Технология производства нанокомпозита древесины с уникальными свойствами

«Технология производства нанокомпозита древесины с уникальными свойствами» Автор и ГИП проекта Воронин Борис Юрьевич

Предложение инвесторам • • • Структура капитальных вложений в проект: Общая стоимость строительства - 3. 238, 45 млн. руб. * (100%) Примечание: * без стоимости патентов. Стоимость основных фондов и выполненных вложений Вороным Б. Ю. в проект на 2011 год - 430, 15 млн. руб. (13, 28 %); Планируемые вложения в СМР от ООО «Термо. Газ. Строй» - 241, 14 млн. руб. (7, 45%); в том числе: Предложение инвестору за долю собственности 50, 44 % в новом предприятии: Кредит под банковскую гарантию Банка класса «А» под поручительство инвестора, сроком на 3 года 808, 76 млн. руб. (24, 97%); Прямые инвестиции от инвестора или группы инвесторов - 1. 633, 32 млн. руб. (50, 44 %).

Инновационный проект: «Глубокая переработка древесины хвойных пород в высококачественную клеёную продукцию на основе нанотехнологий» - является научно-конструкторской разработкой промышленной реализации новейшей технологии комплексной переработки восстанавливаемых лесосырьевых биоресурсов и выпуску экологически природно чистой продукции - строительных и поделочных материалов из нанокомпозита древесины и получению полуфабрикатов для производства Арабиногалактана и Дигидрокверцетина[1 -4]. Актуальность проекта - Россия самая большая по территории страна мира, в которой таёжные леса занимают площадь 11 млн. кв. км и это самый крупный лесной массив планеты Земля. Основу таёжных массивов составляют хвойные породы древесины пихта, сосна и лиственница, перемешанные берёзой, осиной, ольхой и ивой. Производство экологически чистых природных компонентов для фармацевтической, пищевой и косметической промышленностей – является первостепенной мировой задачей.

Предпосылка – свойства лиственницы зафиксированные исторически факты: • При строительстве Венеции около 400 тыс. штук • лиственничных свай было забито для укрепления оснований различных сооружений. В 1927 году спустя почти 1400 лет, часть свай была обследована. В заключении о прочности сказано, что сваи из лиственничного леса, на которых основана подводная часть города как будто окаменели. Дерево сделалось до того твердым, что и топор, и пила едва берет его. Другой пример – сваи Троянского моста через Дунай простояли 1800 лет.

Натуральную древесину характеризуют: n n n Экологичность: за счёт уникальных природных свойств дерева, обеспечивающих естественное кондиционирование помещений; Технологичность: высокая прочность клеевых соединений и возможность изготовления длин до 36 метров, дающих новые возможности при решении архитектурных и дизайнерских замыслов, при этом высокая заводская готовность КДК позволяют в кратчайшие сроки и с минимальными затратами возводить комфортное индивидуальное жильё; Прочность: получаемая за счёт плотной структуры материала и четкости геометрических форм бруса; Надёжность: достигаемая за счёт высоких показателей несущей способности при малом весе, наряду с повышенными показателями сейсмостойкости; Эстетичный внешний вид: мебельное качество поверхности бруса не требует дополнительной отделки.

Впервые в мире разработан новый уникальный строительный и поделочный материал пористый нанокомпозит на основе природной матрицы - нанокомпозит древесины. • Пористый нанокомпозит – это искусственно получаемый материал, состоящий из полимерной матрицы пористого материала естественного или искусственного происхождения, в котором весь объём внутри тела равномерно по поверхностям микро- и макропор, покрыт плёнкой нано размера, придающей материалу дополнительные, отличные от исходного новые свойства. Схема разрезов трахеид - пор древесины с адсорбированными на стенках пор кристаллами в виде нано размерной пленки, которая образуется из компонентов пропиточного состава в результате применения технологии сушки, пропитки и нанообработки натуральной древесины. 1 — кристаллическая нано плёнка на поверхностях пор древесины; 2 — микропоры размером 1– 5 nm, заполненные остаточной связанной влагой; г — трахеиды; д — лучевая трахеида; к — окаймлённые поры.

