Спосіб обробки целюлозних і лігноцелюлозних структурних матеріалів

Реферат: Способи обробки деревини і продуктів з деревини включають опромінення деревини, що має першу молекулярну масу, іонізуючим випромінюванням, щоб забезпечити збільшення молекулярної маси целюлозного компонента деревини до другої відносно більш високої молекулярної маси. UA 108833 C2 (12) UA 108833 C2 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки Даний винахід стосується целюлозних і лігноцелюлозних структурних матеріалів, таких як деревина і композити на основі деревних волокон, і систем і способів виробництва таких матеріалів. Рівень техніки Деревина являє собою волокнисту тканину, що знаходиться в стовбурах деревних рослин, таких як дерева і чагарники. Згідно зі статтею University of Minnesota Extension, деревина, головним чином, складається з целюлози (приблизно 50%), геміцелюлози (приблизно 15%-25%) і лігніну (приблизно 15%-30%). (http://www.extension.umn.edu/ distribution/ naturalresources/ components/ 6413chl.html.) Деревину використовують у великій різноманітності застосувань, наприклад, як будівельні матеріали (включаючи матеріали дерев'яних рам, декоративні дерев'яні вироби, підлоги і т. п.), в продуктах, виготовлених з деревини, таких як човни, зубочистки, рушничні ложа, шафи, меблі, спортивне обладнання і частини для ткацьких і в'язальних верстатів. Більше того, багато які продукти виготовляють шляхом переробки деревини або деревного волокна в інші матеріали. Наприклад, багато які продукти виготовляють диспергуванням деревних волокон в матриці зі смоли, що включає конструкційні матеріали композитів, такі як балки, деревностружкову плиту, композитні матеріали підлог і багато які інші продукти, які використовують як замінники деревини. Інші продукти виготовляють з шарів деревини, склеєних один з одним, наприклад, ламінатів з фанери і клеєної деревини, таких як шпон. Деревина має ряд переваг в порівнянні з іншими матеріалами, такими як метал, пластмаса і бетон. Наприклад, дерева являють собою оновлюване джерело, культивування якого служить противагою викиду вуглецю, і зберігає житла диких тварин. Більше того, деревина має естетичні якості, які є бажаними для багатьох застосувань, таких як настилка підлог і меблі, і виявляє хороше співвідношення міцності до маси і хорошу пружність (в порівнянні, наприклад, з металом або бетоном). Деревина також звичайно має хороші термоізоляційні, звукоізоляційні і електроізоляційні властивості. Різні типи деревини виявляють різні механічні і естетичні властивості і мають різну вартість. Наприклад, різні типи деревини мають широко відмінну міцність, жорсткість і еластичні властивості. Більш м'яка деревина, яка має більш низький модуль пружності при вигині, як правило, доступна з більш низькою вартістю, і, в деяких випадках, вона може мати бажані естетичні властивості, але є непридатною для деяких застосувань внаслідок її механічних властивостей. Суть винаходу TM У багатьох варіантах здійснення використовується Natural Force Chemistry. У способах TM Natural Force Chemistry використовується контрольоване застосування фізичних сил, таких як пучки частинок, сила тяжіння, світло і т. д., і маніпулювання ними для внесення в молекули передбачуваних структурних і хімічних змін. У переважних варіантах здійснення, способи TM Natural Force Chemistry змінюють молекулярну структуру без хімічних реагентів або мікроорганізмів. З використанням природних процесів можна створювати новий корисний матеріал без шкоди навколишньому середовищу. Винахід оснований, щонайменше частково, на відкритті, що опромінення целюлозних або лігноцелюлозних матеріалів, наприклад, деревини або деревних волокон (окремо або в композиті, або в композиції, що містить волокна), відповідною дозою іонізуючого випромінювання сприятливо впливає на фізичні властивості матеріалів, наприклад, за допомогою збільшення молекулярної маси і рівня поперечного зшивання щонайменше целюлозної частини деревини або волокон. В результаті, механічні і/або інші властивості целюлозних і лігноцелюлозних матеріалів можуть бути сприятливим чином змінені. Наприклад, модуль пружності при вигині і інші властивості міцності/жорсткості деревини і деревних волокон, що містять композити, можна збільшувати шляхом опромінення іонізуючим випромінюванням. Це збільшення модуля поліпшує співвідношення міцності до маси матеріалу і, таким чином, дозволяє використання в даних застосуваннях більш тонких, більш легких структурних елементів. У випадку композитів, властивості частини, виготовленої з композита, можуть бути порівнянні з властивостями схожої частини, утвореної повністю з пластмаси, або вони можуть бути краще цих властивостей, забезпечуючи суттєву економію витрат. Інші властивості, які змінені, розглянуті нижче і включають стерилізацію деревини або волокон для інгібування росту грибів і кінцевого пошкодження. У одному аспекті винахід стосується способів гасіння опроміненої деревини, причому опромінена деревина включає деревину, опромінену радіаційним випромінюванням щонайменше 0,1 Мрад, що має енергію щонайменше 1 МеВ, деревина має вміст вологи менше 1 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ніж приблизно 35 процентів по масі перед опроміненням, і опромінення збільшує молекулярну масу целюлозного компонента деревини з першої молекулярної маси до другої, відносно більш високої молекулярної маси, яка щонайменше приблизно на 10 процентів перевищує першу молекулярну масу. У іншому аспекті винахід стосується способів опромінення деревини, що має вміст вологи менше ніж приблизно 35 процентів по масі, радіаційним випромінюванням щонайменше 0,1 Мрад, що має енергію щонайменше 1 МеВ, для збільшення молекулярної маси целюлозного компонента деревини з першої молекулярної маси до другої, відносно більш високої молекулярної маси, яка щонайменше приблизно на 10 процентів перевищує першу молекулярну масу, з подальшим гасінням опроміненої деревини. У іншому аспекті винахід стосується способів обробки деревини, які включають опромінення необробленої деревини, що має першу молекулярну масу і вміст вологи менше ніж приблизно 35% по масі, іонізуючим випромінюванням для підвищення молекулярної маси целюлозного компонента деревини до другої відносно більш високої молекулярної маси. Деякі варіанти здійснення включають одну або декілька з наступних ознак. Деревину можна опромінювати багато разів. Енергія опромінення може складати щонайменше 1 МеВ. Крім того, способи можуть включати контроль дози іонізуючого випромінювання, щоб вона складала щонайменше 0,10 Мрад. Дозу іонізуючого випромінювання можна контролювати, щоб вона була на рівні від приблизно 0,25 до приблизно 2,5 Мрад. Опромінення може включати опромінення гамма-променями і/або опромінення пучком електронів. Електрони в пучку електронів можуть мати енергію щонайменше 1,25 МеВ, наприклад, від приблизно 2,5 МеВ до приблизно 7,5 МеВ. Крім того, способи можуть включати гасіння опроміненого матеріалу, в деяких випадках в присутності газу, вибраного, щоб він реагував з радикалами, присутніми в опроміненому матеріалі. Збільшення молекулярної маси може складати щонайменше 10%, наприклад, щонайменше 50%. У іншому аспекті винахід стосується способів одержання композитів, причому способи включають комбінування матеріалу матриці з опроміненим волокнистим матеріалом, одержаним шляхом опромінення волокнистого матеріалу, що включає перший целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал, який має першу молекулярну масу, з одержанням другого целюлозного і/або лігноцелюлозного матеріалу, який має другу молекулярну масу, що перевищує першу молекулярну масу. Деякі варіанти здійснення можуть включати одну або декілька з ознак, описаних вище, і/або представлені нижче ознаки. Матеріали матриць можуть включати смолу. Волокнисті матеріали можуть включати деревні волокна, деревну стружку і/або деревні частинки. Волокнисті матеріали можна опромінювати до, в процесі або після комбінування волокнистого матеріалу з матеріалом матриці. Крім того, способи можуть включати вулканізацію матеріалу матриці, наприклад, в ході стадії опромінення. Також опромінення можна проводити після вулканізації. Деякі варіанти здійснення включають обробку поверхні опроміненої деревини покриттям або барвником. Інші варіанти здійснення можуть включати щеплення матеріалу до ділянок щеплення опроміненої деревини, причому деревина є опроміненою в умовах, вибраних для функціоналізації деревини, що забезпечує множину ділянок щеплення. Агент для щеплення може включати реактивний барвник. У деяких випадках, деревину опромінюють в комбінації з агентом для щеплення так, щоб агент для щеплення зв'язувався з целюлозним або лігноцелюлозним матеріалом деревини. Агент для щеплення може ковалентно зв'язуватися з целюлозним або лігноцелюлозним матеріалом. Опромінену і гашену деревину можна використовувати в ламінаті. У деяких випадках, опромінена деревина є опроміненою шляхом направляння позитивно заряджених іонів, щоб вони падали на деревину, причому позитивно заряджені іони забезпечувалися шляхом утворення множини негативно заряджених іонів, прискорення негативно заряджених іонів до першої енергії, видалення множини електронів щонайменше з деяких з негативно заряджених іонів з утворенням позитивно заряджених іонів і прискорення позитивно заряджених іонів до другої енергії. У деяких випадках, опромінена деревина є опроміненою шляхом впливу на деревину прискорених заряджених частинок, утворених генеруванням множини заряджених частинок і прискоренням множини заряджених частинок шляхом направляння кожної із заряджених частинок, щоб вона багато разів проходила через резонатор прискорювача, що містить змінне електричне поле, або шляхом направляння заряджених частинок, щоб вони проходили через резонатор прискорювача, що містить множину електродів з різними потенціалами, або шляхом направляння заряджених частинок, щоб вони проходили через прискорювач, що містить множину світловодів, де кожний світловод має електромагнітне поле. 2 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У іншому аспекті винахід стосується способу, який включає опромінення деревини, в яку введена рідина, що містить лігнін. Деревину, яка є опроміненою з використанням будь-якого зі способів, описаних в цьому документі, можна використовувати в будівельних матеріалах (включаючи матеріали дерев'яних рам, декоративні дерев'яні вироби, підлоги і т. п.), в продуктах, виготовлених з деревини, таких як човни, зубочистки, рушничні ложа, шафи, меблі, спортивне обладнання і частини для ткацьких і в'язальних верстатів, і в продуктах, виготовлених з шарів деревини, склеєних один з одним, наприклад, ламінатах з фанери, паркетних ламінатах і ламінатах клеєної деревини, таких як шпон і ламіновані балки. Целюлозний або лігноцелюлозний матеріал можна вибирати з групи, що складається з макулатури, деревини, пресованої деревини, деревної тирси, силосу, трав, рисового лушпиння, макухи, бавовни, джуту, конопель, льону, бамбука, сизалю, абаки, соломи, серцевин кукурудзяних качанів, кукурудзяної соломи, проса, люцерни, сіна, кокосових волокон, морської трави, водоростей і їх сумішей. Термін "необроблена деревина", використовуваний в цьому документі, стосується деревини, яка знаходиться в її природному стані після заготівлі або після заготівлі і висушування. Цей вираз не включає тверду деревину, яка просочена смолою або іншим матеріалом, не присутнім в природних умовах в деревині. Термін "волокнистий матеріал", використовуваний в цьому документі, включає целюлозні і лігноцелюлозні волокнисті матеріали, наприклад, деревні волокна, частинки і стружку і волокна, що походять з інших целюлозних матеріалів, таких як кукурудзяна солома і коноплі. Волокнистий матеріал може знаходитися в природному стані і/або в переробленому вигляді, наприклад, підданому делігніфікації. Повний опис кожної з наступних патентних заявок США включений в цей документ як посилання: попередні заявки США з серійними номерами 61/049,391; 61/049,394; 61/049,395; 61/049,404; 61/049,405; 61/049,406; 61/049,407; 61/049,413; 61/049,415 і 61/049,419, всі з яких подані 30 квітня 2008 року; попередні заявки США з серійними номерами 61/073,432; 61/073,436; 61/073,496; 61/073,530; 61/073,665 і 61/073,674, всі з яких подані 18 червня 2008 року; попередня заявка США з серійним номером 61/106,861, подана 20 жовтня 2008 року; попередні заявки США з серійними номерами 61/139,324 і 61/139,453, обидві з яких подані 19 грудня 2008 року, і патентні заявки США з серійними номерами 12/417,707; 12/417,720; 12/417,840; 12/417,699; 12/417,731; 12/417,900; 12/417,880; 12/417,723; 12/417,786 і 12/417,904, всі з яких подані 3 квітня 2009 року. У будь-якому зі способів, описаних в цьому документі, радіаційне випромінювання можна застосовувати з пристрою, який знаходиться в сховищі. Якщо не визначено інакше, всі технічні і наукові терміни, використовувані в цьому документі, мають те ж значення, яке звичайно мають на увазі фахівці в галузі, до якої належить цей винахід. Незважаючи на те, що на практиці або при тестуванні даного винаходу можна використовувати способи і матеріали, схожі або еквівалентні способам або матеріалам, описаним в цьому документі, придатні способи і матеріали описані нижче. Всі публікації, патентні заявки, патенти і інші посилання, згадані в цьому документі, включені як посилання в повному обсязі. У випадку суперечності, потрібно керуватися даним описом. Крім того, дані матеріали, способи і приклади є тільки ілюстративними і не призначені для обмеження. Інші ознаки і переваги винаходу стануть очевидними з представленого нижче докладного опису і формули винаходу. Опис креслень На Фіг. 1 представлене схематичне зображення системи для переробки деревини. На Фіг. 2 представлене схематичне зображення системи для виготовлення композита деревини. На Фіг. 3 представлена діаграма, на якій проілюстрована зміна молекулярної і/або надмолекулярної структури волокнистого матеріалу. На Фіг. 4 представлений перспективний вигляд в перерізі гамма-опроміювача в бетонному сховищі. На Фіг. 5 представлений збільшений вигляд в перспективі області R з Фіг. 4. На Фіг. 6 представлена схематична діаграма DC-прискорювача. На Фіг. 7 представлене схематичне зображення джерела іонізації полем. На Фіг. 8 представлене схематичне зображення електростатичного сепаратора іонів. На Фіг. 9 представлене схематичне зображення генератора іонізації полем. На Фіг. 10 представлене схематичне зображення термоіонного емісійного джерела. 