Натуральная древесина – один из самых востребованных строительных и отделочных материалов. Но в последнее время набирает популярность ее улучшенный аналог – термомодифицированная древесина, сочетающая природную красоту и натуральность с впечатляющими техническими характеристиками. Разбираемся в преимуществах и недостатках термодревесины, а также поговорим о перспективах развития рынка в России.
Дерево обладает бесконечным набором самых прекрасных свойств, но, к сожалению, без дополнительной защиты быстро разрушается. Помимо природной влаги, в древесине имеется древесный сахар – гемицеллюлоза. Этим сахаром питаются бактерии, плесневые грибы и другие микроорганизмы. Именно «благодаря» им дерево, даже самых благородных пород, покрывается налетом, портится, гниет и в итоге превращается в труху.
Одной из наиболее важных проблем по-прежнему остается эксплуатация дерева в уличных условиях – деревянные элементы рискуют не только быстро утратить декоративный вид, но и лишиться важных технических характеристик.
Агрессивная среда способна за короткий срок вывести из строя настил даже из самых твердых пород древесины, поэтому современные потребители все чаще склоняются к выбору других, более стойких материалов. Самым распространенным аналогом дерева выступает декинг из ДПК, пластиковая вагонка и имитация бруса для внешних стен зданий и сооруженией.
В современных условиях проще всего обработать древесину какими-нибудь химическими пропитками, замедляющими процессы горения и гниения, подавляющими размножение микроорганизмов, придающими устойчивость к УФ лучам и т.д., но химия потенциально опасна для человека и экологии в целом. Основные методы воздействия – это пропитка и температурная обработка в различных сочетаниях.
Самые естественные способы воздействия на внутренние и внешние слои древесины человеку демонстрирует природа: это затопленное или обожженное дерево.
Мореный лес (топляк) из-за особенных свойств имеет большую популярность у строителей и других специалистов, работающих с деревом. Чтобы вымоченный лес сохранил приобретенные свойства до момента обработки, его необходимо грамотно высушить.
Более «продвинутые» способы пропитки – это антисептики, огнеупорные средства (антипирены), специальные вещества для защиты от ультрафиолетового излучения, смягчающие или вяжущие средства. Используются составы на основе канифоли, олифы, скипидара, креозота, воска, прополиса и других активных веществ. Разные породы дерева требуют разной обработки. Для ускорения процесса пропитки вместо замачивания иногда применяется пропаривание или варка древесины в специальных растворах.
После пропитки наступает стадия сушки древесины до 6–8%: естественная сушка, искусственная сушка в конвективных и вакуумных сушильных камерах. В южных регионах применяют солнечные сушильные камеры. В процессе природная и дополнительно полученная влага (в процессе вымачивания и пропитки) замещается или вытесняется из древесных волокон разными способами, наиболее распространенный из которых – термический.
Термообработка осуществляется в специальных автоклавах или больших камерах-печах. В автоклавы загружается только должным образом высушенная древесина. Если влажность дерева окажется выше 8%, то при термообработке будет много элементов брака, таких как внутренние и торцевые трещины, растрескивание по торцам досок, разный цвет по длине доски и по всему штабелю. Из камеры откачивается воздух – отсутствие кислорода предотвращает горение дерева в процессе термомодификации. Во время термообработки из древесины выпаривается лишняя вода и древесные соки. Продукты выпаривания выбрасываются за пределы термокамеры. Едкий запах газа нейтрализуется с помощью установленных фильтров.
В зависимости от конкретной технологии, температурных режимов прогревания бывает несколько. Обычно первоначальный нагрев осуществляется при небольшой температуре. До максимальных величин (180–240°C и более) нагрев доводится в кульминационной стадии. Избыточная влага «выпаривается», и материал просушивается, при этом давление в камере уплотняет древесину. Процент потери влаги в процессе обработки строго контролируется, иначе на выходе вместо качественного продукта может получиться головешка. Термическая модификация не использует химически агрессивные вещества, но допускает применение инертных газов, масел и технического парафина.
Таким образом, главное отличие термической модификации от других видов обработки древесины, в том числе и температурных, – это промышленный способ. Автоклавный метод позволяет обрабатывать крупногабаритные доски в промышленных объемах и дает стабильное качество для всех партий.
Итак, термическая модификация испаряет часть воды и разрушает гемицеллюлозу в тканях древесины, в результате чего волокна уплотняются, а натуральные воски и смолы загустевают. Все эти приобретенные свойства определяют увеличение долговечности: термодерево сохраняется до 10–25 раз дольше по сравнению с обычным необработанным, приобретает повышенные свойства биостойкости, геометрическую стабильность и низкое водопоглощение.
Эти же характеристики напрямую влияют на потрясающие декоративные свойства термодревесины – она становится более темной (от золотисто-карамельного оттенка до глубокого палисандрового), плотной, приобретает «точеность» формы, особую гладкость и способность интенсивно отталкивать воду, позволяя любоваться красивыми крупными каплями на своей поверхности.
Структура древесины оказывается более ярко выраженной, а эксплуатационный и декоративный эффект таков, что даже самое простое дерево после обработки способно поспорить с дорогими видами экзотической древесины, такими как тик, ятоба, кемпас, ипе и т.д. Особенно выгодно использовать термообработанное дерево во внешнем пространстве: в качестве напольных покрытий на открытых балконах, палубной, террасной доски, обустройства бассейновых и других околоводных территорий и т.д.
Часто можно встретить информацию о его повышенной огнестойкости. В реальности такое дерево, конечно, горит, как и любое другое, но испытаниями Балашихинского института пожаробезопасности доказано, что при горении термодревесина гораздо меньше выделяет угарного газа, и это важно, так как при пожарах люди гибнут именно от отравления продуктами горения, а не из-за открытого огня.
недостатки термодревесины
К отрицательным свойствам прежде всего относится повышенная хрупкость и колкость, так как в результате термической обработки эластичность большинства пород оказывается понижена. Именно это ограничивает область применения: термодревесину не рекомендуют использовать в качестве несущих конструкций и строительного материала. Но здесь стоит отметить, что не все породы подвержены этому свойству. Так, например, у ели прочность на изгиб повышается, у сосны понижается, а граб после термообработки по цвету и прочностным характеристикам доходит до уровня эбена и венге.
Также следует учитывать разницу во влажности при склеивании с другими видами древесины (необработанным пиломатериалом, брусом и т.д.). Некоторые виды термодревесины плохо поддаются сращиванию, при использовании металлического крепежа есть риск возникновения сколов и трещин.
Небольшим минусом может считаться не слишком приятный горелый запах, особенно характерный для свежеобработанной древесины: то, что производители любовно называют «выраженным запахом настоящего дерева».
Но это справедливо лишь для партий, обрабатываемых при температуре выше 200°C, так как выделяется продукт горения фурфурол. У дерева, обрабатываемого при температуре до 160°C, запах горелого дерева вовсе отсутствует.
Также при обработке такой древесины вырабатывается много пыли, поэтому мебельные мастерские следует оборудовать специальными пылесборниками и фильтрами.
Еще один нюанс – под действием ультрафиолета аристократически потемневшая термодревесина иногда выцветает, становится серой, поэтому без финишной обработки ее лучше не оставлять. Само по себе термодерево не требует покраски, но все же лучше покрыть готовую доску полиуретановым лаком, акриловой краской, воском или маслом.
Технологии и оборудование
Впервые технология термомодификации древесины появилась во второй половине XX века, а в начале 2000-х гг. были запущены первые заводы в Европе. Международная ассоциация производителей термодревесины (в Финляндии) была основана тогда же, в 2000 году. Помимо финнов, особенного успеха в этом достигли инженеры из Германии, Франции и США. В настоящее время Ассоциация объединяет 16 деревообрабатывающих компаний из восьми стран мира, включая Японию. Разработки и усовершенствования продолжаются до сих пор.
При всем разнообразии имеющихся технологий процесс термической модификации обычно представляет собой длительное нагревание пиломатериала в низкокислородной среде (во избежание возгорания) под высоким давлением (до 1,6 Мпа) и сводится к циклу следующих последовательных операций:
Подготовка и интенсивная сушка древесины естественной влажности.
Одноступенчатая или многоступенчатая модификация древесины водой, паром, газом или маслом при максимально возможной температуре.
Постепенное охлаждение до комфортных температур.
Термообработка древесины предусматривает два стандартных класса: Thermo S, где целевое качество – стабильность (stability) и Thermo D, где целевое качество – максимальная прочность (durability). Технология S – более щадящая термообработка (до 165 градусов), рекомендуется для материалов, использующихся внутри помещений: паркет, доска пола, лестницы, мебель, оконный брус, слэбы и т.д. Технология D – высокотемпературная обработка (от 165 до 240), подходит для материалов, которые будут использоваться на открытом воздухе: террасная и фасадная доска, уличные лестницы, входные двери, садовая мебель, беседки, отделка для саун и бань, домостроения из дерева и др.
При пониженных температурах можно получать легкоокрашенную древесину, зато чем выше температура, которую может позволить технология, тем короче цикл обработки древесины. Таким образом, вся процедура может длиться от 7–10 часов (технологии Retification, Bois Perdure) до нескольких суток. Некоторые технологии позволяют высушивать древесину до 3–4% влажности, после чего в финальной стадии поднимают влажность готового продукта до комфортного уровня в 6–8%. Либо эту влажность термодревесина добирает самостоятельно в течение 2–3 дней отлежки.
В России чаще всего встречается технология Thermowood и WestWood, а также собственные разработки, наиболее известными из которых являются технологии Bikos-TMT и Vacuum Plus (ООО «Вакуум-Плюс»). В России оборудование для сушки древесины производят многие предприятия, а способных выпускать камеры для термической обработки до сих пор можно пересчитать по пальцам одной руки:
ООО «Вакуум-Плюс» (установки Vacuumterm и камеры конвективного типа, включая термообработку цельных бревен, объем загрузки 3, 12, 15, 25 и 40 м³, температура термообработки от 165ºС до 195ºС);
ООО «Энергия Термо Ставрополь» (универсальные конвективные контейнерные камеры единовременной загрузки до 18 м³, температура термообработки до 230ºС);
ООО «М-Импульс» (пресс-вакуумные сушильные камеры ПСКВ), г. Уфа.
На российском рынке доступны термокамеры различных зарубежных фирм: Jartek OY, Baschild, WTT, Katres, Secal.
В настоящее время функционируют более 150 российских производителей термообработанной древесины самого разного масштаба. Крупным может считаться производство, способное выпускать 8–10 тыс. м3 термодревесны в год, средняя компания производит 3–4 тыс. м3 в год.
Сейчас в мире функционирует более 50 производственных линий, половина из которых расположена на территории Финляндии. Современный объем рынка термодерева в Европе можно оценить в 200–220 тыс. кубических метров.
В России выпуск ограничен небольшим числом промышленных и гораздо большим количеством «полудомашних» установок, производственная мощность которых не превышает 1–2 тыс. м3 дерева в год. Современный объем российского рынка термодерева можно оценить в 70–80 тыс. м3. При этом в год отечественные компании могли бы производить около 200 тысяч кубических метров этого материала, почти как в Европе.
Породы древесины и цены
Сосна, ель, липа, осина, ольха, бук, береза, ясень, клен – все эти типы древесины, имеющие широкое распространение в России, успешно подвергаются термической обработке. Встречаются и более редкие породы. Часто можно встретить информацию о том, что нежелательно подвергать термообработке лиственницу, так как она излишне смолянистая, а также дуб, который «улучшать – только портить».
Лиственницу можно обрабатывать при температуре не выше 155°С в течение 12 часов, а термообработка дуба производится лишь после качественной сушки до остаточной влажности 6%. Впрочем, это обязательное условие для термообработки не только дуба, но и остальных пород древесины.
В свое время компания «Вакуум плюс» измеряла плотность древесины разных пород после термообработки с остаточной влажностью 3,5–4,6%. Один из самых высоких результатов показал крымский граб – его плотность после обработки при температуре 175°С составила 934 кг/м3. Еще выше плотность австралийского эвкалипта – 1 053 кг/м3 после обработки при 170°С, но, как известно, эта древесина в России не произрастает и вряд ли может считаться перспективной.
Ценовой анализ показывает, что термодревесина значительно дороже необработанных пиломатериалов тех же пород и сортов. Разница превышает иногда 4–5-кратный стоимостный разрыв. В качестве сравнительных материалов бралась древесина сортов АВ, А, экстра, прима. При этом термически обработанная древесина также нередко дороже продуктов из древесно-полимерного композита.
Перспективы рынка
Российский рынок термодревесины начал формироваться одновременно с европейским, но продвигается этот процесс у нас гораздо медленнее. Некоторые эксперты связывают слабое развитие рынка с достаточно сложной технологией, и в первую очередь – серьезной энергозатратностью. Потенциальные отечественные производители сталкиваются с двумя основными проблемами:
1) Высокая цена оборудования для термообработки дерева;
2) Необходимость иметь в наличии отдельные сушильные камеры для пиломатериала.
С. А. Ягодзинская, директор компании «Вакуум плюс» и разработчик отечественного оборудования для производства термодерева, утверждает: «Нет качественной сушки – нет качественной термообработки». Но соблюдение всех требований в итоге сказывается на высокой конечной стоимости изделий из термодревесины.
Очевидно, что термообработанная древесина – продукт нравится российским покупателям, и они начинают понимать, что цена эксплуатации изделия из термодерева уже в течение нескольких лет оправдывается и в итоге дает существенную экономию.
