Термически модифицированное дерево: свойства, применение и современное состояние технологии
Часть 1

Проведен основательный обзор традиционных и инновационных способов модификации дерева. На основе сравнения свойств, которое приобретает модифицированный материал, осуществлен анализ его применения, и сделан вывод в пользу тепловой модификации как промышленного экономически целесообразного способа. Термически модифицированное дерево: свойства, применение и современное состояние технологии

Проведено основательный обзор традиционных и инновационных способов модификации дерева. На основе сравнения свойств, которое приобретает модифицированный материал, осуществлен анализ его применения, и сделан вывод в пользу тепловой модификации как промышленного экономически целесообразного способа. Всесторонне рассмотрены технологические особенности промышленно известных методов термической модификации и свойства термически модифицированного дерева. Приведены данные по патентной защите технологии термической модификации дерева и особое внимание сосредоточенно на конкурентноспособности инновационного продукта и на реальном внедрении его на рынок.

1 Вступление

Дерево есть одним из наиболее распространенных строительных материалов начиная из первых попыток строительства человеком собственного жилья. Она есть доступным, относительно легким и простым в обработке материалом. В ранние времена использовались в основному круглые материалы малого диаметру, но со временем пиломатериалы в виде досок и брусьев вытеснили круглое дерево за счет своей практичности в большинстве случаев применения.

На протяжении столетий в строительстве дерево использовалось для создания фундаментов, внешних и внутренних стен, половых покрытий, несущих конструкции, производства окон, дверей, мебели и других изделий. Однако в последние десятилетия состоялись значительные изменения, вследствие которых дерево теряет свою частицу на рынке строительных материалов не выдерживая давления альтернативных не древесинных и деревинно - композитных материалов. Так, в частности:

• деревянные фундаменты вытеснены камнем и бетоном;

• для внешних стен используются в основному кирпич, полимер - песчаные блоки, обычный и легкий бетон;

• для внутренних стен применяются в большинстве кирпич, легкий бетон, гипсовые плиты и другие материалы;

• в каркасном строительстве деревянные несущие элементы вытесняются легкими стальными балками;

• основой половых покрытий в большинстве случаев есть бетон;

• внешние элементы выполняются в основном с дерево - полимерных композиций;

• деревянные половые покрытия вытесняются ламинатами и другими материалами.

Но в целом ситуацию не следует драматизировать. Поскольку дерево остается основным материалом в изготовлении крыш а также возрастает спрос на деревянные односемейные дома разных типов и мебельные изделия из массивного дерева.

2 Традиционные метода защиты дерева

Дерево как материал характеризуется многочисленными положительными свойствами, который разрешает использовать ее в разных областях народного хозяйства. Однако два показатели снижают ее rjyrehtynjcgjcj,yjcnm в сравнении с металлами и синтетическими материалами – это относительно малый срок эксплуатации и сравнительно малая стабильность размеров (формы). Решающим фактором в пригодности изделий из дерева есть влияние грибковой инфекции вследствие естественного содержимого в ней влаги. Тому hbcr грибкового поражения, который особенно проявляется под действием погодных факторов (осадки) вместе с прямым контактом с грунтом, а также влажности постоянного или сменного характера, должен быть обязательно учтенным. Из практики известно такие традиционные методы защиты дерева:

• камерное сушение к влажности материала ниже 20%, при которой создаются неблагоприятные для развития грибка условия;

• конструктивное решение, которое состоит в использовании влажного дерева в среде с равновесной влажностью меньше 20% и защите ее от увлажнения;

• химическая защита путем просачивания или поверхностной обработки дерева органическим или неорганическими солями, токсичное действие которых прекращает развитие грибка.

Из другой стороны естественная гигроскопичность дерева, которое проявляется в ее набухании и усыхании в среде со сменной влажностью, является причиной возникновения напряжений и в результате поверхностных трещин, которые могут привести к разрушению защитного лакокрасочного покрытия. Это в свою очередь является условием перерасхода дерева в сравнении с синтетическими материалами. Итак, традиционные методы защиты деревья не влияют на усыхание и набухание дерева, а использование химической защиты в некоторых случаях может сопровождаться вымыванием защитных веществ, которые понижает эффективность защиты в целом и осуществляет отрицательное влияние на окружающую среду.

В последние годы ведутся активные дискуссии относительно использования химической защиты дерева. В этом светлые одновременно изменяются и требования к защите дерева, так в частности, рядом с раньше известными требованиями к эффективности защитных композиций, простоты и доступности способов их нанесения на необходимую глубину материала, сегодня выдвигаются требования к екологичности защитных веществ.

3 Инновационные метода защиты дерева

Эти методы имеют цель решения двух проблем – уменьшение риска развития грибка и понижение гигроскопичности дерева.

1. Тепловая обработка дерева заключается в нагревании дерева к температуре 150-270?С по всему сечению, при котором происходит изменение химической структуры стенок клеток, но без изменения их химического состава. В результате в гемицелюлоза уменьшается количество гидроксильных групп, меньше проявляется гигроскопичность дерева и возрастает биостойкость. Такая обработка может проводиться разными способами и характеризуется общим снижением механических показателей, которые в определенной мере может ограничивать область использования этого дерева как конструкционного материала.

2. Просачивание дерева горячими гидрофобными растительными маслами методом избыточное давление-вакуум. Этот способ принципиально не отличается от химической защиты по технологии и оборудованию. Масло в количестве 80-180 кг/м3 дерева размещается между микрофибрилами в стенках клеток и этим самим снижает гигроскопичность дерева.

3. Просачивание смолами, которые подобно к предыдущему случаю откладываются в стенках клеток, блокируют химическое взаимодействие между деревом и водой, при этом ни одной химической реакции между смолой и деревом не происходит.

4. Ацетилирование – химическая реакция, в результате которой происходит замещение гидроксильных групп в дереве.

Независимо от способа защиты полученный материал состоит из тех же химических элементов, которые и самое дерево (углерода, водорода, кислорода и азота). Поэтому в процессе обработки такого материала его остатки (отходы) могут сжигаться без вреда для окружающей среды.

4 Свойству материала

Для всесторонней оценки альтернативных экологически чистых методов защиты дерева необходимо знать основные свойства модифицированного дерева, которые имеют решающее влияние на возможное ее применение.