3 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На Фіг. 11 представлене схематичне зображення джерела іонів з надвисокочастотним розрядом. На Фіг. 12 представлене схематичне зображення рециркуляційного прискорювача. На Фіг. 13 представлене схематичне зображення статичного прискорювача. На Фіг. 14 представлене схематичне зображення динамічного лінійного прискорювача. На Фіг. 15 представлене схематичне зображення прискорювача Ван-де-Граафа. На Фіг. 16 представлене схематичне зображення зігненого тандемного прискорювача. Докладний опис Як розглянуто вище, винахід оснований, частково, на відкритті, що при опроміненні волокнистих матеріалів, тобто целюлозних і лігноцелюлозних матеріалів, на відповідних рівнях, може змінюватися молекулярна структура щонайменше целюлозної частини волокнистого матеріалу. Наприклад, зміна молекулярної структури може включати зміну будь-якого одного або декількох з середньої молекулярної маси, середньої кристалічності, площі поверхні, полімеризації, пористості, міри розгалуження, прищепленої співполімеризації і розміру домену целюлозної частини. Ці зміни молекулярної структури, в свою чергу, можуть привести до сприятливих змін фізичних характеристик, які мають волокнисті матеріали. Більше того, можуть сприятливим чином змінюватися функціональні групи волокнистого матеріалу. Різні целюлозні і лігноцелюлозні матеріали, їх застосування і використання, описані в патентах US №№ 7307108, 7074918, 6448307, 6258876, 6207729, 5973035 і 5952105; і в різних патентних заявках US, включаючи "FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES", PCT/US2006/010648, подана 23 березня 2006 року, і "FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES", публікація патентної заявки US № 2007/0045456. Всі вказані вище документи включені в цей опис як посилання в повному обсязі. Целюлозний або лігноцелюлозний матеріал може включати, наприклад, паперові відходи, деревину, картон, деревну тирсу, силос, трави, рисове лушпиння, макуху, бавовну, джут, пеньку, льон, бамбук, сизаль, абаку, солому, серцевини кукурудзяних качанів, кукурудзяну солому, просо, люцерну, сіно, кокосові волокна, морську траву, водорості і суміші будь-яких з них. У деяких випадках, целюлозний або лігноцелюлозний матеріал включає пресований целюлозний або лігноцелюлозний матеріал, наприклад, пресовану траву, солому або сіно. Такі пресовані матеріали можна використовувати, наприклад, як будівельні матеріали. Відносно низькі дози радіаційного випромінювання можуть приводити до поперечного зшивання, щеплення або іншого збільшення молекулярної маси целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу (наприклад, целюлози). У деяких варіантах здійснення, вихідна середньочислова молекулярна маса (перед опроміненням) деревини складає від приблизно 200000 до приблизно 3200000, наприклад, від приблизно 250000 до приблизно 1000000 або від приблизно 250000 до приблизно 700000. У деяких варіантах здійснення, вихідна середньочислова молекулярна маса (перед опроміненням) деревних волокон або частинок складає від приблизно 20000 до приблизно 1000000, наприклад, від приблизно 25000 до приблизно 500000. Середньочислова молекулярна маса після опромінення перевищує вихідну середньочислову молекулярну масу, наприклад, щонайменше приблизно на 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300% або до 500%. Наприклад, якщо вихідна середньочислова молекулярна маса знаходиться в діапазоні від приблизно 20000 до приблизно 1000000, середньочислова молекулярна маса після опромінення в деяких випадках складає від приблизно 40000 до приблизно 2000000. Як детально описано нижче, поперечне зшивання, щеплення або інше підвищення молекулярної маси природного або синтетичного целюлозного матеріалу можна здійснювати контрольованим і попередньо визначеним чином для одержання бажаних властивостей для конкретного застосування, таких як міцність, шляхом вибору типу або типів використовуваного радіаційного випромінювання і/або дози або доз застосовуваного радіаційного випромінювання. Нові способи можна використовувати для сприятливої зміни різних властивостей деревини, деревних волокон або композитів, що містять деревні волокна, шляхом застосування іонізуючого випромінювання в задані моменти часу і в контрольованих дозах. Наприклад, обробка пиломатеріалів сосни може привести до відносно більш високої міцності структурного матеріалу. Деревні волокна, що мають збільшену молекулярну масу, можна використовувати для виготовлення композитів, таких як композити волокно-смола, які мають поліпшені механічні властивості, наприклад, опір стиранню, опір стисненню, опір на злам, ударну міцність, міцність на вигин, модуль пружності при розтягненні, модуль пружності при вигині і подовження при руйнуванні. Поперечне зшивання, щеплення або інше збільшення молекулярної маси вибраного матеріалу можуть підвищити температурну стабільність матеріалу відносно необробленого 4 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 матеріалу. Підвищення температурної стабільності вибраного матеріалу може дозволити переробку його при більш високих температурах без деградації. Крім того, обробка целюлозного матеріалу радіаційним випромінюванням може стерилізувати матеріал, що повинно знизити тенденцію деревини або композита до стимуляції росту грибів, плісняви, борошнистої роси, мікроорганізмів, комах, наприклад, короїдів, круглих черв'яків або схожих з ними. Також іонізуюче випромінювання можна використовувати для контролю функціоналізації волокнистого матеріалу, тобто функціональних груп, які присутні на матеріалі або в ньому. Іонізуюче випромінювання можна використовувати для збільшення молекулярної маси деревини в будь-якому бажаному стані в процесі виготовлення пиломатеріалів або подрібнення. Наприклад, як показано на Фіг. 1, радіаційним випромінюванням можна впливати на сирі колоди, пиломатеріали або після обрізання, відторцювання або іншої додаткової переробки. У деяких випадках може бути бажаним опромінення кінцевого продукту, одержаного з деревини, наприклад, бейсбольної біти, рушничного ложа, предмета меблів або матеріалу підлоги. Опромінення на цій кінцевій стадії дозволяє подрібнення або іншу переробку деревини в бажану форму у відносно м'якому стані і подальше опромінення для збільшення жорсткості і інших механічних властивостей. У інших випадках, може бути бажаним опромінення деревини раніше, наприклад, для підвищення модуля пружності деревини в достатній мірі, щоб дозволити витримування подальшої переробки без руйнування або пошкодження. Деревину можна опромінювати до або після стадій висушування, таких як пічне або повітряне сушіння. Як правило, може бути переважним, щоб деревина в процесі опромінення була у відносно сухому стані. Після відносно низької дози радіаційного випромінювання, другий целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал можна комбінувати з таким матеріалом як смола і надавати йому форму композита, наприклад, формуванням пресуванням, інжекційним формуванням або екструзією. Формування композитів смола-волокно описане в WO 2006/102543. Після формування композитів, їх можна опромінювати для додаткового збільшення молекулярної маси вуглеводовмісного матеріалу, що знаходиться в композиті. Альтернативно, волокнистий матеріал, який включає перший целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал, що має першу молекулярну масу, можна комбінувати з матеріалом, таким як смола, для одержання композита, а потім композит можна опромінювати іонізуючим випромінюванням, щоб одержати другий целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал, що має другу молекулярну масу, яка перевищує першу молекулярну масу. Наприклад, як показано на Фіг. 2, радіаційним випромінюванням можна впливати на сирі колоди; після видалення кори; після рубання до бажаного розміру частинок волокон; після змішування зі смолою, або до, або після стадій формування, таких як екструзія, укладання в стіс або опресовування; після вулканізації або в процесі вулканізації для забезпечення або посилення вулканізації; або до, або після будь-яких інших стадій переробки. Потрібно зазначити, що кору, одержану в процесі видалення кори, при необхідності, можна використовувати для утворення пульпи, наприклад, з використанням способів, описаних в будь-якій із заявок автора винаходу, поданих 30 квітня 2008 року, US SN 61/049391. Переважно, опромінення може викликати утворення зв'язків між смолою і волокнистим матеріалом в ділянках щеплення, надаючи синергічний ефект на фізичні характеристики композита. Це утворення зв'язків може бути посилене шляхом функціоналізації волокнистого матеріалу в результаті опромінення. У деяких варіантах здійснення, смола являє собою смолу, що піддається поперечному зшиванню, і, по суті, вона піддається поперечному зшиванню по мірі збільшення молекулярної маси вуглеводовмісного матеріалу, що може забезпечити синергічний ефект для забезпечення максимальних механічних властивостей композита. Наприклад, такі композити можуть мати чудові характеристики при низькій температурі, наприклад, зменшену тенденцію до руйнування і/або розтріскування при низьких температурах, наприклад, при температурах нижче 0°С, наприклад, нижче -10, -20, -40, -50, -60°С або навіть нижче -100°С, і/або чудові характеристики при високих температурах, наприклад, здатність підтримувати їх переважні механічні властивості при відносно високих температурах, наприклад, при температурах вище 100°С, наприклад, вище 125, 150, 200, 250, 300, 400°С або навіть вище 500°С. Крім того, такі композити можуть мати чудову хімічну стійкість, наприклад, стійкість до набухання в розчиннику, наприклад, вуглеводневому розчиннику, стійкість до хімічного впливу, наприклад, сильних кислот, сильних основ, сильних окислювачів (наприклад, хлору або відбілювача) або відновників (наприклад, активних металів, таких як натрій і калій). 5 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У деяких варіантах здійснення, смола, або інший матеріал матриці, не піддається поперечному зшиванню в процесі опромінення. У деяких варіантах здійснення, застосовують додаткове радіаційне випромінювання, коли вуглеводовмісний матеріал знаходиться в матриці, для додаткового збільшення молекулярної маси вуглеводовмісного матеріалу. У деяких варіантах здійснення, радіаційне випромінювання приводить до утворення зв'язків між матрицею і вуглеводовмісним матеріалом. У деяких варіантах здійснення радіаційне випромінювання застосовують більше ніж в одній точці процесу виробництва. Наприклад, іонізуючим випромінюванням можна впливати на деревні волокна до змішування їх з матрицею зі смоли, для підвищення їх придатності для переробки, і другою дозою можна впливати на суміші волокно/смола для поліпшення механічних властивостей композита. Як інший приклад, першою дозою радіаційного випромінювання можна впливати на вихідний матеріал деревини, такий як колода або дерев'яна балка, дошка або лист, для поліпшення їх властивостей для подальшої переробки, і другою дозою радіаційного випромінювання можна впливати на продукт, виготовлений з вихідного матеріалу деревини, такий як бейсбольна біта, рушничне ложе або предмет меблів, для поліпшення його кінцевих властивостей. Опромінення для впливу на функціональні групи матеріалу Після обробки одним або декількома типами іонізуючого випромінювання, такими як фотонне випромінювання (наприклад, рентгенівські промені і гамма-промені), опромінення пучком електронів або частинок, важче електронів, які позитивно або негативно заряджені (наприклад, протони або іони вуглецю), будь-які з вуглеводовмісних матеріалів або сумішей, описаних в цьому документі, стають іонізованими; тобто вони включають радикали на рівнях, які піддаються детекції за допомогою спектрометра електронного парамагнітного резонансу. Після іонізації, будь-який матеріал, який є іонізованим, можна гасити для зниження рівня радикалів в іонізованому матеріалі, наприклад, так, щоб радикали більше не піддавалися детекції за допомогою спектрометра електронного парамагнітного резонансу. Наприклад, радикали можна гасити, застосовуючи достатній тиск на іонізований матеріал і/або контактування іонізованого матеріалу з текучим середовищем, таким як газ або рідина, яке реагує (гасить) з радикалами. Різні гази, наприклад, азот або кисень, або рідини можна використовувати щонайменше для сприяння гасінню радикалів і функціоналізації іонізованого матеріалу бажаними функціональними групами. Таким чином, опромінення з подальшим гасінням можна використовувати для одержання матеріалу з бажаними функціональними групами, включаючи, наприклад, одну або декілька з наступних: альдегідні групи, енольні групи, нітрозогрупи, нітрильні групи, нітрогрупи, групи кетонів, аміногрупи, алкіламіногрупи, алкільні групи, хлоралкільні групи, хлорфторалкільні групи і/або групи карбонових кислот. Ці групи підвищують гідрофільність області матеріалу, де вони присутні. У деяких варіантах здійснення, матеріал опромінюють і гасять до або після стадій переробки, таких як нанесення покриття або каландрування, для впливу на функціональність в матеріалі і/або на поверхні матеріалу і, тим самим, впливу на властивості матеріалу, такі як сприйнятливість поверхні матеріалу до фарби, клею, покриттів і т. п. У випадку композитних матеріалів, функціональні групи можуть дозволити опроміненому волокнистому матеріалу легше розподілятися в смолі або іншому матеріалі матриці. На Фіг. 3 проілюстрована зміна молекулярної і/або надмолекулярної структури волокнистого матеріалу, такого як деревина, деревне волокно або деревні частинки, шляхом попередньої обробки волокнистого матеріалу іонізуючим випромінюванням, таким як електрони або іони з енергією, достатньою для іонізації сировини, для забезпечення першого рівня радикалів. Як показано на Фіг. 3, якщо іонізований матеріал залишається в атмосфері, він окислюється, наприклад, до такої міри, що утворюються групи карбонових кислот шляхом реакції з атмосферним киснем. Оскільки радикали можуть "жити" протягом деякого часу після опромінення, наприклад, більше 1 доби, 5 діб, 30 діб, 3 місяців, 6 місяців або навіть більше 1 року, властивості матеріалу можуть продовжувати змінюватися з перебігом часу, що, в деяких випадках, може бути небажаним. Детекція радикалів в опромінених зразках за допомогою спектроскопії електронного парамагнітного резонансу і час життя радикалів в таких зразках розглянуті в Bartolotta et al., Physics in Medicine and Biology, 46 (2001), 461-471 і Bartolotta et al., Radiation Protection Dosimetry, Vol. 84, Nos. 1-4, pp. 293-296 (1999). Як подано на Фіг. 3, іонізований матеріал можна гасити для функціоналізації і/або стабілізації іонізованого матеріалу. У деяких варіантах здійснення, гасіння включає прикладення тиску до іонізованого матеріалу, наприклад, шляхом механічної деформації матеріалу, наприклад, прямим механічним стисненням матеріалу в одному, двох або трьох вимірюваннях, або прикладаючи 6 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 тиск до текучого середовища, в яке матеріал занурений, наприклад, ізостатичне пресування. У таких випадках, деформація матеріалу сама по собі дає радикали, які часто захоплюються в кристалічні домени, досить близько для того, щоб радикали могли рекомбінувати або реагувати з іншою групою. У деяких випадках, тиск використовують разом з використанням нагрівання, такого як кількість тепла, достатня для підвищення температури матеріалу до рівня вище температури плавлення або до температури розм'якшення компонента іонізованого матеріалу, такого як лігнін, целюлоза або геміцелюлоза. Нагрівання може збільшити рухливість молекул в матеріалі, що може сприяти гасінню радикалів. Коли для гасіння використовують тиск, тиск 2 може перевищувати 1000 фунт/дюйм (6,9 МПа), наприклад, перевищувати приблизно 1250 2 2 2 фунт/дюйм (8,6 МПа), 1450 фунт/дюйм (10 МПа), 3625 фунт/дюйм (25,2 МПа), 5075 2 2 2 фунт/дюйм (35 МПа), 7250 фунт/дюйм (50 МПа), 10000 фунт/дюйм (69 МПа) або навіть 2 більше 15000 фунт/дюйм (103,4 МПа). У деяких варіантах здійснення, гасіння включає контактування іонізованого матеріалу з текучим середовищем, таким як рідина або газ, наприклад, газ, здатний реагувати з радикалами, такий як ацетилен або суміш ацетилену в азоті, етилен, хлоровані етилени або хлорфторетилени, пропілен або суміші цих газів. У інших конкретних варіантах здійснення, гасіння включає контактування іонізованого матеріалу з рідиною, наприклад, з рідиною, розчинною в іонізованому матеріалі або щонайменше здатною проникати в іонізований матеріал і реагувати з радикалами, такими як дієн, такий як 1,5-циклооктадієн. У деяких конкретних варіантах здійснення, гасіння включає контактування іонізованого матеріалу з антиоксидантом, таким як вітамін E. При необхідності, матеріал може включати антиоксидант, диспергований в ньому, і гасіння може відбуватися внаслідок контактування антиоксиданту, диспергованого в матеріалі, з радикалами. Можливі інші способи гасіння. Наприклад, для гасіння будь-якого іонізованого матеріалу, описаного в цьому документі, можна використовувати будь-який спосіб гасіння радикалів в полімерних матеріалах, описаний в публікації патентної заявки US № 2008/0067724, Muratoglu et al., і патенті US № 7166650, Muratoglu et al., описи яких включені в цей документ як посилання в повному обсязі. Більше того, для гасіння будь-якого іонізованого матеріалу біомаси можна використовувати будь-який агент для гасіння (описаний як "сенсибілізуючий агент" у вказаних вище описах Muratoglu) і/або будь-який антиоксидант, описаний в будь-якому з посилань