Пятница, 24.11.2017, 23:31
Древесная мука
Главная Регистрация Вход
Приветствую Вас, Гость · RSS
Меню сайта
Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 46
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Форма входа

Share

 Дневник
Главная » 2009 » Январь » 4 » Экологически безопасные пластики из отходов древесины
19:26
Экологически безопасные пластики из отходов древесины

Д.А. Кадималиев, канд. биолог. наук, доцент кафедры биотехнологии; В.В. Ревин, доктор биолог. наук, проф., зав. кафедрой; В.В. Шутова, канд. биолог. наук, ст. преподаватель

    Рис.1. Экологически безопасные пластики из отходов древесины. При производстве пластиков в качестве связующих традиционно используют фенолформальдегидные, карбамидные, эпоксидные и другие синтетические смолы. Кроме того, что затраты на эти смолы составляют до 30% себестоимости, в процессе эксплуатации такие плиты выделяют в окружающую среду аллергические и токсичные для человека вещества. Поэтому в настоящее время интенсивно ведутся поиски альтернативных технологий изготовления плит. Одним из перспективных направлений в решении этой проблемы является изготовление плит из отходов растительного сырья, подвергнутых направленной биологической модификации [1]. В качестве модификаторов целесообразно использовать грибы, вызывающие белую гниль древесины. Под действием внеклеточных ферментов этих грибов расщепляются, главным образом, лигнин и гемицеллюлозы, а фибриллярная целлюлоза практически не затрагивается. При этом образуется большое количество реакционно-способных групп, за счет которых, при прессовании на фоне высоких температур, между опилками могут возникать прочные химические связи. Однако для проведения контролируемой биомодификации с целью производства плит необходимо исследовать физико-химические изменения, происходящие в лигнине при обработке грибом, и вклад этих изменений в процесс образования связей между частицами древесины. Поэтому целью работы было изучение изменений, происходящих в лигнине древесных отходов при обработке грибом и прессовании, и влияния этих изменений на свойства плит.
   Методы исследования. Гриб P.tigrinus штамм 317 (BKM 3616-D), разрушающий лигнин, выделен и селекционирован на кафедре биотехнологии Мордовского госуниверситета и депонирован во Всероссийской коллекции микроорганизмов [2]. Посевной материал выращивали в две стадии – на среде Чапека-Докса с лигносульфонатом и затем на среде Кирка с соевой мукой и целолигнином.
   Далее проводили твердофазное культивирование на сосновых и березовых опилках. Для этого навески субстратов помещали в растильные кюветы слоем 3–4 см, засевали из расчета 100 мл инокулята на 25 г опилок и культивировали 9 суток при
   25–270С. Затем растильные кюветы с проросшими субстратами высушивали до влажности 7–10% в термостате при 40–500С. 70 г субстратов с биомассой загружали в пресс-форму (5х15см) и проводили горячее прессование на вулканизационном гидравлическом прессе ВП-9030 М при температуре 1700С. Полученные таким образом плиты испытывали на физико-механические свойства. Часть материала отбирали на проведение физико-химических анализов. Определяли изменение общего содержания, экстрагируемость лигнина и количества функциональных групп [3].
   Контролем служили опилки, не засеянные грибом и выдержанные в тех же условиях, что и опытные. ИК-спектры выделенных лигнинов регистрировали на спектрофотометре «Specord 75 IR» (Германия). Спектроскопию лигнина в УФ- и видимой области проводили в растворе диоксана в кюветах толщиной 1 см на спектрофотометре «Specord M-40» (Германия), управляемом компьютером с автоматической регистрацией спектров поглощения.
   Результаты и обсуждение. Обработка инокулятом гриба снижало суммарное содержание лигнина как в березовых, так и в сосновых опилках, причем интенсивность потерь была максимальной в первые 3–6 суток культивирования. Затем общее содержание лигнина снижалось медленнее (табл. 1).

Табл.1. Изменение содержания лигнина в опилках при обработке грибом .


   Биодеградация древесины резко повышала выход лигнина при экстракции диоксаном. Причем, на березовых опилках эффект был значительно выше (табл.2). По мере увеличения длительности культивирования повышался и выход лигнина, несмотря на снижение его суммарного количества, вызванного действием лигнолитических ферментов. Это обусловлено тем, что гриб воздействует на полимерные компоненты древесины, расщепляя лигнин-углеводные связи. В результате, лигнин становится более доступным для экстракции диоксаном. Этот процесс в древесине березы начинается раньше и проходит интенсивнее. Подтверждением тому служит и анализ спектров в УФ-области, показавший, что снижение оптической плотности при длине волны 280 нм, характеризующее содержание ароматических колец [4], вызванное воздействием гриба, в лигнине березы начинается раньше и идет с большей скоростью.

