Термомодифицированная древесина

      Федеральное агентство по образованию РФ

      Уральский государственный лесотехнический  университет 

      Кафедра механической обработки древесины 
 
 
 
 
 
 

      Реферат на тему:

      «Термомодифицированная  древесина» 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Екатеринбург 2009

 

       Содержание

 

       Введение.

      Термо-модифицированная древесина - ТМД (Thermally Modified Timber – TMT) является натуральным,  абсолютно экологически чистым материалом и обладает по сравнению с обычной поделочной и строительной древесиной рядом уникальных свойств.

Основные  из них -  это:

- пониженная  равновесная влажность на уровне 3-5 %

- устойчивость  к гниению

- стабильная  геометрия изделий в эксплуатации, не зависимо от перепадов 

  температуры и влажности

- возможность  получать из дешевых сортов  древесины внешний вид 

  экзотических пород и старинного дерева

- возможность получать любые оттенки от светло-желтого до почти черного  

 вне  зависимости от породы древесины  на всю глубину изделия

- низкая  гигроскопичность

- пониженная  теплопроводность

- низкое  содержание смолы в составе  хвойных пород

      Благодаря этим свойствам «термодерево» нашло широкое применение в европейских странах и начало применяться в России.

      Термо-модифицированная древесина используется:

- в строительстве  и облицовке домов (внутренняя  и внешняя отделка дома,

  фальш-фахверки, декоративные балки, вагонка, блок-хаус, стеновые панели,

  имитация бруса, зимний сад, лестницы, беседки)

- для  изготовления дверей, окон, других  конструкционных элементов, где 

  важна стабильность геометрии изделия

- для  изготовления мебели (в том числе  кухонная мебель, столешницы, мебель для ванных комнат, ванны и раковины из массива, мебель для интерьера и сада)

- для  отделки саун, бань, бассейнов, ванных  комнат, причалов, яхт, катеров и 

  других объектов, имеющих непосредственный контакт с водой

- для  изготовления полов (паркет, паркетная доска, фриз, половая доска),

  в том числе разнотонных, теплых полов

- в реставрации

- для  изготовления музыкальных инструментов

- для  любых дизайнерских решений

- ограждения

- ландшафтный  дизайн

- экологически  чистые товары для детей (мебель, игрушки) 

      Изделия из термодерева используются без  ограничений в любых климатических  условиях. Они не нуждаются в антисептировании,  пропитке, тонировании, крашении. Они и так очень красивы. Гидротермическая обработка подчеркивает и выявляет всю красоту натурального дерева и делает его еще более привлекательным. 

      Преимущества  термодревесины перед обычно высушенной древесиной:

1. Высокие  физико-механические и эксплуатационные  свойства. С практической точки  это означает: расширение сфер  применения древесины; Экономия защитных средств; Возможность предоставления длительной гарантии на изделия без каких-либо дополнительных условий.  
 
2. Эстетичный внешний вид. Процесс термообработки заметно улучшает эстетическую ценность дерева, придавая материалу вид древесины, подвергнувшейся старению. Поднимается древесная текстура. Оттенок вызван не тонировкой, а изменением в самой структуре древесины. Цвет однороден по всему сечению. Недорогие сорта древесины выглядят, как ценные породы. 

3. Экологичность  материалов. Такая древесина является экологичным и нейтральным по отношению к организму человека материалом. 

 

      1. История термодревесины.

      Термическое  модифицирование древесины было известно давно – при создании посуды и другой деревянной утвари древесину сначала вываривали в масле. Это давало ей свойства, которые невозможно было получить при воздушной сушке: древесина почти не впитывала воду, а значит, изделия из нее сохраняли свою форму в любых влажностных условиях и были устойчивы к гниению без дополнительной пропитки спец. составами и неглубокой обработки.

      Попытки улучшить свойства древесины известны с самых глубоких времен. Еще викинги  применяли воздействие на свои деревянные изделия открытого огня с целью  увеличения их долговечности. Древние  славяне и германские племена вымачивали и вываривали длинные тонкие полоски древесины и изготавливали из них домашнюю утварь. Индейцы обжигали на открытом огне концы копий с целью сделать их более прочными. Мельничные колеса сохранились с самых древних времен благодаря тому, что материал для их изготовления готовился многие годы, проходя разные способы обработки, такие как варку, пропаривание, сушку, пропитку маслами. И, наконец, каждый резчик по дереву знает очень быстрый способ высушить липу в домашних условиях: сварить полено в воде в течение полутора часов, завернуть его в полотенце и старые газеты и положить возле батареи.  
Термообработку древесины на научной основе начали исследовать в 30-е годы прошлого века в Германии, затем в 40-е - в США. 