Muratoglu. Функціоналізацію можна посилити з використанням важких заряджених іонів, таких як будьякі з більш важких іонів, описаних в цьому документі. Наприклад, якщо бажано посилити окислення, для опромінення можна використовувати заряджені іони кисню. Якщо є бажаними функціональні групи азоту, можна використовувати іони азоту або будь-який іон, який включає азот. Аналогічно, якщо є бажаними групи сірки або фосфору, при опроміненні можна використовувати іони сірки або фосфору. У деяких варіантах здійснення, після гасіння будь-який з гашених іонізованих матеріалів, описаних в цьому документі, можна далі обробляти одним або декількома з радіаційного опромінення, такого як іонізуюче або неіонізуюче випромінювання, обробки ультразвуком, піролізу і окислення для додаткової зміни молекулярної і/або надмолекулярної структури. У деяких варіантах здійснення, перед гасінням волокнистий матеріал опромінюють в атмосфері інертного газу, наприклад, гелію або аргону. У деяких випадках, целюлозні або лігноцелюлозні матеріали можна піддавати опроміненню пучком частинок в присутності одного або декількох додаткових текучих середовищ (наприклад, газів і/або рідин). Вплив на матеріал пучка частинок в присутності одного або декількох додаткових текучих середовищ може підвищити ефективність обробки. У деяких варіантах здійснення, матеріал піддається опроміненню пучком частинок в присутності текучого середовища, такого як повітря. Частинки, прискорені в одному або декількох типах прискорювачів, описаних в цьому документі (або в прискорювачі іншого типу), виходять з прискорювача через вихідний отвір (наприклад, тонку мембрану, таку як металева фольга), проходять через об'єм простору, що займається текучим середовищем, а потім падають на матеріал. На доповнення до прямої обробки матеріалу, деякі з частинок утворюють додаткові хімічні частинки шляхом взаємодії з частинками текучого середовища (наприклад, іони і/або радикали, генеровані різними складовими повітря, такими як озон і оксиди азоту). Ці хімічні частинки, що утворилися, також можуть реагувати з матеріалом і можуть діяти як ініціатори різних реакцій руйнування хімічних зв'язків в матеріалі. Наприклад, будь-який окислювач, що утворився, може окисляти матеріал, що може приводити до зменшення молекулярної маси. У деяких варіантах здійснення, на шлях пучка частинок до потрапляння пучка на матеріал можна селективно подавати додаткові текучі середовища. Як розглянуто 7 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вище, реакції між частинками пучка і частинками поданих текучих середовищ можуть утворювати додаткові хімічні частинки, які реагують з матеріалом і можуть сприяти функціоналізації матеріалу і/або в іншому випадку селективно змінювати певні властивості матеріалу. Одне або декілька додаткових текучих середовищ можна направляти на шлях пучка, наприклад, з підвідної труби. Напрямок і швидкість потоку текучого середовища (середовищ), яке подають, можна вибирати відповідно до бажаної потужності і/або напрямку опромінення для контролю ефективності обробки загалом, включаючи як ефекти, які є наслідком обробки частинками, так і ефекти, які є наслідком взаємодії динамічно утворених частинок з поданого текучого середовища з матеріалом. На доповнення до повітря, ілюстративні текучі середовища, які можна подавати в пучок іонів, включають кисень, азот, один або декілька благородних газів, один або декілька галогенів і водень. Розташування функціональних груп можна контролювати, наприклад, шляхом вибору конкретного типу і дози іонізуючих частинок. Наприклад, гамма-випромінювання має тенденцію до впливу на функціональність молекул в папері, в той час як опромінення пучком електронів має тенденцію до того, щоб переважно впливати на функціональність молекул на поверхні. У деяких випадках, функціоналізацію матеріалу можна проводити одночасно з опроміненням, а не як окрему стадію гасіння. У цьому випадку, на тип функціональних груп і міру окислення можна впливати різними шляхами, наприклад, контролюючи оточення газом матеріалу, що підлягає опроміненню, через який проходить опромінюючий пучок. Придатні гази включають азот, кисень, повітря, озон, діоксид азоту, діоксид сірки і хлор. У деяких варіантах здійснення, функціоналізація приводить до утворення у волокнистому матеріалі енольних груп. Це може посилити сприйнятливість матеріалу до чорнила, клеїв, покриттів і т. п. і може забезпечити ділянки щеплення. Охолоджування опромінених матеріалів У процесі обробки матеріалів, розглянутих вище, іонізуючим випромінюванням, особливо при високих рівнях доз, таких як рівні більше 0,15 Мрад за секунду, наприклад, 0,25, 0,35, 0,5, 0,75 Мрад/с або навіть більше 1 Мрад/с, матеріали можуть зберігати значні кількості тепла, так що температура матеріалів підвищується. У той час як, в деяких варіантах здійснення, підвищені температури можуть бути переважними, наприклад, коли є бажаною більш висока швидкість реакції, є переважним контроль нагрівання для збереження контролю над хімічними реакціями, ініційованими іонізуючим випромінюванням, такими як поперечне зшивання, розділення ланцюгів і/або прищеплена співполімеризація, наприклад, для збереження керування процесом. Наприклад, в одному способі матеріал опромінюють при першій температурі іонізуючим випромінюванням, таким як фотони, електрони або іони (наприклад, однозарядні або багатозарядні катіони або аніони), протягом достатнього часу і/або при достатній дозі для підвищення температури матеріалу до другої температури, яка перевищує першу температуру. Потім опромінений матеріал охолоджують до третьої температури нижче другої температури. При необхідності, охолоджений матеріал можна обробляти один або декілька разів радіаційним випромінюванням, наприклад, іонізуючим випромінюванням. При необхідності, після і/або в процесі кожної обробки радіаційним опроміненням матеріал можна охолоджувати. Охолоджування в деяких випадках може включати контактування матеріалу з текучим середовищем, таким як газ, при температурі нижче першої або другої температуру, таким як газоподібний азот при приблизно 77K (-196°С). У деяких варіантах здійснення, можна використовувати навіть воду, таку як вода при температурі нижче номінальної кімнатної температури (наприклад, 25 градусів Цельсія). Типи радіаційного випромінювання Радіаційне опромінення можна здійснювати за допомогою 1) важких заряджених частинок, таких як альфа-частинки або протони, 2) електронів, утворених, наприклад, при бета-розпаді або в прискорювачах електронних пучків, або 3) електромагнітного радіаційного випромінювання, наприклад, гамма-променів, рентгенівських променів або ультрафіолетових променів. Різні форми радіаційного випромінювання іонізують біомасу через конкретні взаємодії, що визначаються енергією радіаційного випромінювання. Важкі заряджені частинки в основному іонізують речовину через кулонівське розсіяння; більше того, ці взаємодії генерують енергетичні електрони, які можуть далі іонізувати речовину. Альфа-частинки ідентичні ядру атома гелію і утворюються шляхом альфа-розпаду різних радіоактивних ядер, таких як ізотопи вісмуту, полонію, астату, радону, францію, радію, декількох актиноїдів, таких як актиній, торій, уран, нептуній, кюрій, каліфорній, америцій і плутоній. 8 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Електрони взаємодіють шляхом кулонівського розсіяння і гальмування радіаційного випромінювання, що викликається змінами швидкості електронів. Електрони можуть генеруватися радіоактивними ядрами, які піддаються бета-розпаду, такими як ізотопи йоду, цезію, технецію і іридію. Альтернативно, як джерело електронів можна використовувати електронну гармату з використанням термоіонної емісії. Електромагнітне радіаційне випромінювання впливає через три процеси: фотоелектричне поглинання, комптонівське розсіяння і утворення пар. Переважаючий вплив визначається енергією падаючого радіаційного випромінювання і атомного числа матеріалу. Сума взаємодій, що приводять до поглинання радіаційного випромінювання в целюлозному матеріалі, може бути виражена за допомогою масового коефіцієнта поглинання. Електромагнітне випромінювання поділяють на гамма-промені, рентгенівські промені, ультрафіолетові промені, інфрачервоні промені, мікрохвилі або радіохвилі, залежно від довжини хвилі. Наприклад, для опромінення матеріалів можна використовувати гамма-випромінювання. Як показано на Фіг. 4 і 5 (збільшений вигляд області R), гамма-випромінювач 10 включає джерела 60 408 гамма-випромінювання, наприклад, таблетки Co, робочий стіл 14 для поміщення матеріалів, що підлягають опроміненню, і накопичувач 16, наприклад, виготовлений з множини залізних пластин, всі з яких знаходяться в камері 20 з бетонним захистом (сховище), яка включає вхід 22 у вигляді лабіринту позаду освинцьованих дверей 26. Накопичувач 16 включає множину каналів 30, наприклад, шістнадцять або більше каналів, які дозволяють джерелам гамма-випромінювання проходити на своєму шляху через накопичувач поблизу робочого стола. У процесі роботи, зразок, що підлягає опроміненню, поміщають на робочий стіл. Опромінювач адаптований для того, щоб доставляти бажаний рівень дози і щоб з експериментальним блоком 31 було сполучене керуюче обладнання. Потім оператор покидає захисну камеру, проходячи через вхід у вигляді лабіринту і через освинцьовані двері. Оператор займає контрольну панель 32, інструктуючи комп'ютер 33 до приведення джерел 12 радіаційного випромінювання в робоче положення з використанням циліндра 36, приєднаного до гідравлічного насоса 40. Гамма-випромінювання має перевагу значної глибини проникнення в різні матеріали зразка. Джерела гамма-променів включають радіоактивні ядра, такі як ізотопи кобальту, кальцію, технецію, хрому, галію, індію, йоду, заліза, криптону, самарію, селену, натрію, талію і ксенону. Джерела рентгенівських променів включають зіткнення електронного пучка з металевими мішенями, такими як вольфрам або молібден, або сплави, або компактні джерела світла, такі як джерела світла, що комерційно виробляються Lyncean. Джерела ультрафіолетового випромінювання включають дейтерієві або кадмієві лампи. Джерела інфрачервоного радіаційного випромінювання включають керамічні лампи з вікном з сапфіру, цинку або селенідів. Джерела мікрохвиль включають клістрони, джерела Slevin RF-типу або джерела атомних пучків, в яких використовується газоподібний водень, кисень або азот. У деяких варіантах здійснення, як джерело радіаційного випромінювання використовують пучок електронів. Пучок електронів мають перевагу високих рівнів доз (наприклад, 1, 5 або навіть 10 Мрад на секунду), високої продуктивності, меншої захисної ізоляції і меншої кількості ізолюючого обладнання. Електрони також можуть бути більш ефективними відносно забезпечення розділення ланцюгів. Крім того, електрони, що мають енергію 4-10 МеВ, можуть мати глибину проникнення від 5 до 30 мм або більше, наприклад, 40 мм. Електронні пучки можна генерувати, наприклад, за допомогою електростатичних генераторів, каскадних генераторів, трансформаторних генераторів, низькоенергетичних прискорювачів зі скануючою системою, низькоенергетичних прискорювачів з лінійним катодом, лінійних прискорювачів і імпульсних прискорювачів. Електрони можуть бути придатні як джерело іонізуючого випромінювання, наприклад, для відносно тонких стосів матеріалів, наприклад, менше ніж приблизно 0,5 дюйма (1,27 см), наприклад, менше ніж 0,4 дюйма (1,02 см), 0,3 дюйма (0,76 см), 0,2 дюйма (0,51 см) або менше ніж 0,1 дюйма (0,25). У деяких варіантах здійснення, енергія кожного електрона в електронному пучку складає від приблизно 0,25 МеВ до приблизно 7,5 МеВ (мегаелектронвольт), наприклад, від приблизно 0,5 МеВ до приблизно 5 МеВ або від приблизно 0,7 МеВ до приблизно 2 МеВ. Пристрої для опромінення пучком електронів можуть бути комерційно придбані від Ion Beam Applications, Louvain-la-Neuve, Бельгія, або the Titan Corporation, Дієго, CA. Типова енергія електронів може становити 1, 2, 4,5, 7,5 або 10 МеВ. Типова потужність пристрою для опромінення пучком електронів може становити 1, 5, 10, 20, 50, 100, 250 або 500 кВт. Ефективність деполімеризації суспензії сировини залежить від використовуваної енергії електронів і застосовуваної дози, в той час як 9 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 час впливу залежить від потужності і дози. Типові дози можуть мати значення 1, 5, 10, 20, 50, 100 або 200 кГр. При виборі оптимальних характеристик потужності пристрою для опромінення пучком електронів враховуються витрати на роботу, капітальні витрати, амортизаційні витрати і зона розміщення пристрою. При виборі оптимальних рівнів експозиційної дози опромінення пучком електронів враховуються витрата енергії і питання екології, безпеки і здоров'я (ESH). Пристрій для опромінення пучком електронів може генерувати або фіксований промінь, або скануючий промінь. Переважним може бути скануючий промінь з великою довжиною розгортки сканування і високими швидкостями сканування, оскільки це може ефективно замінити велику ширину фіксованого променя. Крім того, доступна довжина розгортки 0,5, 1, 2 м або більше. У варіантах здійснення, в яких опромінення проводять за допомогою електромагнітного випромінювання, електромагнітне випромінювання може мати, наприклад, енергію на фотон (в 2 3 4 5 6 7 електроновольтах) більше 10 еВ, наприклад, більше 10 , 10 , 10 , 10 еВ або навіть більше 10 еВ. У деяких варіантах здійснення, електромагнітне випромінювання має енергію на фотон між 4 7 5 6 10 і 10 еВ, наприклад, між 10 і 10 еВ. Електромагнітне випромінювання може мати частоту, 16 17 18 19 20 21 наприклад, більше 10 Гц, більше 10 Гц, 10 , 10 , 10 Гц або навіть більше 10 Гц. У деяких 18 22 варіантах здійснення, електромагнітне випромінювання має частоту між 10 і 10 Гц, 19 21 наприклад, між 10 і 10 Гц. Одним з типів прискорювачів, які можна використовувати для прискорення іонів, продукованих з використанням джерел іонів, розглянутих вище, є Dynamitron® (доступний, наприклад, від Radiation Dynamics Inc., який на даний час є елементом IBA, Louvain-la-Neuve, Бельгія). Схема прискорювача Dynamitron® 1500 подана на Фіг. 6. Прискорювач 1500 включає інжектор 1510 (який включає джерело іонів) і прискорювальну колону 1520, яка включає множину кільцевих електродів 1530. Інжектор 1510 і колона 1520 містяться в корпусі 1540, який вакуумується вакуумним насосом 1600. Інжектор 1510 генерує пучок іонів 1580 і подає пучок 1580 в прискорювальну колону 1520. Кільцеві електроди 1530 підтримуються при різних електричних потенціалах, так що іони прискорюються по мірі того, як вони проходять через зазори між електродами (наприклад, іони прискорюються в зазорах, але не в електродах, де електричні потенціали є одноманітними). По мірі проходження іонів з верхньої частини колони 1520 в напрямку нижньої частини колони, поданої на Фіг. 6, середня швидкість іонів зростає. Відстань між подальшими кільцевими електродами 1530, як правило, зростає, таким чином, забезпечуючи більш високу середню швидкість іонів. Після перетину прискореними іонами довжини колони 1520, прискорений пучок іонів 1590 виходить з корпусу 1540 через направляючу трубу 1555. Довжину направляючої труби 1555 вибирають так, щоб забезпечити приміщення належного екранування (наприклад, екранування бетоном) поруч з колонною 1520, ізолюючи колону. Після проходження через трубу 1555, пучок 1590 іонів проходить через скануючий магніт 1550. Скануючий магніт 1550, який контролюється зовнішнім логічним пристроєм (не показаний), може направляти прискорений пучок 1590 іонів контрольованим чином через двовимірну площину, орієнтовану перпендикулярно центральній осі колони 1520. Як показано на Фіг. 6, пучок 1590 іонів проходить через вікно 1560 (наприклад, вікно з металевою фольгою або екран), а потім він направляється на зіткнення з вибраними областями зразка 1570 скануючим магнітом 1550. У деяких варіантах здійснення, електричні потенціали, застосовувані до електродів 1530, являють собою статичні потенціали, згенеровані, наприклад, DC-джерелами