УДК 674.213:69.025.351.3:678.742.2
Будников И.В., Парамонова О.А., Митценко И.И.
Пензенская государственная архитектурно-строительная академия
В последние годы особое внимание уделяется использованию малоценных пород дерева (березы, осины, ольхи, тополя и др.), а также повышению качественных показателей традиционно используемых древесных пород. Свойства древесины могут быть существенно улучшены путем модификации древесины.
Наиболее полно использованы и доведены до стадии промышленного внедрения следующие виды модифицированной древесины: прессованная, пластифицированная аммиаком, ацетилированная, пропитанная фенолоформальдегидными, карбамидными, эпоксидными и другими олигомерами и растворами полимеров. Из-за высокой вязкости олигомеров и растворов полимеров пропитка и последующая полимеризация модифицированной по данной технологии древесины протекает очень медленно, из-за чего такие процессы не технологичны.
Технологические показатели процессов существенно возрастают при получении олигомеров и полимеров непосредственно в межклеточном свободном объеме древесины.
В результате исследований в лабораторных условиях и на пилотной установке в ИПХФ РАН и ПГАСА разработаны научные основы и технологическое оформление процесса объемной модификации цельной древесины и древесных изделии методом инициированной или термической полимеризации мономеров стирола, метилметакрилата, винилхлорида, тетрафторэтилена и других виниловых мономеров непосредственно в капиллярах древесины.
Принципиальная новизна предложенного решения заключается том, что синтез модификаторов древесины – полимеров; дисперсных веществ, бактерицидных полимерных препаратов и антибиотиков, неорганических пигментов и других веществ осуществляется в межклеточном свободном объеме древесины без изменения химического строения клеточного вещества и структуры древесины. Полимеры в соответствии с этим подходом получали термической или инициированной полимеризацией соответствующих мономеров, в том числе из газовой фазы (винилхлорид, тетрафторэтилен и др.), с использованием оригинальных металлоорганических инициаторов.
Пропитка древесины осуществляется по способу, разработанному в ПГАСА, заключающемуся в том, что жидкий пропиточный состав продавливается через заготовку от одного ее торца к другому вдоль волокон древесины при одновременном создании на противоположных торцах заготовки избыточного давления и вакуума. В результате этого удалось повысить объем полимера в древесине, существенно сократить сроки пропитки, появилась возможность проводить пропитку менее вязкими жидкостями (феноло- или мочевиноформальдегидным олигомерами).
Объемное модифицирование цельной древесины полимерами в комбинации с антисептиками, антипиренами и красителями позволило создать гибридные декоративные и функциональные материалы, сочетающие лучшие свойства как древесины, так и полимера- модификатора.
Особенно перспективно использование модифицированной полимерами древесины для изготовления паркетных планок, щитов и штучного торцевого мозаичного паркета. Паркет из объемно-модифицированной древесины не нуждается в циклевании, натирке мастикой, лакировке, обладает высокой водостойкостью, повышенной твердостью. В процессе модифицирования штучным элементам паркета можно придать различную окраску, они устойчивы к постоянному или временному увлажнению, а также к действию бытовых химических реагентов.
Модифицированные прозрачными или окрашенными полимерами элементы сотового торцового паркета сохраняют оригинальный рисунок поперечного среза ствола дерева в виде совокупности годовых колец, а их шестигранная, квадратная и треугольная конфигурация позволяют создавать сложные художественные композиции, мозаичные панно и орнаменты.
Неокрашенный и окрашенный в различные цвета паркет может применяться для устройства полов и стенных панелей в жилых и общественных зданиях с уникальным интерьером (музеях, кинотеатрах, кабинетах, офисах, вокзалах, аэропортах, выставочных залах, торговых центрах, конференц-залах, саунах, спортзалах, школах, больницах, домах отдыха, гостиницах, вузах), на транспорте, при изготовлении корпусов приборов и т.п. Он создает ощущение комфорта и является новым средством архитектурного и художественного оформления интерьера в помещении и внешнего вида различных устройств
Экономическая эффективность использования паркета из объемно-модифицированной цельной древесины определяется следующими факторами:
- возможностью изготовления его из более дешевых и более распространенных, чем дуб и ясень, пород древесины;
- более высокой (по сравнению с дубом) прочностью и более низкой истираемостью паркета;
- более высокой (в два раза) долговечностью паркета из модифицированной березы по сравнению с паркетом из дуба;
- более низкой стоимостью ухода за паркетом из модифицированной древесины березы, чем стоимостью ухода за паркетом из дуба.
