Адаптированная древесина

Адаптированная древесина – материал с управляемыми эксплуатационными свойствами.

Во всем мире в последние годы происходит развитие новых технологий в области конструкционных и строительных материалов, в частности, древесины, которые направлены главным образом на то, чтобы улучшить физико-механические и декоративные свойства исходного материала, сделать его более прочным, упругим, долговечным.  Древесина, как строительный и поделочный материал, обладает множеством положительных свойств, однако относительно недолгий срок эксплуатации, сравнительно малая стабильность формы, горючесть, а также наличие в ней грибковой инфекции снижают ее конкурентоспособность по сравнению с металлами и синтетическими материалами.

В условиях современного развития деревообрабатывающей отрасли одним из вариантов решения проблемы повышения потребительских, декоративных и физико-механических свойств, а так  же значительного увеличения срока эксплуатации изделий из древесины является её активная модификация. Она предусматривает глубокую пропитку древесины специальными химическими составами и последующее пьезотермическое  воздействие, изменяющее структуру и свойства древесного вещества, пропитанного модифицирующим составом.

В настоящее время производство модифицированной древесины (МД) развивается во многих экономически развитых странах и есть широкое предложение различных её видов на мировом рынке. В основном это темомодифицированная древесина или ТМД, технология которой заключается в термогидролизе древесины при большом давлении в условиях ограниченного доступа воздуха извне, в атмосфере водяного пара или специального газа при высоких температурах (160-2400С). В результате такого высокотемпературного воздействия из натурального предварительно высушенного древесного вещества удаляются такие составляющие как полисахариды, а лигнин разлагается с выделением фурфурола, который придаёт древесному веществу гидрофобные свойства и изменяет цвет изделия. Продукция – в основном отделочные строительные изделия из-за низкой прочности материала.

 Наиболее близка к термомодифицированной древесине продукция норвежской фирмы Kebony, которая нашла способ повышения твердости и стойкости мягкой древесины до показателей тропической древесины. Запатентованный метод носит название кебонизирования. Древесина пропитывается под давлением фурфуриловым спиртом, а затем нагревается, в результате чего проникший в клеточные полости древесины фурфуриловый спирт полимеризуется. Кебонизированная древесина подвергается сушке. В качестве материала используется, в основном, сосна и клен. Применение – наружная отделка зданий, террасы, кровельные доски.

Широко известна ацетилированная древесина Accoya изготавливается из сосны, ели, пихты и других пород дерева. Перед непосредственной обработкой древесины химическими составами, она обязательно высушивается. Затем производится процесс ацетилирования, то есть пропитка заготовки ангидридом уксусной кислоты при повышенной температуре. В результате в древесине образуются эфиры и выделяется уксусная кислота, которую удаляют, чтобы не было запаха. Благодаря ацетилированию, снижается способность древесины поглощать воду, срок эксплуатации увеличивается, устойчивость к деформации возрастает. Формостабильность этого материала напрямую зависит от количества агента пропитки. Чем его больше, тем выше формостабильность, но это очень снижает его экологичность. Как правило, ацетилированную древесину применяют в тех изделиях, которые, как ожидается, будут подвергаться воздействию атмосферных условий: двери, фасады, облицовка, шлюпочные палубы, садовая мебель, строительные детали.

Необходимо отметить, что все изделия из названных конкурентных видов МД очень дороги, так — куб половой доски из Accoya стоит до 5000 евро. Стоит также заметить, что фурфуриловый спирт, как и ангидрид уксусной кислоты не относятся по международной классификации к пищевым добавкам марки  Е.

Повышение требований к экологической, экономической и эксплуатационной эффективности древесины привело к созданию адаптированной древесины (АДр). Это древесина с целенаправленно измененными эксплуатационными свойствами, задаваемыми потребителем, полученная посредством её физических и химических изменений в процессе обработки. Таким образом, свойства природной древесины в изделии становятся адаптированными к условиям его эксплуатации. Разработчик  (фирма АДр) в первую очередь исходит из того, что древесина – это единственный возобновляемый в природе конструкционный материал с уникальными свойствами и ставит своей задачей максимально использовать всё ценное, что заложено в древесину природой. Наша цель – сделать адаптированную древесину, полученную из малоценных «неделовых» пород, полноценным заменителем твёрдых и экзотических пород, пластмасс, чёрных и цветных металлов.

Сущность технологии адаптированной древесины.