напруги. У деяких варіантах здійснення, деякі або всі з електричних потенціалів, що прикладаються до електродів 1530, являють собою змінні потенціали, генеровані джерелами змінної напруги. Придатні змінні джерела великих електричних потенціалів включають джерела посиленого поля, наприклад, такі як клістрони. Таким чином, залежно від природи потенціалів, що прикладаються до електродів 1530, прискорювач 1500 може діяти або в імпульсному, або в безперервному режимі. Для досягнення вибраної енергії іонів на виході з колони 1520, довжину колони 1520 і потенціали, що прикладаються до електродів 1530, вибирають, виходячи з факторів, добре відомих в даній галузі. Однак потрібно зазначити, що для зменшення довжини колони 1520 можна використовувати багатозарядні іони замість однозарядних іонів. Таким чином, прискорювальний ефект вибраної різниці електричних потенціалів між двома електродами є більш високим для іона, що несе заряд величиною 2 або більше, ніж для іона, що несе заряд 2+ величиною 1. Таким чином, довільний іон X можна прискорювати до кінцевої енергії Е на + протязі більш короткої довжини, ніж відповідний довільний іон X . Іони з потрійним або 3+ 4+ почетвереним зарядом (наприклад, X і X ) можна прискорювати до кінцевої енергії Е на ще 10 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 більш коротких відстанях. Таким чином, довжина колони 1520 може бути значно зменшена, коли пучок 1580 іонів включає, головним чином, багатозарядні типи іонів. Для прискорення позитивно заряджених іонів, різниці потенціалів між електродами 1530 колони 1520 вибирають так, щоб напрямок підвищення сили поля на Фіг. 6 був низхідним (наприклад, в напрямку нижньої частини колони 1520). Навпаки, коли прискорювач 1500 використовують для прискорення негативно заряджених іонів, різниця електричних потенціалів між електродами 1530 є зворотною в колоні 1520, і напрямок зростання сили поля на Фіг. 6 є висхідним (наприклад, в напрямку верхньої частини колони 1520). Зміна конфігурації електричних потенціалів, що прикладаються до електродів 1530, є нескладною, так що прискорювач 1500 можна перетворювати відносно швидко з прискорення позитивних іонів на прискорення негативних іонів, або навпаки. Аналогічно, прискорювач 1500 можна швидко конвертувати з прискорення однозарядних іонів на прискорення багатозарядних іонів, і навпаки. Дози У деяких варіантах здійснення, опромінення деякої дози для збільшення молекулярної маси (з будь-яким джерелом радіаційного випромінювання або комбінацією джерел) проводять доти, поки матеріал не одержує дозу щонайменше 0,1 Мрад, наприклад, щонайменше 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 4,0 або 5,0 Мрад. У деяких варіантах здійснення, опромінення проводять доти, поки матеріал не одержує дозу щонайменше між 0,25 і 5,0 Мрад, наприклад, між 0,5 і 4 Мрад або між 1,0 і 3,0 Мрад. Дози, розглянуті вище, також придатні для функціоналізації матеріалу, причому міра функціоналізації, як правило, є більш високою при більш високій дозі. Може бути бажаним багаторазове опромінення для досягнення даної кінцевої дози, наприклад, шляхом доставки дози 1 Мрад 10 разів, для забезпечення кінцевої дози 10 Мрад. Це може запобігти перегріванню опроміненого матеріалу, зокрема, якщо матеріал охолоджують між дозами. Також може бути бажаним опромінення з декількох напрямків, одночасно або послідовно, для досягнення бажаної міри проникнення радіаційного випромінювання в матеріал. Наприклад, залежно від густини і вмісту вологи в деревині і типу використовуваного джерела радіаційного випромінювання (наприклад, гамма-випромінювання або пучка електронів), максимальне проникнення радіаційного випромінювання в деревину може становити тільки 0,75 дюйма (1,9 см). У такому випадку, більш товстий шар (аж до 1,5 дюйма (3,8 см)) можна опромінювати, спочатку опромінюючи деревину з одного боку, а потім перевертаючи деревину і опромінюючи її з іншого боку. Опромінення з декількох напрямків може бути особливо корисним у випадку опромінення пучком електронів, який опромінює швидше, ніж гамма-випромінювання, але, як правило, не забезпечує значної глибини проникнення. У деяких варіантах здійснення, опромінення проводять при рівні дози між 5,0 і 1500,0 кілорад/годину, наприклад, між 10,0 і 750,0 кілорад/годину або між 50,0 і 350,0 кілорад/годину. Коли є бажаним високий вихід, опромінення можна застосовувати, наприклад, при від 0,5 до 3,0 Мрад/с або навіть швидше, з використанням охолоджування для того, щоб уникнути перегрівання опроміненого матеріалу. У деяких варіантах здійснення, в яких опромінюють композит, матриця смоли включає смолу, яка є такою, що піддається поперечному зшиванню, і сама по собі піддається поперечному зшиванню по мірі підвищення молекулярної маси вуглеводовмісного матеріалу, що може забезпечити синергічний ефект для оптимізації фізичних властивостей композита. У цих варіантах здійснення, дозу опромінення вибирають так, щоб вона була досить високою, щоб підвищити молекулярну масу целюлозних волокон, тобто щонайменше приблизно 0,1, і щоб одночасно вона була досить низькою, щоб уникнути несприятливого впливу на матрицю для смоли. Верхня межа дози може варіювати, залежно від складу покриття, однак в деяких варіантах здійснення переважна доза складає менше ніж приблизно 10 Мрад. У деяких варіантах здійснення, використовують два або більше джерел радіаційного випромінювання, таких як два або більше джерел іонізуючого випромінювання. Наприклад, зразки можна обробляти, в будь-якому порядку, пучком електронів, а потім гаммавипромінюванням і УФ-випромінюванням, що має довжину хвилі від приблизно 100 нм до приблизно 280 нм. У деяких варіантах здійснення, зразки обробляють трьома джерелами іонізуючого випромінювання, такими як пучок електронів, гамма-випромінювання і енергетичне УФ-випромінювання. Опромінення деревини Способи, описані в цьому документі, можна використовувати на будь-якому бажаному типі деревини. Деревину можна опромінювати в її первинній формі, тобто як колоду, або її можна опромінювати при будь-якій подальшій стадії переробки. Переважно, деревина має відносно 11 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 низький вміст вологи, наприклад, вміст вологи менше ніж 25%, наприклад, менше ніж 20%. У деяких випадках, наприклад, коли деревина є висушеною, вміст вологи складає від приблизно 6% до приблизно 18%. У деяких варіантах здійснення, вміст води в процентах по масі (вміст вологи) може складати менше ніж 5, 4, 3, 2, 1% або навіть менше ніж 0,5%. Вміст вологи може, в деяких варіантах здійснення, знаходитися в діапазонах від 1 до 8%, наприклад, від 2 до 6%. Відносно низький вміст вологи дозволяє проникнення в деревину іонізуючого випромінювання і може підвищити стабільність радикалів, утворених в деревині при опроміненні. 3 Як правило, деревина має густину менше ніж 1,4 г/см , наприклад, приблизно від 1,0 до 1,2 3 г/см . Композитні матеріали Термін "деревний композит", використовуваний в цьому документі, стосується матеріалу, який включає деревну стружку, деревні волокна, деревні частинки або деревне борошно, дисперговане в матриці із смоли. Такі композити включають, наприклад, деревностружкову плиту, фіброліт, плиту з орієнтованими пучками (OSB), вафельну плиту, плиту Sterling і оргаліт. Деревностружкову плиту часто виготовляють з низькоякісних колод і залишків виробництва деревних продуктів. Наприклад, швидкоростучі види, такі як осика і тополя, можна використовувати в формі деревної маси з суцільного дерева (частинок деревини). У деяких варіантах здійснення, стружку зменшують до частинок з використанням молоткового млина, дискового млина або каменедробарки, після чого частинки сушать до низького вмісту вологи, наприклад, приблизно від 3 до 5%. При необхідності, висушену деревну масу можна розділяти згідно із заданим розміром частинок, на тонку і грубу, з використанням сит з різним розміром комірок. Потім деревну масу (або частину маси, що має бажаний розмір частинок) змішують з матрицею зі смоли або зв’язувальною речовиною. Концентрація зв’язувальної речовини в готовому продукті, як правило, є відносно низькою, наприклад, приблизно від 5 до 20%, як правило приблизно від 5 до 10%, наприклад, приблизно від 1 до 5%. У деяких випадках, суміш деревна маса/смола формують у вигляді плити перед вулканізацією. При необхідності, суміш смоли з деревної маси з тонкодисперсними частинками можна використовувати для формування зовнішнього шару зверху або знизу центрального шару, який утворений сумішшю смоли з деревною масою з грубодисперсними частинками. Потім плиту вулканізують, наприклад, при нагріванні і під тиском, з утворенням готової деревностружкової плити. Плита з орієнтованими пучками (OSB) і схожі з нею також являють собою продукти з різаного дерева, які утворені нашаруванням пучків або стружки деревини або інших волокон в конкретній орієнтації. Ці плити, як правило, виготовляють у вигляді плит з перехресно орієнтованих шарів тонких, перпендикулярних деревних або інших стрічок волокон, пресованих і зв'язаних одна з одною за допомогою воску і клеїв на основі смоли (наприклад, приблизно 95% деревини/волокна і приблизно 5% воску/смоли). Шари створюють шляхом нарізання деревини/волокна на стрічки, які просівають, а потім орієнтують, наприклад, на конвеєрній стрічці. Чергування шарів дає кінцевий продукт, який поміщають в термічний прес для пресування матеріалів і зв’язування їх активацією нагріванням і вулканізації смоли. Потім з плити можна вирізати окремі панелі з кінцевими розмірами. Опромінення можна проводити на будь-якій бажаній стадії (або не декількох стадіях) в цих процесах. Наприклад, колоди або стружку можна одержувати до утворення деревної маси, стрічок або стружки, або деревну масу можна опромінювати перед змішуванням зі смолою/воском. У деяких випадках, опромінюють суміш смоли і деревної маси, і в цьому випадку опромінення може сприяти поперечному зшиванню смоли. Якщо використовують радіаційне опромінення смоли, що піддається поперечному зшиванню, гаряча вулканізація і/або ущільнення під тиском деревностружкової плити або OSB можуть бути необов'язковими. Опромінення також можна проводити на готовій вулканізованій деревностружковій плиті або OSB. При необхідності, опромінення можна проводити більше ніж на одній стадії процесу, наприклад, на деревній масі, а потім на вулканізованій деревностружковій плиті. Процес формування фіброліту схожий з процесом утворення деревностружкової плити і OSB, за винятком того, що замість відносно більш великих частинок, використовуваних в деревній масі, описаній вище, використовують деревні волокна. Стружку можна конвертувати у волокна з використанням різних способів, включаючи, наприклад, листорізальні пристрої з обертовим ножем, дисковий млин з одиничним або подвійним диском, дефібратори, млини під тиском і млини атмосферного тиску. Одержане волокно змішують зі смолою і вулканізують, як розглянуто вище відносно деревностружкової плити. Як розглянуто вище, опромінення можна проводити на будь-якій бажаній стадії процесу, від опромінення колод, з яких формують волокна, до опромінення вулканізованої плити. 12 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У будь-якому з цих процесів, смола може являти собою будь-яку термопластичну, термореактивну пластмасу, еластомер, адгезив або суміші цих смол. Придатні смоли включають епоксиди, формальдегіди сечовини, меламіни, фенольні смоли і уретани. Інші композити формують, наприклад, екструзією, інжекційним формуванням, формуванням пресуванням, відцентровим формуванням або литтям, суміші деревної стружки, частинок або волокон і зв’язувальної смоли або матриці. У цьому типі композита, концентрація смоли, як правило, є більш високою, наприклад, від приблизно 40% до приблизно 80% смоли. Такі композити можна опромінювати способом, описаним вище для деревностружкової плити і фібролітової плити. У деяких варіантах здійснення, частинки або волокна випадковим чином орієнтовані в матриці. У інших варіантах здійснення, волокна можуть бути по суті орієнтовані, наприклад, в одному, двох, трьох або чотирьох напрямках. При необхідності, волокна можуть бути безперервними або дискретними. Частинки або волокна можуть мати високе аспектне відношення (L/D). Наприклад, середнє відношення довжини до діаметра волокнистого матеріалу може складати більше 8/1, наприклад, більше 10/1, більше 15/1, більше 20/1, більше 25/1 або більше 50/1. Середня довжина волокнистого матеріалу може складати, наприклад, між приблизно 0,5 і 2,5 мм, наприклад, між приблизно 0,75 і 1,0 мм, і середня ширина (тобто діаметр) волокнистого матеріалу може складати, наприклад, приблизно між 5 і 50 мкм, наприклад, приблизно між 10 і 30 мкм. У деяких варіантах здійснення, деревностружкову плиту, OSB або фібролітову плиту використовують як проміжний продукт для формування ламінату, наприклад, ламінату високого тиску (HPL), або шпону. У цьому випадку, матеріал покриття, такий як папір, фольга, меламін, просочений папір або полімерна плівка, ламінують на одну або обидві широких поверхні плити. Опромінення можна проводити до, в процесі і/або після стадії ламінування. У деяких випадках, опромінення також може поліпшити механічні властивості покриття, наприклад, якщо покриття включає папір, і таким чином, може бути бажаним проведення стадії опромінення в процесі ламінування або після нього. У будь-якому з процесів, описаних вище, замість деревної стружки і частинок можна використовувати інші типи волокнистого матеріалу, наприклад, волокнистий матеріал з целюлозних джерел. Генерування іонів Для генерування іонів, придатних для пучків іонів, які можна використовувати при обробці целюлозних або лігноцелюлозних матеріалів, можна використовувати різні способи. Після генерування іонів, вони, як правило, прискорюються в одному або декількох типах прискорювачів, а потім направляються на зіткнення з целюлозними або лігноцелюлозними матеріалами. (i) Іони водню Іони водню можна генерувати в джерелі іонів з використанням множини різних способів. Як правило, іони водню подаються в іонізуючу камеру джерела іонів, і іони утворюються шляхом впливу енергії на молекули газу. У процесі роботи, такі камери можуть продукувати великі іонні струми, придатні для використання в подальшому прискорювачі іонів. У деяких варіантах здійснення, іони водню генеруються шляхом іонізації поля газоподібного водню. Схема джерела іонізації полем подана на Фіг. 7. Джерело 1100 іонізації полем включає камеру 1170, де відбувається іонізація молекул газу (наприклад, молекул газоподібного водню). Молекули 1150 газу попадають в камеру 1170 шляхом течії вздовж напрямку 1155 в провідній трубі 1120. Джерело 1100 іонізації полем включає електрод 1110 для іонізації. У ході роботи, до електрода 1110 прикладають великий потенціал VE (відносно звичайного потенціалу для заземлення системи). Молекули 1150, які циркулюють в області, сусідній з електродом 1110, іонізуються електричним полем, яке з'являється в результаті потенціалу V E. Також в процесі роботи прикладається потенціал витягнення VX до пристроїв 1130 для виведення. Знову утворювані іони мігрують в напрямку пристроїв 1130 для виведення під впливом електричних полів потенціалів VE і VX. Насправді, знову утворені іони піддаються дії сил відштовхування відносно іонізуючого електрода 1110 і сил притягання відносно пристрою 1130 для виведення. В результаті, деякі із знову утворених іонів надходять у відвідну трубу 1140 і розповсюджуються в напрямку 1165 під впливом потенціалів VE і VX. Залежно від знаку потенціалу VE (відносно звичайного потенціалу заземлення), можуть утворюватися як позитивно, так і негативно заряджені іони. Наприклад, в деяких варіантах здійснення, позитивний потенціал можна прикладати до електрода 1110, а негативний потенціал можна прикладати до пристрою 1130 для виведення. Позитивно заряджені іони + водню (наприклад, протони Н ), які утворюються в камері 1170, відганяються від електрода 13 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1110 в напрямку пристрою 1130 для виведення. В