Przerób drewna i produkcja papieru

Drewno.
Podstawowym kierunkiem przetwórstwa drewna jest przemysł papierniczy, drewno jest również surowcem w przemyśle włókienniczym. Drewno stanowi największy surowiec odnawialny pod względem tonażowym na Ziemi. Większość drewna idzie na budownictwo i opał. Głównym składnikiem drewna jest celuloza. W łańcuchu jednej cząsteczki celulozy jest od kilku do kilkudziesięciu tysięcy pierścieni aromatycznych. Łańcuchy polimeryczne hemicelulozy mają taki sam skład lecz są o wiele krótsze (około 200 pierścieni). Lignina jest substancją o charakterze aromatyczno-alifatycznym. Związki wchodzące w skład cząsteczki ligniny to najczęściej pochodne fenoli. Grupy w cząsteczce ligniny połączone są łańcuchami alifatycznymi, do których podłączone są reszty glikozydowe (reszty cukrów).

Papier.
Aby z drewna otrzymać surowiec papierniczy trzeba pozbyć się ligniny i hemicelulozy.
Najstarszym procesem przerobu drewna jest jego rozdrabnianie mechaniczne. W wyniku tego
otrzymuje się ścier drzewny, z którego kiedyś wyrabiano papier. Obecnie oddzielenie celulozy od substancji towarzyszących uzyskuje się na drodze roztwarzania chemicznego. Do produkcji papieru wykorzystujemy ścier drzewny i celulozę. Produkcja papieru polega na łączeniu tych dwóch składników. Pierwszym etapem jest roztwarzanie chemiczne mające na celu oddzielenie od celulozy hemicelulozy i ligniny. Najpierw drewno korujemy, rozdrabniamy i ścieramy. Działamy na nie roztworem ługu sodowego i siarczku sodowego. Siarka nie jest surowcem ekologicznym (ścieki), dlatego co raz częściej stosujemy metody nie wykorzystujące siarki. Stosujemy roztwory alkaliów w rozpuszczalnikach organicznych. Alkalia ekstrahują część składników do roztworu.
Siarczek sodowy działa na ligninę tworząc kwasy lignino-sulfonowe rozpuszczalne w wodzie
(środki powierzchniowo czynne (dyspergatory). Po tych procesach mamy wydzieloną celulozę, reszta to ług powarzelny. W ługu powarzelnym znajdują się między innymi: wanilina (aromat) i gwajakol (po sulfonowaniu jest stosowany jako środek wykrztuśny).



Ług powarzelny można poddać fermentacji do etanolu. Z ługu można odzyskać również fenol i benzen. Ługi te stanowiły poważny odpad ponieważ mają dużą lepkość ze względu na obecność kwasów sulfonowych. Dodawano je do zapraw i klejów. Obecnie wytwarza się z nich środki powierzchniowo czynne. Z omówionych procesów pochodzą również takie produkty uboczne jak olej terpentynowy i ftalowy do produkcja farb i lakierów, terpentyna jest dobrym i tanim rozpuszczalnikiem pochodzenia organicznego. Otrzymaną w ten sposób celulozę poddajemy bieleniu, surowa jest żółto-brunatna. Dawniej do bielenia używano chloruj jako podchloryn sodowy, jest bardzo tani i selektywny ale uwalnia do środowiska związki chloru. Obecnie do bielenia zamiast związków chloru stosuje się nadtlenki (H2O2, i inne). Mamy już celulozę i ścier drzewny, możemy produkować papier. Najpierw przygotowujemy masę papierniczą. Powstaje ona w wyniku zmieszania ścieru drzewnego i celulozy drzewny, celuloza może być bielona. Do papierów bardziej szlachetnych dodaje się wyroby włókiennicze np. bawełna lub len. Następnie dodaje się wypełniacze: substancje klejące, sole mineralne. Po dokładnym wymieszaniu w młynach masę oczyszcza się z drobin nieroztartego drewna i pęczków celulozy. Następnym etapem jest spilśnienie i formowanie wstęgi papierniczej, odwodnienie jej na sitach i suszenie. Otrzymany papier poddaje się wykończeniu wstęgę papieru poddaje się kalandrowaniu czyli długotrwałemu walcowaniu, podczas tego procesu masa jest lekko zwilżona. Następnie wstęgę papieru uszlachetnia
się powlekając ją laminatem, mikropory i nierówności zakleja się przez nanoszenie kaolinu, kredy, klejów organicznych. Obecne przy produkcji papieru dąży się do maksymalnego wykorzystania papieru makulaturowego do 40[%], aby jednak było możliwe ponowne przetworzenie papier musi być odpowiednio produkowany, stosowana musi być odpowiednia poligrafia. Przetwarzanie polega na wydobyciu z zużytego papieru celulozy i ścieru drzewnego. Ponowne przetwórstwo prowadzi się ze względu na ochronę środowiska: odpady i konieczność wycinania drzew.

Żywicowanie lub ekstrakcja drewna.
Żywica wycieka z naciętego pnia drzewa. Żywicę poddaje się destylacji frakcjonowanej na
terpentynę, z której wyrabia się np. pasty czyszczące do podłóg, otrzymuje się również kalafonię stosowaną do uszlachetniania mydła oraz produkcji farb i lakierów.

Rozkład termiczny drewna.
Proces ten był bardzo rozpowszechniony w latach 20 ubiegłego wieku, choć znano go jeszcze przed rozwojem przemysłu drzewnego. Drewno, najczęściej z drzew liściastych układa się na stos i zasypuje ziemią, proces ten przebiega bez dostępu powietrza, stos podpala się. W ten sposób otrzymuje się smołę i węgiel drzewny. Metoda ta stosowana jest w krajach o dużych zasobach drewna jak USA, Kanada i Rosja.

Zcukrzanie drewna.
Jest to hydroliza kwasowa celulozy. Celuloza jest policukrem, można ją rozłożyć na cukry proste typu pentoz i heksoz. Heksozy poddane fermentacji dają etanol. Procesowi temu poddaje się odpady drewna (wióry). Hydroliza następuje przy pomocy rozcieńczonego H2SO4, powstały roztwór poddaje się fermentacji. Ze 100[kg] trocin można uzyskać 20[l] etanolu. W wyniku fermentacji pentoz otrzymuje się furfural:



Znajduje on zastosowanie przy produkcji klejów i żywic w przemyśle budowlanym i przemyśle tworzyw sztucznych.