Изучение физико-химических свойств и стойкости термообработанной древесины к биологическим поражениям

Даниель Дироль (*) и Рене Гийонне (**)

(*) Центр технической древесины и мебели, F – 75012 Париж

(**) Горный институт – F – 42000 Сан Этьен

Резюме

Тесты проводились на трех основных видах древесины (тополь, пихта, ель). Пробные образцы древесины, термообработанной при разных температурах, были подвергнуты воздействию базиодимицитных грибов. Результаты эксперимента оказались ошеломляющими. Это очень интересное качество можно с успехом использовать для повышения длительности использования оригинально не устойчивых к биологическим воздействиям материалов.

1. Введение

Процедура ретификации древесины была разработана Горным институтом в Сан-Этьен в течение десяти последних лет. Она представляет собой термическую обработку при 200º - 260º С в ненасыщенной кислородом атмосфере. Обработка объединяет цепь физических, механических и химических преобразований древесины, придающих обрабатываемому материалу уникальную долговечность.

Древесина представляет собой сложный материал по разнородности своих элементов, их анизотропности, гидроскопичности и биологическим характеристикам. При специальной термической обработке, ретификации, которая заключается в облегченном низкотемпературном пиролизе (200º - 260º С), ее способность к абсорбации влаги значительно снижается, улучшается стабильность объемов и повышается сопротивляемость к поражению микроорганизмами.

Определение «ретифированная древесина» подразумевает материал, получившийся в результате ретификации натуральной древесины, то есть в результате химической трансформации (создание новых связей) на молекулярном уровне: компоненты древесины кристаллируются. Этот термический процесс протекает в специфических условиях давления, температуры и при точно заданном уровне температуры.

2. Исследование физико-химических процессов ретификации.

Во время высокотемпературной обработки, часть воды, находящейся в древесине экстрагируется. В этих условиях и в инертной атмосфере выделяются моноксиды и диоксиды углерода, что приводит к изменению составляющих древесины. Это сложный и многогранный процесс термической обработки древесины, который приводит к многочисленным реакциям, проходящим на разных этапах обработки. Тем не менее, реальный контроль за температурой, длительностью, давлением газа и атмосферой охлаждения облегчает реакцию термоконденсации определенных компонентов внутренней структуры древесины без потери главных составляющих (целлюлозы и лигнина).

Хорошо известно, что древесина состоит из целлюлозы, лигнина и полуцеллюлозных остатков. Другие составляющие присутствуют в малых количествах по сравнению с вышеуказанными основными. Легнин, в меньшей степени, целлюлоза и полуцеллюлозные остатки представляют собой сложные полимеры с хрупкими химическими связями, разрушающимися при температуре 250º С.

Результаты анализов над ретифированной и натуральной древесиной представлены в таблице 1.

Таблица 1: Физико-химический анализ натуральной и ретифированной древесины:

Пихта	Натуральный	Обработка 1	Обработка 2
Простой анализ С% О% Н%	49,06 44,96 6,22	53,62 40,44 5,93	54,34 39,29 5,91
Остатки	8,51	14,97	8,4
Лигнин	23,93	32,69	39,07
Пентозан	8,76	2,9	2,56

Ель	Натуральный	Обработка 1	Обработка 2
Простой анализ С% О% Н%	50,47 43,85 6,21	53,62 40,06 5,88	55,10 38,40 5,82
Остатки	14,72	12,70	8,02
Лигнин	26,06	34,97	40,59
Пентозан	8,48	3,81	2,49

Тополь	Натуральный	Обработка 1	Обработка 2
Простой анализ С% О% Н%	47,47 46,83 6,26
Остатки	2,63	4,89	9,21
Лигнин	20,53	36,2	25,44
Пентозан	17,25	16,28	11,54

Эти результаты подчеркивают следующее:

Основной состав сильно варьируется в зависимости от длительности обработки. Ясно видно, что при термической обработке древесина подвергается химическим трансформациям: содержание кислорода и водорода резко уменьшается, по сравнению с углеродом. Эта трансформация лигно-целлюлозных материалов приводит к изменению определенных характеристик. Древесина становиться намного более влагоустойчивой, во время первых минут ретифирования материал отдает 4% влаги во внешнюю атмосферу. Сокращение веса объясняется тем, что вода, содержащаяся в трещинах производных пентозана (полуцеллюлозе) обеспечивает стабильность размеров.

Таблица 2 предлагает сравнение максимального процентного изменения по глубине, радиусу, касательной и объему между ретифированной и натуральной древесиной.

Таблица 2 . Среднее отношение замеров ретифированной и натуральной древисины.

	Процентное отношение
Пихта	Радиальный	Касательный	Объемный
Натуральная	5,46	11,17	17,60
Обработка 1	1,99	3,51	5,79
Обработка 2	1,73	2,84	4,81

	Процентное отношение
Ель	Радиальный	Касательный	Объемный
Натуральная	2,47	7,05	10,51
Обработка 1	1,44	4	5,68
Обработка 2	1,09	2,66	3,95

	Процентное отношение
Тополь	Радиальный	Касательный	Объемный
Натуральная	5,3	11,22	17,75
Обработка	2,47	4,69	7,49

Стабильность размеров появляется благодаря полимерам фурфурала, получившимся в результате разрушения сахаров, которые менее гидроскопичные, чем гемоцеллюлоза.