Основы производства термодревесины

Термолиз древесины происходит при простом нагревании пиломатериалов в электропечи.

Использование электрического обогрева необходимо для точного и гибкого регулирования температуры в течение всего времени процесса. Нагреву подвергается хорошо просушенная древесина, максимальное содержание сорбированной воды не должно превышать 7-8%. Высокое содержание воды приводит к вскипанию воды во внутренних порах пиломатериалов, что вызывает разрушение структуры древесины и образование трещин в связи с недостаточным оттоком пара через имеющиеся поры.

Чем быстрее древесина будет прогрета до заданной температуры (например, с помощью электрических электродных парогенераторов), тем меньше вклад побочных процессов деструкции компонентов древесины, следовательно, выше качество и прочностные свойства термодревесины.

Выбор температуры обработки зависит от требуемых свойств готовой продукции, породы древесины, толщины пиломатериалов, условий роста древесины (зависит от места произрастания и времени года заготовки). Процессы термолиза древесины при различных температурах:

1. Нагрев до 110-120^o С не сопровождается заметными химическими процессами в древесине. При данной температуре происходит лишь удаление сорбированной воды (сушка древесины).
2. Нагрев при температурах 120-160^o С сопровождается выделением смолистых веществ из глубоких капилляров древесины, при этом происходит снижение содержания легколетучих компонентов смолы за счет сушки, что приводит к тромбозу капилляров древесины пробками загустевшей смолы. Начинается разложение гемицеллюлоз с выделением воды, спиртов, диоксида углерода, формалина и легких углеводородов. Начинается дополнительная трехмерная сшивка макромолекул лигнина.
3. Нагрев при температурах 160-210^o С сопровождается интенсивным разложением гемицеллюлоз, начинается разложение лигнинов. Продукты разложения лигнинов пополняют пробки (или пленку) из загустевших смолистых веществ в капиллярах древесины. Длительное нагревание (более 5-10 минут) при данной температуре приводит к разложению всей гемицеллюлозы, большей части низкомолекулярного лигнина, и части остальных компонентов. При этом получается высокопористая древесина повышенной жесткости, поверхность капилляров покрыта слоем гидрофобных густых продуктов разложения смол и лигнина.

Нагрев значительно выше 210*С (на практике, более 260-300^o С) не применяется, так как, приводит к обугливанию древесины. При данных температурах происходит резкое снижение прочности древесины за счет разложения высокомолекулярного лигнина и целлюлозного каркаса. Остаток от разложения представляет собой хрупкую и легкую структуру пека (древесного угля), обогащенную углеродом (70-80% углерода).

Для предотвращения возгорания древесины и продуктов ее разложения в процессе термолиза, производство термодревесины проводят в атмосфере азота, топочных газов или водяного пара. Первый вариант используется наиболее редко по причине высоких затрат, второй вариант характерен для производства термодревесины низкого и среднего качества, когда часть тепла подводится из топочного устройства.

Обычно термическую обработку древесины ведут в два этапа. на первом этапе нагревают древесину до 160-180*С для глубокой сушки и гидрофобизации, на втором этапе обработку ведут при более высоких температурах в атмосфере перегретого пара, с целью достижения прочностных характеристик и низкой плотности.