Балансовую древесину можно определить как древесину , которая измельчается и перерабатывается в волокнистую массу. Это универсальный природный ресурс, который обычно используется для производства бумаги , но также превращается в низкосортную древесину и используется для получения щепы, энергии, гранул и инженерных продуктов. [1]
Балансовая древесина может быть получена из большинства типов деревьев. Категоризация деревьев на лиственные и хвойные — самый простой способ охарактеризовать типы бумаги, производимой из балансовой древесины. [1]
Твердые породы древесины являются сырьем, которое является предпочтительным для целлюлозы , используемой в печатной бумаге. Она имеет небольшие размеры волокон, что может быть полезно для однородности в небольших масштабах, непрозрачности и гладкости поверхности, что важно для печатной бумаги. [2]
Мягкие породы древесины являются предпочтительным сырьем для прочной бумаги из-за длины и тонкости волокон. Мягкие породы древесины с низкой плотностью, такие как ель с тонкостенными волокнами, предпочтительны для бумаги с высокими требованиями к прочностным характеристикам, связанным с соединением. Некоторые из этих характеристик включают прочность на разрыв, разрыв и поверхностную прочность. [2]
Деревья, выращенные специально для производства целлюлозы, составляют 15% мирового производства целлюлозы, в то время как на старые леса приходится 9%, а остальное приходится на леса второго/третьего и более поколений. [3]
Твердая древесина имеет анатомические структурные отличия от мягкой древесины, что влияет на физические свойства, долговечность, обрабатываемость и склеивание. Различные типы клеток выполняют три основные задачи в твердой древесине по сравнению с мягкой древесиной. Основные задачи включают стабилизацию, водоотвод и хранение. [4]
Применение твердой древесины можно разделить на четыре области:
Твердые породы дерева (например, дуб) являются предпочтительным сырьем для балок , кровельных конструкций и деревянных каркасов . Использование твердых пород дерева сократилось за последние пару столетий, скорее всего, из-за развития древесных материалов, которые позволяют создавать более крупные конструкции, не ограничиваясь размером деревьев. [4]
Деревья любого размера могут использоваться для балансовой древесины, но обычно используются деревья диаметром 5-9 дюймов на высоте груди. Эти деревья вырубаются после заготовки пиломатериалов или в качестве отдельной операции для прореживания густого насаждения. Низкокачественные насаждения полностью вырубаются для балансовой древесины с целью восстановления леса более желательными видами, а также более крупные деревья с болезнями или дефектами, которые не позволяют использовать их для пиломатериалов. [5]
Дополнительные области применения включают игровые площадки , деревянные облицовки, железнодорожные шпалы , мосты и многое другое. [4] Мебель — еще одно применение твердой древесины. Мебель из чистого массива дерева встречается относительно редко. Большинство частей мебели, таких как столешницы, полки или дверцы шкафов, относятся к древесным материалам из-за их клееных компонентов. Массив дерева можно использовать для стульев, столов, кроватей, обивочных каркасов, буфетов, шкафов, ванн и многого другого. [4]
Твердая древесина также используется для внутренних работ, таких как паркет , двери и окна. Твердая древесина особенно предпочтительна для паркетных полов. Виды деревьев в более темных тонах обычно используются для придания полу «использованного вида», для визуальной привлекательности. Массивная древесина используется для входных дверей и окон, в то время как внутренние двери в основном изготавливаются из древесных панелей. [4]
Древесные материалы можно разделить на несколько различных типов. К ним относятся цельная древесина, фанера, стружечные и волокнистые материалы. Цельные древесные материалы используются в качестве балок или панелей. Типичные виды деревьев, используемые для цельных древесных материалов, включают бук, дуб, березу, ольху и каштан. Твердые породы древесины обычно используются для неструктурных изделий, таких как фанера . [4]
