МОДИФИЦИРОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

Механохимически модифицированная древесина в строительстве

МОДИФИЦИРОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

В связи с начинающимся бумом малоэтажного домостроения идет активный поиск материалов, применение которых дает возможность строить дом дешево и технологично при достижении высоких эксплуатационных свойств.

Такой материал существует и уже применяется в строительстве, ему присвоен ГОСТ 24329-80 и называется он механохимически модифицированной древесиной.

Это древесина, пропитанная раствором модификатора (преимущественно – карбамид), высушенная под переменным давлением и термообработанная с целью приобретения и закрепления заданных свойств.

Почему древесина? Потому, что в закрытом помещении древесина обновляет до 30% воздуха в сутки, а природные свойства этого материала позволяют в сухую погоду отдавать накопленную влагу, в сырую – впитывать в себя ее излишки.

Деревянные дома отличаются особым микроклиматом и высоким уровнем комфортности даже без применения дополнительных средств кондиционирования.

Относительно плотности прочностные свойства древесины сравнимы со свойствами металлов, а теплоизоляционные свойства вне конкуренции с другими видами строительных материалов.

Почему карбамид? Раствор карбамида в воде из-за малой величины молекул карбамида способен проникать в полости клеток древесного вещества и пропитывать насквозь древесную заготовку любой толщины.

Карбамид под действием температуры и давления вступает в реакцию с такими составляющими древесного вещества как лигнин и гемицеллюлозы и, не нарушая макроструктуры древесины, изменяет химическое строение этих составляющих с образованием веществ, подобных карбамидным смолам, применяемых в производстве современных плитных материалов.

Благодаря этому древесина становится более прочной и твердой, не поддается воздействию микроорганизмов (плесень, грибки) и химических реагентов, а добавки, совместимые с модификатором, могут сделать ее полностью или частично гидрофобной и негорючей.

На определенной стадии техпроцесса механохимически модифицированная древесина (МХМД) становится пластичной и способна легко деформироваться под действием температуры и давления.

Карбамид экологичен, так как по воздействию на человека и животных – химически нейтрален и даже применяется как кормовая добавка для крупного рогатого скота.

Установка механохимической модификации древесины

Технологический процесс механохимического модифицирования древесины прост: сквозная пропитка заготовки водным раствором модификатора, сушка и термическая обработка.

Если необходима повышенная прочность, или твердость механохимически модифицированной древесины (МХМД), или придание изделию заданной формы или профиля, то проводится термопрессование, гнутье или термопрокат высушенной древесины. В результате МХМД задаются нужные для потребителя дизайнерские, прочностные и эксплуатационные свойства, представленные в таблице.

Порода исходной древесины незначительно влияет на конечные свойства модифицированной древесины и поэтому экономически выгодно применять для модифицирования дешевую неделовую древесину.

Может быть применено стандартно выпускаемое промышленностью оборудование: обогреваемые ванны или автоклавы для пропитки, конвективные или вакуумные сушильные камеры, камеры термической обработки с температурой до 200°С.

Для прессования – это гидравлические пресса с обогреваемыми плитами, гибочное оборудование для гнутья, термопрокатные установки со специально изготовленными профилированными валками.

Опробованы, пока в опытно-промышленном масштабе, специальные установки для механохимического модифицирования древесины, которые позволяют проводить все стадии модифицирования без перезагрузки заготовок, уплотнять заготовки во время сушки и даже придавать им заданный профиль на стадии сушки – например паз и шип для строительного бруса. Применение таких установок очень значительно сокращает время модифицирования и расходы на переработку древесины.

Свойства (при влажности 12%) Дуб Сосна Осина МХМД непрессованной осины МХМД прессованной осины
Цвет светлобурый желтый белый от желтого до коричневого до черного
Текстура выражена слабо не выражена ярко выражена ярко выражена
Плотность 690 505 495 700 1200
Влагопоглощение за 30 суток при влажности воздуха 92%, % 24,5 19,5 19,0 14,6 14,9
Предел прочности при сжатии вдоль волокон 57,1 50,4 44,7 100,0 150,0
Предел прочности при статическом изгибе, Мпа 103,0 82,0 77,4 123,0 250,0
Твердость поперек волокон, Мпа 52,0 26,0 18,5 73,0 100,0
Биостойкость: потеря массы от воздействия плесени за 45сут, % 27 27 27 4,0 3,5
Огнестойкость: потеря массы при горении, % 18,3 36,2 19,6 5,0 3,3
Модуль упругости при изгибе, Гпа 10,2 11,8 9,2 20,1 24,7
Ударная вязкость, кДж/м² 76,3 41,3 45,0 54,0 110,0

Применение изделий из механохимически модифицированной древесины в строительной индустрии может быть настолько разнообразным и почти повсеместным, что затруднительно даже ответить на вопрос: где МХМД применять неэффективно? Однако начнем «танцевать от печки». Сделать МХМД негорючей реально, более того образцы такой древесины есть, а если их уплотнить до 1500–2000 кг/м³, то из таких «деревянных кирпичей» можно сложить печь или камин.