Нанокомпозит древесины - экологически чистый материал обладает дополнительными новыми свойствами: • • • 1 -ю категорию огнезащиты, что соответствует показателям огнезащиты древесины — Г 1, РП 1, В 1, Д 2 (по НПБ 244). В результате такой обработки обыкновенная, легко возгораемая древесина превращается в слабогорючий (Г 1), не распространяющий пламя (РП 1), трудновоспламеняемый (В 1) материал с умеренной дымообразующей способностью (Д 2). Достижения таких показателей практически не возможно при использовании обработки древесины огнезащитным составам способами поверхностного нанесения антипирена — кистью, валиком или распылителем Высший класс грибостойкости, который характеризуется длительным, или практически полным отсутствием воздействия биологически активных микроорганизмов на тело древесины; Гидрофобность. Древесина из гидрофильного материала становится гидрофобным, характеризуется полным отсутствием впитывания влаги телом древесины, что в свою очередь приводит к отсутствию разбухания и изменения геометрических размеров материала, вследствие чего не происходит трещинообразования, при этом тело древесины становится совершенно стабильным по геометрическим размерам во время и после воздействия влаги или влажного воздуха; Повышенную плотность и прочность. Увеличение плотности и прочности на 10 – 25% приводит к уменьшению трещинообразования, а с учётом пластических свойств древесины, к увеличению сейсмостойкости изделий и конструкций; Увеличенный в 2 раза срок службы. Изделия из нанодревесины за счёт совокупности новых приобретённых свойств древесины как огнестойкость, грибостойкость, гидрофобность, увеличенные плотность и прочность суммарно дают общий эффект увеличения срока службы изделий более чем в 2 раза; Дополнительно позволяют улучшить качество последующего лакокрасочного покрытия при уменьшении расхода лакокрасочных материалов более чем в 2 раза.

Общая технологическая схема глубокой переработки древесины Основа технологии - сушка, пропитка и нанообработка выполняются в одном устройстве за три основных технологические операции. Принципиальная схема устройства для вакуумной сушки пропитки и нанообработки: 1. вакуумная сушильная камера; 2. загрузочная изолирующая дверь; 3. теплообменный блок; 4. транспортная тележка для пиломатериала; 5. штабель из пиломатериала; 6. водо-воздушный или паро-воздушный теплообменник; 7. вентилятор; 8. водонагреватель или паровой котел; 9. циркуляционный насос для горячей воды; 10. вакуумный насос; 11. быстродействующий клапан связи с атмосферой; 12. трубопровод подачи пропиточного раствора; 13. термоизолированная ёмкость с подогревом для хранения пропиточного раствора; 14. насос для подачи пропиточного раствора; 15. трубопроводная система сбора жидкости – «вытяжки» .

Технология позволяет Производить: нанокомпозит древесины Попутно получать: • Арабиногалактан (АГ) (arabinogalactan) – водорастворимый полисахарид разветвленного строения с высокой молекулярной массой и размерами молекулы около 2 nm. Сибирская лиственница содержит АГ до 16%. Его растворы обладают пониженной вязкостью, легко проникают в капиллярные системы растительной и животной ткани. Обладает свойствами антипирена. Образует уникальные нанобиокомпозитные комплексы с различными нерастворимыми молекулами, в частности, с дигидрокверцитином, и может переносить такие молекулы вглубь биологической ткани. В технике используются клеящие свойства арабиногалактана для повышения прочности высококачественной бумаги. • Дигидрокверцетин (ДГК) (Dihydroquercetin) – очень сильный антиоксидант, обладающий способностью захватывать свободные радикалы в биологических тканях, и тем самым блокировать реакции окисления, горения, процессы гниения. Максимальное количество ДГК в природе содержит Сибирская лиственница. Препараты на его основе, в США и Европе известные как «таксифолин» (Taxifolin), очень широко используется в медицине для укрепления сосудов, как высокоэффективное сырьё для косметического производства, различных биологически активных добавок (БАД), регуляторов и стимуляторов роста растений и т. д. Техническое применение дигидрокверцитина для предотвращения биологической коррозии внутренней поверхности трубопроводов и в качестве компонентов высококачественных моторных маслах.

