Натуральне дерево – здавен традиційний меблевиробний матеріал. Втім, у сучасному меблярстві трапляються випадки, коли його природні якості не задовольняють. І тоді їх змінюють, або по-іншому модифікують. Найбільш поширений спосіб модифікації – температурний, в результаті якого отримують термодеревину, про яку ми вже писали неодноразово. Втім, термодеревина не єдиний вид модифікованого масиву, є ацетильована деревина, фурфульована, механічно модифікована. От якраз про механічно модифіковану деревину й піде мова в цій публікації.
Механічно модифікована деревина та її попередники
Першими придумали покращувати природні параметри деревини фіни. Якраз температурним методом, для отримання термомодифікованої деревини. А за ними активно почали в промислових обсягах продукувати термодеревину німці, голландці, французи. Сутність технології: видалення методом терморозкладання деяких вологолюбних хімічних речовин із деревини – і в результаті отримуємо гідрофобну деревину з новими колірними властивостями. Але нема нічого ідеального. Швидко проявилися не тільки плюси, але й недоліки термомодифікованої деревини: колірна гамма швидко вицвітає при сонячному світлі, для отримання високоякісної продукції потрібні й вихідні породи високої якості (бук, ясень, дуб, тропічна деревина), модифікація енергозатратна, а звідси й ціни чималі. При розкладанні в деревині природних хімічних компонентів для досягнення гідрофобності її щільність і міцність знижується, вогне- й біостійкість залишаються колишніми, тобто і горить термодеревина так само, як вихідні породи, і гниє, і пліснявіє. З огляду на це Євросоюз зняв заборона на хімічну модифікацію деревини для її гідрофобізації. В Голландії її здійснюють шляхом ацетилювання (посочування оцтовою кислотою), а в Норвегії шляхом фурфулювання (просочування фурфурольним спиртом) вихідної деревини. Ці технології стали підґрунтям для створення нової технології, яка, увібравши в себе весь досвід, нарешті змогла дійсно створювати з будь-якої вихідної деревної сировини нову модифіковану деревину, властивості якої задаються при її виробництві згідно з вимогами замовника. Це – механо-хімічне модифікування деревини, при якому недорогий основний модифікатор-синергіст, що вводиться на міжклітинний рівень деревної речовини, містить у собі – при цьому багаторазово посилюючи їх властивості – незначну кількість функціональних добавок, які й надають новому матеріалу потрібних властивостей. Хімічна реакція між модифікатором і природними деревними компонентами відбувається в масиві деревини під дією тиску, температури й механічних зусиль. Назва цього нового біокомпозіту – механо-хімічно модифікована деревина (МХМД). Частіше використовується спрощена назва – механічно модифікована деревина.
Виробництво механічно модифікованої деревини
При виробництві МХМД може використовуватися будь-яка деревна сировина, масив деревини будь-якої породи: горілий ліс, грузило, тонкоміри, відходи деревообробки, навіть солома. При використанні масиву (колода, брус, дошка) в якості вихідної деревини економічно більш вигідно використовувати швидкозростаючі «неділові» породи деревини: осику, тополю, вербу, вільху, осокір, березу тощо. Тобто все те, що зазвичай лісозаготівельникам не потрібно, тому що не затребуване, і вони задешево віддадуть це добро.
Допоміжна сировина – водний розчин модифікатора. Поточна витрата води на техпроцес незначна для малого виробника (200-300 кубів МХМД у місяць) і її можна не враховувати при розрахунку собівартості. Більш важливо, за якою ціною купувати основний модифікатор. Скажімо, харчовий карбамід (потрібно до 200 кг на куб деревини). Розчин карбаміду у воді через малу величину молекул карбаміду здатний проникати в порожнини клітин деревної речовини й просочувати наскрізь деревну заготівку будь-якої товщини. Частка функціональних добавок до основного модифікатора незначна. Вони хоча й дорогі, але на тонну розчину потрібно кілька кілограмів.
Обладнання, яке використовується при термомодифікації, використовувати можна тільки для сушки й термообробки МХМД, просочення ж доведеться робити дифузійно у ваннах або купувати для цього спеціальний автоклав. Спеціального обладнання поки ніхто ще не випускає. Витрати електроенергії на модифікацію одного куба МХМД складають 200-220 кВт.
Сам техпроцес механо-хімічного модифікування деревини полягає в просочуванні вихідної деревини (тому краще застосовувати сиру, свіжозрубану) водним розчином модифікатора, сушінні просоченої деревини, її термообробці й ущільненні. Всі ці процеси можна поєднати в одному автоклаві типу АВТРМ (такі раніше на заводах із виробництва силікатної цегли використовувалися) або в спеціально замовленому (краще торгової марки «Scholz», Німеччина).
