СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ
WOOD PROCESSING METHOD

Настоящее изобретение относится к области пропитки древесины и может быть использовано в различных отраслях промышленности для защиты от биоразрушения изделий из древесины, предназначенных к использованию в жестких условиях службы, таких как сваи, опоры линий связи и электропередач, столбы, шпалы и т.д.
В условиях постоянного контакта с грунтом и под воздействием атмосферных осадков древесина подвергается разрушению агентами-биодеструкторами (грибами, насекомыми, бактериями и т.д.).
Для подавления активности биодеструкторов известны способы обработки древесины, основанные на ее пропитке под давлением, применяющиеся в настоящее время на отечественных шпалозаводах. Такие способы обработки древесины обеспечивают качественную глубокую пропитку и используются для защиты древесных изделий, предназначенных для эксплуатации в тяжелых условиях (XII класс службы и выше - шпалы, опоры ЛЭП, сваи, мосты и т.п.). При этом используются защитные пропиточные средства (каменноугольное, сланцевое или антраценовое масла), обладающие широким спектром биоцидного воздействия на деструкторы. Как правило, такие пропиточные средства являются высокоопасными веществами (1 и 2 классы опасности). Их применение негативно сказываются на экологической обстановке, оказывает неблагоприятное влияние на состояние здоровья человека и требует создания и эксплуатации дорогостоящих очистных сооружений.
Для уменьшения токсичности в способах обработки под давлением применяются так называемые нефтяные антисептики (например, RU 2206445, 20.06.2003 г.). В качестве последних используются, например, тяжелые газойлевые фракции процессов переработки нефти. Нефтяные антисептики обладают меньшей токсичностью и относятся к малоопасным веществам (4 класс опасности).
Одним из основных недостатков способов пропитки под давлением являются высокие материальные и энергетические затраты вследствие использования сложного и энергоемкого оборудования (автоклавов).
Известны также менее энергоемкие и менее сложные в техническом исполнении способы обработки древесины, осуществляемые под атмосферным давлением с использованием водорастворимых, органорастворимых антисептиков и их смесей: способ горяче-холодных ванн, диффузионная пропитка, вымачивание. В качестве водорастворимых антисептиков используют мочевину (RU 2192348, 10.11.2002 г.), глицерин (RU 2268139, 20.01.2006 г.) и др., в качестве органорастворимых - минеральные, полусинтетические и синтетические масла (RU 2168408, 10.06.2001 г.), трикапролактамомедь дихлорид моногидрат (RU 2158677, 10.11.2000 г.). Известны смеси, включающие борную кислоту, диметилдитиокарбамат натрия, алкилсульфонат, четвертичные аммониевые соли (RU 2256550, 20.07.2005 г.), пентаборат натрия, диметилдитиокарбамат натрия, бактерицид ЛПЭ, синтерол, 2-этилгексанол 1-5, этиленгликоль (RU 2247653, 10.03.2005 г.) и др.
Из-за сравнительно быстрой вымываемости из древесины водорастворимых антисептиков и недостаточно глубокой пропитки органорастворимыми антисептиками способы пропитки под атмосферным давлением обладают низкой эффективностью защиты. Применение этих способов ограничено - они не применяются для защиты таких важных конструкций, как шпалы, опоры ЛЭП, сваи и т.п. объектов.
Способы обработки древесины по методу горяче-холодных ванн являются наиболее близкими к заявляемому техническому решению. Общим для этих способов является пропитка антисептиками в один цикл: сначала в ванне с горячим раствором антисептика, а затем - в ванне с холодным раствором антисептика. Для приготовления горячей и холодной ванн используются либо только водорастворимые, либо органорастворимые антисептики, либо для каждой ванны разные антисептики. Осуществление пропитки в два цикла с разными антисептиками внутри этих циклов неизвестно.
В качестве ближайшего аналога выбран способ обработки древесины, известный по SU 1328200, 07.08.1987 г., согласно которому пропитку древесины осуществляют по методу горяче-холодных ванн. В качестве раствора холодной ванны используют органорастворимые антисептики - фенолспирты, а в качестве раствора горячей ванны - водорастворимые антисептики - глицерин и/или этиленгликоль. Особенностью способа является то, что в качестве растворов горячей и холодной ванны используют разные пропиточные вещества: для холодной ванны - фенолспирты, а для горячей ванны - растворы глицерина и/или этиленгликоля.
Недостатком этого способа, как и вышеприведенных способов пропитки под атмосферным давлением, является низкая эффективность защиты изделий.
При разработке настоящего способа стояла задача создания высокоэффективного способа обработки древесины, позволяющего под атмосферным давлением проводить защиту изделий, которые предназначены для эксплуатации в тяжелых условиях. Другой
задачей является получение высоких эксплуатационных характеристик изделий с небольшими временными и материальными затратами.
Кроме того, решается задача обработки древесины без применения высокотоксичных антисептиков, что позволяет обойтись без строительства и эксплуатации очистных сооружений.
Способ обработки древесины, основанный на ее пропитке в горяче-холодных ваннах. включающий пропитку древесины раствором водорастворимого антисептика и пропитку древесины раствором органорастворимого антисептика, в соответствии с изобретением характеризуется тем, что сначала древесину пропитывают последовательно горячим и холодным раствором водорастворимого антисептика, а затем - последовательно горячим и холодным растворами органорастворимого антисептика.
