Термомодифицированная древесина - материал будущего?
Добрачев А.А.
Лесопромышленному комплексу Уральского региона необходима инфраструктурная перестройка, направленная на адаптацию предприятий к условиям проведения лесозаготовок и переработки древесины в условиях сильной изреженности лесфонда интенсивными рубками прежних лет, а также преобладанием древесины лиственных пород, преимущественно - березы. В связи с этим требуются новые технологии и техника для мобильных комплексных мастерских участков и бригад, а также поиск востребованной на рынке продукции переработки лиственных материалов.
Появляющиеся в периодической литературе и рекламе информации о новых материалах на основе лиственной древесины немногочисленны.
Береза в виде материала в столярном и мебельном производстве далеко не редкость, но объемы ее потребления здесь весьма ограничены. В то же время в Северной Америке, Европе и Китае на протяжении многих лет береза успешно используется как альтернатива древесине ценных пород: дубу, буку, ясеню, клену и другим породам. Важно, чтобы береза имела потребительские свойства, которые позволяли бы ее использовать в больших объемах, например, в строительстве. Уже сейчас делаются попытки использовать березовые детали в панельном и каркасном домостроении, так как ее основной недостаток - плохая гвоздимость - не имеет здесь существенного значения: сегодня конструкции скрепляются металлическими саморезами и клеями, которые хорошо согласуются с березовой древесиной.
Создание материалов под общим названием «термомодифицированная древесина», является также одним из новых направлений в технологии переработки березовой древесины. Термомодифицированная древесина (далее - ТМД) - это достаточно новый, натуральный материал, создаваемый посредством специальной термической обработки древесины лиственных и хвойных пород.
Процесс создания ТМД в основном состоит из трёх-пяти основных этапов. Сначала сырьё нагревают горячим паром, который подаётся в камеру с размещёнными в ней пиломатериалами, затем осуществляется сушка обработанных паром заготовок, удаление смолы и влаги. На последнем этапе термически обработанной древесине придаются определенные фактурные качества - изменяют цвет дерева (от светлых до тёмных оттенков). Технологический процесс термообработки древесины основан на применении только водяной пара и высокой температуры от 180 до 240oС (в зависимости от технологии и породы) без какого-либо добавления химических реактивов. При таком температурном режиме обработки в древесном материале происходят молекулярные изменения, при которых древесина становится совершенно новым материалом по сравнению с тем, чем она была до обработки.
Оборудование и технологии термомодификации древесины могут быть различными, но их общей характеристикой является то, что они осуществляются в закрытых системах при ограниченном содержании кислорода с целью снижения риска воспламенения древесины при температурах более 200 0С.
Технология Thermowood, разработчиками и производителями оборудования которой являются финские компании «Lunawood Oy», «Stellac Oy», «Tekmaheat Oy», «Valutec Oy», австрийская фирма «Mьhlbцck-Holztrocknungsanlagen», итальянская фирма «Baschild». Созданы модификации этой технологии (ООО «Вест-Вуд Рус», Россия, фирма «Superior Thermowood», Канада). Особенностью технологии является то, что термомодификация древесины осуществляется в защитной атмосфере водяного пара при температурах 185-212єС. При этом содержание кислорода в среде уменьшается до 3,5%. Основные мощности по производству ТМД в РФ представлены именно таким оборудованием.
Термомодификация древесины протекает в пять отдельных этапов процесса: - двухтрехфазный разогрев древесины в паровоздушной атмосфере при избыточном давлении; термогидролиз древесины в паровоздушной атмосфере при небольшом избыточном давлении; охлаждение древесины в паровоздушной атмосфере при нормальном давлении до температуры 100єС;кондиционирование древесины для доведения влажности древесины до заданных значений от 4 до 6%; охлаждение древесины до температуры 30-40єС. При обработке предварительно высушенной древесины общая продолжительность процесса составляет около 2-х суток. Возможна и обработка влажного материала, однако в этом случае длительность процесса термомодификации будет большей с учетом срока собственно сушки древесины. термомодифицированная древесина thermowood plato
Особенностью технологии Bois Perdure является проведение последовательных операций высокотемпературной сушки древесины естественной влажности, термомодификации и охлаждения древесины в камере, в атмосфере водяных паров и газов, выделяющихся из древесины. Все процессы протекают в замкнутом цикле, стадии техпроцесса такие же как и у технология Thermowood. Избыток паровоздушных выбросов, образующихся при сушке и термомодификации древесины, утилизируется путем сжигания в газовой горелке.