результаті, потік 1160 розряджених частинок включає позитивно заряджені іони водню, які транспортуються в систему інжектора. У деяких варіантах здійснення, негативний потенціал можна прикладати до електрода 1110, а позитивний потенціал можна прикладати до пристрою 1130 для виведення. Негативно заряджені іони водню (наприклад, гідрид-іони Н ), які утворюються в камері 1170, відганяються від електрода 1110 в напрямку пристрою 1130 для виведення. Потік 1160 розряджених частинок включає негативно заряджені іони водню, які потім транспортуються в систему інжектора. У деяких варіантах здійснення, як позитивні, так і негативні іони водню можна одержувати шляхом прямого нагрівання газоподібного водню. Наприклад, газоподібний водень можна направляти, щоб він входив в нагрівальну камеру, яка є вакуумованою для видалення залишкового кисню і інших газів. Потім газоподібний водень можна нагрівати за допомогою нагрівального елемента для генерування іонних частинок. Придатні нагрівальні елементи включають, наприклад, електроди дугового розряду, волоски розжарення, нагрівальні спіралі і множину інших елементів теплообміну. У деяких варіантах здійснення, коли іони водню продукуються за допомогою або польової емісії, або нагрівання, можуть продукуватися різні типи іонів водню, включаючи як позитивно і негативно заряджені типи іонів, так і однозарядні і багатозарядні типи іонів. Різні типи іонів можна відділяти один від одного за допомогою одного або декількох електростатичних і/або магнітних сепараторів. На Фіг. 8 представлена схема електростатичного сепаратора 1175, який адаптований для розділення множини частинок іонів водню однієї від одної. Електростатичний сепаратор 1175 включає пару паралельних електродів 1180, до яких прикладається потенціал VS з джерела напруги (не показане). Потік 1160 частинок, що проходить в напрямку, вказаному стрілкою, включає множину позитивно і негативно заряджених і однозарядних і багатозарядних типів іонів. По мірі проходження різних іонів через електроди 1180, електричне поле між електродами відхиляє траєкторії іонів відповідно до величини і знаку типів іонів. На Фіг. 8, наприклад, електричне поле направлене від нижнього електрода до верхнього електрода в області між електродами 1180. В результаті, позитивно заряджені іони відхиляються вздовж висхідної траєкторії на Фіг. 8, а негативно заряджені іони відхиляються вздовж низхідної траєкторії. Кожний з пучків 1162 і 1164 іонів відповідає позитивно зарядженим типам іонів, причому тип іонів в пучку 1162 іонів має більший позитивний заряд, ніж тип іонів в пучку 1164 (наприклад, внаслідок більшого позитивного заряду іонів в пучку 1162, пучок відхиляються в більшій мірі). Аналогічно, кожний з пучків 1166 і 1168 іонів відповідає негативно зарядженому типу іонів, причому тип іонів в пучку 1168 іонів має більший негативний заряд, ніж тип іонів в пучку 1166 іонів (і, тим самим, він в більшій мірі відхиляється електричним полем між електродами 1180). Пучок 1169 включає нейтральні частинки, початково присутні в пучку 1160 частинок; на нейтральні частинки електричне поле між електродами 1180 впливає в меншій мірі, і, таким чином, вони проходять через електроди без відхилення. Кожний з окремих потоків частинок потрапляє в направляючі труби 1192, 1194, 1196, 1198 і 1199 і може бути доставлений в систему інжектора для подальшого прискорення частинок, або направлений так, щоб падати безпосередньо на целюлозний або лігноцелюлозний матеріал. Альтернативно або додатково, будь-який або всі з розділених потоків частинок можуть бути блоковані для перешкоджання досягненню типами іонів і/або атомів целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу. Як інша альтернатива, з використанням відомих способів певні потоки частинок можна об'єднувати, а потім направляти в систему інжектора і/або направляти безпосередньо, щоб вони падали на целюлозний або лігноцелюлозний матеріал. Як правило, також в сепараторах пучка частинок для відхилення заряджених частинок на доповнення до електричних полів, або замість них, можуть використовуватися магнітні поля. У деяких варіантах здійснення, сепаратори пучка частинок включають декілька пар електродів, де кожна пара електродів генерує електричне поле, яке відхиляє частинки, що проходять через нього. Альтернативно або додатково, сепаратори пучка частинок можуть включати один або декілька магнітних дефлекторів, які адаптовані для відхилення заряджених частинок згідно з величиною і знаком зарядів частинок. (ii) Іони благородних газів Атоми благородних газів (наприклад, атоми гелію, атоми неону, атоми аргону) утворюють позитивно заряджені іони при дії на них відносно сильних електричних полів. Таким чином, способи одержання іонів благородних газів, як правило, включають генерування високоінтенсивного електричного поля, а потім подачу атомів благородних газів в область поля для забезпечення іонізації полем атомів газу. Схема генератора іонізації полем для іонів благородних газів (а також для інших типів іонів) подана на Фіг. 9. Генератор 1200 іонізації 14 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 полем включає електрод 1220, що звужується, розташований в камері 1210. Вакуумний насос 1250 знаходиться в сполученні по текучому середовищу з внутрішньою стороною камери 1210 через вхідний канал 1240, і в процесі роботи він знижує тиск фонових газів в камері 1210. Один або декілька атомів благородних газів 1280 впускаються в камеру 1210 через впускну трубу 1230. У процесі роботи, до електрода 1220, що звужується, прикладають відносно високий позитивний потенціал VT (наприклад, позитивний відносного загального зовнішнього заземлення). Атоми благородних газів 1280, які потрапляють в область простору, що оточує кінцеву частину електрода 1220, іонізуються сильним електричним полем, що тягнеться від кінцевої частини; атоми газу втрачають електрон на кінцевій частині і утворюють позитивно заряджені іони благородного газу. Позитивно заряджені іони благородних газів прискорюються від кінцевої частини, і певна фракція іонів газу 1290 проходить через пристрій 1260 для виведення і вихідну камеру 1210 в оптичну колону, яка включає лінзу 1270, яка далі відхиляє і/або фокусує іони. Електрод 1220 звужується для підвищення величини локального електричного поля поблизу вершини кінцевої частини. Залежно від гостроти звуження і величини потенціалу VT, область простору в камері 1210, в якій відбувається іонізація атомів благородних газів, можна відносно суворо контролювати. В результаті, після пристрою 1260 для виведення можна одержати відносно добре колімований пучок іонів благородного газу 1290. Як розглянуто вище відносно іонів водню, кінцевий пучок іонів благородного газу 1290 може транспортуватися через оптичну колону заряджених частинок, яка включає різні оптичні елементи для відхилення і/або фокусування пучка іонів благородного газу. Цей пучок іонів благородного газу також може проходити через електростатичний і/або магнітний сепаратор, як розглянуто вище застосовно до Фіг. 8. Іони благородних газів, які утворюються в генераторі 1200 іонізації полем, включають іони гелію, іони неону, іони аргону і іони криптону. Крім того, генератор 1200 іонізації полем можна використовувати для формування іонів інших газоподібних хімічних речовин, включаючи водень, азот і кисень. Іони благородних газів можуть мати конкретні переваги відносно інших типів іонів при обробці целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу. Наприклад, в той час як іони благородних газів можуть реагувати з целюлозними або лігноцелюлозними матеріалами, нейтралізовані іони благородних газів (наприклад, атоми благородних газів), які продукуються в таких реакціях, як правило, є інертними і далі не реагують з целюлозним або лігноцелюлозним матеріалом. Більше того, нейтральні атоми благородних газів не залишаються зануреними в целюлозний або лігноцелюлозний матеріал, а замість цього дифундують з матеріалу. Благородні гази є нетоксичними, і їх можна використовувати у великих кількостях без несприятливих наслідків як для здоров'я людини, так і для навколишнього середовища. (iii) Іони вуглецю, кисню і азоту Іони вуглецю, кисню і азоту, як правило, можуть продукуватися іонізацією полем в такій системі як джерело 1100 іонізації полем або генератор 1200 іонізації полем. Наприклад, молекули газоподібного кисню і/або атоми кисню (наприклад, утворені нагріванням газоподібного кисню) можуть подаватися в камеру, де молекули і/або атоми кисню піддаються іонізації полем з утворенням іонів кисню. Залежно від знаку потенціалу, що прикладається до електрода для іонізації полем, можуть утворюватися позитивно і/або негативно заряджені іони. Переважно, бажаний тип іонів може бути вибраний з різних типів іонів і нейтральних атомів і молекул за допомогою електростатичного і/або магнітного сепаратора частинок, як показано на Фіг. 8. Як інший приклад, молекули газоподібного азоту можуть подаватися в камеру або джерелом 1100 іонізації полем, або генератором 1200 іонізації полем, і іонізуватися з утворенням позитивно і/або негативно заряджених іонів азоту за допомогою відносно сильного електричного поля в камері. Потім бажаний тип іонів можна відділяти від інших іонних і нейтральних частинок за допомогою електростатичного і/або магнітного сепаратора, як показано на Фіг. 8. Для утворення іонів вуглецю, атоми вуглецю можуть надходити в камеру або джерела 1100 іонізації полем, або генератора 1200 іонізації полем, де атоми вуглецю можуть іонізуватися з утворенням позитивно і/або негативно заряджених іонів вуглецю. Бажаний тип іонів можна відділяти від інших іонних і нейтральних частинок за допомогою електростатичного і/або магнітного сепаратора, як показано на Фіг. 8. Атоми вуглецю, які подаються в камеру або джерела 1100 іонізації полем, або генератора 1200 іонізації полем, можуть продукуватися шляхом нагрівання мішені на основі вуглецю (наприклад, графітової мішені) для забезпечення 15 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 теплового випромінювання атомів вуглецю з мішені. Мішень може бути поміщена відносно близько до камери, так щоб випромінювані атоми вуглецю входили в камеру безпосередньо після випромінювання. (iv) Більш важкі іони Іони більш важких атомів, таких як натрій і залізо, можна генерувати рядом способів. Наприклад, в деяких варіантах здійснення, важкі іони, такі як іони натрію і/або іони заліза, генерують шляхом термоіонної емісії з матеріалу мішені, який включає натрій і/або залізо, відповідно. Придатні матеріали мішеней включають матеріали, такі як силікати натрію і/або силікати заліза. Матеріали мішеней, як правило, включають інші інертні матеріали, такі як бетаоксид алюмінію. Деякі матеріали мішеней являють собою цеолітові матеріали і включають канали, утворені в них для забезпечення виходу іонів з матеріалу мішені. На Фіг. 10 представлене термоіонне емісійне джерело 1300, яке включає нагрівальний елемент 1310, який контактує з матеріалом 1330 мішені, обидва з яких розташовані всередині вакуумованої камери 1305. Нагрівальний елемент 1310 контролюється контролером 1320, який регулює температуру нагрівального елемента 1310 для контролю струму іонів, що утворюються з матеріалу 1330 мішені. Коли до матеріалу 1330 мішені застосовують достатню кількість тепла, термоіонне випромінювання з матеріалу мішені генерує потік іонів 1340. Іони 1340 можуть включати позитивно заряджені іони матеріалів, таких як атомні частинки натрію, заліза і інші відносно важкі атомні частинки (наприклад, іони інших металів). Потім іони 1340 можуть колімуватися, фокусуватися і/або іншим чином відхилятися електростатичними і/або магнітними електродами 1350, які також можуть доставляти іони 1340 в інжектор. Термоіонна емісія для формування іонів відносно важких типів атомів також розглянута, наприклад, в патенті US № 4928033, під назвою "Thermionic Ionization Source", повний зміст якого включений в цей документ як посилання. У деяких варіантах здійснення, відносно важкі іони, такі як іони натрію і/або іони заліза, можуть продукуватися за допомогою надвисокочастотного розряду. На Фіг. 11 представлена схема джерела 1400 надвисокочастотного розряду, яке продукує іони з відносно важких атомів, таких як натрій і залізо. Джерело 1400 розряду включає генератор 1410 мікрохвильового поля, трубу світловоду 1420, концентратор 1430 поля і іонізаційну камеру 1490. У ході роботи, генератор 1410 поля продукує мікрохвильове поле, яке проходить через світловід 1420 і концентратор 1430; концентратор 1430 збільшує силу поля шляхом просторового обмеження поля, як показано на Фіг. 11. Мікрохвильове поле потрапляє в іонізаційну камеру 1490. У першій області всередині камери 1490 соленоїд 1470 продукує сильне магнітне поле 1480 в області простору, яка також включає мікрохвильове поле. Джерело 1440 доставляє атоми 1450 в цю область простору. Концентроване мікрохвильове поле іонізує атоми 1450, і магнітне поле 1480, згенероване соленоїдом 1470, обмежує іонізовані атоми з утворенням локалізованої плазми. Частина плазми виходить з камери 1490 як іони 1460. Потім іони 1460 можуть відхилятися і/або фокусуватися одним або декількома електростатичними і/або магнітними елементами і доставлятися в інжектор. Атоми 1450 матеріалів, таких як натрій і/або залізо, можуть генеруватися, наприклад, тепловою емісією з матеріалу мішені. Придатні матеріали мішеней включають матеріали, такі як силікати і інші стабільні солі, включаючи матеріали на основі цеоліту. Придатні матеріали мішеней також можуть включати метали (наприклад, залізо), які можуть бути нанесені на інертний матеріал підкладки, такий як матеріал скла. Джерела надвисокочастотного розряду також розглянуті, наприклад, в наступних патентах US: патент US № 4409520, під назвою "Microwave Discharge Ion Sources", і патент US № 6396211, під назвою "Microwave Discharge Type Electrostatic Accelerator Having Upstream and Downstream Acceleration Electrodes". Повний зміст кожного з представлених вище патентів включений в цей документ як посилання. Джерела пучка частинок Джерела пучка частинок, які генерують пучки для застосування в опроміненні целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу, як правило, включають три групи компонентів: інжектор, який генерує або одержує іони і подає іони в прискорювач; прискорювач, який одержує іони з інжектора і підвищує кінетичну енергію іонів; і пов'язані з виведенням елементи, які маніпулюють пучком прискорених іонів. (i) Інжектори Інжектори можуть включати, наприклад, будь-яке з джерел іонів, розглянутих в попередніх розділах, яке може надавати потік іонів для подальшого прискорення. Також інжектори можуть включати різні типи електростатичних і/або магнітних оптичних елементів для частинок, включаючи лінзи, дефлектори, коліматори, фільтри і інші такі елементи. Ці елементи можна 16 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 використовувати для обробки пучка іонів перед входженням в прискорювач; тобто ці елементи можна використовувати для контролю характеристик поширення іонів, які надходять в прискорювач. Також інжектори можуть включати попередньо прискорювальні електростатичні і/або магнітні елементи, які прискорюють заряджені частинки до вибраного порога енергії перед надходженням в прискорювач. Приклад інжектора представлений в Iwata, Y. et al. (ii) Прискорювачі Одним типом прискорювачів, який можна використовувати для прискорення іонів, продукованих з використанням джерел, розглянутих вище, є Dynamitron® (доступний, наприклад, від Radiation Dynamics Inc., на даний час частина IBA, Louvain-la-Neuve, Бельгія). Схема прискорювача Dynamitron® 1500 подана на Фіг. 6 і розглянута вище. Іншим типом прискорювачів, який можна використовувати для прискорення іонів для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу, є прискорювач Rhodotron® (доступний, наприклад, від IBA, Louvain-la-Neuve, Бельгія). Як правило, прискорювачі типу Rhodotron включають один рециркуляційний резонатор, через який іони, що піддаються прискоренню, проходять багато разів. В