В технологии пропитки и нанообработки натуральной древесины АГ используется в качестве: n n n наностабилизирующей матрицы и восстановителя для синтеза наноразмерных металлических и, или оксидных соединений с нерастворимыми и, или слаборастворимыми компонентами с последующим образованием пропиточных составов водных растворов; биологически активного агента для пропитывающих составов из растворимых и нерастворимых веществ, который: стимулирует и ускоряет процессы движения водного раствора в микро и макропоры древесины; усиливает проникновение компонентов в наноразмерные поры размером от 3 -5 nm; способствует адсорбции и структурированию компонентов на поверхностях стенок микро и макро пор, формируя процесс образования нанодревесины. Фотография частиц диаммоний фосфата - АГ в водном растворе, полученная методом флуоресцентной рентгеновской микрофотографии. Размеры частиц фосфор содержащего антипирена с содержанием 5% по массе от водного раствора АГ, находятся в диапазоне от 0, 1 до 1, 0 nm, при этом более 80% частиц имеет размер до 0, 4 - 0, 5 nm.

Нанотехнология обработки древесины n n n Нанотехнология обработки древесины (НОД) – это глубокая вакуумная сушка и пропитка древесины водным раствором нано размерных веществ с последующей их мономолекулярной и полимолекулярной адсорбцией на поверхностях микро и макропор древесины путём физико-химического структурирования нано плёнки нерастворимых кристаллов, компонентно входящих в состав пропиточного раствора. Основным отличием нанообработки натуральной древесины от всех существующих способов обработки антипиренами и антисептиками – является глубина и равномерность распределения пропитывающих составов по всему объёму обрабатываемого тела за счёт эффекта вакуумного «вдавливания» раствора внутрь пористого тела древесины. При этом глубина пропитки и обработки достигает 20 -25 mm от поверхностного слоя. Соответственно, при сушке, пропитке и нанообработке пиломатериалов толщиной до 50 mm, достигается полная 100% однородная пропитка, с последующей адсорбцией и равномерным образованием нано размерной плёнки на поверхностях микро и макро пор по всему телу древесины при получении (образовании) нанокомпозита древесины. Применение разработанной нанотехнологии обработки древесины позволяют на весь срок службы изделий из нанодревесины получить показатели огнезащиты древесины — Г 1, РП 1, В 1, Д 2 (по НПБ 244). В результате такой обработки обыкновенная, легко возгораемая древесина превращается в слабогорючий (Г 1), не распространяющий пламя (РП 1), трудновоспламеняемый (В 1) материал с умеренной дымообразующей способностью (Д 2). Достижения таких показателей практически не возможно при использовании обработки древесины огнезащитным составам способами поверхностного нанесения антипирена — кистью, валиком или распылителем. Благодаря биополимеризации компонентов АГ, антипирена и антисептика на стенках микро и макропор в виде наноразмерной плёнки, которая прочно закрепляется и удерживается равномерно по всему телу, обеспечивается длительный эффект антисептической и огневой защиты, практически на весь срок службы древесины. Длительное (более 10 лет) разрушающее воздействие окружающей среды от эффекта выветривания под воздействием солнечных лучей, влаги, мороза, способны разрушить только поверхностный микрослой, при этом внутренние слои древесины защитных свойств не теряют. Вакуум-гидротермальные технологические приёмы процессов извлечения арабиногалактана (АГ), последующий синтез наноразмерных комплексных молекул на основе АГ с биозащитными и антипиреновыми свойствами, а так же пропитка древесины модифицированными комплексными растворами АГ/антисептик + антипирен, легко вписываются в общую технологическую цепочку глубокой переработки хвойного сырья на стадии сушки и пропитки. Последующая вакуумная нанообработка за счёт совокупности физико-химических превращений компонентов древесины и пропиточного состава - завершает технологический цикл. Что в комплексе позволяет на практике в промышленных масштабах реализовать технологию производства нового экологически чистого строительного материала - нанокомпозита древесины.