Конструкционные изделия, такие как поперечно-слоистая древесина, в основном состоят из хвойных пород. Дробленые материалы идеально подходят для использования низкосортных сортиментов древесины и отходов лесопильных заводов. Типы дробленых материалов включают ДСП , композиты из минеральной древесины, ориентированно-стружечную плиту, клееную стружечную древесину и ориентированно-стружечную древесину. [4]
Волокнистые материалы включают древесноволокнистые плиты , изоляционные древесноволокнистые плиты, древесностружечные молдинги и древесно-пластиковые композиты. Качество и обработка древесноволокнистых плит и изоляционных древесноволокнистых плит зависят от процентного содержания волокон, геометрической структуры волокна и конкретного химического состава древесины. Волокна лиственных пород короткие, гладкие и тонкие, и подходят для сухого процесса производства, поскольку они не спутываются. По иронии судьбы, лиственные породы почти не используются для древесноволокнистых плит и изоляционных древесноволокнистых плит. [4]
Целью модификации древесины является стабилизация размеров и повышение сопротивления. Древесину можно модифицировать множеством способов, включая, но не ограничиваясь: химическую модификацию, термическую обработку, обработку аммиаком, электродиализ и многое другое. [4]
Наиболее используемыми методами являются химическая модификация, термическая обработка и пропитка (солями, металлами, мономерами и полимерами ). [4]
Твердая древесина может использоваться и другими способами, помимо физических деревянных конструкций и бумаги. Ее можно использовать в качестве вещества, например, для производства продуктов питания. Опилки бука и дуба используются для выращивания съедобных грибов. Дуб, бук и клен используются для консервирования мяса или рыбы, в то время как дубовые клепки, щепа и порошок добавляют аромат вину. Опилки дуба и алебастра могут использоваться для фильтрации таких элементов, как медь, никель, цинк и кадмий. Их также можно добавлять в пластмассы. 60% линолеума состоит из опилок. [4]
Древесина также может использоваться в качестве источника энергии, с отходами лесопиления и низкосортной древесиной. Сжигание, газификация древесины и производство биоэтанола — три основных способа использования твердой древесины для получения энергии. [4]
Горение: колотые брикеты, щепа и древесные гранулы . Высокоплотные породы древесины сгорают медленнее, а теплотворная способность зависит от влажности древесины. Скорость горения уменьшается с увеличением плотности. [4]
Газификация древесины (синтетический природный газ и биомасса в жидкость): производство синтез-газа осуществляется путем тления древесины. [4]
Биоэтанол: начинается с расщепления целлюлозы и гемицеллюлозы в сахаре ферментами и кислотами, затем ферментация сахара с помощью микроорганизмов. Наконец, дистилляция и обезвоживание создают биоэтанол. [4]
Мягкие породы древесины происходят от голосеменных деревьев, которые состоят из иголок и шишек. Когда образец мягкой древесины рассматривается под микроскопом, кажется, что у него нет (видимых) пор из-за наличия трахеид . [6] Трахеиды являются примитивным элементом ксилемы (тканей, проводящих жидкость). Они состоят из одной удлиненной клетки и вторичной целлюлозной стенки, содержащей толстый слой лигнина . [7] Сердцевинные лучи и трахеиды транспортируют воду и производят сок. Примерно 80% древесины происходит из мягкой древесины, такой как кедровые деревья, пихта Дугласа, можжевельник, сосна и многие другие. [6]
Хотя их называют «мягкими» деревьями, они на самом деле не мягче (по текстуре) по сравнению с лиственными деревьями. Этот термин просто относится к древесине, которая происходит от голосеменных или хвойных деревьев. Некоторые лиственные деревья даже мягче, чем определенные виды хвойных деревьев. [8]
Мягкие породы дерева также используются в деревообработке, и иногда их предпочитают твердым породам дерева в зависимости от изготавливаемого продукта. Важной характеристикой мягких пород дерева, которая делает их подходящим балансом для строительства, является то, что они легко впитывают любую отделку. Они могут стать очень прочными и служить долгое время (века). Мягкие породы дерева, как правило, дешевле твердых пород дерева из-за более быстрого роста и развития. Они универсальны, прочны и просты в управлении. Некоторые из крупнейших лесов мягких пород дерева можно найти в Канаде, Скандинавии и России. [8]
