Mūsdienu materiālzinātne tiecas radīt risinājumus, kas vienlaikus ir tehnoloģiski efektīvi un ilgtspējīgi. Koksnes šķiedras kā dabisks un atjaunojams resurss jau ilgstoši tiek pētītas kā daudzsološs izejmateriāls kompozītmateriālu ražošanā. Tomēr to plašāku izmantošanu ilgstoši ir kavējusi viena būtiska problēma – slikta saderība ar sintētiskajiem polimēriem, ko izraisa abu materiālu atšķirīgā polaritāte un sveķi skujkoku šķiedrās, kas var ietekmēt koksnes-polimērkompozītu (KPK) ekspluatācijas īpašības.
Forest4LV projektā Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūta pētnieki ir meklējuši risinājumu šai problēmai, vienlaikus risinot gan mehānisko īpašību, gan vides ilgtspējas izaicinājumus. Tika izstrādāta metode, kas ne vien uzlabo koksnes un polimēru savietojamību, bet arī samazina materiāla klimatisko ietekmi.
Ilgtspējīga funkcionalizācija: no sārma līdz suberīnskābēm
Pētījuma fokusā ir apstrāde ar sārmu, kas ļauj priedes koksnes šķiedras efektīvi attīrīt no sveķveidīgām ekstraktvielām un vienlaikus modificēt to virsmu, uzlabojot saķeri ar polimēru matricu. Šis process ne vien tehnoloģiski paaugstina gala materiāla kvalitāti, bet arī atbilst zaļās ķīmijas principiem, jo aizvieto tradicionāli izmantotos organiskos šķīdinātājus ar videi draudzīgāku alternatīvu.
Funkcionalizētās šķiedras tālāk tiek kombinētas ar pārstrādāta polipropilēna (rPP) granulām un suberīnskābēm, kas uzlabo materiāla plūstamību ekstrūzijas laikā, samazina enerģijas patēriņu un nodrošina viendabīgu, mehāniski stabilu gala struktūru. Šo procesu vizuāli apkopo 1. attēlā redzamā shēma, kurā attēlots viss funkcionalizācijas un kompozītmateriāla ražošanas cikls.
Klimatiskie ieguvumi: ko rāda Dzīves cikla novērtējuma dati
Mūsu pētnieku pieeja nav tikai tehnoloģisks uzlabojums - tā sniedz būtiskus ieguvumus vides kontekstā, ko apliecina vairāki Dzīves cikla novērtējuma (LCA) pētījumi.
Līdz šim secināts, ka kompozīti ar 30 % koksnes šķiedru sastāvu ļauj samazināt kopējo oglekļa emisiju par vairāk nekā 40 %, salīdzinot ar 100 % plastmasas materiāliem (Auwelant et al., 2025). Turklāt vairākkārtēja ekstrūzija būtiski neietekmē mehāniskās īpašības, kas apliecina KPK atkārtotas pārstrādes potenciālu (Friedrich et al., 2024). Savukārt pareizi izstrādāti KPK materiāli, kas balstīti uz efektīvu ekstrūzijas procesu, kvalitatīvām šķiedrām un savienotājiem, nodrošina augstu izturību un ilgtspējīgu veiktspēju arī sarežģītos apstākļos, piemēram, jūras klimatā. Šādu materiālu dzīves cikla beigās pārstrāde vai enerģijas ieguve ir ar zemāku vides slogu nekā analogiem, kas balstīti uz tīru plastmasu (Lanzoni et al., 2025).
Šie secinājumi apliecina, ka Forest4LV izstrādātā pieeja vienlaikus risina gan tehnoloģiskus, gan vides izaicinājumus – tā uzlabo gala materiāla mehāniskās īpašības un vienlaikus palīdz samazināt oglekļa emisijas. Tas ir vēl viens solis ceļā uz ilgtspējīgāku materiālzinātni.
Forest4LV projekta aktivitāti par KPK materiāliem vada Dr. chem. Anrijs Verovkins.
jauni pakalpojumi, produkti, tehnoloģijas (Forest4LV)
