шляхом визначення маси зразка деревини та об'ему деревинно! речовини [2, с. 110].
Рдр= тАр. / Уд.р. (2)
де: тдр - маса деревно! речовини, кг; Удр. - об'ем деревно! речовини, м3;
Якщо визначення маси зразка не становить значних труднощiв, то визначення об'ему можливе з використанням низки методик [3], бшьшють з яких Грунтуеться на явищi витiснення повиря, що знаходиться у мiжклiтинному простор^ та заповненнi пор рiдиною чи газом. Як рщину вибирають речови-ни що не викликають розбухання деревини (зазвичай бензол, толуол, ртуть), а шертним середовищем можуть бути гази: гелш, азот тощо.
Дослщження [A. Pfriem, W. Fubian, 2006] проводили методом гелiевоl шкнометрп та ртутно! порозиметрп. Як дослiджуваний матерiал обрано деревину клена та ялини, що пройшли термiчне оброблення сухим способом в шертному середовищi протягом 4 годин.
Результати дослщжень проведених методом гелiевоl шкнометрп (рис. 1.) показують, що щiльнiсть деревно! речовини у термiчно оброблено! деревини за температури 180 °С е дещо менша як для деревини клена, так i ялини, порiвняно з не обробленою деревиною. Змша щiльностi (особливо шпильково! породи) е бшьш значною в разi !! оброблення за температури 200 °С. Це доволi важко пояснити та застосувати до загальних уявлень та те-орiй мiцнiсних властивостей термiчно модифжовано! деревини [4, 5] та кла-сичних уявлень про зм^ в !! клiтиннiй структурi.
160
rt 1.55
?
1 50
з
s 8 1,45
к 140
!5
£ 1.35
CL
£ 130
175
1
1 20
115
I - km ■
1-—1 | - 1
немодиф. IBO-G 2G0"C немодиф. 1В0*С 200*С
Порода деревини I температура модиф1кац||
Рис. 1. Змта щтьност1 деревинноЧречовини клена та ялини в процеа Их термiчного модиф^вання
Зниження щшьносп деревно! речовини за температури 180 °С можна пояснити початком розпаду гемщелюлози та, вщповщно, кшьюсним збшь-шенням лiгнiну; !! ж збшьшення за температури 200 °С - як наслiдок процесу деструкцп лiгнiну. З iншого боку, хiмiчний аналiз термiчно оброблено! дере-
98
Збiрник науково-технiчних праць
Науковий вкник 11.1ТУ УкраУни. - 2012. - Вип. 22.1
вини (рис. 2-3) не тдтверджуе ща гшотези (деструктивних розкладiв лигану, що могли б пояснити с^мке збiльшення щшьносп деревинноï речовини не спостерiгаeться). Таке збшьшення щшьносп деревинноï речовини може бути пояснене i з погляду особливостей методiв, як застосовували для ïï визначення. Зокрема, тиск ртутного порозиметра Pascal 240, який використовували як лабораторну установку, може досягати 2-103 бар (ISO 15901-1). Зрозyмiло, що за такого тиску мжропорожнини клiтинноï стiнки стискаються, а порожнини пор збшьшуються. Згiдно ж з дослщженнями (Rapp, 2006), термiчне оброблення деревини сприяе зниженню стшкосп клiтинних стiнок, що призводить до деформативносп ïx мiкропорожнин та змши ïï пористоï структури.
60
55 50 45 S 40
н 35
! 30
m 25 20 15 10 5
■ 57
■ 51 ■ 54
■ 30 ♦ 30
26
;; А 22
Ж 11
-- А. 7
до v. Vi n il lyi i iii:.
