СПОСОБ ОГНЕБИОЗАЩИТНОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, а именно к способам пропитки древесных заготовок защитными составами, для получения негорючих, не подверженных гниению материалов и конструкций.

Существует большое количество способов защиты изделий из древесины с целью увеличения срока их службы и качества, содержащих различные приемы, с использованием разнообразных составов растворов.

Известны способы огнебиозащитной защиты древесины, включающие обработку составами, содержащими кальцинированную соду, борную кислоту и фторид натрия в мас.%, соответственно: 1-15, 1-5,2, вода остальное, ОСТ 13-135-82. «Средства защитные для древесины». Растворы огнебиозащитных препаратов ФБС и БС-13. Технические требования. Мин. лесной и целлюлозно-бумажной промышленности СССР.

Недостатком данных способов является применение составов, обладающих высокой токсичностью, обусловленной использованием фторида натрия.

Известен также способ огнезащитной пропитки древесины (№2307736, В27К 3/52, опубл. 10.10.2007) составом, содержащим водный раствор ортофосфорной кислоты и карбамида, пленкообразующий спиртовой раствор тетраэтоксисилана с ультрадисперсным порошком (УДП), выбранным из порошка алюминия или фторопласта, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Недостатками способа пропитки древесины известным составом являются длительность обработки, т.к. пропиточный состав наносится в 2-3 слоя, время сушки каждого слоя при комнатной температуре составляет 2 часа и значительное количество компонентов состава.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ обработки древесины, заключающийся в последовательной пропитке деревянных конструкций при температуре 10-60°C двумя водными растворами, представляющими собой огнебиозащитные составы для первичной и повторной (вторичной) пропитки. Раствор для первичной пропитки содержит неорганические соли, обладающие огне- и биозащитными свойствами: дигидрофосфат аммония, семиводный сульфат магния, буру, поверхностно-активное вещество (ПАВ) и воду в следующих соотношениях, мас.%: дигидрофосфат аммония 11,0-12,0, семиводный сульфат магния 23,0-25,0, бура 5,0-6,0, поверхностно-активное вещество 1,0-1,5, вода 55,0-60,0.

Раствор для повторной (вторичной) пропитки 18,0-21,0%-ный водный раствор хлорида кальция (№2200088, В27К 3/52, опубл. 10.03.2003).

Недостатками известного способа являются его сложность, трудоемкость, длительность в технологическом исполнении, а также наличие энергозатрат при его выполнении.

Технической задачей настоящего изобретения является способ получения качественной огнебиозащищенной древесины при снижении энергозатрат, токсичности, трудоемкости и длительности процесса производства, упрощение технологии и удешевление конечного продукта.

Технический результат достигается тем, что в способе огнебиозащитной обработки древесины, представляющем собой температурную пропитку водным раствором, включающим азотсодержащий компонент и буру, в отличие от прототипа, в качестве азотсодержащего компонента используется карбамид, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Бура - 10-15

Карбамид - 10-15

Вода - Остальное,

и дополнительно вводится известь в количестве 20-30% по отношению к количеству воды.

Сначала на дно резервуара укладывается слой извести, затем над ним устанавливается штабель древесины, далее подается вода, а бура и карбамид добавляются спустя 20-30 минут после начала реакции воды с известью.

Способ предусматривает насыщение древесины ароматизаторами, путем впрыска последних в закрытую камеру с древесиной, из расчета 1-2 г на 1 м³ древесины и выдержки ее в течение 24 часов.

Способ реализуется следующим образом.

На дно резервуара укладывают слой негашеной извести (ГОСТ 9179-77) из расчета 230-240 кг на м³ воды, далее над ним устанавливают штабель древесины, закрепленный на сетке.

Резервуар закрывают крышкой и заполняют его водой. В результате экзотермической реакции между известью и водой состав начинает кипеть:

СаО+H₂O-Са(ОН)₂+63,7 кДж/моль.

Известь реагирует с водой, образуя гашеную известь Ca(ОН)₂. При температурном и химическом воздействии раствора на древесину вся микрофлора в вегетативной стадии инактивируется.

Далее, спустя 20-30 минут на каждый м³ воды подают буру (ГОСТ 8429-77) из расчета 90-100 кг и карбамид (ГОСТ 2081-92) - 90-100 кг. При температуре пропитывающего раствора 100-60°C, древесину выдерживают 60 минут. Далее штабель поднимают над резервуаром, и после того, как свободный раствор стечет, штабель перемещают в склад для сушки.

Способ предусматривает насыщение древесины ароматизаторами путем впрыска последних в закрытую камеру с древесиной из расчета 1-2 г на 1 м³ древесины и выдержки ее в течение 24 часов.

Использование негашеной извести позволяет поднять температуру раствора без привлечения других источников энергии и в течение всего периода насыщения поддерживать оптимальную температуру (100-60°С), благодаря чему, поры древесины расширяются, раствор глубже проникает в них, погибают все вредные насекомые, их личинки и гнилостные микроорганизмы, и в дальнейшем обработанная по предлагаемому способу древесина становится для них неприемлемым материалом. Такой материал может с гарантией десятилетия использоваться в строительстве.

Опытным путем было найдено оптимальное количество извести, необходимое для соблюдения временных и температурных режимов обработки древесины, и установлено, что бура оказывает некоторое ингибирующее действие в отношении процесса гашения извести и что увеличение процентного содержания буры в растворе ухудшает полноценное протекание химической реакции.

