Saplākšņa saistvielas optimizācija aizstājot fosilos izejmateriālus un efektivizējot resursu izmantošanu

2023.gada aprīlī uzsākts projekts “Saplākšņa saistvielas optimizācija aizstājot fosilos izejmateriālus un efektivizējot resursu izmantošanu”, kura ietvaros tiek pētīta suberīnskābju iegūšana ūdens vidē gan no ekstrahētas, gan neekstrahētas bērza tāss, suberīnskābju pielāgošana saplākšņa līmēšanai, suberīnskābju iegūšanas blakusproduktu izpēte, etanola vidē iegūto suberīnskābju izmantošanas iespēju izpēte laminēto saplākšņu pretuzbriešanas pārklājumu īstenošanai.

Projekta rezultātā saplākšņu līmēšanā izmantotie neatjaunojamie dabas resursi – fenols un formaldehīds, tiks aizstāti ar atjaunojamiem dabas resursiem – lignīnu un suberīnskābēm, kuri iegūti kā blakusprodukti citos rūpniecības procesos, tādējādi pilnībā vai daļēji atbrīvojoties no kaitīgajiem naftas produktiem, samazinot nepieciešamību pēc izejvielu importa. Tāpat arī tiks pētīti citi iespējamie pielietojumi suberīnskābēm un to iegūšanas procesā radušajiem blakusproduktiem.

Īstenojot pētniecības projektu tiek plānots, ka izdosies izstrādāt komerciāli veiksmīgus risinājumus, kas ļaus palielināt bērza saplākšņa konkurētspēju salīdzinājumā ar citiem materiāliem. Saplākšņa lietotājiem tiks piedāvāts meža un koksnes produktu nozares materiāls ar samazinātu fosilo resursu īpatsvaru saistvielā, vienlaicīgi nodrošinot reģionālo atjaunojamo resursu padziļinātu pārstrādi un efektīvāku tehnoloģiju izmantošanu.

Projekta īstenošanas laiks: 04.2023 – 03.2026

---

2023. gada I ceturksnis

• Apzinātas alternatīvas iespējas kraft lignīna efektīvākai disperģēšanai un/vai to šķīšanas pakāpes palielināšanai pamatšķīdumā;
• Noteiktas potenciālās piedevas, kuras var uzlabot kraft lignīna disperģēšanu/šķīšanu;
• Nodefinēti maisīšanas režīmi, kuri potenciāli uzlabos kraft lignīna disperģēšanu/šķīšanu;
• Izstrādāts testēšanas plāns (protokols), pēc kurā būs veikti laboratorijas eksperimenti.

---

2023. gada II ceturksnis

• Atbilstoši testēšanas plānam un protokolam uzsākti laboratorijas eksperimenti;
• Kvalitatīvāku rezultātu iegūšanai, koriģēta darba procedūra atbilstoši pirmajiem saņemtajiem praktiskajiem testēšanas rezultātiem;
• Izvērtējot potenciālo izmantojamo kraft lignīna disperģēšanas/šķīšanas uzlabošanas piedevu testēšanas rezultātus, turpmākajai izpētei nākamajā testēšanas posmā izvēlētas 3 labākos rezultātus uzrādījušās piedevas;
• Precizēts tehnoloģiskā pētījuma procesa īstenošanai vajadzīgais papildus materiāltehniskais nodrošinājums un veikta iekārtu, materiālu pasūtīšana turpmākai stabilitātes pētījumu nodrošināšanai;
• Sagatavota atskaite par kraft lignīna un dažādu piedevu maisīšanas testiem, iegūtajiem rezultātiem.

---

2023. gada III ceturksnis

Īstenota aktivitāte RP 1.3. “Kraft lignīna stabilitātes pētījums”, kurā veiktas sekojošas darbības:

• Pateicoties jauna aprīkojuma pieejamībai, papildināts stabilitātes pētījuma plāns;
• Veikts kraft lignīna pamatšķīduma stabilitātes pētījums dažādos nosacījumos (a) Pie istabas temperatūras, b) Paaugstinātā temperatūrā, c) Pie nepārtrauktas maisīšanas);
• Apstrādāti un apkopoti testēšanas rezultāti;
• Balstoties uz iegūtajiem datiem, sākta sveķu oriģinālās receptes pielāgošana laboratorijas sintēzei.