      В 1987 году в г. Новый – Уренгой Тюменской области (на базе Красноградской УБР) при организации мебельного производства, взяв за основу старинный способ обработки древесины, было разработана технология глубокой переработки древесины. Из подготовленного таким образом материала готовили  мебель, спортивные тренажеры и пр.

      Параллельно с этим велись многочисленные эксперименты по поиску оптимальных технологических  режимов для повышения качества древесины и придания ей разнообразной  цветовой окраски (по всей массе заготовки), вплоть до приобретения цветовой гаммы тропических пород деревьев. 
До середины 1990-х годов самой передовой технологией являлась высокотемпературная сушка при температуре 100-150 °C. В 1997 году на одном из деревообрабатывающих заводов Финляндии в г. Миккели внедрили новую технологию, которая получила название термообработка. При данном технологическом процессе сушку ведут при температуре 150-230 °C.

      Полученное  в итоге экспериментов качество материала и потенциальные объемы его производства теперь позволяют  представить созданный в результате многолетних испытаний продукт на рынок строительных материалов под названием ТМД – Термо Модифицированная Древесина.

 

      2. Технология производства ТМД  

       

      Термообработанная древесина широко применяется в  Европе: 

        В настоящее время наиболее широко известны следующие технологии термообработки древесины.  

      1. Финская технология Thermowood®. Разработчиками  и производителями оборудования  являются финские компании Lunawood Oy, Stellac Oy, Tekmaheat Oy, Valutec Oy, итальянская  фирма Baschild, французская компания BCI-MBS (технология Ле Буа Пердюр). Их особенностью является то, что термомодификация древесины ведется в защитной атмосфере водяного пара при температурах 185-212ºС. Основные мощности по производству Термодревесины представлены именно таким оборудованием.  

       

      2. Голландская технология Plato®. Разработчиком  и производителем оборудования  является фирма PLATO-Wood (Providing Lasting Advanced Timber – Предлагаем Долговечную  Прогрессивную Древесину на Смену). Ее особенностью является проведение термомодификации путем цикличного гидротермолиза (термического гидролиза) древесины при температурах 160-190 ºС. 

       

      3. Французская технология Retification, которую  иногда называют технологией  паростабилизации. Разработчиком технологии  является Горный институт в г. Сент-Этьене, производителем оборудования – компания REI из этого же города. Сама термомодификация ведется при температуре 220-250 ºС в среде пенасыщенного водяного пара. Фирма REI активно продвигает на рынок камеры ретификации древесины с объемом полезной загрузки от 1,5 до 8 м³.  

       

      4. Немецкая технология на основе  технологии сушки древесины в  жидких органических веществах.  В этой технологии в качестве  защитной среды используются  различные растительные масла  (льняное, подсолнечное, рапсовое и др.), а сама термообработка ведется при четырех температурных режимах. 

       

      5. В других странах Европы, в  Канаде и в России реализовано  несколько технологий термообработки, близких указанным выше технологиям.  Процесс термообработки древесины  можно разделить следующие стадии: повышение температуры в камере до 130-150 °C и сушка при высокой температуре с уменьшением влажности почти до нуля. Затем происходит повышение температуры в камере и соответственно, собственно древесины в среде насыщенного водяного пара до температуры 200-240 °C. При этом в камере создается незначительное избыточное давление по сравнению с атмосферным. На этом этапе древесине и придаются определенные свойства и цвет, т.е. получается новый материал – термодревесина. Далее температура снижается, а влажность древесины доводится до уровня 4-6 %. 

       

      ТМД уже более 10 лет продается и  обрабатывается в таких странах, как Бельгия, Франция, Финляндия  и Англия. Но и сегодня этот продукт  относится к числу инновационных. Во всех европейских государствах до сих пор непрерывно проводятся различные исследования и работы по усовершенствованию технологии получения ТМД. 

      Структурные изменения в ТМД 

      Основные изменения, происходящие в физической и химической структуре древесины при термообработке.

      Термомодификация (или термообработка) древесины — это процесс воздействия на нее пара, температуры и вакуума без применения химических реактивов или пропиток. Это экологически чистый процесс.  

       

      Целлюлоза является тем компонентом древесины, который при термообработке при повышении температуры до 240 – 250 °С подвергается незначительному разрушению. 

      При повышении температуры процесса до 240°С степень полимеризации целлюлозы уменьшается. Это объясняется тем, что образовавшаяся в результате гидролиза гемицеллюлозы уксусная кислота деполимеризует микрофибрилы целлюлозы на аморфных участках. В итоге уменьшается длина полимерных цепочек и увеличивается кристалличность целлюлозы, повышается ее химическая стойкость и снижается активность. При этом удаляется связанная вода, оксид и диоксид углерода.