No koksnes atlikumiem līdz augstvērtīgiem pārklājumiem: jauns pavērsiens dabīgās koksnes aizsardzības tehnoloģijās

Author
Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūts

13. jūnijs, 2025. gads

zinātne pētījumi

Tradicionālie koksnes aizsargpārklājumi joprojām pārsvarā balstās uz fosilās izcelsmes sintētiskajiem polimēriem un organiskajiem šķīdinātājiem, kas rada būtisku slodzi videi un cilvēku veselībai. Ilgtspējīgas alternatīvas attīstība ir kļuvusi par prioritāti ne tikai materiālzinātnē, bet arī kokrūpniecībā un bioekonomikā.

KĶI_jauns pavērsiens dabīgās koksnes aizsardzības tehnoloģijās.png
LVKĶI publicitātes attēls

Rakstā Fully bio-based water-resistant wood coatings derived from tree bark, kura līdzautors ir Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūta Biorafinēšanas laboratorijas vadītājs un vadošais pētnieks Jānis Rižikovs, piedāvāta fundamentāli jauna pieeja: no pilnībā dabīgām izejvielām iegūtu ūdensnoturīgu koksnes pārklājums, kura sastāvā ir tikai bērza mizas suberīnskābes un egles mizas polifenoli. Šis pētījums ir daļa no plašāka ERA-NET ForestValue projekta BarkBuild, kas veicina mizas kā bioloģiskas izejvielas pilnvērtīgu izmantošanu augstvērtīgu materiālu radīšanā.

Par šī pētījuma izcilību liecina arī starptautiskā atzinība – publikācija žurnālā Materials Horizons 2024. gadā saņēma prestižo “Outstanding Paper Award”, ko piešķir izciliem, nozares attīstību veicinošiem zinātniskiem darbiem.

Tehnoloģiskā inovācija: hibrīda daļiņu dispersija bez toksiskiem šķīdinātājiem

Izmantojot šķīdinātāju apmaiņas metodi, suberīnskābes un polifenoli tika apvienoti stabilā ūdens dispersijā, kas pēc termiskās apstrādes veido viendabīgu, izturīgu aizsargpārklājumu. Polifenoli pilda divkāršu funkciju:

  • tie stabilizē hidrofobās suberīnskābes ūdens dispersijā;
  • pēc žāvēšanas un termiskās sacietēšanas kļūst par mehāniski stiprinošu nanopildvielu pārklājumā.

Optimālais sastāvs (10 % polifenolu un 90 % suberīnskābju) nodrošina zemāko ūdens absorbciju (100 g/m² pēc 72 h), pārspējot komerciāli pieejamu alkīda emulsijas pārklājumu. Turklāt pārklājums uzrādīja augstu adhēzijas spēju (4B pēc ASTM D3359) un izturību pret traipiem.

Bioloģiskā struktūra kā iedvesmas avots materiālzinātnei

Autoru pieeja atdarina dabiskās mizas barjerfunkciju, pārnesot to uz koksnes virsmu. Mikroskopiskā izpēte (AFM, cryo-TEM) atklāja sarežģītu daļiņu morfoloģiju – no divslāņu struktūrām līdz jūraszvaigznes formas vezikulām. Šīs daļiņas, žūstot, spontāni veido trīsdimensiju polimēru tīklu, kas uzlabo mehāniskās īpašības un samazina porainību.

Termiskā analīze (DSC, TGA, FTIR) apstiprina, ka sacietēšanas procesā notiek polikondensācijas reakcijas, veidojot estera saišu tīklu, kurā aktīvi piedalās polifenoliskie savienojumi.

Ietekme uz bioekonomiku un ilgtspēju

Eiropas Savienībā katru gadu rodas ~23 miljoni tonnu mizas kā rūpniecības blakusprodukts. Šī pētījuma rezultāti rāda, ka tā var kļūt par augstas pievienotās vērtības resursu, nevis tikai kurināmo. Pilnībā dabīgā pārklājuma ražošana notiek bez toksiskiem šķīdinātājiem, bez sintētiskiem šķērssaistītājiem, un tas samazina CO₂ pēdu, vienlaikus nodrošinot konkurētspējīgu veiktspēju.

Konteksts un nākotnes perspektīvas

Šī tehnoloģija iezīmē būtisku soli uz priekšu virzībā uz aprites ekonomiku materiālzinātnē. Tā ne tikai paver iespējas aizstāt sintētiskos pārklājumus ar bioloģiskas izcelsmes alternatīvām, bet arī demonstrē, kā ķīmiskā inženierija un koksnes zinātne varstrādāt kopā, lai radītu reāli izmantojamus, komerciāli dzīvotspējīgus risinājumus.

Turpmāk plānots paplašināt pētījumu virzienu, iekļaujot arī citu koku mizas frakciju vai dabas vielu izmantošanu dabīgos kompozītmateriātos, kā arī to iespējamu funkcionalizēšanu UV aizsardzības vai antibakteriālu īpašību nodrošināšanai.

Pilns publikācijas teksts: Fully bio-based water-resistant wood coatings derived from tree bark 

 

Vairāk par Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūta Biorafinēšanas laboratorijas vadītāja un vadošā pētnieka Jāņa Rižikova pētniecību:

saistītie raksti

inovācija zinātne

Aizsardzības ministrija aicina augstskolas pieteikties "EUDIS Defence hakatona" organizēšanai

Aizsardzības ministrija līdz šī gada 22. jūnijam aicina Latvijas augstskolas pieteikt savu dalību Eiropas Komisijas Aizsardzības inovāciju shēmas (EUDIS) konkursam, lai iegūtu tiesības no šī gada 17. līdz 19. oktobrim Latvijā organizēt starptautisku aizsardzības nozares hakatonu.  “In…

Aizsardzības ministrija

11. jūnijs, 2025. gads

pētījumi zinātne uzņēmējdarbība

Sadarbības projekti ar Šveici lietišķās pētniecības programmā nostiprina zinātnes attīstību

Latvijas zinātnieki kopā ar Šveices pētniecības institūcijām uzsāk jaunus projektus, lai radītu videi draudzīgus būvmateriālus un energoefektīvas tehnoloģijas. 2025. gada 10. jūnijā valdībā apstiprināta Izglītības un zinātnes ministrijas (IZM) virzītā iniciatīva paredz, ka tiks turpināta Latvijas u…

Izglītības un zinātnes ministrija

10. jūnijs, 2025. gads

pētījumi sabiedrības veselība

Vai ēdienu bildes sociālajos medijos vilina ēst vairāk?

Sociālo mediju lietošana ir kļuvusi par neatņemamu ikdienas daļu. Bieži tajos redzam idejas ēdienu receptēm, informāciju par veselīgiem un neveselīgiem produktiem, kā arī dažādus ieteikumus, kā samazināt ķermeņa masu vai uzlabot savus ikdienas paradumus. Taču, vai skatoties ēdienu bildes …

LSM, Ieva Kaša (RSU programmas "Uzturzinātne" maģistrante)

10. jūnijs, 2025. gads

zinātne pētījumi

Top papīrs, kas nebaidās no ūdens un draudzējas ar dabu

Vai zināji, ka hitozāns, ko iegūst no Agaricus bisporus (šampinjonu) biomasas, ir viens no retajiem dabiskajiem polimēriem ar pozitīvu lādiņu? Šī unikālā īpašība padara to par efektīvu barjeru pret baktērijām un mitrumu – priekšrocība, kas neraksturīga pat daudziem sintētiskiem materiālie…

Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūts

9. jūnijs, 2025. gads