СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ
METHOD OF PROCESSING WOOD BUILDING MATERIALS

Изобретение относится к производству древесных строительных материалов, в частности к производству древесных строительных материалов с повышенными энергосберегающими свойствами.
Среди огромной номенклатуры строительных материалов по теплопроводности древесина находится на одном из первых мест, однако, в процессе использования древесного строительного материала в различных условиях эксплуатации и окружающей среды теплоизоляционные свойства снижаются. Это связано с пористой структурой древесины, что приводит к увеличению содержания влаги в ней. Поэтому энергоэффективность эксплуатации объектов строительства во многом определяется защищенностью их от внешнего воздействия влаги. Кроме того, вода при замерзании в поровой структуре древесных материалов увеличивается в объеме до 10%, что создает значительное избыточное давление на поверхности пор, образующееся внутреннее напряжение приводит к образованию трещин.
Существующие в настоящее время способы защиты деревянных строительных материалов от влаги основаны на использовании различных гидрофобных систем (лаки, краски, мастики и прочие). Однако такие защитные органические покрытия в условиях атмосферных воздействий недолговечны вследствие неизбежной деструкции полимеров.
Одним из эффективных путей решения данной проблемы является модификация поверхности древесного строительного материала путем создания защитной пленки из минеральных наночастиц (до 100 нм), обладающих ярко выраженной гидрофобностыо.
Ближайшим аналогом заявленного изобретения является техническое решение по патентному документу US 4027401 А, кл. А26В 5/04, опубл. 07.06.1977 (кол.1, стр.61 - кол.2, стр.9, фиг.1-7)(D1), где изложены устройства и процессы, применяемые для извлечение смолы и влаги из бревен, стволов деревьев, обработанной древесины и решения по их огнебиозащите. Сущность метода заключается в представлении нового процесса извлечения смолы из древесины с целью дальнейшей выдержки и просушки данной древесины за счет удаления смолы с помощью способа перепада давлений, в комбинации с предложенным также разжижением смолы, добавляя спирт, четыреххлористый углерод или ацетон с возможностью последующей обработки красками и огнебиозащитными составами.
Недостатками данного способа являются:
1) применение для разжижения смолы в процессе удаления влаги органических растворителей, которые являются экологически небезопасными химическими соединениями;
2) процесс полного извлечения смоляных веществ из древесины с помощью вакуумной сушки по предлагаемому способу является технологически сложным для реализации;
3) средства огнебиозащиты, применяемые для придания требуемых характеристик, по степени воздействия на организм человека в соответствии с классификацией вредных веществ по ГОСТ 12.1.007-76 относятся к 3-4 классам опасности;
4) извлечение смоляных веществ предложенными растворителями нарушает природный баланс структуры древесины, кроме того предложенные растворители частично извлекают и лигнин, который является каркасом построения древесной матрицы, что безусловно повлияет на деформационно-прочностные характеристики строительных материалов.
5) не отражен механизм обработки других строительных материалов из древесины.
Известен способ получения добавки для покрытий, повышающих огнестойкость [Заявка на выдачу патента РФ №2009122193, МПК С09D 5/18]. Добавка имеет основу из металлического гидроксида, например магния, при этом размер частиц гидроксида магния находится в диапазоне от 1 до 190 нм.
Недостатком этого способа является то, что носитель для промывки выбирают между растворителями или разбавителями, в зависимости от сорта древесины, которые используются в стандартных покрытиях таким способом, чтобы носитель был совместим с растворителем и разбавителем целевого покрытия, что не позволяет унифицировать технологический процесс.
6
Известен способ изготовления огнестойкого целлюлозного волокна [Заявка на выдачу патента РФ №95122480, МПК D01F 2/02]. Сущность способа заключается во введении в изготовленное невысушенное целлюлозное волокно огнестойкого вещества.
Недостатком его является сложность фиксации огнезащитного вещества.
6
3
Известен способ получения защитно-декоративного покрытия на поверхности строительных конструкций, изготовленных на основе цемента и древесного заполнителя, древесно-стружечных плит, кабелей. [Заявка на выдачу патента РФ №95104621, МПК В28В 19/00 1996 г.]. Сущность способа заключается в нанесении механизированной композиции, содержащей жидкое стекло плотностью 1,21 г/см и неорганический наполнитель с последующей сушкой покрытия.
Недостатком данного способа является образование на поверхности покрытого материала слоя слюды, обладающего механической хрупкостью.
8
Известен способ производства строительного бруса из модифицированной древесины, включающий нагнетание мелкоразмолотого металлического порошка в пласть пиломатериала с последующей придачей пластичности пиломатериалу путем проката ровной поверхности для подачи в матрицу, где он складывается в брус металлическими пластами друг к другу. Затем к торцам бруса подводятся токи сверхвысокой частоты (СВЧ), которые размягчают металлический порошок, и соединение модифицированных материалов происходит в матрице путем прессования, в момент которого ток СВЧ выключается, а полученный шов соединения охлаждается, и готовый брус убирается из матрицы, освобождая ее для последующего прессования бруса. [Патент РФ №2354549, МПКВ27N 3/02].
Способ позволяет получить строительный брус с заранее заданными формами и прочностными показателями.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение указанных выше недостатков и повышение теплоизоляционных свойств древесины.