Основные ТЭП завода n n n n Основа технологии российская разработка производства нанокомпозита древесины и немецкое оборудование компании “Weinig”; Годовой объём производства – 60 тыс. м 3/год; Годовая реализация с экспортом – 2. 533, 0 млн. руб. ; Чистая приведенная стоимость по проекту (NPVproject) 1. 605, 2 млн. руб. ; Численность трудящихся на полное развитие 1470 рабочих мест (с лесозаготовкой, строительством коттеджей, производством мебели); Средняя отпускная цена внутреннего рынка – 22 тыс. руб. м 3; Полная стоимость проекта 3. 238 млн. руб. ; Полная окупаемость вложений 5 лет 5 месяцев. Проект «Глубокая переработка древесины хвойных пород в высококачественную клеёную продукцию на основе нанотехнологий» вошел в комплексный план (КИП) развития г. Новокузнецка до 2020 г. получил официальную поддержку со стороны Полномочного представителя Президента РФ в СФО и Администрации Кемеровской области. В г. Новокузнецке силами ООО «Термо. Газ. Строй» ведётся строительство завода по глубокой переработке древесины хвойных пород в высококачественную продукцию на основе нанотехнологий, освоено более 430 млн. руб. капитальных вложений. Для производства наноструктурных строительных материалов: стеновых и несущих конструкций, балок, мебельного щита, различных профилей, оконных и дверных блоков в проекте реализуется ключевая технология предварительной вакуумной сушки, пропитки и обработки древесины.

Применение нанокомпозита древесины Следует отметить особое значение использования клеёных деревянных конструкций – КДК из нанокомпозита древесины для нужд МЧС. КДК при незначительном весе конструкций являются быстровозводимыми зданиями и сооружениями из комплектов 100% заводской готовности, при этом для монтажа применяются самые простые грузоподъёмные машины и механизмы. Дом, мост через реку, ангар и другие сооружения можно собрать даже вручную, используя только лебёдки и блоки. Особое значение КДК из нанокомпозита древесины будут имеют при строительстве различных объектов в сложных климатических условия влажности и сейсмичности. Потенциально продукция из нанокомпозита древесины к 2030 г. должна занять не менее 70% мирового рынка клеёных изделий. Экспертная оценка ёмкости рынков клеёной продукции: n внутренний рынок России около 1, 5 млн. м 3 в год; n рынок ЕС 5, 5 млн. м 3/год; n рынок Северной Америки (США , Канада) 8, 5 млн. м 3 в год; n рынок Японии 1, 5 – 2, 0 млн. м 3 в год.

Материалы презентации составлены на основании публикаций по теме: «нанокомпозит древесины» n n n 1. «Производство клеёных деревянных конструкций из нанокомпозита древесины» , Воронин Б. Ю. директор ООО «Термо. Газ. Строй» , ГИП проекта. Статья, публикация в электронном журнале «Nano. News. Net. ru, Nano. Market. ru» . 2011 г. ; 2. «Производство нанокомпозита древесины – учимся у природы» , Воронин Б. Ю. директор ООО «Термо. Газ. Строй» , ГИП проекта. Статья, публикация в электронном журнале «Nano. News. Net. ru, Nano. Market. ru» . 2011 г. ; 3. «Нанокомпозит древесины – уникальные свойства» , Воронин Б. Ю. директор ООО «Термо. Газ. Строй» , ГИП проекта. Статья, публикация в электронном журнале «Nano. News. Net. ru» . 2011 г. ; 4. «Технология и комплексная механизация производства клеёного бруса из нанокомпозита древесины» , Воронин Б. Ю. директор ООО «Термо. Газ. Строй» , ГИП проекта. Статья, публикация в электронном журнале «Nano. News. Net. ru» . 2011 г. ; 5. «Нанодревесина - нанокомпозит древесины – инновационный строительный материал XXI века» , Воронин Б. Ю. директор ООО «Термо. Газ. Строй» , ГИП проекта. Статья, публикация в электронном журнале «Nano. News. Net. ru» . 2011 г. ; 6. Мониторинг - РОСНАНО * Автор: Воронин Б. Ю. директор ООО «Термо. Газ. Строй» , ГИП проекта. Статья «Производство клеёных деревянных * Автор: Воронин конструкций из нанокомпозита древесины» публикация в электронном журнале «Nano. News. Net. ru, Nano. Market. ru» . rusnano. com › Document. aspx/Download/31231; 7. Все новости (архив) » Новостной портал - WND. SU - мировые новости. . . В избранное | Контакты | Карта сайта | Новости СНГ. Главная. Вакансии. Реклама на портале. … 26 мая 2011 17: 15 - Нанокомпозит древесины – уникальные свойства. wnd. su›yasitemap/page 52/ ; wnd. su› yasitemap/page 52/ ; 8. http: //www. admnkz. ru «Комплексный инвестиционный план модернизации моногорода Новокузнецк» паспорт, 2010 г. стр. 108– 110.