Замена паркета, изготовленного из древесины дуба, на торцевой паркет из объемно-модифицированной полимерами древесины березы является экономически оправданной даже без учета возрастания срока службы и снижения расходов по эксплуатации паркета.
Технико-экономическая оценка показывает, что паркет из модифицированной древесины экономичнее дубового паркета. Уровень стоимости паркета из древесно-полимерных материалов с учетом его эксплуатационных и эстетических качеств не является препятствием для его широкого производства и применения.
Учитывая это, в ПГАСА разработан способ получения объемно-модифицированного полимерами штучного торцового (сотового: шести-, четырех-, трехгранного) паркета из тонкомерной древесины лиственных пород диаметром 100-180 мм. Немодифицированный торцовый паркет является хрупким и легко раскалывается на части. Модификация его полимерами позволяет устранить этот недостаток.
Технологический процесс объемной модификации элементов паркета (ЭП) полимерами включает в себя следующие стадии;
- Раскрой бревен древесины на ЭП, сушка ЭП до влажности 10+2 масс.%. Необходимость сушки исходных ЭП вызвана тем, что из пористой структуры древесины необходимо удалить свободную влагу и воздух, которые занимают значительную часть капиллярно-пористого пространства и препятствуют проникновению мономера в объем древесины.
- Вакуумирование (деаэрирование) ЭП с целью удаления из капилляров заполоняющего их воздуха.
- Пропитка деаэрированных ЭП мономером (или раствором инициатора, красителя и т.п. в мономере). Изменение режимов пропитки позволяет достичь ограниченного или «полного» заполнения капилляров древесины пропитывающей жидкостью.
- Полимеризация мономера в капиллярах ЭП. При модификации древесины полимеризационным методом в качестве мономеров используют стирол, метилметакрилат, винилацетат, акрилонитрил и винилхлорид. Полимеризацию упомянутых мономеров в капиллярах древесины осуществляют блочным методом при инициировании процесса теплом (стирол) или инициаторами. Инициаторы увеличивают скорость полимеризации и способствуют регулированию молекулярной массы продукта.
- Процесс полимеризации включает следующие стадии; инициирование, рост, обрывы рекомбинацией или диспропорционированием и передачи цепи (на полимер, на мономер, на добавки или примеси, на функциональные группы компонентов древесины).
- Дополимеризация. Достичь 100%-ной конверсии мономера в обычных условиях практически невозможно, в тоже время недопустимо присутствие в модифицированной древесине не прореагировавшего стирола из-за его токсичности. Разработан ряд методов достижения практически 100%-ной демономеризации модифицированной полистиром древесины.
- Машинная дообработка ЭП.
Модифицирование не требует сложного технологического оборудования и может производиться на серийно выпускаемых установках. В частности, ЭП можно высушить до заданной влажности в широко применяемых стандартных сушильных агрегатах с использованием кассет. Наиболее удобны для этой цели установки комбинированной сушки ЭП типа КСВ-1,5, отличительной особенностью которых, обуславливающей их высокую эффективность, является применение сверхвысокочастотного нагрева с одновременным вакуумированием пиломатериалов. СВЧ электромагнитное поле обеспечивает выделение тепла внутри материала, способствуя перемещению содержащейся в нем влаги к поверхности с последующим удалением ее в результате вакуумирования.
Камеры этого типа после незначительной модификации могут использоваться в качестве реакторов для последующей пропитки ЭП мономером и полимеризации мономера в капиллярах древесины.
Использование этих камер в производстве торцового объемно-модифицированного полимерами паркета обеспечивает возможность осуществления всех стадий модификации в одном и том же аппарате, исключает необходимость проведения многократных операций перезагрузки кассет с ЭП в различные аппараты, снижает металлоемкость технологического процесса.
Высокие художественно-эстетические достоинства, механическая прочность, устойчивость к абразивному износу, водо– и влагостойкость, долговечность в два раза превышающая долговечность дубового паркета, биостойкость, пониженная горючесть, относительно низкие эксплуатационные расходы и стоимость обеспечат торцевому сотовому объемно-модифицированному полимерами неокрашенному и (или) окрашенному паркету широкий предпочтительный спрос на внутреннем и внешнем рыках.
На независимую разработку и освоение технологии производства объемно-модифицированного полимерами торцевого паркета другим фирмам понадобится не менее трех — пяти лет. В этот период рассматриваемый товар будет новинкой на рынке. Совершенно очевидно, что производственная деятельность в этой сфере перспективна, а инвестиции могут быть высокорентабельными.