результаті, прискорювачі Rhodotron® можуть працювати в безперервному режимі при відносно високих постійних струмах іонів. На Фіг. 12 представлена схема прискорювача Rhodotron® 1700. Прискорювач 1700 включає інжектор 1710, який подає прискорені іони в рециркуляційний резонатор 1720. Джерело 1730 електричного поля розташоване у внутрішній камері 1740 резонатора 1720 і воно генерує коливальне радіальне електричне поле. Частоту коливань радіального поля вибирають так, щоб вона відповідала часу однократного проходження інжектованих іонів через рециркуляційну порожнину 1720. Наприклад, позитивно заряджений іон інжектується в порожнину 1720 інжектором 1710, коли радіальне електричне поле в порожнині має нульову амплітуду. По мірі проходження іонів через камеру 1740, амплітуда радіального поля в камері 1740 зростає до максимальної величини, а потім знову знижується. Радіальне поле направлене всередину камери 1740, і іон прискорюється радіальним полем. Іон проходить через отвір в стінці внутрішньої камери 1740, перетинає геометричний центр резонатора 1720 і виходить через інший отвір в стінці внутрішньої камери 1740. Коли іон знаходиться на вході в резонатор 1720, амплітуда електричного поля всередині резонатора 1720 знижується до нуля (або практично до нуля). Коли іон виходить з внутрішньої камери 1740, амплітуда електричного поля в резонаторі 1720 починає знову зростати, однак тепер поле орієнтоване радіально назовні. Величина поля під час другої половини шляху іона через резонатор 1720 знов досягає максимуму, а потім починає знижуватися. В результаті, позитивний іон знову прискорюється електричним полем як тільки іон завершує другу половину першого проходження через резонатор 1720. При досягненні стінки резонатора 1720, величина електричного поля в резонаторі 1720 дорівнює нулю (або практично дорівнює нулю), і іон проходить через отвір в стінці і зустрічає один з відхиляючих пучок магнітів 1750. Відхиляючі пучок магніти по суті змінюють траєкторію іона на зворотну, як показано на Фіг. 12, направляючи іон на повторне входження в резонатор 1720 через інший отвір в стінці камери. Коли іон повторно входить в резонатор 1720, амплітуда електричного поля в ньому знов починає зростати, але тепер воно знову орієнтоване радіально всередину. Друге і подальші проходження іона через резонатор 1720 відбуваються схожим чином, так, що орієнтація електричного поля завжди збігається з напрямком руху іона, і іон прискорюється при кожному проходженні (і кожну половину шляху) через резонатор 1720. Як показано на Фіг. 12, після шести проходжень через резонатор 1720, прискорений іон виходить з резонатора 1720 як частина прискореного пучка 1760 іонів. Прискорений пучок іонів проходять через один або декілька електростатичних і/або магнітних оптичних елементів 1770 частинок, які включають лінзи, коліматори, дефлектори пучка, фільтри і інші оптичні елементи. Наприклад, під контролем зовнішнього логічного пристрою, елементи 1770 можуть включати електростатичний і/або магнітний дефлектор, який направляє прискорений пучок 1760 через двовимірну плоску область, орієнтовану перпендикулярно напрямку проходження пучка 1760. Іони, інжектовані в резонатор 1720, прискорюються при кожному проходженні резонатора 1720. Як правило, таким чином, для одержання прискорених пучків, що мають різну середню енергію іонів, прискорювач 1700 може включати більше одного сполученого виходу. Наприклад, в деяких варіантах здійснення, один або декілька відхиляючих магнітів 1750 можуть бути модифіковані так, щоб дозволити частині іонів досягати магніту для виведення з прискорювача 1700, а частині іонів повертатися в камеру 1720. Таким чином, з прискорювача 1700 можна одержати множину прискорених пучків, що виходять, причому кожний пучок відповідає середній енергії іонів, яка пов'язана з кількістю проходжень через резонатор 1720 для іонів в пучку. Прискорювач 1700 включає 5 відхиляючих магнітів 1750, і після інжекції в резонатор 1720 іони здійснюють 6 проходжень через резонатор. Однак, як правило, прискорювач 1700 може 17 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 включати будь-яку кількість відхиляючих магнітів, і після інжекції в резонатор 1720 іони можуть здійснювати відповідну кількість проходжень через резонатор. Наприклад, в деяких варіантах здійснення, прискорювач 1700 може включати щонайменше 6 відхиляючих магнітів, і іони можуть здійснювати щонайменше 7 проходжень через резонатор (наприклад, щонайменше 7 відхиляючих магнітів і 8 проходжень через резонатор, щонайменше 8 відхиляючих магнітів і 9 проходжень через резонатор, щонайменше 9 відхиляючих магнітів і 10 проходжень через резонатор, щонайменше 10 відхиляючих магнітів і 11 проходжень через резонатор). Як правило, електричне поле, утворене джерелом 1730 поля, забезпечує зростання при однократному проходженні через резонатор інжектованого іона, яке складає приблизно 1 МеВ. Однак, як правило, є можливим більш високе зростання при однократному проходженні шляхом забезпечення електричного поля в резонаторі 1720 з більш високою амплітудою. У деяких варіантах здійснення, наприклад, зростання при однократному проходженні через резонатор становить приблизно 1,2 МеВ або більше (наприклад, 1,3 МеВ або більше, 1,4 МеВ або більше, 1,5 МеВ або більше, 1,6 МеВ або більше, 1,8 МеВ або більше, 2,0 МеВ або більше, 2,5 МеВ або більше). Зростання при однократному проходженні через резонатор також залежить від величини заряду, який несе інжектований іон. Наприклад, іони, що несуть множину зарядів, піддаються більш високому зростанню при однократному проходженні через резонатор, ніж іони, що несуть одиничні заряди, для того ж електричного поля в резонаторі. У результаті, зростання при однократному проходженні через резонатор в прискорювачі 1700 можна далі підвищувати шляхом інжекції іонів, що мають множину зарядів. У представленому вище описі прискорювача 1700, позитивно заряджений іон інжектувався в резонатор 1720. Прискорювач 1700 також може прискорювати негативно заряджені іони. Для цього, негативно заряджені іони піддають інжекції так, щоб напрямок їх траєкторій був не в фазі з напрямком радіального електричного поля. Таким чином, інжекція негативно заряджених іонів відбувається таким чином, що на кожній половині шляху через резонатор 1720 напрямок траєкторії кожного іона є протилежним напрямку радіального електричного поля. Досягнення цього залучає просту корекцію часу, за який відбувається інжекція негативно заряджених іонів в резонатор 1720. Таким чином, прискорювач 1700 здатний одночасно прискорювати іони, що мають ту ж наближену масу, але протилежні заряди. Більш часто, прискорювач 1700 здатний одночасно прискорювати різні типи як позитивно, так і негативно заряджених (і як однозарядних, так і багатозарядних) іонів, при умові, що час проходження іонів через резонатор 1720 є відносно схожим. У деяких варіантах здійснення, прискорювач 1700 може включати множину сполучень з виходом, забезпечуючи різні типи прискорених пучків іонів, що мають схожі або відмінні енергії. Також для прискорення іонів для опромінення целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу можна використовувати інші типи прискорювачів. Наприклад, в деяких варіантах здійснення, іони можна прискорювати до відносно високої середньої енергії в прискорювачах на базі циклотрона і/або синхротрона. Конструкція і робота таких прискорювачів добре відомі в даній галузі. Як інший приклад, в деяких варіантах здійснення, для генерування і/або прискорення іонів для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу можна використовувати джерела іонів типу Пеннінга. Схема джерела типу Пеннінга розглянута в розділі 7.2.1 Prelec (1997). Також для прискорення іонів широко використовують статичні і/або динамічні прискорювачі різних типів. Статичні прискорювачі, як правило, включають множину електростатичних лінз, які підтримуються при різних DC-напругах. Шляхом вибору відповідних значень напруг, що прикладаються до кожного з елементів лінз, іони, що надходять в прискорювач, можна прискорювати до вибраної кінцевої енергії. На Фіг. 13 представлена спрощена схема статичного прискорювача 1800, який адаптований для прискорення іонів для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу 1835. Прискорювач 1800 включає джерело 1810 іонів, яке продукує іони і подає іони в іонну колону 1820. Іонна колона 1820 включає множину електростатичних лінз 1825, які прискорюють іони, згенеровані джерелом 1810 іонів, продукуючи пучок 1815 іонів. DC-напруги прикладають до лінз 1825; потенціали лінз залишаються приблизно постійними в ході роботи. Як правило, електричний потенціал в кожній лінзі є постійним, і іони пучка 1815 іонів прискорюються в зазорах між різними лінзами 1825. Іонна колона 1820 також включає відхиляючу лінзу 1830 і колімуючу лінзу 1832. Ці дві лінзи діють, направляючи пучок 1815 іонів у вибрану область целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу 1835 і фокусуючи пучок 1815 іонів на целюлозному або лігноцелюлозному матеріалі. Хоч на Фіг. 13 представлений конкретний варіант здійснення статичного прискорювача, множина інших варіантів є можливою і придатною для обробки целюлозного або 18 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лігноцелюлозного матеріалу. У деяких варіантах здійснення, наприклад, відносне розташування відхиляючої лінзи 1830 і колімуючої лінзи 1832 по іонній колоні 1820 можна міняти місцями. Також в іонній колоні 1820 можуть бути присутніми додаткові електростатичні лінзи, і іонна колона 1820 може, крім того, включати магнітостатичні оптичні елементи. У деяких варіантах здійснення, в іонній колоні 1820 може бути присутня велика кількість додаткових елементів, включаючи дефлектори (наприклад, квадрупольні, гексапольні і/або октопольні дефлектори), фільтрувальні елементи, такі як отвори для видалення небажаних частинок (наприклад, нейтральних частинок і/або певних типів іонів) з пучка 1815 іонів, пристрої для виведення (наприклад, для встановлення просторового профілю для пучка 1815 іонів) і інші електростатичні і/або магнітостатичні елементи. Динамічні лінійні прискорювачі, які часто називаються LINAC, також можна використовувати для генерування пучка іонів, який можна використовувати для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу. Як правило, динамічні лінійні прискорювачі включають іонну колону з лінійною серією радіочастотних резонаторів, кожний з яких продукує інтенсивне коливальне радіочастотне (RF) поле, яке синхронізоване за часом з інжекцією і проходженням іонів в іонну колону. Як приклад, для генерування RF-полів в резонаторах можна використовувати пристрої, такі як клістрони. Шляхом поєднання коливань поля з часом інжекції іонів, RF-резонатори можуть прискорювати іони до високих енергій без збереження пікових потенціалів протягом тривалих періодів часу. В результаті, LINAC, як правило, не мають тих же вимог до екранування, що і DC-прискорювачі, і, як правило, мають більш коротку довжину. LINAC, як правило, діють з частотами 3 ГГц (S-смуга, як правило, обмежена до відносно низької потужності) і 1 ГГц (L-смуга, здатна значно підвищувати роботу на потужності). Типові LINAC мають загальну довжину 2-4 метри. Схема динамічного лінійного прискорювача 1850 (наприклад, LINAC) подана на Фіг. 14. LINAC 1850 включає іонне джерело 1810 і іонну колону 1855, яка включає три прискорювальних резонатори 1860, дефлектор 1865 і фокусуючу лінзу 1870. Дефлектор 1865 і фокусуюча лінза 1870 функціонують, направляючи і фокусуючи пучок 1815 іонів на целюлозний або лігноцелюлозний матеріал 1835 після прискорення, як розглянуто вище. Прискорювальні резонатори 1860 виготовлені з провідного матеріалу, такого як мідь, і функціонують як світловод для прискорених іонів. Клістрони 1862, сполучені з кожним з резонаторів 1860, генерують динамічні RF-поля, які прискорюють іони в резонаторах. Клістрони 1862 індивідуально адаптують для продукції RF-полів, які, разом, прискорюють іони в пучку 1815 іонів до кінцевої вибраної енергії перед потраплянням на целюлозний або лігноцелюлозний матеріал 1835. Як розглянуто вище застосовно до статичних прискорювачів, можливі багато які варіанти динамічного прискорювача 1850 і їх можна використовувати для генерування пучка іонів для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу. Наприклад, в деяких варіантах здійснення, також в іонній колоні 1855 можуть бути присутніми додаткові електростатичні лінзи 1855, і іонна колона 1855 може додатково включати магнітостатичні елементи. У деяких варіантах здійснення, в іонній колоні 1855 може бути присутня велика кількість додаткових елементів, включаючи дефлектори (наприклад, квадрупольні, гексапольні і/або октопольні дефлектори), фільтрувальні елементи, такі як отвори для видалення небажаних частинок (наприклад, нейтральних частинок і/або певних типів іонів) з пучка 1815 іонів, пристрої для виведення (наприклад, для встановлення просторового профілю для пучка 1815 іонів) і інші електростатичні і/або магнітостатичні елементи. На доповнення до конкретних статичних і динамічних прискорювачів, розглянутих вище, інші придатні системи прискорювачів включають, наприклад: системи типу DC-трансформатор з ізольованою магнітною сіткою (ICT), доступні від Nissin High Voltage, Японія; LINACS S-смуги, доступні від L3-PSD (США), Linac Systems (France), Mevex (Канада) і Mitsubishi Heavy Industries (Японія); LINACS L-смуги, доступні від Iotron Industries (Канада); і прискорювачі на основі ILU, доступні від Budker Laboratories (Росія). У деяких варіантах здійснення, для генерування і/або прискорення іонів для подальшої обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу можна використовувати прискорювачі Ван-де-Граафа. На Фіг. 15 представлений варіант здійснення прискорювача 1900 Ван-деГраафа, який включає електрод 1902 в сферичній оболонці і ізоляційний ремінь 1906, який рециркулює між електродом 1902 і основою 1904 прискорювача 1900. У ході роботи, ремінь 1906 проходить над роликами 1910 і 1908 в напрямку, показаному стрілкою 1918, і несе заряд в електрод 1902. Заряд знімається з ременя 1906 і переноситься на електрод 1902, так щоб величина електричного потенціалу на електроді 1902 зростала доти, поки електрод 1902 не розрядиться за допомогою іскри (або, альтернативно, доти, поки зарядний струм не зрівноважиться зі струмом навантаження). 