V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Древесина является уникальным материалом, но имеет ряд недостатков, поэтому многие годы она не рассматривалась в качестве долговечного строительного и отделочного материала. Основным недостатком лигноуглеводной матрицы древесины является то, что она имеет пористую структуру, содержит воду и углеводные компоненты т.е. является субстратом для микроорганизмов, использующих углеводы в качестве питательной среды.

В последние годы ведутся работы по термообработке древесины, которая получила название ТМД (термомодифицированная древесина). Основные технологии термообработки разработаны в странах ЕС: финская технология Thermowood, голландская технология Plato, французская технология Retification, немецкая технология на основе сушки древесины в жидких органических веществах OilHeatTreated (OHT).

Суть технологии термической обработки состоит в нагреве древесины до температуры 150…240°С, соответствующей этим стадиям, до значений, при которых может начаться горение. Однако горения не происходит, поскольку процесс проводится в среде с высоким содержанием водяного пара и с низким содержанием кислорода.

Во время высокотемпературной обработки часть воды, находящейся в древесине, выпаривается. В условиях инертной бескислородной атмосферы из древесины выделяются монооксид и диоксид углерода, происходит изменение ее цвета, структуры и состава.

При термомодификации древесины в бескислородной среде проходит ряд реакций, приводящих к изменениям структуры и свойств исходной лигноуглеводной матрицы. В условиях нагрева до сравнительно высоких температур в бескислородной среде, т.е. в других термодинамических условиях, она вынуждена изменять свой состав, чтобы сохранить устойчивость и остаться твердой.

Основные составляющие древесины – целлюлоза, гемицеллюлозы, экстрактивные вещества и лигнин, образуются и существуют при температуре, не превышающей 20…50⁰С. Поскольку температура термомодификации превышает 100⁰С, эти составные части лигноуглеводной матрицы неизбежно должны трансформироваться в более термоустойчивое состояние. Особенности такой трансформации детально не изучены.

Считается, что термическая обработка древесины приводит к многочисленным реакциям, протекающим на разных этапах этого процесса без потери ею главных составляющих (целлюлозы и лигнина). В результате длительного гидротермического воздействия гемицеллюлоза разлагается на реактивные молекулы меньшего размера, однако, не снижает прочность древесины. Напротив, разрыв цепочки гемицеллюлозы улучшает устойчивость древесины к сжатию и уменьшает внутренние напряжения.

Также считается, что лигнин преобразуется в реактивные молекулы другого типа. Это способствует изменению клеточной структуры древесины. Структура целлюлозы при этом сохраняется неизменной. В процессе термообработки происходит разложение углеводной части и снижение содержания влаги в древесине, что, в свою очередь, обеспечивает повышение устойчивости древесины к гниению. В обычных условиях именно углеводная часть является питательной средой для микроорганизмов. В результате термической обработки газообразные продукты разложения гемицеллюлозы остаются в капиллярах древесины и впоследствии выделяются в окружающую среду, что может вызвать неприятный запах в процессе эксплуатации ТМД.

Сравнительные характеристики технологий термомодификации древесины представлены в таблице.

Наименование параметров	Технологии термомодификации древесины
	Thermowood®	PLATO®	Retification®	ОНТ
Защитная среда термомодификации	Паровоздушная смесь с содержанием кислорода ниже 3,5%	Перегретая вода	Паровоздушная смесь, обогащенная азотом	Масла-теплоносители и растительные масла
Температура термомодификации, ºС	180…230	150…200	выше 240	180…220
Продолжительность цикла ТМ, сосна толщиной 50 мм и влажностью 8%, час	48	120	10	12
Приведенная стоимость оборудования при условной производительности 1000 м³/год, €/м³	50…170	134…200	77…215	50…200
Себестоимость ТМ, €/м³	60…90	90…120	150…160	60…90
Необходимость сертификации и регистрации оборудования в системе Гостехнадзора	-	+ давление выше 0,6 МПа	-	-

Взаимодействие реагентов и образование термореактивных (отверждаемых) смол, обволакивающих волнистую структуру целлюлозы, ведет к образованию жесткой структуры материала. Полимеры, составляющие стенки древесных клеток, при высокой температуре расплавляются, отчего стенки сосудов частично свариваются, и древесина теряет присущую ей пористость, что почти полностью исключает в дальнейшем проникновение в нее атмосферной влаги.

Благодаря приобретению положительных свойств ТМД расширяет свои перспективы на рынке строительных материалов. В связи с этим исследования в области изучения трансформации структуры исходной матрицы в процессах термомодификации приобретают все большую актуальность в плане получения материала с заданными свойствами.

Код для цитирования: Скопировать