По научным основам инновационных технологий

     Древесноволокнистые плиты (ДВП). Это слоистый материал, изготовленный в процессе горячего прессования или сушки сформированной в виде ковра массы из древесных волокон. Древесными волокнами условно названы клетки, их обрывки и группы, получающиеся при разломе древесины (щепы). Древесноволокнистые плиты применяют в строительстве, при изготовлении стандартных деревянных домов, в производстве мебели, автомобилей, вагоно-, судостроении и в других отраслях промышленности в качестве конструкционного, изоляционного и отделочного материала.

     Массы древесные прессовочные (МДП). Это смеси, точнее, готовые композиции, полученные в результате совместной обработки частиц древесины и синтетических смол. МДП предназначаются для изготовления методом горячего прессования деталей машин, строительных деталей и товаров народного потребления. Таким способом изготавливают втулки, блоки, шкивы, подоконные доски. Массы древесные прессовочные подразделяются на три типа: МДПК – из частиц шпона (крошки), МДПС – из стружки, МДПО – из опилок.

     Композиции  древесно-клеевые. Эти смеси состоят из измельченной древесины и связующего; предназначены для изготовления формованной тары. Для приготовления смеси используют стружку длиной 10-20 мм, шириной 1-3,5 мм и толщиной 0,1- 0,4 мм из древесины хвойных и мягких лиственных пород, а также связующее на основе мочевиноформальдегидных смол. В качестве гидрофобной добавки применяют парафин.

     Арболит. Это строительный материал, относящийся к категории легких бетонов, иногда его называют «деревобетоном». В состав арболита входит древесный заполнитель, неорганическое вяжущее и вода. В качестве древесного заполнителя используют дробленые отходы лесозаготовительной, лесопильной и деревообрабатывающей промышленности. Ветви, сучья, вершинки, горбыли, рейки, срезки сначала перерабатывают в щепу, которую, в свою очередь, на молотковых мельницах превращают в дробленку. В качестве вяжущего используют портландцемент. Для нейтрализации действия водорастворимых веществ, замедляющих схватывание и твердение цемента, а также снижающих прочность материала, в арболитовую массу вводят минерализаторы: хлористый кальций, жидкое стекло и сернокислый алюминий совместно с известью. Арболит био- и огнестоек, обладает хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами, удерживает гвозди, морозостоек.

     Фибролит. Это также строительный материал, представляющий собой смесь древесной стружки, портландцемента, химических добавок. Для фибролита из древесины преимущественно хвойных пород изготавливается специальная стружка толщиной от 0,25 до 0,5 мм шириной 2-6 мм. Стружку смешивают с вяжущим и добавками (хлористым кальцием, жидким стеклом и др.), затем смесь формируют и прессуют. Фибролитовые плиты легко обрабатываются, био- и огнестойки, удерживают гвозди. Применяются для строительства каркасных домов.

     Плиты цементно-стружечные. Более правильное название: цементно-древесностружечные плиты (ЦДСтП). Это строительный материал, который изготавливают прессованием древесных частиц (таких же, как и для ДСтП) с портландцементом и химическими добавками. Плиты предназначаются для ограждающих конструкций деревянных домов. Плиты водо-, морозо-, био- и огнестойки, нетоксичны, хорошо обрабатываются.

     Ксилолит. Это строительный материал, состоящий из смеси опилок или древесной муки с магнезиальным вяжущим. Используется в виде плиток для покрытия полов, отделки стен и других целей. Ксилолит – износостойкий, негорючий, водоупорный материал высокой прочности.

     Модифицированная  древесина.

     Модифицированной  называют цельную древесину с  направленно измененными физическими  или химическими методами свойствами. Различают пять способов модифицирования  и соответствующие виды продукции.

     Древесина термомеханической  модификации. Иначе этот вид продукции называют прессованная древесина (ДП). При прессовании (обычно в плоскости поперек волокон) предварительно пропаренной или нагретой древесины происходит изменение макроструктуры древесины, увеличение плотности и улучшение показателей связанных с ней свойств. Для получения ДП используют мягкие и твердые лиственные, а также хвойные породы. Прессованная древесина имеет в несколько раз большую прочность, твердость и ударную вязкость, чем натуральная древесина. Она обладает достаточно хорошими антифрикционными свойствами и может быть использована для изготовления подшипников вместо бронзы, баббита и других металлов. В воде прессованная древесина разбухает, и задержанные деформации возвращаются. Однако в некоторых случаях разбухание и распрессовка ДП могут быть полезными, например, в уплотнительных устройствах гидравлических машин. Прессованную древесину можно дополнительно модифицировать, наполняя ее маслами, металлами, полимерами.