Sadarbībā ar Koksnes Ķīmijas institūtu īstenota aktivitāte RP 3.2. “Suberīnskābju iegūšana no ekstrahētas bērza tāss ūdens vidē”, kā rezultātā:

• Izstrādāta bērza tāss raksturošanas metode, lai noteiktu tīras tāss sastāvu;
• Iegūtas un raksturotas četras dažādi iegūtas no bērza tāss izdalītas suberīnskābes;
• No iegūtajām suberīnskābēm dažādos režīmos salīmēti un testēti saplākšņi;
• Iegūti sākotnējie dati par suberīnskābju saistvielu;
• Iesniegts pieteikums 24.-26.aprīlī notiekošajai konferencei “BTechPro!”.

---

2024.gada IV projekta ceturksnis

Īstenota  projekta aktivitāte RP 1.4 “Sveķu oriģinālas receptes pielāgošana laboratorijas sintēzei”, kurā veiktas sekojošas darbības:

• Balstoties uz iepriekšējiem aktivitāšu rezultātiem, izveidotas receptes sintētisko sveķu sintezēšanai laboratorijā.
• Modificēta oriģinālā sintētisko sveķu recepte, lai varētu pievienot jaunās piedevas un palielināt fenola aizvietošanas pakāpi. Izstrādātās receptes ietver sveķu sintēzi ar šādiem nosacījumiem:
  • Izmantojot kraft lignīnu no dažādiem piegādātājiem,
  • Mainot fenola aizvietošanas pakāpi,
  • Pievienojot dažādas piedevas sintēzes laikā.
• Automatizēta recepšu tabula, lai vienlaicīgi ņemtu vērā vairākus parametrus.

Sadarbībā ar Koksnes Ķīmijas institūtu īstenota aktivitāte RP 3.1 “Suberīnskābju iegūšana no neekstrahētas bērza tāss ūdens vidē” un aktivitāte RP 3.3 “Suberīnskābju iegūšana no neekstrahētas bērza tāss etanola vidē”, kā rezultātā:

• Projekta ietvaros izdevās iegūt suberīnskābes ar augstu tīrības pakāpi un zemāku polimerizācijas pakāpi, padarot tās īpaši piemērotas koksnes piesūcināšanai.
• Izmantojot etanola vidi, tika veiksmīgi atdalītas ligno-ogļhidrātu daļiņas, samazinot nepieciešamību pēc papildu apstrādes un uzlabojot suberīnskābju iegūšanas efektivitāti.
• Ar pielietotām inovatīvām tehnikām izdevās būtiski palielināt saistvielu iznākumu, sasniedzot līdz pat 67% no sākotnējās izejvielas masas.

---

2024.gada V projekta ceturksnis

Projektā P7 laika posmā no 1.04.2024 līdz 30.06.2024 īstenota aktivitāte RP 1.5. “Sveķu sintēze laboratorijas mērogā” un aktivitāte RP 3.4. “Suberīnskābju iegūšana no ekstrahētas bērza tāss etanola vidē”.

Aktivitātes RP 1.5. ietvaros:

• Balstoties uz iepriekš izstrādātām sintētisko sveķu sintēzes receptēm, veikta sveķu sintezēšana laboratorijas mērogā;
• Laboratorijā ar dažādiem nosacījumiem sintezēti sintētiskie sveķi: Izmantojot kraftlignīnu no dažādiem piegādātājiem, mainot fenola aizvietošanas pakāpi, pievienojot dažādas piedevas sintēzes laikā;
• Apkopota informācija, kas iegūta sintēzes laikā;
• Izanalizēti iegūtie rezultāti, pēc kuriem secināms ka sintēzes process var ievērojami atšķirties atkarībā no piegādātāja.