Широкі можливості механічно модифікованої деревини
Трохи про властивості МХМД. Скажімо, з осики, з якої роблять сірники. Так от сірник із модифікованої в такий спосіб осики горіти не буде, тому що цей матеріал або швидко згасає сам, якщо його змогли підпалити, а то й не підпалюється. І вологу він не дуже «любить», і жучкам-черʼячкам не смакує. Від традиційних захворювань деревини (грибки, цвіль, гниль) він «щеплений», а якщо й були такі у вихідній деревині (наприклад синя гниль), то технологія МХМД це «виліковує» (від синьої гнилі залишаються лише сіро-чорні штрихи).
Зазначимо ще деякі індивідуальні властивості МХМД: її можна гнути в різних площинах; отримувати зображення типу інтарсії або голографії, рельєфні зображення з прямими й гострими кутами та висотою рельєфу 10 мм пресуванням; змінювати довільно текстуру й колір вихідної деревини; збільшувати щільність понад 2000 кг/куб. м, що означає прямо пропорційне збільшення міцності, твердості й стійкості до тертя; з неї можна виробляти пресовані зрощені за технологією армування силової решітки щити теоретично необмежених розмірів, не застосовуючи при цьому пресового устаткування.
Модифікують деревину, як ми вже знаємо, аби покращити її природні властивості, а з покращеними властивостями вона значно розширює сфери застосування. Крім традиційно меблярсько-столярної сфери, МХМД відмінно підійде для використання в будівництві, судо- й вагонобудуванні, для виготовлення різного роду побутових виробів – інструментальних та кухонних, для тари й упаковки, для виготовлення музичних інструментів, спортивного інвентарю тощо.
Технології модифікації деревини удосконалюються
З огляду на те, що термомодифікована деревина технологічно дешевша, але поступається деревині, модифікованій механо-хімічним методом, фізичними властивостями і навпаки, науковці й технологи, а відтак і деревообробники повною мірою не задоволені обома. Отже триває пошук нових способів модифікації деревини наряду з удосконаленням існуючих.
Останніми технічними інноваціями в справі термічної модифікації можна назвати отримання більш міцного матеріалу при жорстких режимах обробки – це ступінчаста пароподача (практикується в Росії); обробка в середовищі з постійною рівномірною вологістю (компанія «FirmoLin», Нідерланди); ущільнення матеріалу у вакуумному пресі (компанія «SmartHeat», Нідерланди). Вже згадувані технології ацетилування й фурфулювання зʼявилися порівняно недавно.
Що стосується хімічної модифікації, то удосконалюються стадії просочення й консервування, в технологічних процесах все ширше використовуються нетоксичні хімікати. Проте, поки більшість нових технологій не виходять за рамки лабораторних випробувань. Втім, учені й виробничники сходяться на думці, що у технологій термічної та хімічної обробки деревини є майбутнє, їм є куди розвиватися, й попереду ще чимало відкриттів у цій галузі. Ось що говорить Карі Кьюхмонен з університету фінського міста Міккелі: «Триває вдосконалення технологій і, відповідно, пошук шляхів отримання продуктів із новими властивостями. Упевнений, що скоро світовій спільноті будуть представлені багатообіцяючі технологічні рішення, за допомогою яких будуть отримані спеціальні види виробів з деревини». Згоден із ним і Тімо Тетрі (фінська компанія «Jartek»). На його думку, хімічно модифікована деревина не тільки утримає, але і розширить свою нішу на ринку, адже розробки нових екологічно чистих складів для обробки ведуться інтенсивно.
Механо-хімічна модифікація ще не має української «прописки»
В Україні ми не знайшли компаній, які б практикували механо-хімічний спосіб модифікації деревини, хоча таких, що термомодифікують деревину, не один десяток, як і тих, що реалізовують імпортну термодеревину.
В одну з них, харківську компанію «ДревоЛайн», що є авторитетним вітчизняним модифікатором деревини різних порід, ми звернулися за коментарем.
– Відповідь проста, – сказав експерт з деревообробки Вячеслав Мазуренко, – нема поки що в Україні попиту на цей продукт. Технологія відносно нова й за кордоном, тож не дивно, що наші деревообробники не знають або мало обізнані з нею, як і з деревиною механо-хімічного модифікування.
Деякі компанії пробують – радше експериментально – просочувати деревину в тих камерах, в яких температурно її обробляють, але через те, що по-справжньому технології процесу не можуть дотримати, й результат, так би мовити, частковий. Деревина просочується – навіть під тиском – тільки на незначну глибину, тому при подальшій обробці може втратити свій захисний шар. Якщо отак частково модифікувати деревину, яка в подальшому не потребуватиме обробки, в камерах для термомодифікації, то затратність на просочування не буде помітно більшою, ніж затрати на термомодифікацію.