     Древесина химико-механической модификации. При этом способе модификации древесину предварительно (или одновременно) обрабатывают аммиаком, мочевиной или другими веществами, а затем уплотняют. Лигнамон – материал из древесины, подвергнутой обработке аммиаком, прессованию и сушке.

     Предварительная химическая обработка вызывает изменение  клеточных стенок, древесина пластифицируется, ей легко придать новую форму. Пластифицированная аммиаком древесина  поглощает воду, разбухает и распрессовывается. Воздействием повышенной температуры можно уменьшить эти недостатки. Из цельной пластифицированной аммиаком прессованной древесины изготовляют детали мебели, паркет, музыкальные инструменты.

     Древесина термохимической  модификации. Это материал, получаемый пропиткой древесины мономерами, олигомерами или смолами и последующей термообработкой для полимеризации или поликонденсации пропитывающего состава. В некоторых случаях наблюдается химическая прививка модификатора к полимерным компонентам древесины. Древесину пропитывают чаще всего фенолформальдегидными смолами, например, в виде водного раствора фенолоспиртов, смолами фуранового типа, полиэфирными смолами.

     Модификация древесины синтетическими смолами  снижает ее гигроскопичность, водопоглощение и водопроницаемость, уменьшает разбухание, повышает прочность, жесткость и твердость, но часто снижает ударную вязкость. Модифицированная этим способом древесина используется в строительных конструкциях, мебельном, лыжном производствах.

     Древесина радиационно-химической модификации. В данном случае полимеризация введенных в древесину веществ происходит под воздействием ионизирующих излучений. Древесину пропитывают метилметакрилатом, стиролом, винилацетатом, акрилонитрилом и другими мономерами, а также их смесями. Такой способ модификации также улучшает формоустойчивость, механические и эксплуатационные свойства древесины. Модифицированная древесина используется для паркета, деталей машиностроения и других целей.

     Древесина химической модификации. Это древесина, подвергнутая обработке аммиаком, уксусным ангидридом или другими веществами, изменяющими тонкую структуру и химический состав древесины. Обработку аммиаком предпринимают, как уже отмечалось, для повышения податливости древесины, а также для самоуплотнения при сушке и изменения цвета. Обработку уксусным ангидридом проводят с целью ацетилирования древесины, т.е. введения ацетильных групп в состав ее химических компонентов. У ацетилированной древесины лишь несколько изменяются механические свойства, но существенно снижается водо- и влагопоглощение, разбухание и усушка. Ацетилированную древесину целесообразно использовать для изготовления изделий повышенной формоустойчивости.

     Древесина – продукт живой природы, что  определяет ее достоинства и недостатки как материала. Она обладает высокой  прочностью при малой массе; хорошо обрабатывается режущими инструментами, удерживает металлические крепления, хорошо склеивается и отделывается. Древесина обладает красивыми декоративными  свойствами. Она имеет малую теплопроводность и прекрасные резонансные свойства; хорошо поглощает ударные и вибрационные нагрузки.

Однако  древесина имеет и ряд недостатков: изменчивость свойств в направлении  вдоль оси ствола и поперек; обладает гигроскопичностью, что приводит к  увеличению ее массы и уменьшению прочности, а при высыхании древесина уменьшается в размерах (происходит усушка); она растрескивается и коробится; поражается грибами, что приводит к гниению; древесина способна гореть. Перечисленные недостатки в значительной мере устраняются путем химической и химико-механической переработки древесины в листовые и плитные материалы – бумагу, картон, древесностружечные и древесноволокнистые плиты, фанеру и др. Эти материалы наряду с натуральной древесиной применяются в индустриальном производстве стандартных домов, в судо- и вагоностроении, машиностроении, мебельной, авиационной, электротехнической, пищевой промышленности и многих других отраслях народного хозяйства. Древесина – материал живой природы и поэтому ее свойства меняются от различных факторов. Эти свойства неодинаковы для различных древесных пород, но и в пределах одной породы они различны. Свойства древесины изменяются от возраста, условий произрастания, времени, рубки и т.д. Условия произрастания включают качество и состояние почвы, климатические особенности, тип леса, высоту над уровнем моря. Древесина используется для получения различных древесных материалов. К этим материалам относятся: круглые материалы, пиленые, строганные, лущеные, колотые лесоматериалы, измельченная древесина, композиционные древесные материалы. Все эти материалы широко используются в мебельной промышленности, судостроении, вагоностроении, машиностроении, электротехнике, строительстве, при изготовлении стандартных деревянных домов, в производстве автомобилей, пластмасс, линолеума, промышленных взрывчатых веществ, для упаковки продовольственных и промышленных товаров, для изготовления фибриловых плит и др., а также в других отраслях промышленности в качестве конструкционного, изоляционного и отделочного материала.