Aktivitātes RP 3.4. ietvaros:

• Izstrādāta labākā metode suberīnskābju saistvielas iegūšanai no bērza tāsīm;
• Iegūti bērza saplākšņi izmantojot iepriekš iegūtās suberīnskābes;
• Iegūtas vairākas suberīnskābes spirta vidē, kuras piemērotas kā saplākšņa pret uzbriešanas pārklājumi;
• Ar no spirta vidē iegūtajām suberīnskābēm pārklāti saplākšņa paraugi, no kuriem vairāki izrāda potenciālu tikt izmantotiem kā pret uzbriešanas pārklājumi.

---

2024.gada VI projekta ceturksnis

Projektā P7 no 1.07.2024 līdz 30.09.2024 īstenotas aktivitātes RP 1.6. “Sveķu laboratorijas testēšana”, RP 3.5. “Katalizatoru izmantošana presēšanas temperatūras samazināšanai” un  RP 3.6. “Sintētisko saistvielu (UF, FF, LFF) modificēšana ar  suberīnskābēm”

Aktivitātes RP 1.6. ietvaros:

• Veiktas analīzes iepriekšējā aktivitātē sintezētajiem sveķiem, un sveķiem noteikti sekojoši parametri: viskozitāte, sārmainība, cietēšanas laiks, sausnes saturs, brīva formaldehīda saturs;
• Iegūtie dati apkopoti, lai varētu novērtēt, kā tie atšķiras atkarībā no kraft lignīna piegādātāja, kā šos parametrus ietekmē dažādu piedevu pievienošana un lignīna aizvietošanas pakāpes palielināšana;
• Tika konstatēta nepieciešamība veikt korekcijas klasisko fenolformaldehīda sveķu analīzē izmantotajām analītiskajām metodēm,  lai tās varētu pielāgot lignīna sveķu analīzei.

Aktivitātes RP 3.5. ietvaros:

• Apzināti 13 dažādi katalizatori suberīnskābju presēšanas temperatūras samazināšanai;
• Veikti pirmie testi, pievienojot katalizatorus suberīnskābēm 1, 5 un 10% pēc masas;
• Apzināti katalizatori, kuriem nebija ietekmes uz suberīnskābju cietēšanas temperatūru, tādēļ ar tiem tālāka testēšana netiks veikta.

Aktivitātes RP 3.6. ietvaros:

• Izstrādātas receptes suberīnskābju pievienošanai dažādām saistvielām;
• Apzināti pirmie izaicinājumi, kas rodas sajaucot sintētiskās saistvielas ar suberīnskābēm;
• Aizvietojot 30% sintētiskās saistvielas ar  suberīnskābēm, izdodevies uzlabot LFF saistvielas īpašības, bet FF saistvielas gadījumā īpašības būtiski nesamazinājās;
• Pievienojot suberīnskābes sintētiskajai saistvielai, nav nepieciešams pievienot cietinātāju, jo tās pašas par sevi nodrošina saistvielas sacietēšanu.

Turpinās iepriekš izstrādātas izejvielu attīrīšanas metodes (flotēšanas) mērogošana un validēšana.

---

2025.gada VIII projekta ceturksnis

Projektā īstenota aktivitāte RP 1.8. aktivitāte “Sveķu un pildvielu ietekme uz līmes maisījuma īpašībām, recepšu izstrāde”, kuras ietvaros no 01.01.2025 – 31.03.2025:

• veikts plašs eksperimentu kopums ar mērķi izstrādāt optimālu līmes sastāvu, kur daļa fenola fenolformaldehīda sveķos tika aizstāta ar lignīnu;
• izveidoti vairāki līmes recepšu varianti ar dažādām pildvielu proporcijām;
• izmantots lignīns no dažādam piegādātajiem.

Līmes paraugi tika izmantoti rūpnieciski ražotas saplākšņa testēšanā, un iegūtie mehāniskie rezultāti tika statistiski analizēti. Papildus tika pētīta arī tehnoloģisko parametru ietekme.

