• Главная
  • Обзор рынков
  • Адаптированная древесина – материал с управляемыми эксплуатационными свойствами

18:00, 22 июля 2019,   Просмотров: 851

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.


а)                                         б)                                  в)
Фото 2. Тангенциальный срез берёзы в 25-тикратном увеличении: а)натуральная древесина берёзы; б)термомодифицированная берёза; в)адаптированная берёзовая древесина.

На фото №2 в 25-тикратном увеличении представлены тангенциальные срезы берёзовой древесины, где хорошо видно, что по сравнению с натуральной древесиной (а),  на срезе термомодифицированной древесины (б) очень мало лигнина, который является связующим в древесном веществе и придаёт древесине основные свойства. А на срезе  адаптированной берёзовой древесины (в) лигнин, прореагировавший с модификатором ориентирован, плотно упаковывает волокна целлюлозы, что делает изделие из адаптированной древесины влагостойким, более плотным и прочным, огне- био-стойким. 

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.



Фото 3. Погонаж из адаптированной древесины берёзы.

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:

  1. Формирование штабеля исходных пиломатериалов в автоклаве пропиточной установки;
  2. Приготовление водного раствора комплексного модификатора в смесителе;
  3. Пропитка штабеля в пропиточной установке;
  4. Сушка и термическая обработка пропитанных пиломатериалов в термообрабатывающей установке;
  5. 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.



Фото 4. Термообрабатывающая установка для адаптированной древесины.

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». 

1)                             2)
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.


Фото 6. Плита АДСП по технологии АДр.

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: 

  • Cамо 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.
  • Производство адаптированной древесины экологически чистое и безотходное.
  • Повышенные в разы плотность,  прочность, истираемость и твердость позиционирует этот материал, как конструкционный.
  • Адаптированная древесина наименее пожароопасная, она сама затухает после выгорания нанесённых на неё горючих веществ.
  • Размерная стабильность при воздействии климатических факторов.
  • Высокая влагоустойчивость и водостойкость.
  • Адаптированная древесина неуязвима для микроорганизмов, насекомых, грибков.
  • Адаптированная древесина — безвредный, не токсичный, экологически чистый дизайнерский, отделочный и строительный материал.
  • Адаптированная древесина  не нуждается в особом уходе, при этом допускается склеивание и покраска любыми типами клеев и лакокрасок.
  • Технология адаптированной древесины позволяет использовать древесину любых пород, в любом состояни  с возможностью исправления, например, таких дефектов, как синяя гниль.


          а)                                          б)
 Фото 7. Брусок сосны, поражённый синей гнилью:  а) исходный;  б) адаптированный.
 

Ксения Гурина, директор «АДр»  

e-mail: vk58@yandex.ru

Оставить комментарий с помощью

Видео
Розлив и упаковка напитков
Малогабаритная установка Кондор
Погрузчик с электромагнитом