Далее – фундамент. Поскольку МХМД очень прочна, не поддается гниению, воздействию микроорганизмов и химических реагентов, а также не горюча – то изготовление из нее столбчатого или ленточного фундамента напрашивается само собой.

В качестве опалубки для заливки фундаментов или стен модифицированная древесина применяется с 80-х годов и даже введена в СНИПы.

Благодаря ее прочности, термо- и химической стойкости, ее можно применять как материал форм для изготовления бетона и других строительных смесей.

Оцилиндрованное бревно и брус из МХМД, изготовленные в опытно-промышленном варианте установки модифицирования древесины, отличаются тем, что в них не нужно протачивать чашеобразный продольный профиль на бревне или шип и паз на брусе – это можно выпрессовать в установке в процессе сушки.

Так бревно ели диаметром 200 мм, длиной 2,5 м в свежесрубленном состоянии с влажностью 85%, плотностью 450 кг/куб.м.

, со всеми присущими данной породе недостатками (выпадные сучки, малая био-, огне-, влагостойкость) через 77 часов обработки в установке имело следующие свойства:

  • влажность 8%;
  • плотность 630 кг/куб.м.;
  • огнестойкость повышена на 50%, а при применении специальных добавок к модифицирующему раствору бревно вообще не поддерживает горение;
  • влагостойкость повышена на 30% (больше – при применении спецдобавок к модификатору);
  • МД воздействию биовредителей (плесень, грибки, жучки и т.д.) не подвержена; выпадные сучки впрессованы и вплавлены;
  • на бревне могут быть выпрессованы паз и гребень для сочленения при сборке сруба (опробованы – глубиной 15 мм и шириной до 25 мм);
  • текстура древесины ярко выражена, цвет можно изменять от золотистого до темно-коричневого по всей толщине.

Оцилиндрованные бревна из МХМД сосны, березы и ели, далее бревна с отформованным чашеобразным профилем, брус из дуба и бревно с отформованным шипом и пазом

Следует отметить, что дом из такого бревна или бруса выглядит очень красиво, он не нуждается во внешней и внутренней отделке, а так же дополнительных профилактических мероприятиях. Усадки дома после сборки не происходит, поскольку бревно или брус высушены при модификации до 10–12%.

Брус и бревно «не ведет», прочность зависит от степени уплотнения древесины, поэтому нет смысла изготавливать из МХМД клееный брус, сократив себестоимость. Из бруса можно изготавливать балки, арки, фермы и т. д.

, то есть это весьма перспективный материал для каркасного домостроения.

Для каркасного домостроения можно изготавливать также стеновые панели методом термокомпрессионного формования. Для этого из металла, например сталь 3, изготавливается контурная пресс-форма требуемого размера, в которую «в распор» выкладывается пакет специально изготовленных реек из МХМД одинаковой толщины.

Специальная подготовка пакета реек заключается в том, что механической обработкой (сверлением и выборкой паза) внутри пакета создается система пустотелых каналов, образующих внутри щита решетку, которая перед прессованием заполняется вспенивающимся составом.

Состав представляет собой смесь опилок МХМД и карбамидной смолы с порофором, которая затвердевает при достижении температуры прессования. На пакет заготовок для изготовления щита помещается прокладочный металлический лист или, если требуется получить рельефную поверхность, трафарет.

Сверху выкладывается термокомпрессионный вкладыш, состоящий из сегментов специального материала с большим коэффициентом термического расширения. При нагревании вкладыш увеличивается в объеме намного больше, чем металлический ограничивающий контур и тем самым создает необходимое для уплотнения щита из МХМД давление (до 30 МПа).

Форма замыкается с натягом пуансоном, в котором, как и в матрице, находятся нагреватели. При нагреве происходит прессование щита и образование внутренней подкрепляющей решетки, которая при эксплуатации стенового щита или панели не допускает коробления и изменения заданных размеров.