Tāpat arī tika īstenota aktivitāte RP 3.13. aktivitāte “Izvērtēt suberīnskābju izmantošanas iespēju saplākšņa pretuzbriešanas pārklājumam”, kuras ietvaros  no 01.01.2025 – 31.03.2025 tika veikts pētījums par suberīnskābju izmantošanu pretuzbriešanas pārklājumam, kura izstrādes ietvaros izstrādāti pārklājuma paraugi (no kuriem daļa sasniedz nepieciešamo efektivitāti vai arī uzrāda potenciālu izmantošanai kā antiripplinga pārklājums).

Laika periodā no 01.10.2024 – 31.03.2025 tika īstenota arī EI 4.1. aktivitāte “Saistvielas optimizācija un pielāgošana rūpnieciskai ražošanai un mērogošanai”, kurā īstenots pētījums par saistvielas optimizāciju saplākšņa līmēšanai un izstrādāta metode saplākšņa līmēšanai, kuru izstrādes ietvaros veikta saistvielas sintēzes mērogošana no laboratorijas uz pilotmēroga reaktoru, saglabājot stabilu suberīnskābju iznākumu un ķīmisko sastāvu. Rezultāti apliecina, ka izstrādātā metode ir piemērota mērogošanai, taču nepieciešama turpmāka optimizācija, lai uzlabotu saistvielas adhēziju un kvalitāti rūpnieciskā ražošanā.

---

2025.gada IX projekta ceturksnis

Projekta P7 VIII ceturksnī īstenota aktivitāte RP 1.9.”Līmes maisījuma sintēze laboratorijas mērogā”, kuras ietvaros no 01.04.2025 – 30.04.2025:

• laboratorijas apstākļos tika veikta līmes maisījuma sintēze, izmantojot fenola–formaldehīda sveķus ar daļēju fenola aizstāšanu ar kraftlignīnu;
• darba gaita ietvēra reaktora sagatavošanu, izejvielu dozēšanu un ievadīšanu noteiktā secībā, nodrošinot vienmērīgu sajaukšanu un temperatūras kontroli.

Laboratorijas apstākļos tika veikta fenola–formaldehīda sveķu sintēze, aizstājot fenolu ar kraftlignīnu. Rezultātā tika iegūti vairāki līmes maisījuma paraugi, kas demonstrēja stabilu reakcijas gaitu un piemērotību turpmākai līmes izstrādei.

Īstenota RP 3.8. aktivitāte “Finiera un saistvielas mitruma ietekme uz saplākšņa fizikāli-mehāniskajām īpašībām” no 01.04.2025 – 30.06.2025: eksperimentāli (nemainīgos temperatūras un spiediena apstākļos) noteikta kārtojuma žūšanas atkarība no laika un mitruma satura procentuālās izmaiņas laikā. Tāpat arī apskatīta kārtojuma reakcija, ja prese tiek atvērta pēc noteikta apžāvēšanas laika. Noteikta karstās presēšanas parametru ietekme uz saplākšņu bīdes stiprību.

Veikta aktivitāte RP 3.11. aktivitāte “Blakusproduktu izmantošanas iespējas minerālmēslojumam” no 01.04.2025 – 30.06.2025: izvērtētas suberīnskābju iegūšanas blakusproduktu apstrādes iespējas izmantošanai minerālmēslojumos. Tāpat apkopotas dažādu sārmju un skābju pielietošanas iespējas suberīnskābju iegūšanā, atkarībā no potenciālā minerālmēslojuma veida. Izvērtēta katra minerālmēslojuma iegūšanas un attīrīšanas riski un ieguvumi. Veikti praktiskie eksperimenti metožu izvērtējumam un analīzei.

Aktivitātes EI 4.2. “Saistvielas uzklāšanas un presēšanas procesa optimizācija un pielāgošana rūpnieciskai ražošanai” ietvaros no 01.04.2025 – 30.06.2025: eksperimentāli noteikti priekšpresēšanas un pamata presēšanai nepieciešamie apstākļi, apskatot temperatūras, laika un spiediena ietekmi uz gala saplāksni. Parametru izvērtējumam noteikti un analizēti iegūto saplākšņu bīdes stiprības pēc mērcēšanas un sausā veidā. Veikti eksperimenti suberīnskābju saistvielas filtrēšanas efektivitātes uzlabošanai.