Данные проведенных испытаний приведены в Таблице 1.

Для проверки огнебиозащитной эффективности предлагаемого способа обработки заготовок из древесины проводились испытания на огнезащитную эффективность и на стойкость к биодеградации.

Были подготовлены 10 образцов из древесины сосны в виде прямоугольных брусков, поперечным сечением 30×60 мм и длиной волокон 150 мм (согласно ГОСТ 16363-98) для пропитки по разработанной технологии и проведения испытаний на огнезащитную эффективность.

Перед испытанием обработанные и высушенные образцы древесины кондиционировались в условиях, указанных в 4.1.3, ГОСТ 16363-98, и взвешивались с погрешностью не более 0,1 г. Была собрана установка для определения огнезащитной эффективности покрытий и пропиток по ГОСТ 16363-98.

Результаты испытаний при температуре воздуха 23°C и относительной влажности воздуха 68% представлены в Таблице 2.

По результатам испытания устанавливается группа огнезащитной эффективности испытанного пропиточного состава при данном способе его применения, согласно ГОСТ 16363-98:

При потере массы образца не более 9% для средства защиты древесины устанавливают I группу огнезащитной эффективности.

При потере массы более 9%, но не более 25%, для средств защиты древесины устанавливают II группу огнезащитной эффективности.

При потере массы более 25% считают, что данное средство не обеспечивает огнезащиты древесины.

Результаты испытаний показали среднюю потерю массы образцов, равную 15%, следовательно, согласно ГОСТ 16363-98, древесине, обработанной по предлагаемому способу, можно присвоить 2-ю группу огнезащитной эффективности.

Испытуемые образцы вместе с контрольными, не подвергавшимися никакой обработке, были проверены на стойкость к биодеградации, в особенности к гниению, вызванному разлагающими древесину грибами и микроорганизмами. Испытания проводились в течение 3-х месяцев. На предварительно взвешенные образцы древесины, размером 20×20×150 мм и влажностью 15%, помещенные в колбы, нанесли грибницу белого домового гриба (Poria vaporaria) и оставили в темном месте при комнатной температуре.

Эффективность испытуемой пропитки осуществлялась по потере образцами своей массы, по мере разложения грибом. Полученные результаты представлены в Таблице 3.

Как видно из Таблицы 3, испытуемые образцы показали хорошую способность противостояния дереворазрушающим грибам при испытании на заражение белым домовым грибом. Так, в конце третьего месяца испытания только единичные образцы (2 шт.) из партии образцов (сосна, заболонь) были подвержены разрастанию на поверхности грибницы белого домового гриба.

У почти всех, ничем не обработанных, контрольных образцов зафиксирована потеря массы от 68% до полного разрушения.

Защитная активность разработанного способа в обязательном порядке испытывалась против гриба Coniophora puteana.

Об эффективности способа судят по потере массы древесины. Так, при концентрации раствора (бура - 10-15%, мочевина - 10-15%, вода - остальное; + известь - 20-30%) потеря массы древесины составила в среднем 2,83%. Исходя из этого, антисептирующие свойства предлагаемого способа по отношению к дереворазрушающему грибу сосны Coniophora puteana можно считать достаточно эффективными.

Проводилась проверка защиты образцов, обработанных по новому способу против грибов синевы.

Оценку эффективности способа проводили по истечении 5, 10 и 15 суток экспозиции по средней площади поражения грибами поверхности 3-х групп образцов в %, которая на 15-е сутки испытаний оказалась равной 10% у одной из трех групп пропитанных образцов древесины, в то время как все группы контрольных образцов были поражены на 30-40% уже на 5-е сутки испытаний.

Кроме того, проводились «полевые» испытания образцов по методике, рекомендованной европейским стандартом EN 252 для определения эффективности антисептирования древесины. Согласно этой методике были подготовлены образцы, размером 500×50×25 мм, которые были зарыты на глубину 30 см в унавоженную почву сельхозугодий. Результаты после шести месяцев испытаний показали следующую потерю испытуемыми образцами массы, приведенную в Таблице 4:

Исследования показали, что предлагаемый способ огнебиозащитной обработки древесины обеспечивает ей 2-ю группу огнезащитной эффективности и оптимальные параметры защиты от дереворазрушающих, деревоокрашивающих грибов и других патогенов, приводящих к повреждению и разрушению продукции из дерева.

Анализ всей серии проведенных испытаний позволяет считать огнебиозащитные свойства, придаваемые заготовкам из древесины предлагаемым способом - следствием экспериментально найденной совокупности компонентов состава и особых технологических приемов введения их в обрабатываемую древесину.

В отличие от прототипа, способ не требует:

- подогрева пропиточного состава, а использует тепло экзотермической реакции взаимодействия извести с водой;

- 2-3-часового перемешивания растворяющихся ингредиентов состава и необходимости применения 2-х составов, а реализуется за один прием.

Способ, согласно настоящему изобретению, эффективен, быстр, прост в техническом исполнении и дешев, обеспечивает древесине 2-ю группу огнезащитной эффективности, уничтожает все имеющиеся в древесине на момент обработки биоформы и предохраняет от нового заражения. Повышает качество, создавая равномерный огне- и биозащитный слой, что увеличивает срок службы изделий из древесины.

Способ может быть легко реализован как в заводских условиях, так и непосредственно на месте строительства.