Подобным образом можно изготовить паркетные щиты, декоративные панели, дверное полотно любых размеров за один цикл прессования.

Паркет, изготовленный из механохимически модифицированной древесины, отличается повышенной твердостью и износостойкостью, стабильностью размеров.

На паркетный щит можно нанести плоское декоративное изображение подобное интарсии, и даже изображение с голографическим эффектом. Наносимое на щит изображение и изменение цвета МХМД при прессовании скрадывает несоответствие в текстуре соседних реек при наборе щита.

Из МХМД можно изготавливать дверные и оконные блоки, погонажные изделия, элементы отделочного декора. Так как до термообработки модифицированная древесина хорошо изгибается, гнутьем можно изготавливать арочные элементы окон или дверных проемов, гнутые поручни для лестниц и другие конструктивные и декоративные строительные элементы.

Введением специальных добавок в модификатор можно получить водостойкую МХМД, из которой можно изготавливать садовые беседки и мебель, плитки и доски для садовых дорожек, а прессованием – черепицу для покрытия крыш. Долговечность этих изделий не уступает аналогам из полимерных материалов, а природный дизайн древесины не нуждается в защитных и декоративных покрытиях.

Производство изделий из механохимически модифицированной древесины может быть внедрено на любом деревообрабатывающем предприятии, для этого требуется лишь дооснастить его специальным оборудованием для модифицирования древесины.

Базовым типом оборудования является автоклав, перепрофилировав который можно силами вспомогательных служб предприятия изготовить установку для модифицирования. Это новая инновационная технология и оборудование пока серийно не выпускается даже за рубежом.

Но, судя по быстрому освоению технологии термодревесины и довольно широкому спектру предлагаемого оборудования, технология МХМД в ближайшие годы займет достойное место в деревообрабатывающей промышленности, а изделия из МХМД – в строительной индустрии.

Модификация древесины

МОДИФИЦИРОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

На сегодняшний день, как и сотни лет назад, древесина занимает лидирующие позиции среди материалов для строительства и оформления помещений.

Как бы не старались производители пластика и других синтетических материалов, а полностью воссоздать и заменить свойства и особенности древесины им до сих пор не удалось.

Но есть у дерева существенные недостатки – низкая биостойкость, влагостойкость и формостойкость. Но к счастью ученые давно нашли способ борьбы с этими недостатками – это модификация древесины.

Что такое модификация древесины?

Модификация древесины – это процесс преднамеренного воздействия на дерево для улучшения его механических и биологических параметров.

Модификация позволяет изменить свойства древесины таким образом, чтобы повысить ее надежность, увеличить срок службы, защитить от влаги, атмосферных осадков и микроорганизмов, а также присвоить материалу необходимые свойства для обустройства определенных помещений. Например, увеличить влагостойкость доски предназначенной для обшивки бани и т.д.

Модифицированная древесина выгодно отличается от обычной, она может использоваться в помещениях где часто меняется температура и влажность, необработанное дерево быстро придет в негодность в таких условиях.

Модификация древесины может производится разными способами. Самые популярные виды модификации древесины:

— химическая модификация древесины;

— термическая модификация древесины;

— механическая модификация древесины.

Каждый из видов модификации имеет свои достоинства и недостатки, рассмотрим каждый из них более подробно.

Химическая модификация древесины

Химическая модификация древесины производиться путем пропитки дерева специальными веществами (полимерами, мономерами, синтетическими смолами).

При такой модификации активные вещества самой древесины вступают в реакцию с веществом, которое используют для обработки и образуется прочная связь, можно сказать, что химическая модификация приводит к изменению характеристик дерева на клеточном уровне. Дерево сначала высушивают, а затем обрабатывают специальным составом.

Для более качественной пропитки используют вакуум. Процент пропитки на прямую влияет на механические характеристики готового материала: чем глубже пропитка, тем выше показатели.

Древесину при химической модификации чаще всего обрабатывают фурфульным спиртом или ацетилируют. Такая обработка позволяет увеличить прочность материала, уменьшить возможность деформации, повысить влагостойкость и способность дерева противостоять размножению насекомых, плесени и грибов, такой материал характеризуется долговечностью.

Химическая модификация может применяться к любой породе дерева. И что важно: для такого способа модификации можно использовать не только качественную деловую древесину, а и некондиционную древесины плохого качества.

Химическая модификация древесины существенно увеличивает прочность материала, потому ее часто используют для постройки тяжелых конструкции, например, мостов. А так ее можно использовать для производства садовой мебели, обшивки домов, постройки зданий.