19 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ролик 1910 заземлений, як показано на Фіг. 15. Коронний розряд підтримується між серією точок або тонким дротом на одній стороні ременя 1906. Дріт 1914 адаптований для підтримання коронного розряду в прискорювачі 1900. Дріт 1914 підтримують при позитивному потенціалі, так що ремінь 1906 перехоплює позитивні іони, що рухаються від дроту 1914 до ролика 1910. Оскільки ремінь 1906 рухається в напрямку стрілки 1918, перехоплені заряди переносяться на електрод 1902, де вони видаляються з ременя 1906 вістрям 1916 голки і транспортуються на електрод 1902. В результаті, на поверхні електрода 1902 накопичуються позитивні заряди; ці заряди можуть розряджатися з поверхні електрода 1902 і їх можна використовувати для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу. У деяких варіантах здійснення, прискорювач 1900 може бути адаптований для забезпечення негативно заряджених іонів за допомогою робочого дроту 1914 і вістря 1916 голки з негативним потенціалом відносно заземленого ролика 1910. Як правило, прискорювач 1900 можна адаптувати для забезпечення широкої множини різних типів позитивних і негативних зарядів для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу. Ілюстративні типи зарядів включають електрони, фотони, іони водню, іони вуглецю, іони кисню, іони галогену, іони металу і інші типи іонів. У деяких варіантах здійснення, для генерування пучка іонів для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу можна використовувати тандемні прискорювачі (включаючи зігнені тандемні прискорювачі). Приклад зігненого тандемного прискорювача 1950 поданий на Фіг. 16. Прискорювач 1950 включає прискорювальну колону 1954, віддільник 1956 зарядів, дефлектор 1958 пучка і джерело 1952 іонів. У ході роботи, джерело 1952 іонів генерує пучок 1960 негативно заряджених іонів, які направляються на входження в прискорювач 1950 через вхідний отвір 1964. Як правило, джерело 1952 іонів може являти собою джерело іонів будь-якого типу, яке генерує негативно заряджені іони. Наприклад, придатні джерела іонів включають джерело негативних іонів з розпиленням цезію (SNICS), RF-джерело іонізації в газорозрядній камері або джерело іонів з тороїдним об'ємом (TORVIS). Кожне з представлених вище джерел іонів доступне, наприклад, від National Electrostatics Corporation (Middleton, WI). Після потрапляння всередину прискорювача 1950, негативні іони в пучку 1960 прискорюються прискорювальною колонною 1954. Як правило, прискорювальна колона 1954 включає множину прискорювальних елементів, таких як електростатичні лінзи. Різницю потенціалів, застосовувану в колоні 1954 для прискорення негативних іонів, можна генерувати з використанням різних типів пристроїв. Наприклад, в деяких варіантах здійснення, (наприклад, прискорювачі Pelletron®), потенціал генерується з використанням зарядного пристрою Pelletron®. Пристрої Pelletron® включають ремінь, що несе заряд, який утворений з множини металевих (наприклад, стальних) ланцюгових зв'язків або кульок, які сполучені ізоляційними з'єднувальними вставками (наприклад, утвореними з матеріалу, такого як нейлон). У ході роботи ремінь рециркулює між парою роликів, один з яких підтримується на потенціалі заземлення. У міру того як ремінь переміщається між заземленим роликом і протилежним роликом (наприклад, термінальним роликом), металеві кульки позитивно заряджаються шляхом індукції. При досягненні термінального ролика, позитивний заряд, накопичений на ремені, знімається, і кульки негативно заряджаються, в міру того як вони залишають термінальний ролик і повертаються до заземленого ролика. Пристрій Pelletron® генерує великий позитивний потенціал в колоні 1954, який використовується для прискорення негативних іонів пучка 1960. Після прискорення в колоні 1954, пучок 1960 проходять через віддільник 1956 зарядів. Віддільник 1956 зарядів може бути виконаний як тонка металева фольга і/або трубка, що містить газ, який, наприклад, відділяє електрони від негативних іонів. Таким чином, негативно заряджені іони конвертуються в позитивно заряджені іони, які виходять з віддільника 1956 зарядів. Траєкторії виходу позитивно заряджених іонів змінюються так, що позитивно заряджені іони повертаються через прискорювальну колону 1954, піддаючись другому прискоренню в колоні перед виходом як позитивно зарядженого пучка 1962 іонів з вихідного отвору 1966. Потім позитивно заряджений пучок 1962 іонів може бути використаний для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу згідно з різними способами, описаними в цьому документі. Внаслідок зігненої геометрії прискорювача 1950, іони прискорюються до кінетичної енергії, яка відповідає подвоєній різниці потенціалів, генерованій зарядним пристроєм Pelletron®. Наприклад, в прискорювачі Pelletron® 2 МВ, гідридні іони, які подаються з джерела 1952 іонів, можуть прискорюватися до проміжної енергії 2 МеВ в процесі першого проходження через колону 1954, конвертуватися в позитивні іони (наприклад, протони) і прискорюватися до кінцевої енергії 4 МеВ в ході другого проходження через колону 1954. 20 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У деяких варіантах здійснення, колона 1954 може включати елементи на доповнення до зарядного пристрою Pelletron®, або альтернативно ньому. Наприклад, колона 1954 може включати статичні елементи прискорення (наприклад, DC-електроди) і/або динамічні прискорювальні резонатори (наприклад, резонатори типу LINAC з генераторами імпульсного RF-поля для прискорення частинок). Потенціали, що прикладаються до різних прискорювальних пристроїв, вибирають так, щоб прискорювати негативно заряджені іони пучка 1960. Ілюстративні тандемні прискорювачі, включаючи як зігнені, так і незігнені прискорювачі, доступні, наприклад, від National Electrostatics Corporation (Middleton, WI). У деяких варіантах здійснення, для генерування пучків іонів, які придатні для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу, можна використовувати комбінації двох або більше з різних типів прискорювачів. Наприклад, зігнений тандемний прискорювач можна використовувати в комбінації з лінійним прискорювачем, прискорювачем Rhodotron®, Dynamitron®, статичним прискорювачем або прискорювачем будь-якого іншого типу для генерування пучка іонів. Прискорювачі можна використовувати послідовно, причому пучок іонів, що виходить, з прискорювача одного типу направляється на вхід прискорювача іншого типу для додаткового прискорення. Альтернативно, для генерування множини пучків іонів можна використовувати множину прискорювачів паралельно. У деяких варіантах здійснення, для генерування прискорених пучків іонів можна використовувати множину прискорювачів одного типу паралельно і/або послідовно. У деяких варіантах здійснення, для генерування пучків іонів, що мають різні склади, можна використовувати множину схожих і/або різних прискорювачів. Наприклад, для генерування пучка іонів одного типу можна використовувати перший прискорювач, в той час як для генерування пучка іонів другого типу можна використовувати другий прискорювач. Потім кожний з пучків іонів можна далі прискорювати в іншому прискорювачі або можна використовувати для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу. Крім того, в деяких варіантах здійснення, для генерування пучків іонів для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу можна використовувати один прискорювач. Наприклад, будь-який з прискорювачів, розглянутих в цьому документі (а також інші типи прискорювачів), можна модифікувати для генерування множини пучків іонів, що виходять, шляхом розподілу вихідного струму іонів, що подається в прискорювач з джерела іонів. Альтернативно або додатково, будь-який пучок іонів, генерований будь-яким з прискорювачів, описаних в цьому документі, може включати тільки один тип іонів або множину різних типів іонів. Як правило, коли для продукції одного або декількох пучків іонів для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу використовують декілька різних прискорювачів, множина різних прискорювачів може бути розташована в будь-якому порядку один відносно одного. Це забезпечує значну гнучкість відносно генерування одного або декількох пучків іонів, кожний з яких має ретельно підібрані властивості для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу (наприклад, для обробки різних компонентів в целюлозному або лігноцелюлозному матеріалі). Прискорювачі іонів, описані в цьому документі, також можна використовувати в комбінації з будь-якою з інших стадій обробки, описаних в цьому документі. Наприклад, в деяких варіантах здійснення, електрони і іони можна використовувати в комбінації для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу. Електрони і іони можна генерувати і/або прискорювати по окремості і використовувати для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу послідовно (в будь-якому порядку) і/або одночасно. У деяких варіантах здійснення, пучок електронів і іонів можна генерувати в звичайному прискорювачі і використовувати для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу. Наприклад, багато які з прискорювачів іонів, описані в цьому документі, можуть бути адаптовані для генерування пучка електронів як альтернатива пучку іонів, або додатково до нього. Наприклад, прискорювачі Dynamitron®, прискорювачі Rhodotron® і LINAC можуть бути адаптовані для генерування пучка електронів для обробки целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу. Більше того, обробку целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу пучком іонів можна комбінувати з іншими способами, такими як обробка ультразвуком. Як правило, обробку на основі обробки ультразвуком проводять до, в процесі або після обробки іонами. Інші способи обробки, такі як обробка пучком електронів, також можна проводити в будь-якій комбінації і/або в будь-якому порядку з обробкою ультразвуком і обробкою пучком іонів. Добавки Будь-які з множини добавок, використовуваних при виготовленні композитів деревних волокон, але не обмежуючись ними, добавки, описані нижче, можна додавати в композити, 21 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 описані в цьому документі, або застосовувати до них. Добавки, наприклад, у формі твердої речовини або рідини, можна додавати до комбінації целюлозного матеріалу (наприклад, деревних частинок або волокон) і смоли. Добавки включають наповнювачі, такі як карбонат кальцію, графіт, воластоніт, слюда, скло, скловолокно, діоксид кремнію і тальк; неорганічні інгібітори горіння, такі як тригідрат оксиду алюмінію або гідроксид магнію; органічні інгібітори горіння, такі як хлоровані і бромовані органічні сполуки; подрібнені будівельні відходи; подрібнений шинний каучук; вуглецеве волокно або металеве волокно або порошки (наприклад, алюміній, нержавіюча сталь). Ці добавки можуть посилити, розширити або змінити електричні, механічні властивості і/або властивості сумісності. Інші добавки включають лігнін, віддушки, зв’язувальні речовини, засоби, поліпшуючі сумісність, наприклад, малеїнований поліпропілен, технологічні добавки, мастильні речовини, наприклад, фторований поліетилен, пластифікатори, антиоксиданти, замутнювачі, термостабілізатори, барвники, піноутворювальні речовини (наприклад, ендотермічні або екзотермічні піноутворювальні речовини), добавки, модифікуючі ударну міцність, полімери, фотостабілізатори, біоциди, антистатичні засоби, наприклад, стеарати або етоксиловані аміни жирних кислот. У випадку лігніну, лігнін можна додавати до деревини або деревних волокон так, щоб він проникав в целюлозний матеріал. У деяких випадках, лігнін піддається поперечному зшиванню в процесі опромінення, посилюючи властивості опроміненого продукту. У деяких варіантах здійснення, лігнін додають для підвищення вмісту лігніну в целюлозному матеріалі, який в його природному стані має низький вміст лігніну. У деяких варіантах здійснення, лігнін розчиняють в розчиннику або системі розчинників і вводять в деревину, наприклад, під високим тиском. Розчинник або система розчинників може бути в формі однієї фази або двох або більше фаз. Системи розчинників для целюлозних і лігноцелюлозних матеріалів включають системи DMSOсіль. Такі системи включають, наприклад, DMSO в комбінації з сіллю літію, магнію, калію, натрію або цинку. Солі літію включають LiCl, LiBr, LiI, перхлорат літію і нітрат літію. Солі магнію включають нітрат магнію і хлориди магнію. Солі калію включають йодид і нітрат калію. Приклади солей натрію включають йодид і нітрат натрію. Приклади солей цинку включають хлорид і нітрат цинку. Будь-яка сіль може бути безводною або гідратованою. Типовий вміст солі в DMSO складає між приблизно 1 і приблизно 50 процентами, наприклад, між приблизно 2 і 25, між приблизно 3 і 15 або між приблизно 4 і 12,5 процентами по масі. Придатні антистатичні сполуки включають провідні вуглисті речовини, вуглецеве волокно, металеві наповнювачі, катіонні сполуки, наприклад, четвертинні сполуки амонію, наприклад, хлорид N-(3-хлор-2-гідроксипропіл)триметиламонію, алканоламіди і аміни. Ілюстративні деградовні полімери включають полігідроксикислоти, наприклад, полілактиди, полігліколіди і співполімери молочної кислоти і гліколевої кислоти, полі(гідроксимасляну кислоту), полі(гідроксивалеріанову кислоту), співполімер лактиду і е-капролактону, співполімер гліколіду і е-капролактону, полікарбонати, полі(амінокислоти), полі(гідроксіалканоат)и, поліангідриди, складні поліортоефіри і суміші цих полімерів. Коли описані добавки включені, вони можуть бути присутніми в кількостях, обчислених з розрахунку на суху масу, що складають від менше 1 процента аж до 15 процентів з розрахунку на загальну масу волокнистого матеріалу. Більш конкретно, кількості знаходяться в діапазоні від приблизно 0,5 до приблизно 7,5% по масі. Будь-які добавки, описані в цьому документі, можуть бути інкапсульованими, наприклад, висушеними розпилювальним сушінням, або мікроінкапсульованими, наприклад, для захисту добавок від нагрівання або вологості в процесі зберігання. Волокнисті матеріали, ущільнені волокнисті матеріали, смоли або добавки можна забарвлювати. Наприклад, волокнистий матеріал можна забарвлювати до комбінування зі смолою і змішування з одержанням композитів. У деяких варіантах здійснення, це забарвлення може бути корисне при маскуванні або приховуванні волокнистого матеріалу, особливо великих агломератів волокнистого матеріалу, в підданих формуванню або екструзії частинах, коли це бажано. Такі великі агломерати, коли вони присутні у відносно високих концентраціях, можуть виглядати як крупинки на поверхнях підданих формуванню або екструзії частин. Наприклад, бажаний волокнистий матеріал можна забарвлювати з використанням кислотного барвника, прямого барвника або реактивного барвника. Такі барвники доступні від Spectra Dyes, Kearny, NJ або Keystone Aniline Corporation, Chicago, IL. Конкретні приклади TM TM барвників включають SPECTRA LIGHT YELLOW 2G, SPECTRACID YELLOW 4GL CONC 200, TM TM TM SPECTRANYL RODAMINE 8, SPECTRANYL NEUTRAL RED В, SPECTRAMINE 22 UA 108833 C2 TM 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 TM BENZOPERPURINE, SPECTRADIAZO BLACK OB, SPECTRAMINE TURQUOISE G і TM SPECTRAMINE GREY LVL 200%, кожний з яких доступний від Spectra Dyes. У деяких варіантах здійснення, з барвниками змішують концентрати барвників в смолах, що містять пігменти. Коли такі суміші потім змішують з бажаною кількістю волокнистого матеріалу, волокнистий матеріал може забарвлюватися in situ в процесі перемішування. Концентрати барвників доступні від Clariant. Може бути переважним додавання у волокнистий матеріал або композити ароматизатора або віддушки. Наприклад, для композитів може бути переважним мати запах і/або бути подібними природному дереву, наприклад, кедру. Наприклад, віддушки, наприклад, віддушки природної деревини, можна домішувати до смоли, використовуваної для виготовлення композита. У деяких варіантах здійснення, віддушку змішують безпосередньо зі смолою як масло. Наприклад, масло можна виготовляти у вигляді смоли з використанням роликового млина, наприклад, змішувача Banbury® або екструдера, наприклад, двошнекового екструдера зі зустрічним рухом шнеків. Прикладом змішувача Banbury® є змішувач F-Series Banbury®, що TM виготовляється Farrel. Прикладом двошнекового екструдра є WP ZSK 50 MEGAcompunder , що виготовляється Krupp Werner & Pfleiderer. Після домішування, ароматизовану смолу можна додавати до волокнистого матеріалу і екструдувати або формувати. Альтернативно, маточні суміші смол з ароматизаторами є комерційно доступними від International Flavors і Fragrances, TM під торговою назвою Poly Iff , або від RTP Company. У деяких варіантах здійснення, кількість віддушки в композиті складає між приблизно 0,005% по масі і приблизно 2% по масі, наприклад, між приблизно 0,1% і приблизно 1%. Інші віддушки природної деревини включають віддушки хвойних дерев або червоного дерева. Інші віддушки включають віддушки м'яти перцевої, вишні, суниці, персика, лайма, м'яти кучерявої, кориці, анісу, васильки, бергамоту, чорного перцю, камфори, ромашки, цитронели, евкаліпта, сосни, ялиця, герані, імбиру, грейпфрута, жасмину, ялівцевої ягоди, лаванди, лимона, мандарина, майорану, мускусу, мирри, апельсина, пачулі, троянди, розмарину, шавлії, сандала, чайного дерева, тім’яну, грушанки, іланг-ілангу, ванілі, "нової машини" або суміші цих віддушок. У деяких варіантах здійснення, кількість віддушки в комбінації волокнистий матеріалвіддушка складає між приблизно 0,005% по масі і приблизно 20% по масі, наприклад, між приблизно 0,1% і приблизно 5% або 0,25% і приблизно 2,5%. Придатні наповнювачі включають, наприклад, неорганічні наповнювачі, такі як карбонат кальцію (наприклад, преципітований карбонат кальцію