      Технология  регенерации отработанного ядерного топлива.

     При работе ядерного реактора, топливо  выгорает не полностью, имеет место  процесс воспроизводства отдельных  изотопов (Pu). В связи с этим, отработанные ТВЭЛы направляют на переработку для регенерации топлива и повторного его использования.

     В настоящее время для этих целей  наиболее широко применяется пьюрекс-процесс, суть которого состоит в следующем: ТВЭЛы разрезают на части и растворяют в азотной кислоте, далее раствор очищают от продуктов деления и элементов оболочки, выделяют чистые соединения U и Pu. Затем, полученный диоксид плутония PuO₂ направляют на изготовление новых сердечников, а уран либо на изготовление сердечников, либо на обогащение ²³⁵U.

     Переработка и регенерация высокорадиоактивных  веществ — сложный и дорогостоящий процесс. ТВЭЛы после извлечения из реакторов проходят выдержку в течение нескольких лет (обычно 3—6) в специальных хранилищах. Трудности вызывает также переработка и захоронение отходов, непригодных к регенерации. Стоимость всех этих мер оказывает существенное влияние на экономическую эффективность атомных электростанций.

     Как в обычном тепловом энергетическом цикле, когда при сгорании органического  топлива образуются «дымовые газы»  – СО₂, СО, газы от сгоревших примесей и зольный остаток (шлак), так и при ядерных реакциях деления урана-235 или плутония-239 под действием нейтронов образуются «осколочные» элементы, продукты деления (ПД) – набор элементов, в том числе радиоактивных, середины периодической таблицы элементов. Накопление продуктов деления в ядерном топливе (ЯТ)  не позволяет полностью использовать делящиеся U-235 и Pu-239 из-за «отравления» топлива так называемыми «нейтронными ядами», т.е. продуктами деления, сильно поглощающими нейтроны и прекращающими процесс деления ядер. Одновременно ухудшаются физико-химические свойства ядерного топлива (происходит «распухание»), резко уменьшается прочность оболочки содержащих топливо тепловыделяющих элементов из-за радиационного повреждения кристаллической решетки оболочечных сплавов. В ОЯТ реакторов типа ВВЭР обычно содержится 3–5% ПД и около 1% образовавшегося плутония.   Дальнейшее использование оставшихся в ЯТ делящихся материалов (ДМ) – U-235 и Pu-239 требует переработки (регенерации) отработавшего ядерного топлива для удаления продуктов деления и придания топливу необходимых исходных физико-химических свойств.

Исторически необходимость в химической переработке  облученного в ядерных реакторах  урана естественного изотопного состава (радиохимическая отрасль  промышленности) возникла для извлечения из урана образовавшегося плутония-239  – «взрывчатого» вещества ядерного оружия. Для этого были использованы различные технологические процессы, основанные на кислотном растворении урана с последующим выделением и очисткой от ПД делящихся материалов, из которых самыми удобными и эффективными оказались экстракция урана и плутония органическими экстрагентами из азотнокислых растворов. Экстракционные процессы под общим названием «пурекс-процесс» были затем применены и для переработки ОЯТ атомных электростанций. Более чем полувековой период использования водно-экстракционных процессов позволил довести их до высокого совершенства, перерабатывать ОЯТ практически всех видов и с большим выгоранием ДМ. Однако с увеличением масштабов переработки ОЯТ АЭС становился все более очевидным основной недостаток водно-экстракционной технологии – это образование большого количества радиоактивных водных и органических солесодержащих растворов, из которых высокоактивные отходы (ВАО) хранились и накапливались, а низкоактивные обычно сливались в наземные водоемы или в море. Возникла необходимость дополнительной сложной переработки жидких ВАО, их обезвоживания, перевода в малорастворимые соединения (стекла) и другие более удобные для хранения твердые формы радиоактивных отходов (ТРО). Увеличение масштабов переработок ОЯТ с использованием водных и органических растворов усложнило выполнение требований ядерной безопасности на радиохимическом производстве.