В настоящее время основными породами для варки лиственной сульфатной целлюлозы на европейском севере Российской Федерации являются береза и осина. Запасы осины в возможных для эксплуатации лесах составляют 4–5%, березы 13–16% от общего количества древесных пород [Гелес и др., 1983; Паутов и др., 2000; Осипов и др., 2002]. Содержание смолы в этих породах неодинаково и может варьироваться в зависимости от возраста деревьев, сезона и места произрастания от 0,7 до 2,9% [Routa и др., 2017] и доходить до 6,8% [Осипов и др., 2002].

Источник публикации и ссылка для цитирования – Якимов С.А., Кокшаров А.В., Белых Е.В. Влияние продолжительности хранения лиственной древесины в виде балансов на содержание смолы в древесине и небеленой сульфатной целлюлозе // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2023. Вып. 245. С. 331–339. DOI: 10.21266/2079-4304.2023.245.331-339

Содержание смолы в целлюлозе, полученной сульфатной варкой этих пород, может варьироваться от 0,15 до 0,45% в зависимости от многих факторов: места заготовки, периода заготовки, срока хранения древесины, заражённости грибком, соотношения березы и осины на варку, условий подготовки щепы, условий варочного процесса, качества промывки и сортирования целлюлозы, схемы и условий отбелки. Наличие большого количества смолы в лиственной целлюлозе приводит к смоляной сорности в готовой продукции и смоляным отложениям на оборудовании. Было исследовано влияние продолжительности хранения березовой и осиновой древесины в виде балансов летней заготовки на снижение содержания смолы. Актуальность работы заключается в том, что в литературных источниках не исследовано влияние условий и времени хранения лиственной древесины в производственных условиях на содержание смолы в древесине. Цель и научная новизна исследования состояла в том, чтобы оценить с помощью долговременного статистического наблюдения влияние усредненных погодных и производственных факторов при хранении лиственной древесины на содержание смолы в древесине, поступающей на варку.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве образцов использовались свежесрубленные балансы древесины березы летней заготовки диаметром в комле 200 мм и осины – 210 мм, длиной 4000 мм. Географические координаты заготовки – Архангельская область (61^о18’ 51’’ с.ш., 47^о10’ 08’’ в.д.). Балансы были помещены в естественных условиях на свежем воздухе под навес, чтобы избежать влияния солнечных лучей и прямого попадания осадков. Для анализа отпиливались шайбы толщиной 25 мм, отступая от торца 100 мм. Затем шайбы окаривались, вручную расщеплялись на щепу толщиной 2,5 мм, щепа выравнивалась и размалывалась до опилок. Размолотые опилки анализировались на содержание смолы по хлористому метилену аналогично анализу целлюлозы по ГОСТ 6841–77. Анализ жесткости целлюлозы проводился по ГОСТ 10070, белизны целлюлозы по ГОСТ 30437, разрывной длины по ГОСТ 13525. Заготовленная на хранение древесина на содержание смолы анализировалась периодически, раз в 12–15 дней. Анализ содержания смолы в производственной лиственной щепе, поступающей на варку сульфатной лиственной целлюлозы, проводился раз в неделю в течение 2019–2021 гг.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Данные по содержанию смолы в заготовленной для эксперимента березовой и осиновой древесине в зависимости от времени хранения представлены на рис. 1.

Как видно из рис. 1, содержание смолы в свежесрубленной березовой древесине значительно выше, чем в осиновой. Содержание смолы во взятой для исследования лиственной древесине в первые 40 дней снизилось в березе на 40%, в осине на 22%, затем скорость снижения замедляется, что не совсем совпадает с данными, приведенными в работе [Миловидова, 2013], где сказано, что резкое падение содержания смолы в березовых балансах при хранении происходит в первые 3–4 месяца.

Продолжительность хранения древесины оказывает влияние не только на снижение содержания смолы в древесине, что является благоприятным фактором для производственных условий, но также снижает прочность полученной целлюлозы. Однако, помимо времени хранения древесины, на физико-механические показатели целлюлозы влияет множество других факторов. При анализе производственных данных, влияющих на содержание смолы в целлюлозе и ее прочностные показатели, трудно выделить основные факторы, так как не все их можно отследить и оценить в реальных условиях производственного процесса. В лабораторных условиях это сделать значительно проще, изменяя, например, только один фактор, а остальные выдерживая постоянными. Поэтому в лабораторных условиях был проведен эксперимент по оценке влияния времени хранения лиственной древесины на физико-механические показатели целлюлозы и содержание смолы в целлюлозе после сульфатной варки.