Технология PLATO представлена фирмой «Plato International BV», Нидерланды. Ее особенностью является проведение термомодификации путем цикличного термогидролиза древесины при температурах 150-180єС при давлении до 1,6 МПа, т.е. методом многоступенчатой обработки «влага-тепло-давление».
В технологии Retification роль защитной среды выполняет инертный газ азот, а сама термомодификация ведется при температуре 200-260єС в восемь последовательных стадий.
Термомодификация древесины в горячем масле разработана германской фирмой «Menz Holz GmbH & Co. KG». При этом в качестве защитной среды и агента термомодификации используются высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ), различные растительные масла (льняное, подсолнечное, рапсовое, талловое и др.), а также отходы их производства. Высушенная древесина погружается в горячее растительное масло в ванне или в камере автоклавного типа и постепенно нагревается до температуры 180-220єС. Длительность этого этапа обработки составляет до 4 ч. В процессе обработки дополнительно происходит поглощение масла поверхностным слоем древесины.
Таким образом, практически при всех технологиях необходимо время для так называемого «созревания» ТМД, которое составляет от 7 до 21 суток, когда стабилизируются химический состав ТМД и равномерное окрашивание древесины по всему сечению. Приведенная себестоимость термомодификации древесины в расчете на 1 мі составляет от 60 до 200 евро, а продолжительность собственно технологического цикла при этом колеблется от 36 до 180 ч.
По данным публикаций ТМД обладает высокой устойчивостью к воздействию отрицательных факторов внешней среды - влаге и температуре, старению при воздействии солнечной радиации. ТМД - экологически чистый материал, так как в технологии ее переработки полностью отсутствует какая-либо химическая обработка. Более того, после термообработки в ТМД разрушается среда для появления и развития микозов - основных вредителей березовой древесины. Основные преимущества термомодифицированной берёзы - стабильность геометрических размеров в течение длительного периода эксплуатации, биологическая стойкость, износостойкость, слабая восприимчивость к проницаемости воды, высокие противопожарные и теплоизолирующие свойства.
К сожалению, достаточного научного и практического подтверждения этим, чаще всего рекламным материалам, нет. Нами не обнаружены достоверные, с доказательной экспериментальной базой сведения об основных физико-механических свойствах, стойкости к загниванию, термоэнергетических и прочих показателях ТМД. Более того, некоторые источники характеризуют ТМД, как материала с высокой термостойкостью другие - предсказывают высокие показатели его теплотворной способности - на уровне самых высокосортных углей. В частности, известен факел - костер из термомодифицированного отрезка ствола с продольными радиальными пропилами, дающий устойчивое высокотемпературное горение.
Пока установлено, что ТМД довольно сложна в фрезерной обработке, но ее глубинная окраска после термомодификации привлекательна в отделочных работах. Если все указанные достоинства ТМД найдут свое научно обоснованное подтверждение - она станет одним из востребованных в строительстве и отделке материалов. В этом случае ее производство в условиях лесопромышленных предприятий найдет свою нишу в переработке лиственной древесины.
Библиографический список
1. Термомодифицированная древесина // STL Technology. URL.:http://www.stltm.ru/index.htm ( дата обращения 10.03.2012)
2. Террасная доска Термомодифицированная береза // АБС Техно URL.:http://www.abs-t.ru/ (дата обращения 15.03.2012)
3. Организация производства термомодифицированной древесины // Уралдрев СК. URL.:http://www.uraldrev.ru/ ( дата обращения 15.04.2012)