Это достигается тем, что в поры древесного материала доставляется нанодисперсная композиция из базальта и сапонита, заполняющая весь свободный объем пор.
Способ осуществляется следующим образом. Производится принудительная сушка древесного материала до определенного уровня влагосодержания, затем определяют размер пор обрабатываемого древесного материала и производят приготовление нанодисперсной защитной композиции путем размола составляющих таким образом, чтобы частицы вещества были соразмерны величине пор древесины, и под давлением наносят защитную композицию на поверхность обрабатываемого древесного материала. Защитная композиция включает наполнитель - базальт и связующее - сапонит, в следующих пропорциях: базальт 60-90 вес. частей, сапонит 40-10 вес. частей.
Осуществить способ можно следующим образом. Деревянную строительную конструкцию помещают в горизонтальный автоклав с открывающейся крышкой, работающий под давлением выше атмосферного. В автоклаве размещаются устройства, фиксирующие строительную конструкцию. Автоклав снабжается технологическим патрубком для подачи сухой нанодисперсной композиции и создания аэровзвеси из нее пневматическими перемешивающими устройствами и контрольно-измерительными приборами для измерения и регулирования технологических параметров. Создаваемая в объеме автоклава аэровзвесь позволяет равномерно распределить на поверхности деревянной строительной конструкции защитную композицию. После оседания взвешенных частиц создается избыточное давление, за счет которого обеспечивается проникновение наночастиц защитной композиции вглубь пор и постепенное их заполнение. Весь процесс происходит циклически с периодическими испытаниями. Насыщение пор материала производится до избыточного состояния.
Соответствие размера пор древесины и размера частиц защитного состава позволяет надежно заполнить поры древесины до образования на поверхности деревянных конструкций защитной пленки. Таким образом, снижается водопоглощение обрабатываемого материала и повышаются его теплоизолирующие свойства.
Примеры реализации изобретения, подтверждающие возможность достижения указанного технического результата, представлены в таблице 1 (примеры 1-32). При этом варьируется как порода обрабатываемой древесины, так и состав защитной композиции.
Таблица 1
Условия и результаты обработки древесины
№ примера
Древесный материал
Размер пор, мкм
Состав защитной композиции (базальт/ сапонит), вес. частей
Размер частиц исходного материала, мкм
Степень размола
Средний размер частиц защитной композиции после диспергирования, мкм
Результаты экспериментов
Водопо-глощение, %
Теплопроводность, Вт/(м*К)
При исходной влажности
При максимальном водопоглощении
1
Лиственница
11-31
-
-
-
-
25
0,19
0,23
2
Лиственница
11-31
40/60
100
20
4-6
22
0,20
0,23
3
Лиственница
11-31
50/50
100
20
4-6
20
0,20
0,23
4
Лиственница
11-31
60/40
100
20
4-6
9
0,20
0,20
5
Лиственница
11-31
70/30
100
20
4-6
9
0,19
0,19
6
Лиственница
11-31
80/20
100
20
4-6
7
0,19
0,19
7
Лиственница
11-31
90/10
100
20
4-6
6
0,20
0,20
8
Лиственница
11-31
95/5
100
20
4-6
15
0,19
0,23
9
Береза
15-35
-
-
-
-
27
0,13
0,15
10
Береза
15-35
40/60
100
15
5-8
25
0,13
0,15
11
Береза
15-35
50/50
100
15
5-8
23
0,14
0,15
12
Береза
15-35
60/40
100
15
5-8
12
0,13
0,13
13
Береза
15-35
70/30
100
15
5-8
10
0,12
0,12
14
Береза
15-35
80/20
100
15
5-8
12
0,13
0,13
15
Береза
15-35
90/10
100
15
5-8
11
0,12
0,12
16
Береза
15-35
95/5
100
15
5-8
18
0,13
0,15
17
Ель
8-15
-
-
.
-
21
0,11
0,13
18
Ель
8-15
40/60
100
25
3-5
19
0,11
0,13
19
Ель
8-15
50/50
100
25
3-5
16
0,11
0,13
20
Ель
8-15
60/40
100
25
3-5
8
0,10
0,10
21
Ель
8-15
70/30
100
25
3-5
8
0,11
0,11
22
Ель
8-15
80/20
100
25
3-5
7
0,11
0,11
23
Ель
8-15
90/10
100
25
3-5
6
0,12
0,12
24
Ель
8-15
95/5
100
25
3-5
14
0,11
0,13
25
Сосна
7,5-10
-
-
-
-
19
0,15
0,18
26
Сосна
7,5-10
40/60
100
30
2-5
17
0,16
0,18
27
Сосна
7,5-10
50/50
100
30
2-5
16
0,15
0,18
28
Сосна
7,5-10
60/40
100
30
2-5
8
0,15
0,15
29
Сосна
7,5-10
70/30
100
30
2-5
9
0,16
0,16
30
Сосна
7,5-10
80/20
100
30
2-5
7
0,15
0,15
31
Сосна
7,5-10
90/10
100
30
2-5
7
0,16
0,16
32
Сосна
7,5-10
95/5
100
30
2-5
13
0,16
0,18
Приведенные примеры реализации изобретения 1-32 подтверждают, что оптимальный состав защитной композиции включает наполнитель - базальт и связующее - сапонит, в следующих пропорциях: базальт 60-90 вес. частей, сапонит 40-10 вес. частей.