Ученые разных стран неустанно «колдуют» в своих лабораториях, повышая водостойкость древесины, снижая ее горючесть, улучшая деформационно-прочностные свойства, облагораживая внешний вид и прочее и прочее.
Строительная отрасль быстро осваивает ноу-хау и то, что еще вчера казалось открытием, сегодня становится делом обычным. За рубежом уже никого не удивляет, что прежде чем дерево станет строительным материалом, его выращивают в особых условиях, срубают специальной машиной, сушат в мощных термопечах, пропитывают хитрыми составами, распиливают на сложных станках с программным управлением, а полученную продукцию хранят при строго определенных температуре и влажности… В России такой подход еще не норма, но мы уже двигаемся в этом направлении и имеем свои ноу-хау в сфере деревообработки. Одна из последних инноваций, которую предлагают ученые из Санкт-Петербургской лесотехнической академии, — термообработка древесины модифицированным таловым маслом.
Сушить и вымачивать
Дерево на первый взгляд такое массивное, но структура его «легкая», пористая: микро- и макропоры занимают половину объема. Именно поэтому древесина чутко реагирует на смену температуры и активно набирает влагу из воздуха. Если ее никак не обрабатывать и ничем не защищать, она быстро деформируется, покрывается грибком и плесенью, чернеет — одним словом, становится непригодной к использованию. Наши предки, для которых древесина была основным строительным материалом, хорошо знали эти недостатки дерева и имели свои секреты сушки и пропитки древесины. Так что дело это вовсе не новое.
Известны различные способы защиты древесины от воздействия воды и биологических повреждений. Во-первых, механический способ, при котором древесина обрабатывается парафинами, битумом, лакокрасочными материалами и т. д. Во-вторых, химический — обработка веществами, вступающими с древесиной в химическое взаимодействие. В-третьих — антисептирование.
В последние 10–15 лет в Финляндии, Франции, Канаде, Германии и России практически одновременно возникло новое направление защиты древесины от внешних воздействий — метод термической обработки при температуре от 200 до 240 градусов по Цельсию. Проведенные в разных странах исследования показали, что под действием высокой температуры в древесине происходят необратимые биологические изменения, влияющие на ее свойства. Например, с повышением температуры обработки растет устойчивость древесины к гниению.
Примечание
Способ термической обработки древесины позволил добиться существенного улучшения ее свойств, и при этом, в отличие от древесины, обработанной химическим способом, она остается абсолютно безопасной и экологичной. В результате термообработки во много раз повышается устойчивость древесины к различным биологическим поражениям, до пяти раз уменьшается водопроницаемость, а сброс избыточной влажности происходит в десятки раз быстрее, чем обычно.
Термодревесина обладает очень ценными качествами, например, изделия из нее при эксплуатации сохраняют геометрию независимо от перепадов температуры и влажности.
К тому же термообработка улучшает внешний вид древесины. Во-первых, по всей толще изменяется оттенок — на более красивый, коричневый, что позволяет «облагораживать» дешевые сорта древесины, придавая им вид экзотических пород и старого дерева. А во-вторых, деревянная поверхность становится более гладкой, потому что в процессе термообработки удаляется древесная смола.
Красивый внешний вид, долговечность, низкая гигроскопичность и размерная стабильность — все это расширяют сферы применения термодревесины. Ее используют в строительстве и облицовке домов, для изготовления мебели, отделки саун, бань, бассейнов, ванных комнат, причалов и других объектов, имеющих непосредственный контакт с водой; для изготовления паркета и половой доски, дверей, окон и иных конструкционных элементов, для которых важно постоянство геометрии.
Просто, надежно, экологично
В последние годы применение термодревесины в европейских странах резко возросло. Сегодня в Европе используется около десяти патентованных способов термообработки. Однако при всех достоинствах метода у него есть существенный недостаток — это снижение прочности и упругости древесины в результате термообработки, поэтому ученые ищут возможности усовершенствования материала.
Исследователи Санкт-Петербургской лесотехнической академии обнаружили полезный эффект взаимодействия компонентов древесного комплекса с таловым маслом (таловое масло — это побочный продукт сульфатного производства целлюлозно-бумажных комбинатов). В результате компенсируется потеря прочности древесины в процессе термообработки. Модифицированная таловым маслом древесина приобретает повышенную влаго- и биостойкость и значительно меньше меняет форму при изменении температурно-влажностных условий.
Мы уже говорили о том, что древесина имеет сложную структуру и большое количество пор. Так вот, в ходе модификации эти поры заполняются молекулами различных веществ, например экологически безопасных полимеров. Преобразованная древесина имеет более высокие эксплуатационные характеристики: износостойкость, стойкость к истиранию, прочность, влагопоглощение и др. Если в качестве «наполнителя» древесины выступает таловое масло, это позволяет получить нетоксичный конечный продукт.
Технологический процесс предлагаемого метода состоит из двух простых стадий. Сначала проходит пропитка заготовок таловым маслом при температуре 170–180 градусов в течение шести часов. Следующие шесть часов проводится термообработка воздухом, нагретым до 170–180 градусов. Вот, собственно, и все. В чем же новизна этого способа?
Примечание
Ноу-хау петербургских ученых состоит в особом способе подготовки модификатора. Именно за счет модификатора удается достичь эффекта повышения сопротивляемости древесины воздействию воды с одновременной компенсацией потери прочности при термообработке.
Исследования показали, что при статическом изгибе прочность образцов, прошедших термообработку, не изменяется. Значит, взаимодействие полученной модифицирующей композиции с древесиной полностью компенсирует деструктивное влияние на древесину высокой температуры.
Есть и другие преимущества этой технологии. Обработку проходят уже готовые детали и изделия, в том числе и клееные: вагонка, плинтусы, наличники, клееные трехслойные детали оконных блоков и т. д. Таким образом, обеспечивается стопроцентное применении модифицированной древесины, тогда как при других технологиях требуется дополнительная механическая обработка и в отходы уходит от 30 до 50% объема древесины.
При использовании талового масла время термообработки древесины уменьшается в два раза (с 24 до 12 часов), снижается и температура обработки (с 240 до 180 градусов), в результате чего расходуется более чем в полтора раза меньше тепла и в два раза меньше электроэнергии. Такой способ обуславливает меньшее водопоглощение древесины в сравнении с термообработкой без модификаторов (13 и 25% соответственно), а также меньшее радиальное (1 и 5,5%) и тангенциальное (1,1 и 3,9%) разбухание.
В прошлом году образцы модифицированной древесины успешно прошли тест в Финляндии, а в начале этого года высокую биостойкость продукции подтвердили испытания в лабораториях Экоцентра Московского государственного университета. Сегодня Лесотехническая академия при поддержке ЗАО «Технопарк ЛТА» создает лабораторию для дальнейшего совершенствования продукта и разработки новых инновационных проектов.