Адаптированную древесину получают из натуральной  древесины любой породы путём её пропитки водным раствором комплексного модификатора, состоящего преимущественно из карбамида, с последующей пьезо-термообработкой. Особенность технологии в том, что базовый раствор модификатора, состоящий из карбамида и микрокомпонентов, полностью совместим с естественной биополимерной матрицей древесного вещества, а его способность доставлять на микроуровне специально подобранные микрокомпоненты, позволяют синтезировать естественно ориентированные  узлы направленного модифицирования древесного вещества без нарушения его природной микроструктуры. Экологичность адаптированной древесины, как и безопасность самого технологического процесса, гарантирована тем, что карбамид не только естественное удобрение для растений, а ещё и соединение, издавна применяемое как пищевая добавка (по международной классификации Е927). Целевые микрокомпоненты также являются пищевыми веществами и органично входят в состав древесного вещества и позволяют управлять ходом технологического процесса, что позволяет задавать любым породам древесины в любом её состоянии программируемые производителем свойства по всему объёму заготовки.

Фото 1. Брус 150х200мм из адаптированной сосновой древесины.

Новизна технологии в том, что карбамид, являясь веществом с мощными синергетическими характеристиками (то есть имеет возможность увеличивать эффективность целевых микрокомпонентов в геометрической прогрессии),  вступая в реакцию с природными компонентами древесного вещества (лигнин, гемицеллюлоза и целлюлоза), «прививает» к ним эти добавки, что и придаёт древесине задаваемые свойства. По отношению к основному модификатору количество целевых микрокомпонентов незначительно – от 0,5 до 5%, что позволяет значительно уменьшить себестоимость изделия. От соотношения применяемых добавок зависят эксплуатационные свойства адаптированной древесины.

То есть данная технология позволяет производить модификацию химической структуры древесного вещества, которая происходит непосредственно через поперечное сечение изделия, независимо от его толщины,  в то время как другие виды модификации предполагают только внедрение химикатов на глубину пропитки древесного вещества. В нашем случае водный раствор комплексного модификатора полностью совместим лигноуглеводной матрицей древесного вещества и, образуя клатраты в основном с группами –ОН- с выделением воды из древесины, синтезирует новые соединения с природными компонентами: лигнином, гемицеллюлозами и целлюлозами. Реакция взаимодействия микрокомпонентов с ними протекает за счёт избыточной энергии, которой обладает клатрат «карбамид-Н2О». От того какие микрокомпоненты будут «привиты» к древесному веществу  и зависят эксплуатационные свойства изделия. 

Процесс модификации управляем, при этом древесина приобретает повышенную  прочность и плотность. При необходимости большего уплотнения применяется горячее прессование  высушенной древесины с 2-хкратным повышением исходной плотности. Добавляя различные целевые микрокомпоненты к основному модификатору, из любой породы исходной древесины можно получить адаптируемую древесину: или с высокими  прочностными свойствами, или с высокой твердостью и истираемостью, или негорящюю, или с высокой водо- и влагостойкостью, не подверженную воздействию биовредителей. В варианте пропитки раствором  базового модификатора все эти свойства выражены в средней степени.

Адаптированная древесина обрабатывается на серийных деревообрабатывающих станках с учетом ее твердости при заточке инструмента.

Другим очень важным показателем того, что данный материал обладает хорошим рыночным потенциалом, является почти полная безотходность как самого производства, так и экологически чистая и, как бы это странно не прозвучало, выгодная ликвидность  отходов и состарившихся изделий из адаптированной древесины. Дело в том, что состарившийся водный раствор комплексного модификатора представляет собой жидкое удобрение для растений, а опилки – твёрдое удобрение, которое можно расфасовывать для продаж дачникам.

Для примера можно просмотреть основные эксплуатационные  свойства погонажа (доска) адаптированной древесины берёзы по сравнению с натуральной:

плотность берёзы 640 кг\м3, для погонажа из адаптированной  берёзы – выше 700 кг\м3, а у прессованной до 1200 кг\м3, при этом твёрдость до 110 МПа;

прочность берёзы на статический изгиб 60МПа, АДр – 110, а у прессованной выше 150МПа;

влагопоглощение сухой берёзы при влажности окружающего воздуха 92% — 24,5%, АДр – 14%;

биостойкость (потеря массы при воздействии плесени в течении 45 суток) берёзы 27%, АДр – 3,5%;

огнестойкость (потеря массы) при горении берёзы 90% (зола), АДр – до 8% при воздействии в течении 2 минут открытым пламенем, затем – самозатухание.

Возможности организации производства и рынков сбыта.