Целесообразно в качестве водорастворимого антисептика использовать 1,3-диметилол-5,5-диметилгидантоин.
Целесообразно в качестве органорастворимого пропиточного вещества использовать смолу древесную лиственных пород.
В основе изобретения лежит предложение проводить обработку древесины в два цикла, каждый из которых включает сначала пропитку горячим раствором антисептика, а затем - пропитку холодным раствором антисептика. При этом в первом цикле предлагается при пропитке и холодным, и горячим растворами использовать только водорастворимые антисептики, а во втором цикле - только органорастворимые антисептики. Такой новый подход к обработке древесины позволяет повысить качество обработки.
Эксперименты по пропитке древесины показали, что осуществление пропитки в два цикла обеспечивает повышение эффективности защиты. Достигнутый технический результат можно объяснить тем, что после первого цикла пропитки водорастворимый антисептик проникает в древесину на большую глубину, вплоть до сквозной, а обработка древесины органорастворимым антисептиком закрепляет проникший в нее водорастворимый антисептик, препятствуя его вымыванию в процессе эксплуатации под действием факторов окружающей среды, и обеспечивает древесине дополнительную антисептическую защиту.
Эффективность защиты древесины по предлагаемому способу сравнима с защитой, получаемой в результате обработки ее в автоклавах. Однако, несмотря на то, что обработку проводят в два цикла, временные и материальные затраты при использовании этого способа значительно ниже, чем при автоклавной обработке. Так, например, заявляемый способ позволяет в 3-5 раз экономить затраты энергии на создание и поддержание необходимой температуры, сократить не менее чем в 2-4 раза временные затраты и позволяет отказаться от дорогостоящей автоклавной установки (автоклавная установка ~ в 10 раз дороже установки для реализации заявляемого способа).
Ниже приведена таблица, иллюстрирующая эффективность заявляемого способа с применением различных антисептиков по грибостойкости древесины; эффективность пропитки древесины оценивалась по ГОСТ 30028.4, в соответствии с которым в качестве тест-культур использовались 27 видов грибов - активных деструкторов древесины, поделенных на 3 группы по 9 видов в каждой группе, а также дополнительно использовался штамм гриба Chaetomium globosum. Оценку эффективности проводили через 15 суток экспозиции, по средней площади поражения грибами поверхности образцов в процентах и по стадии развития гриба по пятибалльной шкале в соответствии с ГОСТ 30028.4.
Таблица.
№
Водорастворимый антисептик
Органорастворимый антисептик
Древесина
Классификация защитного средства по ГОСТ 30028.4
1
2
3
4
5
1.
Гидол
Смола древесная лиственных пород
Сосна
Высокоэффективно
2.
Гидол
Смола древесная лиственных пород
Ель
Высокоэффективно
3.
Тетрафторборат аммония
Нафтенат меди
Сосна
Высокоэффективно
4.
Тетрафторборат аммония
Нафтенат меди
Ель
Высокоэффективно
5.
Тетрафторборат аммония
Смола древесная лиственных пород
Сосна
Высокоэффективно
6.
Тетрафторборат аммония
Смола древесная лиственных пород
Ель
Высокоэффективно
7.
Гидол
Нафтенат меди
Сосна
Высокоэффективно
8.
Гидол
Нафтенат меди
Ель
Высокоэффективно
Испытания образцов древесины, пропитанных заявляемым способом, свидетельствуют о полном отсутствии роста грибов (0 баллов по ГОСТ 30028.4), вызывающих процессы гниения и биоповреждения деревянных конструкций.
Контрольные опыты по пропитке древесины сосны и ели известным способом с использованием фенолспирта в качестве органорастворимого антисептика и этиленгликоля в качестве водорастворимого антисептика при оценке грибостойкости по ГОСТ 30028.4 показали обрастание древесины грибами, вызывающими процессы гниения и биоповреждения древесины.
В качестве водорастворимых и органорастворимых антисептиков помимо вышеприведенных можно использовать и другие известные антисептики, например в качестве водорастворимого могут быть использованы четвертичные аммониевые соединения (катамин, катапин, биор), в качестве органорастворимого - АБП-100 - полимерно-органический биоцид, пентахлорфенолят натрия.
Наиболее целесообразным представляется сочетание обладающих низкой токсичностью и низкими затратами на их производство гидола («Гидол (1,3-диметилол-5,5-диметилгидантоин)» ТУ 2499-259-05757593-00) в качестве водорастворимого антисептика и смолы древесной лиственных пород («Смола древесная лиственных пород» ТУ 13-0281078-81-89) в качестве органорастворимого антисептика. Глубина пропитки древесины гидолом составляет для ели - 50 мм, а для сосны - сквозная пропитка; глубина пропитки древесины смолой древесной лиственных пород составляет для ели - 3 мм, а для сосны - 9 мм.
Способ реализуют следующим образом.
Древесину пропитывают водорастворимым антисептиком сначала в горячей ванне при температуре 80±10°С, а затем в холодной ванне при температуре 30±10°С. После стока антисептика в специальном резервуаре и сушки в потоке горячего воздуха древесину пропитывают органорастворимым антисептиком в горячей ванне, а далее - в холодной ванне. Затем древесину выдерживают в резервуаре для стока антисептика, после чего сушат.
Время выдержки древесины в каждой ванне составляет 15-30 минут в зависимости от необходимой глубины пропитки, весь цикл пропитки занимает 1,0-2,0 часа.