I целюлоза A I ■.'.'. це юлое ) ♦ : I i n
Рис. 2. ВЫносний вмкт целюлози, гемщелюлози та лкнту у деревин клена до та тсля термiчного модифшування
I I.' чн i. м Агемщелюлоза
Рис. 3. ВЫносний eMicm целюлози, гемщелюлози та лкнту у деревиш ялини до та тсля mермiчного модифшування
Висновки. Термiчне оброблення деревини клена та ялини сприяе збшь-шенню щшьносл деревинноï речовини цих порщ. Використання методу ртут-ноï порозиметрiï не дае змоги провести конкретш дослiдження змши розмiрiв пор в деревинi та ïx розподшу, виявити вплив вологост на змiнy пористоï структури термiчно модифiкованоï деревини. Описанi дослiдження видаються можливими з використанням iншиx методiв визначення пористостi деревини, зокрема 1Ч - Фyр'е-спектроскопiï, термомеxанiчноï спектроскопiï тощо.
Л1тература
1. Вштошв 1.С. Деревинознавство : навч. поабн. - Вид. 2-ге, [перероб. та доп.] / 1.С. Вштошв, 1.М. Сопушинський, А. Тайшшгер. - Льв1в : Изд-во "Апрюр1",2007. - 321 с.
3. Технология та устаткування лковиробничого комплексу
99
2. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения : учебник [для студ. ВУЗов] / Б.Н. Уголев. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1986. - 368 с.
3. Полубояринов О.И. Плотность древесины / О.И. Полубояринов. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1976. - 160 с.
4. Holger Militz, Professor Dr.. - Heat Treatment Technologies in Europe: Scientific Background and Technological State-of-Art. (In: Proceedings of Conference on "Enhancing the durability of lumber and engineered wood products" February 11-13, 2002, Orlando. Forest Products Society, Madison, US.).
5. Finnish Thermowood Association, 2003. Thermowood Handbook. Wood Focus Oy, Helsinki, Finland. - 246 p.
Андрашек И.В., Щупакивский Р.Б. Анализ изменения механических свойств термически модифицированной древесины клёна (Acer pseu-doplatanus L.) и ели обыкновенной (Picea abies K.) путем исследования ее пористой структуры
Приведена методика определения объема древесного вещества путем ртутной порозиметрии и гелиевой пикнометрии; проанализировано изменение пористой структуры древесины в процессе ее термической модификации.
Ключевые слова: термически модифицированная древесина, плотность древесного вещества, пористость, ртутная порозиметрия, гелиевая пикнометрия.
Andrashek Y. V., Shchupakivskyy R.B. Analysis of changes in mechanical properties of thermally modified wood maple (Acer pseudoplatanus L.) and spruce (Picea abies K.) by examining its porous structure
Performed method of determining the volume of wood substance by helium pycno-metry and mercury intrusion porosimetry; analyzed the changes of porous structure of wood due to thermal treatment.
Keywords: thermal treatment wood, wood density, porosity, helium pycnometry, mercury intrusion porosimetry.
УДК 604.2(045) Доц. О.А. Васильченко, канд. мед. наук;
маястрант О.О. П'янкова -НАУ, м. Кшв
б1отехнолог1чн1 аспекти отримання лимонно1 кислоти
Розглянуто особливост бюсинтезу лимонно! кислоти культурою Aspergillus niger, вплив фiзичних i хiмiчних фактс^в на цей процес, вимоги до продуцента лимонно! кислоти. ОбГрунтовано поверхневий, глибинний та твердофазний методи отри-мання лимонно! кислоти в промислових умовах, !х переваги та недолжи.
Ключовг слова: лимонна кислота, бюсинтез, продуцент, Aspergillus niger, по-верхневий метод, глибинний метод, твердофазний метод.
До початку двадцятих роюв минулого столггтя лимонну кислоту отри-мували з соку лимошв, таким чином задовольнялося близько трьох чвертей свиово! потреби в нш (вихвд лимонно! кислоти з одше! тонни лимошв стано-вить 25 кг). Виробництво лимонно! кислоти методом ферментацп за участю грибiв - давно вщомий (з 1893 р.) бютехнолопчний процес. Як продукт ферментацп лимонна кислота займае друге мюце за об'емом виробництва у свт (400 тис. тонн на рж, що в грошовому е^валенп становить близько 325 млн евро), поступаючись лише промисловому спирту.
Незважаючи на значний прогрес у сферi оргашчного синтезу, на сьогодш лимонну кислоту отримують мжробюлопчним синтезом, а саме
100
Збiрник науково-техшчних праць