Состав оборудования для организации производства адаптированной древесины диктуется последовательностью технологических операций:

• Формирование штабеля исходных пиломатериалов в автоклаве пропиточной установки;
• Приготовление водного раствора комплексного модификатора в смесителе;
• Пропитка штабеля в пропиточной установке;
• Сушка и термическая обработка пропитанных пиломатериалов в термообрабатывающей установке;
• Механическая и\или прессовая обработка заготовок адаптированной древесины на деревообрабатывающих станках и\или прессах.

Вышеперечисленное оборудование можно заказать на соответствующих предприятиях, но с добавочными доработками, рекомендуемыми технологами АДр.

Прессовая обработка заготовок из адаптированной древесины предполагает наличие гидравлического пресса с обогреваемыми плитами размерами, соответствующими размерам заготовок. Прессформы изготавливаются по рекомендациям фирмы АДр в соответствии с предполагаемо выпускаемой продукции, а так же – собирается ли производитель выпускать изделия с объёмным или плоским изображением,  или просто уплотнить материал изделия. Для увеличения производительности, а, следовательно — снижения себестоимости, лучше использовать гидравлические многоэтажные пресса с обогреваемыми плитами.

На прессовом оборудовании можно изготавливать также экологичные древесностружечные плиты, как из опилок и стружки АДр, так и из обычных опилок или отходов производства ДСП, ОСП или МДФ. При этом нет необходимости в покупке и  приготовлении традиционных связующих для такого производства – их по технологии АДр заменит специальный для этого производства водный раствор комплексного модификатора, обеспечивающий необходимую адгезию измельчённого сырья при горячем прессовании. В итоге потребитель получит экологически чистую плиту адаптированного  древесностружечного материала (АДСП) с классом эмиссии «0».

Фото 5.Прессованные щиты из адаптированной древесины берёзы с объёмным и плоским рисунком.

В наше время во всём мире потребитель начинает охладевать к изделиям из пластиков и композитов и возвращается к дереву, но лучше – изготовленному по современным технологиям, какой и является технология адаптированной древесины. Она преобразует древесину на микроуровне по всему массиву, придавая ей заданные свойства без нарушения исходных конструкционных, визуальных и тактильных качеств.

Предполагаемыми потребителями продукции из адаптированной древесины являются предприятия, основное направление деятельности которых является строительство и отделка жилых помещений, так как свойства производимого продукта управляемы и застройщик может закзывать пиломатериалы из АДр с соответствующими эксплуатационными свойствами для соответствующих стройдеталей. Так трудно сгораемые и прочные бревно и брус являются ценнейшим материалом для строительства домов, бань и саун, хозяйственных построек, садово-парковых сооружений. Разработаны технологии и оборудование для комплектации всего сооружаемого объекта изделиями из адаптированной древесины: бревно и брус для силового каркаса, доска для пола и перекрытий, молдинг и брус для дверных и оконных блоков, щиты для внутренней декоративной отделки здания. Дальнейшее освоение рынка определено декоративными свойствами адаптированной древесины и технологическими возможностями её переработки: прессуемость, возможность гнутья, разнообразие цветовой гаммы изделий. Это определяет следующий круг потенциальных потребителей: отделочники, мебельщики, дизайнеры, паркетчики. 

Закрепить и расширить своё положение на лесопромышленном рынке компании, продающей изделия из адаптированной древесины, позволяет эффективная маркетинговая и финансовая деятельность, обусловленная уникальными свойствами материала, использование различных технологий рекламы, а так же работа по снижению себестоимости продукции из АДр.

И в заключении хотелось бы выделить основные преимущества адаптированной древесины:

1. Во-первых, само название говорит о том, что технология адаптированной древесины позволяет изготовителю выпускать такую продукцию и с такими свойствами, какие необходимы для успешной деятельности на рынках сбыта.
2. Производство адаптированной древесины экологически чистое и безотходное.
3. Повышенные в разы плотность, прочность, истираемость и твердость позиционирует этот материал, как конструкционный.
4. Адаптированная древесина наименее пожароопасная, она сама затухает после выгорания нанесённых на неё горючих веществ.
5. Размерная стабильность при воздействии климатических факторов.
6. Высокая влагоустойчивость и водостойкость.
7. Адаптированная древесина неуязвима для микроорганизмов, насекомых, грибков.
8. Адаптированная древесина — безвредный, не токсичный, экологически чистый дизайнерский, отделочный и строительный материал.
9. Адаптированная древесина  не нуждается в особом уходе, при этом допускается склеивание и покраска любыми типами клеев и лакокрасок.
10. Технология адаптированной древесины позволяет использовать древесину любых пород, в любом состояни с возможностью исправления, например, таких дефектов, как синяя гниль. 

Ксения Гурина, директор «АДр»,   e-mail:vk58@yandex.ru Телефон 89020015523