Кедр : одна из самых стойких и долговечных хвойных пород. Кедр родом из Средиземноморья и обладает высокой устойчивостью к воде, бактериям, грибкам и насекомым. Его впечатляющая способность к сопротивлению исходит от естественного запаха древесины, который сладкий и приятный. Его отпугивающие насекомых свойства делают древесину кедра идеальной для изготовления внутренней мебели, такой как сундуки, коробки и шкафы. Изоляционные свойства древесины делают ее пригодной для использования в качестве кровельного материала. Западный красный кедр используется для изготовления музыкальных инструментов, таких как гитары и скрипки, благодаря своему цвету и устойчивости к деформации и растрескиванию. [8]
Сосновая древесина: в основном встречается в Северном полушарии, этот тип древесины в основном используется для бытовых целей. Он устойчив к усадке, разбуханию и короблению. Он используется для наружных деревянных проектов, таких как террасы. Недостатком сосны является то, что со временем древесина может расколоться, и предметы, изготовленные из определенного типа сосны, используемые для изготовления уличной мебели/террас, должны проверяться ежегодно, чтобы предотвратить любые риски для людей, которые ими пользуются. [8]
Пихта: этот тип древесины происходит от деревьев пихты Дугласа, и может быть найден в Северной Америке, Европе, Северной Африке и Азии. Она прочная и устойчивая к истиранию , и может быть использована для самых разных продуктов. Некоторые из них включают мебель, двери, окна и более крупные предметы, такие как части мостов, бревенчатые дома и коммерческие здания. Она также может быть использована для строительства лодок и самолетов из-за своей прочной и стабильной природы. [8]
Красное дерево: в основном используется для наружных работ из-за его устойчивости к погодным условиям, насекомым и гниению. Благодаря этим характеристикам это первоклассная строительная древесина. Это еще один тип древесины, используемый для строительства террас из-за его естественной прочности, стабильности и срока службы (может служить долго). [8]
Балансовая древесина может использоваться для множества различных целей, некоторые из которых уже упомянуты выше. Некоторые из основных продуктов, для которых она используется, перечислены ниже. [1]
Производство бумаги является наиболее распространенным и основным применением балансовой древесины. Бумагу можно производить как из лиственных, так и из хвойных деревьев, и каждый вид для обоих типов деревьев имеет особые и уникальные свойства, которые делают тип бумаги и других производимых продуктов разными. Короткие волокна лиственных деревьев производят более гладкую и однородную бумагу, например, бумагу для печати. Деревья хвойных пород имеют более длинные волокна, которые производят промышленные бумаги, например, газетную бумагу. [1]
Древесина расщепляется механически или химически. После процесса расщепления остаются волокна (состоящие из двух видов целлюлозы) и лигнин. Лигнин — это клей или цемент, который удерживает волокна в древесине вместе. Проще говоря, древесная масса — это большое количество отдельных древесных волокон с удаленным лигнином. Древесная масса имеет естественный цвет от темно-коричневого до светло-серого. Темно-коричневая древесная масса используется для изготовления бумажных пакетов и коробок, а отбеливание целлюлозы дает более высокие сорта бумаги (среди других продуктов). [9]
Химический метод расщепления древесной массы для изготовления бумаги используется чаще и является более энергоэффективным по сравнению с механическим методом. При химическом методе древесная щепа «варится» в больших резервуарах. Резервуары называются варочными котлами и похожи на скороварки. Химикаты, называемые «варочным раствором», помогают расщеплению древесной щепы на массу волокон. [9] Используются следующие химикаты: 1) сульфитные соли с избытком диоксида серы и 2) каустическая сода и сульфид натрия (крафт-процесс). Лигнин древесины становится растворимым, что приводит к разделению волокон на целые волокна. Также может быть проведена дополнительная очистка путем отбеливания. Очистка целлюлозы путем отбеливания и щелочной экстракции называется альфа- или растворяющейся целлюлозой. Этот тип целлюлозы используется для специальных видов бумаги, для производства вискозы и целлюлозной пленки, а также для производных целлюлозы (нитрата и ацетата). [10]