Среди отрицательных характеристик химической модификации можно выделить:

— высокую стоимость этого процесса;

— химическая обработка. После обработки древесины может выделять вредные для здоровья компоненты. Ученые усиленно работают над созданием органических, натуральных пропиток, но пока ни одна из них не дала нужного эффекта.

Термическая модификация древесины

Как становится ясно из названия этот способ модификации заключается в воздействии на дерево нагревания, это сушка при высокой температуре.

Такой вид модификации древесины на самом деле очень древний, и использовался уже тогда, когда значения слова модификация никто не понимал. С тех пор технология, конечно, значительно улучшилась, метод получил широкое распространение за границей.

В странах постсоветского пространства термическая модификация древесины появилась не так давно, но уже успела завоевать своих поклонников.

Действительно термическая обработка имеет ряд положительных качеств:

— полностью экологична. При термической модификации не применяют никаких опасных и вредных компонентов;

— одним из основных достоинств термической модификации древесины является существенное повышение стойкости материала к воздействию влаги;

— после термической модификации дерево не разбухает

— повышается биостойкость материала, под воздействием высоких температур в древесине погибают все вредители, а также споры грибов и плесени;

— термическая модификация очень проста технологически и не требует особых затрат или большого количества оборудования.

Термическая модификация древесины может производиться с помощью различных масел (вываривание дерева в масле), воды, нагретого воздуха или насыщенного пара.

Особенность технологии заключается в том, что тепло применяемое для термической обработки проходит через всю древесину, на сквозь, это дает лучший результат чем поверхностная пропитка жидкостями.

Термическую модификацию можно применять к древесине любой породы, но лучше она воздействует на лиственные породы, нежели на хвою.

У такого рода модификации существуют и негативные стороны:

— под воздействием высокой температуры нарушается целостность клеточных компонентов дерева, что приводит к снижению прочности материала. Потому материал, модифицированный таким способом нельзя использовать для строительства несущих конструкций, тяжелых, крупногабаритных помещений и т.д.

— в ходе обработки древесина неизбежно изменит свой цвет, она потемнеет. Это конечно не всегда можно считать недостатком, но иногда эстетическая сторона вопроса важнее, чем механические качества;

— если провести термическую обработку с грубым нарушением технологии можно получить на выходе растрескавшийся, непригодный для использования материал.

Где же используется термически модифицированная древесина? Сфер применения такого материала множество: покрытие пола, изготовление оконных рам, мебель (как комнатная, так и для улицы), обшивка и декор помещений с высокой влажностью (сауна, баня, душ, бассейн, открытые террасы), из термически модифицированного дерева изготавливают даже ванны и рукомойники.

Механическая модификация древесины

Еще одним видом модификации древесины является механическая модификация. Этот способ давно используется в мире и в нашей стране, в частности.

Механическая модификация древесины представляет собой прессование дерева. Важной особенность процесса является, то что древесины прессуется поперек волокон.

Механическая модификация не требует больших денежных затрат, и, пожалуй, ее можно считать самой дешевой среди всех видов модификации древесины.

С помощью механической модификации можно существенно повысить прочность материала, его ударостойкость и жесткость. Но такая модификация никак не повлияет на гигроскопичность дерева. То есть материал так и останется беззащитным перед воздействием влаги, будет легко деформироваться при намокании.

Механически модифицированную древесину можно использовать для внутренней обшивки сухих помещений, изготовления мебели.

Помимо уже перечисленных способов модификации древесины существуют еще и комбинированный (комплексные) методы. Они объединяют в себе положительные качества нескольких видов модификации, но стоят несколько дороже.

Например, к таким комплексным видам модификации относят:

—  термо-механическая модификация древесины. Заключается в прессовании горячего (обработанной паром или нагретой) материала. Такой способ позволяет очень сильно повысить прочность мягких пород дерева;

химико-механическая модификация древесины. Процесс предполагает обработку дерева химическим составом, а затем прессование. Такой вид модификации делает древесину гибкой и позволяет придавать ей необходимую форму.

радиационно-химическая модификация древесины – пропитка дерева под воздействием ионизирующего излучения. Это позволяет реагентам проходить в глубокие слои материала. Из такой древесины часто производят паркет.

Ирина Железняк, Собкор интернет-издания «AtmWood. Дерево-промышленный вестник»

(2 , average: 5,00 из 5)
 Loading …

:

Copyright © atmwood.com.ua. Копирование материала разрешено при указании гиперссылки на источник
Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть