Маслотермомодификация древесины

По стопам древних викингов

Древесина − уникальный, проверенный временем материал для изготовления всевозможных, в том числе и строительных, изделий. Тысячи лет человечество строит деревянные дома, мосты, плавательные суда и другие конструкции, эксплуатируемые на открытом воздухе. Относительная простота обработки древесины, ее экологическая чистота, высокие тепло- и звукоизоляционные свойства, эстетичность материала обуславливают широкое применение древесины в строительстве.

Однако эксплуатация конструкций из древесины в условиях атмосферных воздействий снижает их долговечность. Причина − биологические повреждения, изменения формы и размеров конструкций. Это связано с природой древесины как питательной среды для живых организмов, так и с ее гидрофильностью − способностью поглощать и удерживать влагу.

Известно немало способов защиты древесины от биоповреждений -антисептирование и повышение ее гидрофобности (уменьшение водопоглощения). Большинство из них экологически небезопасны, а обработанные древесные материалы содержат токсичные вещества. Не случайно Еврокомиссия с 2004 года запретила применять древесину, химически обработанную, к примеру, антисептиками, содержащими соли тяжелых металлов. Это обстоятельство повысило актуальность вопроса безопасной защиты древесины от внешних разрушающих воздействий, побудило к изысканию новых методов, в том числе ее термообработки.

О том, что воздействие на поверхность древесины огнем делает ее более долговечной, люди знали многие века. Еще викинги применяли этот метод защиты древесных материалов при сооружении своих построек. Термообработку на научной основе исследовали уже в 30-40-х годах прошлого столетия в Германии, США. Новые исследования 90-х годов проводились в Финляндии, Франции, Германии, Нидерландах. Общее разработанных в их результате технологий в том, что древесина выдерживается в различного вида камерах при температуре 160-240°С в течение 12-24 часов. В результате в древесине частично разрушается питательная среда микроорганизмов, химические преобразования в ней значительно уменьшают способность древесины менять свои размеры и форму при изменении ее влажностного состояния, повышаются тепло- и звукоизоляционные свойства. Дополнительным положительным эффектом является потемнение древесины. Это повышает эстетичность изделий, даже из пород древесины, не обладающих этим качеством − осины, березы, сосны, ели, а также облагораживает древесину ценных пород. Отличительной особенностью технологий является среда, в которой производится термообработка: насыщенный, пересыщенный пар, воздух, азот, масла. Известными являются технологии: Termo Wood, West Wood, Process Plato, Bua Pezdyuz фирмы Barket, по которым работает ряд предприятий Финляндии, Германии, Франции, Нидерландов, России. Общий объем производимой в настоящее время в Европе термодревесины − не менее 150 тыс. м в год. Причем рынок сбыта непрерывно расширяется.

     Образец, не обработанный модифицированным талловым маслом


     Образец, обработанный модифицированным талловым маслом

Общими недостатками термообработки почти всеми методами является снижение прочностных и упругих свойств древесины, ее твердости, способности к истиранию, гвозде- и шурупоудерживающей способности, присутствие характерного запаха, обусловленного процессом термодеструкции древесины.

На 20-30% по сравнению с необработанной древесиной снижается прочность клеевых соединений при скалывании, растяжении и изгибе в зоне зубчатого клеевого соединения.

Большинство приведенных свойств термодревесины, обработанной в среде перегретого пара, было оценено в Лесотехнической академии (ЛТА). Все отмеченное несколько ограничивает область применения такого материала, например, для несущих деталей строительных конструкций. Термодревесину рекомендуют применять для изготовления декоративных обшивок, наружных дверей, погонажных строительных деталей (плинтусы, наличники), садовой мебели, транспортных поддонов, напольных покрытий.

Одним из способов термомодификации древесины является ее обработка в среде масел (льняное, рапсовое, талловое). Талловое масло -вторичный продукт сульфатного производства целлюлозы. Если талловое масло, получаемое при переработке древесины хвойных пород, находит дальнейшее применение, то масло, образующееся при переработке лиственных, является отходом, который утилизируется путем сжигания.

Доцентом ЛТА  Г. И. Царевым был разработан способ модификации таллового масла. При поверхностной пропитке таким маслом и последующей термообработке древесины обнаружен эффект химического взаимодействия масла с компонентами древесного комплекса.

В результате обработки значительно повышается сопротивление воздействию на древесину воды и микроорганизмов, ведущих к загниванию. Разбухание древесины уменьшается в три раза − до 4%, водопоглощение почти в пять раз − до 10%. Биостойкость такой древесины подтверждена испытательными центрами «Биостойкость» (МГУ) и Tutkimuskeskus Research Center (Финляндия). Прочность маслотермообработанной древесины при испытаниях на статический изгиб падает на 10-15%.

Данный способ обработки одновременно с глубокой консервацией обеспечивают поверхностную защиту древесины. По этой причине защите подлежат готовые к сборке детали конструкций, в том числе клееных. Прочность при скалывании клеевых соединений деталей с применением двухкомпонентных ПВА-клеев остается практически на уровне прочности соединений из необработанной древесины. Прочность соединений по длине на зубчатый шип падает на 15-20% из-за снижения прочности древесины. Клеевые соединения в 80-90% случаев разрушаются по древесине.

В настоящее время ЛТА и ЗАО «Технопарк ЛТА» проводят дополнительные исследования с целью установления параметров режима обработки для деталей различного назначения. Одновременно ведется изготовление промышленной полуавтоматической установки проходного типа для маслотермообработки.

Технология модификации таллового масла, технология маслотермо-обработки и оборудование для реализации процессов будет патентоваться одновременно с началом производства термодревесины в промышленных масштабах. ЗАО «Технопарк ЛТА» намерено выйти на рынок с предложением по продаже модифицированного масла, технологии и оборудования для производства маслотермодревесины, готовой продукции.

Как показали испытания, маслотермообработка наиболее приемлема для деталей каркасов домов, несущих деталей перекрытий, лаг, настилов открытых площадок, причальных и других сооружений, эксплуатируемых на открытом воздухе и в контакте с водой.