При механическом измельчении древесной щепы машины используются для измельчения древесной щепы в пульпу, создавая пульпу, которая сохраняет большую часть своего лигнина. Из-за коротких волокон, созданных этим процессом, полученная бумага в основном используется для газет, телефонных справочников и другой бумаги с низкой прочностью. [5] Механическую целлюлозу также можно назвать древесной целлюлозой, и процесс измельчения начинается с того, что древесина подвергается абразивному воздействию, либо путем прижатия древесины к вращающемуся шлифовальному камню, либо путем пропускания щепы через мельницу. [10]
Измельчители целлюлозы обычно приводятся в действие электродвигателями и автоматически загружаются. Большая часть измельченной древесной массы напрямую поступает на соседнюю бумажную фабрику для использования в качестве сырья. Затем она формируется в лист на цилиндрическом вакуумном фильтре, затем прессуется в гидравлическом прессе до содержания влаги около 50 процентов. Прессованные листы приводят к формированию кип. [10]
Балансовая древесина также производит древесные гранулы, которые могут использоваться для отопления домов и производства электроэнергии. Их можно формировать путем измельчения биомассы (в виде неиспользуемых верхушек деревьев), опилок или даже целых деревьев, а затем прессовать в небольшие гранулы для хранения, транспортировки и подачи в котлы и печи. Мягкие породы древесины предпочтительны для производства древесных гранул из-за содержания смолы, необходимой для связывания частиц вместе. [1]
Древесина — старейшее применение балансовой древесины. Деревья низкого качества используются лучше и сжигаются в качестве источника сырой энергии для обогрева, освещения и приготовления пищи. [1] Вырубка леса относится к древней и традиционной технике управления лесным хозяйством, которая включает в себя вырубку деревьев у их основания и создание подпорки для роста новых побегов. [11] В каменном веке вырубка леса проводилась для управления лесами с целью производства древесного топлива. [1]
Биотопливо относится к топливу, полученному из растительных материалов или навоза. В настоящее время ведутся споры о том, является ли оно безопасной и экологически чистой альтернативой ископаемому топливу в качестве источника энергии. Углерод в растениях вырабатывается путем поглощения углекислого газа из атмосферы посредством фотосинтеза, а сжигание биотоплива/топлива растительного происхождения возвращает в атмосферу то же количество CO2. [12]
Производство тепла и электроэнергии из древесного топлива — многоэтапный процесс.
Зола, образующаяся в процессе пиролиза, содержит питательные вещества, которые используются в качестве удобрения для растений, но она также может содержать загрязняющие вещества из почв мест происхождения деревьев. [13]
Некоторые из потенциальных источников древесного топлива включают ранние прореживания на коммерческих плантациях, отходы от заготовки древесины и лесоводческой деятельности, рубки леса и лесопилок. [13]
Ранние операции по балансовой древесине основывались на лесозаготовках для распиловки пиломатериалов. Транспортировка бревен на лесопилку была серьезной проблемой, и использование воды для транспортировки пиломатериалов оказалось успешной тактикой. Водный транспорт был самым дешевым и единственным связующим звеном между лесопилкой и местом произрастания деревьев. Поскольку поиск доступных деревьев продолжался в направлении истоков рек, пропускная способность была улучшена различными формами улучшения рек. Плотины были одним из методов улучшения рек, а также использование запруженной воды для увеличения естественного течения реки. [14]
При лесозаготовках смешанных лесонасаждений лучшие деревья обычно используются для производства пиломатериалов , а худшие деревья и компоненты заготавливаются для производства балансовой древесины. Балансовая древесина обычно получается из четырех типов древесных материалов в ходе смешанной лесозаготовки:
Естественные лесные насаждения также могут быть вырублены исключительно для получения балансовой древесины, когда по разным причинам ценность деревьев как пиловочник низкая. Это может быть связано с преобладающими породами в лесном насаждении (например, некоторые осиновые леса на севере Северной Америки) или с относительной близостью ближайшей лесопилки или целлюлозного завода .
