Химические свойства бамбуковых материалов

Бамбуковые материалы обладают высоким содержанием целлюлозы, тонкой формой волокон, хорошими механическими свойствами и пластичностью. В качестве хорошей альтернативы древесному сырью для производства бумаги, бамбук может удовлетворить требованиям к целлюлозе для производства бумаги среднего и высокого качества. Исследования показали, что химический состав и свойства волокон бамбука обеспечивают хорошие целлюлозные свойства. По своим характеристикам бамбуковая целлюлоза уступает только целлюлозе из хвойных пород и превосходит целлюлозу из лиственных и травяных пород. Мьянма, Индия и другие страны находятся в авангарде мирового производства бамбуковой целлюлозы и бумаги. Китай в основном импортирует бамбуковую целлюлозу и бумагу из Мьянмы и Индии. Активное развитие отрасли производства бамбуковой целлюлозы и бумаги имеет большое значение для смягчения нынешнего дефицита древесного сырья.

Бамбук быстро растёт и обычно его можно собирать через 3-4 года. Кроме того, бамбуковые леса обладают сильным эффектом поглощения углерода, что делает экономические, экологические и социальные выгоды бамбуковой промышленности всё более очевидными. В настоящее время в Китае постепенно совершенствуются технологии и оборудование для производства бамбуковой целлюлозы, а основное оборудование, такое как щепки и целлюлозные машины, производится внутри страны. Крупные и средние линии по производству бамбуковой бумаги запущены в производство в провинциях Гуйчжоу, Сычуань и других регионах.

Химические свойства бамбука
В качестве биоматериала бамбук содержит три основных химических компонента: целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин, а также небольшое количество пектина, крахмала, полисахаридов и воска. Анализируя химический состав и характеристики бамбука, мы можем понять преимущества и недостатки его использования в качестве материала для целлюлозно-бумажной промышленности.
1. Бамбук имеет высокое содержание целлюлозы.
Для высококачественной готовой бумаги предъявляются высокие требования к целлюлозному сырью: чем выше содержание целлюлозы, тем лучше, и чем ниже содержание лигнина, полисахаридов и других экстрактов, тем лучше. Ян Ренданг и др. сравнили основные химические компоненты биомассы, такой как бамбук (Phyllostachys pubescens), сосна Массона, тополь и пшеничная солома, и обнаружили, что содержание целлюлозы составляло: сосна Массона (51,20%), бамбук (45,50%), тополь (43,24%) и пшеничная солома (35,23%); содержание гемицеллюлозы (пентозана) составляло: тополь (22,61%), бамбук (21,12%), пшеничная солома (19,30%) и сосна Массона (8,24%); содержание лигнина составляло: бамбук (30,67%), сосна Массона (27,97%), тополь (17,10%) и пшеничная солома (11,93%). Как видно, среди четырех сравниваемых материалов бамбук является вторым по объему сырьем для производства целлюлозы после сосны Массона.
2. Волокна бамбука длиннее и имеют большее соотношение длины к диаметру.
Средняя длина бамбуковых волокон составляет 1,49–2,28 мм, средний диаметр — 12,24–17,32 мкм, а соотношение сторон — 122–165; средняя толщина стенки волокна — 3,90–5,25 мкм, а соотношение стенки к полости — 4,20–7,50, что соответствует толстостенным волокнам с большим соотношением сторон. В качестве целлюлозного сырья в основном используется целлюлоза из биомассы. Для производства бумаги необходимо хорошее биоволоконное сырье с высоким содержанием целлюлозы и низким содержанием лигнина, что позволяет не только увеличить выход целлюлозы, но и снизить содержание золы и экстрактивных веществ. Бамбук обладает длинными волокнами и большим соотношением сторон, что приводит к большему переплетению волокон на единицу площади после переработки бамбуковой целлюлозы в бумагу, и, следовательно, к лучшей прочности бумаги. Поэтому целлюлозные свойства бамбука близки к свойствам древесины и превосходят свойства других травянистых растений, таких как солома, пшеничная солома и багасса.
3. Бамбуковое волокно обладает высокой прочностью.
Бамбуковая целлюлоза не только возобновляема, биоразлагаема, биосовместима, гидрофильна и обладает превосходными механическими свойствами и термостойкостью, но и имеет хорошие механические характеристики. Некоторые исследователи провели испытания на растяжение 12 типов бамбуковых волокон и обнаружили, что их модуль упругости и прочность на растяжение превосходят аналогичные показатели искусственных быстрорастущих древесных волокон. Ван и др. сравнили механические свойства на растяжение четырех типов волокон: бамбука, кенафа, пихты и рами. Результаты показали, что модуль упругости и прочность на растяжение бамбукового волокна выше, чем у трех других волокнистых материалов.
4. Бамбук имеет высокое содержание золы и экстрактивных веществ.
По сравнению с древесиной, бамбук имеет более высокое содержание золы (около 1,0%) и 1% экстракта NaOH (около 30,0%), что приводит к образованию большего количества примесей в процессе варки целлюлозы, что не способствует очистке сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности и увеличивает инвестиционные затраты на некоторое оборудование.

В настоящее время качество продукции компании Yashi Paper из бамбуковой целлюлозы соответствует требованиям стандарта ЕС ROHS, прошло испытания по стандартам ЕС AP (2002)-1, US FDA и другим международным стандартам пищевой безопасности, получило сертификат FSC 100% лесного хозяйства, а также является первым предприятием в провинции Сычуань, получившим китайский сертификат безопасности и качества; одновременно, продукция компании на протяжении десяти лет подряд отбирается Национальным центром инспекции бумажной продукции в качестве «продукции, соответствующей стандартам контроля качества», и компания также удостоена таких наград, как «Национальный бренд и продукция со стабильным качеством» в рамках программы «Китайский тур качества».