або природний карбонат кальцію), аргонітова глина, орторомбічні глини, кальцитові глини, ромбоедричні глини, каолін, глина, бентонітова глина, дикальційфосфат, трикальційфосфат, пірофосфат кальцію, нерозчинний метафосфат натрію, преципітований карбонат кальцію, ортофосфат магнію, тримагнійфосфат, гідроксіапатити, синтетичні апатити, оксид алюмінію, ксерогель на основі діоксиду кремнію, алюмосилікатні комплекси металів, алюмосилікати натрію, силікат цирконію, діоксид вуглецю або комбінації неорганічних добавок. Наповнювачі можуть мати, наприклад, розмір частинок більше 1 мікрометра, наприклад, більше 2 мікрометрів, 5 мікрометрів, 10 мікрометрів, 25 мікрометрів або навіть більше 35 мікрометрів. Також можна використовувати наповнювачі нанометрового діапазону окремо або в поєднанні з волокнистими матеріалами будь-якого розміру і/або форми. Наповнювачі можуть бути у формі, наприклад, частинок, пластини або волокон. Наприклад, можна використовувати глини нанометрового розміру, кремнієві і вуглецеві нанотрубки і кремнієві і вуглецеві нанодроти. Наповнювач може мати поперечний розмір менше 1000 нм, наприклад, менше 900, 800, 750, 600, 500, 350, 300, 250, 200 нм, менше 100 нм або навіть менше 50 нм. У деяких варіантах здійснення, наноглина являє собою монтморилоніт. Такі глини доступні від Nanocor, Inc. і Southern Clay Products, і вони описані в патентах US №№ 6849680 і 6737464. Глини можна піддавати поверхневій обробці перед домішуванням, наприклад, в смолу або волокнистий матеріал. Наприклад, глину можна піддавати поверхневій обробці, щоб її поверхня мала іонні властивості, наприклад, катіонні або аніонні. Також можна використовувати агреговані або агломеровані наповнювачі нанометрового діапазону або наповнювачі нанометрового діапазону, які збираються в надмолекулярні структури, наприклад, самоагреговані надмолекулярні структури. Агреговані або агломеровані наповнювачі можуть мати відкриту або закриту структуру і вони можуть мати різні форми, наприклад, решітчасту, трубчасту або сферичну. Технологічна вода У процесах, описаних в цьому документі, коли в якому-небудь з процесів використовують воду, вона може являти собою побутові стічні води, наприклад, міські стічні води, або фекальні води. У деяких варіантах здійснення, стічну або фекальну воду стерилізують перед 23 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 30 35 застосуванням. Стерилізацію можна проводити будь-яким бажаним способом, наприклад, за допомогою опромінення, парової або хімічної стерилізації. Приклади Представлені нижче приклади не є обмежувальними для винаходу, описаного в формулі винаходу. Приклад 1 - Способи визначення молекулярної маси целюлозних і лігноцелюлозних матеріалів за допомогою гель-проникної хроматографії У цьому прикладі проілюстровано, як визначають молекулярну масу матеріалів, розглянутих в цьому документі. Целюлозні і лігноцелюлозні матеріали для аналізу обробляли наступним чином. Стапель, масою 1500 фунтів (680 кг), з чистого відбіленого крафт-картону, що має об’ємну 3 3 густину 30 фунт/фут (0,48 г/см ), одержували від International Paper. Матеріал складали до плоского стану, а потім подавали в пристрій для подрібнення 3 hp Flinch Baugh зі швидкістю приблизно від 15 до 20 фунтів на годину (6,8-9,1 кг/год.). Пристрій для подрібнення був обладнаний двома 12-дюймовими (30-см) обертовими лезами, двома фіксованими лезами і 0,30-дюймовим (0,8-см) розвантажувальним ситом. Відстань між обертовими і фіксованими лезами встановлювали на 0,10 дюйма (0,25 см). Матеріал, що виходить з пристрою для подрібнення, нагадував конфеті (див. вище). Схожий на конфеті матеріал подавали в різальний пристрій з обертовим ножем Munson, модель SC30. Розвантажувальне сито мало отвори 1/8 дюйма (0,32 см). Зазор між обертовими і фіксованими лезами встановлювали приблизно на 0,020 дюйма (0,05 см). Різальний пристрій з обертовим ножем дробив схожі на конфеті фрагменти краями лез. Матеріал, одержаний після першого дроблення, знов подавали в ту ж описану вище установку, і сито замінювали на сито з отворами 1/16 дюйма (0,16 см). Матеріал дробили. Матеріал, одержаний після другого дроблення, знов подавали в ту ж описану вище установку, і сито замінювали на сито з отворами 1/32 дюйма (0,08 см). Цей матеріал дробили. 2 Одержаний волокнистий матеріал мав площу поверхні BET 1,6897±0,0155 м /г, пористість 2 87,7163 процентів і об’ємну густину (при 0,53 фунт/дюйм абс. (3,7 кПа)) 0,1448 г/мл. Середня довжина волокон становила 0,824 мм, і середня ширина волокон становила 0,0262 мм, даючи середнє L/D 32:1. Матеріали зразків, представлені в наступних таблицях 1 і 2, нижче, включають крафт-папір (Р), пшеничну солому (WS), люцерну (А) і просо (SG). Число "132" в ID зразка стосується розміру частинок матеріалу після дроблення через сито з отворами 1/32 дюйма (0,08 см). Число після дефіса стосується дозування радіаційного випромінювання (Мрад), і "US" стосується ультразвукової обробки. Наприклад, ID зразка "P132-10" стосується крафт-паперу, який піддавали дробленню до розміру частинок калібру 132 і опромінювали дозою 10 Мрад. Таблиця 1 Пікова середня молекулярна маса опроміненого крафт-паперу Джерело зразка Крафт-папір ID зразка P132 P132-10 P132-100 P132-181 P132-US Дозування (Мрад) 0 10 100 181 0 1 Ультразвук Немає " " " Так 2 Середня ММ ± Стандартне відхилення 32853±10006 61398±2468** 8444±580 6668±77 3095±1013 **Низькі дози опромінення, мабуть, підвищують молекулярну масу деяких матеріалів. 1 Рівень дозування = 1 Мрад/год. 2 Обработка протягом 30 хвилин ультразвуком 20 кГц з використанням рупора 1000 Вт в умовах рециркуляції, де матеріал диспергований у воді. 24 UA 108833 C2 Таблиця 2 Пікова середня молекулярна маса опромінених матеріалів ID зразка WS132 WS132-10* WS132-100* A132 A132-10* A132-100* SG132 SG132-10* SG132-100* SG132-10-US SG132-100-US Дозування (Мрад) 0 № піка 1 2 3 1 1 1 2 3 1 2 1 2 1 2 3 1 1 1 2 1 " " 10 100 0 " " 10 " 100 " 0 " " 10 100 10 " 100 1 Ультразвук Немає " " " " " " " " " " " " " " " " Так " " 2 Середня ММ ± Стандартне відхилення 1407411±175191 39145±3425 2886±177 26040±3240 23620±453 1604886±151701 37525±3751 2853±490 50853±1665 2461±17 38291±2235 2487±15 1557360±83693 42594±4414 3268±249 60888±9131 22345±3797 86086±43518 2247±468 4696±1465 *Піки об'єднуються після обробки. **Низькі дози опромінення, мабуть, підвищують молекулярну масу деяких матеріалів. 1 Рівень дозування = 1 Мрад/год. 2 Обработка протягом 30 хвилин ультразвуком 20 кГц з використанням рупора 1000 Вт в умовах рециркуляції, де матеріал диспергований у воді. 5 10 15 20 25 Гель-проникну хроматографію (GPC) використовують для визначення розподілу молекулярної маси полімерів. У ході аналізу GPC, розчин зразка полімеру пропускають через колону, заповнену пористим гелем, що вловлює невеликі молекули. Зразок розділяється на основі розміру молекул, причому більш великі молекули елююються швидше молекул менших розмірів. Час утримання кожного компонента найчастіше визначають за допомогою індексу рефракції (RI), розсіяння світла при випаровуванні (ELS) або ультрафіолетового випромінювання (UV) і порівнюють з калібрувальною кривою. Потім одержані дані використовують для обчислення розподілу молекулярної маси для зразка. Розподіл молекулярної маси використовують для охарактеризації синтетичних полімерів замість індивідуальної молекулярної маси. Для охарактеризації цього розподілу використовують статистичні середні значення. Найбільш поширеним з цих середніх значень є "середньочислова молекулярна маса" (Mn) і "середньозважена молекулярна маса" (Mw). Mn схожа зі стандартним арифметичним середнім значенням, асоційованим з групою чисел. При застосуванні до полімерів, M n стосується середньої молекулярної маси молекул в полімері. Mn обчислюють, передбачаючи один рівень значущості кожної молекули, незалежно від її індивідуальної молекулярної маси. Середню M n обчислюють за наступною формулою, де Ni являє собою кількість молекул з молярною масою, що дорівнює Mi. Способи обчислення цих величин описані, наприклад, в прикладі 9 WO 2008/073186. Індекс полідисперсності або PI визначають як відношення Mw/Mn. Чим більш високим є PI, тим більш широким або більш дисперсним є розподіл. Найбільш низьке значення, яке може мати PI, становить 1. Воно відповідає монодисперсному зразку; тобто полімеру, в якому всі молекули в розподілі мають однакову молекулярну масу. Пікове значення молекулярної маси (MP) є іншою описовою ознакою, що визначається як мода розподілу молекулярної маси. Воно означає молекулярну масу, яка найбільш поширена в розподілі. Ця величина також дає представлення про розподіл молекулярної маси. 25 UA 108833 C2 5 10 15 20 25 Більшість вимірювань GPC проводять відносно різних стандартів полімерів. Точність результатів залежить від того, наскільки близько характеристики аналізованого полімеру збігаються з характеристиками використовуваного стандарту. Очікувана помилка відтворюваності між різними серіями визначень, каліброваними по окремості, становить приблизно 5-10% і є характерною для обмеженої точності визначень GPC. Таким чином, результати GPC є найбільш придатними, коли проводять порівняння між розподілами молекулярної маси різних зразків в ході однієї серії визначень. Для лігноцелюлозних зразків перед аналізом GPC була потрібна підготовка. Спочатку приготовляли насичений розчин (8,4% по масі) хлориду літію (LiCl) в диметилацетаміді (DMAc). Приблизно 100 мг кожного зразка додавали приблизно до 10 г свіжоприготованого насиченого розчину LiCl/DMAc, і суміш нагрівали приблизно до 150-170°С при перемішуванні протягом 1 години. Одержані розчини мали колір, головним чином, від ясно-жовтого до темно-жовтого. Температуру розчинів знижували приблизно до 100°С, і розчини нагрівали протягом додаткових 2 годин. Потім температуру розчинів знижували приблизно до 50°С, і розчини зразків нагрівали протягом приблизно від 48 до 60 годин. Потрібно зазначити, що зразки, опромінені при 100 Мрад, легше солюбілізувалися в порівнянні з їх необробленими аналогами. Крім того, роздроблені зразки (позначені числом 132) мали трохи більш низьку середню молекулярну масу в порівнянні з ненарізаними зразками. Одержані розчини зразків розбавляли 1:1 з використанням DMAc як розчинника і фільтрували через 0,45-мкм фільтр PTFE. Потім відфільтровані розчини зразків аналізували за допомогою GPC. Пікова середня молекулярна маса (Mp) зразків, при визначенні гельпроникною хроматографією (GPC), узагальнено представлена в таблицях 1 і 2, в умовах аналізу, представлених в таблиці 3. Кожний зразок приготовляли в двох екземплярах, і кожний препарат зразка аналізували в двох паралелях (дві ін'єкції), усього з чотирма ін'єкціями на зразок. Для одержання калібрувальної кривої для шкали молекулярної маси приблизно від 580 до 750000 Дальтон використовували полістиролові стандарти PS1A і PS1B EasiCal. Таблиця 3 Умови аналізу GPC Пристрій: Water Alliance GPC 2000 Plgel 10μ Mixed-B С/Н: 10М-МВ-148-83; 10М-МВ-148-84; 10М-МВ174-129 0,5% LiCl в DMAc (1,0 мл/хв.) 70°С 70°С 323,5 мкл Колони (3): Рухома фаза (розчинник): Температура колонки/детектора: Температура інжектора: Розмір петлі зразка: 30 35 Приклад 2 - Обробка радіаційним випромінюванням зразків самшиту Дошки самшиту, товщиною 1/8 дюйма (0,32 см), обробляли опроміненням пучком електронів (пучок 5 МеВ), в дозуванні від 1 Мрад до 100 Мрад, причому номер після "B" в таблицях, представлених нижче, вказує на одержану дозу (наприклад, В означає, що дошку не опромінювали, B1 означає, що дошка одержала 1 Мрад, і B10 означає, що дошка одержала 10 Мрад). Потім тестували міцність дощок при вигині з використанням ASTM D 790 і D 143 (швидкість поперечки становила 0,1 дюйма/хв. (0,25 см/хв.), і зазор/товщина становили 14:1), і міцність на розрив тестували з використанням ASTM D 638 (з використанням зразків типу I і швидкості поперечки 0,2 дюйма/хв. (0,5 см/хв.)). Результати цього тестування представлені в таблицях I і II, нижче. Таблиця I Узагальнення результатів тесту - міцність при вигині Позначення зразка В B1 B3 2 Середнє значення Індивідуальні значення міцності при вигині (фунт/дюйм ) 11600 13300 20200 10800, 11900, 10800, 12000, 12600 13600, 12700, 13800, 13300 21400, 20000, 18700, 20700 40 26 UA 108833 C2 Продовження таблиці I Позначення зразка B5 B7 B10 B15 B20 B30 B70 B100 2 Середнє значення Індивідуальні значення міцності при вигині (фунт/дюйм ) 16500 10700 10900 12500 6420 7050 4200 2820 16100, 15600, 16700, 17600 11700, 11200, 8920, 10900 10200, 11100, 11900, 10300 14900, 10200, 13800, 11000 5770, 6390, 6800, 6720 6160, 8240, 5910, 7880 4240, 4540, 3560, 4460 3020, 3120, 2790, 2350 Таблиця II Узагальнення результатів тестування - міцність на розрив Позначення зразка В B1 B3 B5 B7 B10 B15 B20 B30 B70 B100 5 10 15 20 25 30 2 Середнє значення Індивідуальні значення міцності на розрив (фунт/дюйм ) 5760 7710 3960 8470 5160 2870 2170 2630 5890 1840 1720 4640, 7000, 5310, 6110 8020, 7560, 6280, 8980 3840, 3880, 4480, 3640 7540, 8890, 8910, 8530 5660, 4560, 6850, 3570 2370, 3800, 3860, 2530 2160, 2380, 2040, 2080 2890, 2530, 2610, 2470 6600, 5390, 5910, 5660 1490, 2290, 2010, 1570 1860, 1840, 1620, 1550 Приклад 3 - Одержання роздробленого волокнистого матеріалу з відбіленого крафт-картону Стапель, масою 1500 фунтів (680 кг), з чистого відбіленого крафт-картону, що має об’ємну 3 3 густину 30 фунт/фут (0,48 г/см ), одержували від International Paper. Матеріал складали до плоского стану, а потім подавали в пристрій для подрібнення 3 hp Flinch Baugh зі швидкістю приблизно від 15 до 20 фунтів на годину (6,8-9,1 кг/год.). Пристрій для подрібнення був обладнаний двома 12-дюймовими (30-см) обертовими лезами, двома фіксованими лезами і 0,30-дюймовим (0,8-см) розвантажувальним ситом. Відстань між обертовими і фіксованими лезами встановлювали на 0,10 дюйма (0,25 см). Матеріал, що виходить з пристрою для подрібнення, нагадував конфеті (див. вище). Схожий на конфеті матеріал подавали в різальний пристрій з обертовим ножем Munson, модель SC30. Розвантажувальне сито мало отвори 1/8 дюйма (0,32 см). Зазор між обертовими і фіксованими лезами встановлювали приблизно на 0,020 дюйма (0,05 см). Різальний пристрій з обертовим ножем дробив схожі на конфеті фрагменти краями лез. Матеріал, одержаний після першого дроблення, знов подавали в ту ж описану вище установку, і сито замінювали на сито з отворами 1/16 дюйма (0,16 см). Матеріал дробили. Матеріал, одержаний після другого дроблення, знов подавали в ту ж описану вище установку, і сито замінювали на сито з отворами 1/32 дюйма (0,08 см). Цей матеріал дробили. 2 Одержаний волокнистий матеріал мав площу поверхні BET 1,6897±0,0155 м /г, пористість 2 87,7163 процентів і об’ємну густину (при 0,53 фунт/дюйм абс. (3,7 кПа)) 0,1448 г/мл. Середня довжина волокон становила 0,824 мм, і середня ширина волокон становила 0,0262 мм, даючи середнє L/D 32:1. Приклад 4 - Переробка зразків необробленої деревини і композитів волокно/смола пучком електронів Композити товщиною 0,5 дюйма (1,3 см), які включали 50 процентів по масі крафт-паперу за прикладом 3 і поліетилену, одержували згідно зі способом, описаним в "FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES", PCT/US2006/010648, поданій 23 березня 2006 року. Дошки з білої деревини з номінальною товщиною 0,5 дюйма (1,3 см) придбавали від Home Depot. Зразки обробляли пучком електронів з використанням дугоподібного прискорювача з незгасаючими хвилями Rhodotron® TT200, що доставляє електрони з енергією 5 МеВ при вихідній потужності 27 UA 108833 C2 80 кВт. У таблиці 4 описані номінальні параметри для TT200. У таблиці 5 описані номінальні дози (в Мрад) і істинні дози (в кГр), що доставляються до зразків. Таблиця 4 Параметри Rhodotron® TT 200 Пучок Генерований пучок Енергія пучка Розсіювання енергії при 10 МеВ Прискорені електрони Номінал (максимум): 10 МеВ (+0 кеВ - 250 кеВ) Повна ширина на рівні півмаксимуму (FWHM) 300 кеВ Гарантований робочий діапазон від 1 до 80 кВт Потужність пучка при 10 МеВ Споживання енергії Стан готовності (вакуум і охолоджувальний ON)