Для варки использовалась смесь березы и осины в соотношении 50 на 50%. Древесина в виде чурок хранилась в отапливаемом помещении с кондиционером, где поддерживалась постоянная температура 22^оС и влажность воздуха 50%. Перед варкой отпиливались «блины» толщиной 25 мм и вручную рубились на щепу толщиной 2,5 мм. Потом щепа перемешивалась в заданном соотношении (50% березы и 50% осины), и проводилась сульфатная варка при постоянном заданном режиме. Это позволило исключить большинство внешних факторов, таких как вариация породного и фракционного состава щепы, условия хранения древесины, режим варки и других менее значимых факторов. Расход активной щелочи на варку составил 17%, конечная температура варки – 170^оС, время стоянки на конечной температуре – 90 мин. Данные представлены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, при увеличении времени хранения в выбранных условиях незначительно увеличилась жесткость небеленой целлюлозы с 17,2 до 18 единиц Каппа. Увеличение выхода целлюлозы, вероятнее всего, связано с увеличением ее жесткости. Изменений белизны и разрывной длины небеленой целлюлозы практически не произошло. Наибольшее влияние увеличение времени хранения щепы оказало на содержании смолы в небеленой целлюлозе. Содержание смолы снизилось с 0,79% при 1 мес. хранения до 0,75% при 6 мес. хранения, но затем скорость снижения смолы в небеленой целлюлозе резко возросла, достигнув 0,59% при 12 мес. хранения древесины. Это следует учитывать, если решающим фактором для предприятия являются проблемы со смоляными затруднениями.

Другими факторами, которые редко учитываются при анализе содержания смолы в древесине и целлюлозе, являются погодные условия и законодательные требования в данной местности. Так, например, в осенний и весенний периоды закрыты дороги для большегрузного транспорта и поставка древесины на предприятие осуществляется только железнодорожным транспортом, в результате чего для варки используется древесина более длительного времени хранения. Такие закономерности можно оценить только статистическими методами при большом и регулярном наборе данных, что осуществляется не на всех предприятиях.

Был проведен анализ большого количества данных по содержанию смолы в лиственной щепе, поступающей на сульфатную варку лиственной целлюлозы, за период 2019–2021 гг. Анализы поступающей щепы проводились еженедельно, композиционный состав щепы на варку поддерживался автоматически с точностью ±2% (смесь березы 50% и осины 50%), что позволило минимизировать влияние данного фактора на содержание смолы в щепе. Данные по содержанию смолы в поступающей на варку лиственной щепе представлены на рис. 2.

Как видно из рис. 2, содержание смолы в щепе, поступающей на варку, подвержено значительным колебаниям, но основные закономерности все же прослеживаются. Максимальное содержание смолы в щепе приходится на зимний период, минимальное – на осенний. Вероятнее всего, это связано с сезонными и производственными условиями поставок и хранения древесины. В летний период происходит накопление древесины на производственной площадке, и поэтому она хранится дольше; также в теплое время года происходит более быстрое снижение содержания смолы в древесине. В осенний и зимний периоды запасы древесины меньше, время хранения ее снижается, также сказывается более низкая температура при хранении.

Проведенные исследования нашли практическое применение в производственном процессе. То, что содержание смолы в древесине падает наиболее интенсивно в первые 1–1,5 мес., а затем падение замедляется, показало, что необходимо выдерживать древесину перед переработкой с целью снижения содержания смолы в целлюлозе не менее 1,5–2 мес., в то же время более длительное хранение (до года) не оказывает заметного влияния на физико-механические показатели целлюлозы. Статистические наблюдения за содержанием смолы в лиственной щепе, поступающей на варку, подтверждены результатами лабораторных исследований. Внешние факторы, влияющие на время хранения древесины, аналогичны по результатам с лабораторными закономерностями.

ВЫВОДЫ

1. Увеличение времени хранения древесины приводит к снижению содержания смолы в древесине. Причем содержание смолы в свежесрубленной древесине резко упало в первые 15–30 дней, затем скорость снижения замедляется.

2. Хранение лиственной древесины в кондиционированном помещении при постоянных температуре и влажности в течение одного года практически не оказало влияния на изменение физико-механических показателей небеленой сульфатной лиственной целлюлозы, за исключением содержания смолы, которое снизилось в целлюлозе с 0,79% до 0,59% через 12 мес.

3. При хранении древесины в производственных условиях наиболее низкое содержание смолы в лиственной щепе, поступающей на варку, по результатам мониторинга за 2019–2021 гг., наблюдается в осенний период, наиболее высокое в зимний период. Это, вероятнее всего, связано с особенностями и временем хранения древесины на предприятии.

Сергей Якимов, директор по производству

Александр Кокшаров, руководитель отдела по научно-исследовательской работе

Екатерина Белых, руководитель службы качества

Филиал АО «Группа «Илим» в г. Коряжме

Библиографический список