Табл.2. Влияние обработки грибом опилок на выход лигнина при экстракции диоксаном.


   Ранее, методом ИК-спектроскопии нами было показано, что P.tigrinus вызывает изменения в относительном содержании отдельных функциональных групп в лигнине березы и сосны. Эти изменения в основном касались полос, обусловленных свободными и фенольными гидроксильными, карбонильными, карбоксильными группами, ароматическим скелетом.
   Исследование количественных изменений в содержании функциональных групп показало, что биодеградация действительно сопровождается увеличением количества карбоксильных и фенольных гидроксильных групп в обеих породах древесины (табл.3).

Табл.3. Изменение содержания карбоксильных и фенольных гидроксильных групп в лигнине, выделенном из опилок после обработки грибом.


   При изготовлении пластиков из опилок обнаружено, что их физико-химические свойства зависят от длительности обработки грибом и изменений, происходящих в лигнине (табл. 4). Более высокую прочность имели пластики, изготовленные из опилок, обработанных грибом в течение 3 суток. Увеличение длительности обработки снижает качество плит. Это связано с тем, что после 3 суток значительно уменьшается доля лигнина, происходят глубокие изменения в его структуре и вследствие этого ухудшаются пластифицирующие свойства полимера. Прессованные материалы из опилок березовой древесины по прочности уступали пластикам из сосновых опилок. Это связано с тем, что твердые породы древесины менее пригодны для изготовления прессованных материалов. Еще одна причина может заключаться в том, что биодеградация древесины березы идет более интенсивно и к 3 суткам значительно нарушается полимерная матрица субстрата.

Табл.4. Влияние обработки опилок грибом на физико-механические свойства древесных пластиков.


   Исходя из вышеприведенных результатов, дальнейшие опыты проводили только с сосновыми опилками, обработанными 3-суточным инокулятом. Лигнины, выделенные из опилок до и после прессования, имели сходные спектры в УФ- и видимой областях, с различиями в интенсивности поглощения при длине волны 280 нм, что указывает на изменение суммарного количества ароматических структур. У лигнинов, выделенных из прессованных материалов, интенсивность поглощения при 280 нм значительно выше, чем у лигнинов, выделенных из непрессованных опилок.
   Предварительная биообработка опилок еще больше увеличивает величину оптической плотности выделенных лигнинов после прессования. Вероятно, при этих условиях прессования преобладают процессы конденсации, с образованием a-5-связей, характерных для хвойных пород древесины, в результате чего увеличивается количество ароматических структур.
   Выше нами было показано, что биообработка опилок приводит к увеличению количества свободных фенольных гидроксильных групп. После прессования их количество в выделенном лигнине снизилось на 90% по отношению к контролю (табл.2).
   Это свидетельствует о том, что при горячем прессовании происходят процессы конденсации с участием фенольных гидроксильных групп, с образованием новых химических связей, вероятно, сложноэфирных. За счет этого, очевидно, повышается молекулярная масса лигнинов, и, следовательно, улучшаются физико-механические характеристики прессованных материалов. Кроме того, определенный вклад в образование связей между частицами древесины вносят биомакромолекулы клеток микроорганизма.
   Таким образом, на определенных стадиях биодеградации лигнин и древесина приобретают пластичность, что позволяет использовать гриб P.tigrinus в производстве экологически безопасных пластиков – биопластиков – из отходов древесины без применения синтетических смол. Отсутствие токсичных связующих полностью исключает выделение формальдегида в окружающую среду. Сырьем для производства пластиков по такой технологии могут служить отходы не только древесины, но и любого растительного сырья.

Библиографический список:
   1. Соломатов В.И., Черкасов В.Д. //Изв.вузов.Строительство. 1997. №1. С.27–32.
   2. Ревин В.В., Прыткова Т.Н., Лияськина Е.В., Черкасов В.Д., Соломатов В.И. Свидетельство о депонировании икроорганизма Panus (Lentinus) tigrinus (Bulliard: Fries) Fries, 317. Регистрационный номер BKM F3616D присвоен 5 марта 1998 г.
   3. Закис Г.Ф. Функциональный анализ лигнинов и их производных.– Рига.: Знатне. 1987. 230 с.
   4. Stevanovich Janezic T., Bujonovic B., Gelineo A.//J.Serb.ChemSoc. №10. 1993. р.751–758. Работа выполнена при поддержке гранта Минобразования РФ №E02-6.0-112
.

Просмотров: 1592 | Добавил: wood-flour | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Copyright MyCorp © 2017
Поиск
Календарь
«  Январь 2009  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031
Архив записей
Друзья сайта
  • Изобретения - в жизнь!

  • Rambler's Top100





    Конструктор сайтов - uCoz