Чтобы помочь целлюлозно-бумажным фабрикам, обширные монокультуры хвойных деревьев эвкалипта, акации и других видов создаются как на Севере, так и на Юге, где быстрый рост деревьев, недорогая земля и рабочая сила, а также щедрые субсидии объединяются, чтобы сделать древесину дешевле. Экзотические деревья вторгаются в местные леса, луга, сельскохозяйственные угодья и пастбища, последствия в большинстве стран включают обнищание, ухудшение окружающей среды и сельские раздоры. [15]
Плантации полны деревьев, похожих на леса, но они сильно отличаются. Лес — это сложная, самовосстанавливающаяся система, состоящая из почвы, воды, микроклимата, энергии, разнообразной экосистемы с большим разнообразием растений и животных во взаимосвязи. Напротив, коммерческая плантация — это возделываемая территория, виды и структура которой были значительно упрощены для производства только нескольких товаров, таких как древесина, топливо, смола, масло или фрукты. Деревья на плантации имеют небольшой диапазон видов и возрастов и требуют обширного и последовательного вмешательства человека. [15]
Балансовая древесина также собирается на лесозаготовительных фермах, созданных специально для выращивания балансовой древесины, с небольшим или минимальным производством пиловочника. Монокультура видов, предназначенных специально для балансовой древесины, включает сосну ладанную и сосну слэш на юге США; различные виды эвкалипта (чаще всего Eucalyptus globulus и Eucalyptus grandis ) в Латинской Америке, на Пиренейском полуострове, в Австралии, на юго-востоке Азии. [16]
Плантации обычно заменяют посевы, луга или кустарниковые леса. Поскольку они используются для коммерческих нужд, они устанавливаются на здоровой почве, а их целью являются короткие циклы быстрого роста, требующие определенного уровня плодородия и водоснабжения. Поэтому они, как правило, занимают территории, уже используемые местным населением. [15]
Спасательные рубки после лесных пожаров, торнадо, ураганов или других стихийных бедствий часто используются для балансовой древесины. Альтернативным источником древесины для использования в крафт-целлюлозе является восстановленная древесина от сноса, промышленной переработки древесины и деревянных поддонов. [17]
Спасательная рубка — это удаление деревьев, которые были убиты или повреждены насекомыми, болезнями, ветром, льдом, снегом, вулканической активностью или лесным пожаром. Цель спасательной рубки — восстановить экономическую ценность деревьев до того, как они сгниют. Мертвые деревья быстро сгнивают, и время спасательной рубки имеет решающее значение для получения как можно большей экономической ценности. Спасательная рубка после пожара помогает управлять горючими материалами и будущим поведением пожара, если после сбора урожая обрабатывается порубочный материал. [18]
Отходы пиления используются в качестве балансовой древесины. Наиболее важными из них являются боковые обрезки от кромкообрезного станка. Это дает древесину почти с одной заболонью и без сердцевины. Заболонь легче варить [ 19] из-за более открытой структуры и меньшего содержания экстрактивных веществ , чем сердцевина. Длина волокон заболони, как правило, длиннее, чем длина волокон сердцевины. Заболонь также обычно легче, и это является преимуществом при производстве механической массы, так как требуется меньше отбеливания древесной массы.
Опилки дают очень короткие волокна, которые подходят как часть композиции для бумажных салфеток и писчей бумаги . Лезвия пил стали тоньше и с меньшими зубьями, что делает опилки слишком мелкими в качестве источника волокна. [20]
Побочные продукты сахарного тростника и бамбук используются в коммерческом производстве туалетной бумаги .
Древесная масса имеет множество современных применений, помимо производства бумаги и других применений, упомянутых в разделах «Применение мягкой древесины» и «Применение твердой древесины». Их применение может варьироваться от гигиенических продуктов до инновационных медицинских продуктов. [22]
Древесина также может использоваться в качестве сырья для новых биопродуктов, таких как экологически чистые технологии производства текстиля. Существует несколько способов использования балансовой древесины для разработки технологий, которые потребляют меньше энергии и химикатов. [22]
{{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь ) ; Отсутствует или пусто |title=( помощь )