Введение к работе
з
Актуальность темы. Увеличение объемов малоэтажного жилищного строительства определило востребованность плитных материалов из древесины, в частности фанеры. Их используют в качестве деталей ограждающих или несущих конструкций. Основные требования, предъявляемые к строительным конструкциям, - долговечность, минимальная формоизменяемость в условиях переменных влажностно-температурных воздействий и нетоксичность. Как и массивная древесина, фанера гигроскопична, что при эксплуатации приводит к ее формоизменяемости, биопоражениям, потере прочности и упругости в конструкциях. Все эти эксплуатационные изменения минимизируют различными способами и средствами защиты.
В настоящее время химическая обработка, особенно веществами, содержащими соли тяжелых металлов, влияющих на окружающую среду, ограничивается, а в странах Евросоюза - запрещена.
За последние 10-15 лет для защиты древесины от влажностных воздействий широкое применение нашли технологии термической обработки. Термообработка древесины, приводящая к деструкции гемицеллюлоз, существенно уменьшает разбухание, усушку, повышает биостойкость, теплоизолирующие и эстетические качества. Несмотря на ряд достоинств известных технологий термообработки (Thermowood, Barkett, West-Wood, Bua Pezdyuz, Process Plato, др.), основным недостатком их применения является снижение физико-механических свойств (при сжатии поперек волокон и растяжении вдоль волокон - на 40 %; при статическом изгибе - на 47 %; при сжатии вдоль волокон - на 18 %) в связи с тепловой деструкцией древесины. Это делает ее ограниченно пригодной для использования в качестве несущего конструкционного строительного материала.
Одним из способов получения гидрофобного древесного материала при
сохранении его прочности является маслотермообработка. Доцентом СПбГЛТУ им.
СМ. Кирова Г.И. Царевым установлена эффективность использования
модифицированного в определенных температурно-временных условиях таллового
масла лиственных пород для получения сверхтвердых ДВП с высокими
водоотталкивающими свойствами. Процесс получения таких ДВП состоит в
пропитке плит модифицированным талловым маслом с последующей их
термообработкой. Результат, достигнутый маслотермообработкой ДВП,
относительное однообразие термомеханических воздействий на древесину при изготовлении ДВП и фанеры, позволил предположить эффективность применения этого способа с целью повышения водоотталкивающих свойств.
Для строительства широко используют фанеру из древесины хвойных пород, в частности лиственницы, которая отличается высокой стойкостью к биологическим воздействиям. Придание такой фанере высоких водоотталкивающих свойств обеспечит повышение долговечности и формоустойчивости строительных конструкций с ее применением и расширение областей ее использования.
Приведенные аргументы - востребованность фанеры, в особенности из древесины хвойных пород в строительстве, значимость вопроса защиты от внешних воздействий, недостатки ряда методов защиты, установленная эффективность
4 способа защиты маслотермообработкой - определили актуальность принятого направления исследования.
Цель и задачи исследования. Цель работы - повышение водоотталкивающих свойств фанеры из древесины лиственницы маслотермообработкой при сохранении прочности для расширения области и объемов ее применения в строительстве. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Обосновать теоретические предпосылки возможности применения маслотермообработки для повышения водоотталкивающих свойств фанеры.
Установить приемлемость маслотермообработки для повышения водоотталкивающих свойств фанеры.
3.Экспериментально подтвердить теоретические предположения возможной природы повышения водоотталкивающих свойств фанеры путем ее маслотермообработки.
4.Обосновать природу сохранения прочности структуры древесины в процессе маслотермообработки.
5.Построить математические модели процесса маслотермообработки, связывающие его параметры с характеристиками водоотталкивающих свойств и прочности фанеры.
6.Обосновать параметры режима процесса маслотермообработки фанеры.
7. Оценить экологичность процесса маслотермообработки и
маслотермообработанной фанеры.
8.Оценить ориентировочную долговечность маслотермообработанной фанеры.
9.Произвести расчет экономической эффективности применения маслотермообработанной фанеры.
В результате работы получены результаты, обладающие научной новизной:
1 .Установлено, что состояние структуры древесного вещества лущеного шпона, образованной ее разрушением при лущении, и химические изменения, связанные с термической обработкой древесины в процессе изготовления фанеры -гидротермическая обработка сырья, сушка шпона, нагрев пакета при склеивании -обеспечивают протекание реакции этерификации. Доказана достаточность глубины реакции этерификации для повышения водоотталкивающих свойств фанеры при сохранении ее исходной прочности за счет образования адгезионных связей в структуре пакета.
Установлены закономерности процесса маслотермообработки фанеры ФСФ из древесины лиственницы и построены математические модели процесса, позволяющие прогнозировать его выходные параметры: водопоглощение и разбухание; прочность фанеры после обработки.
Обоснована экологическая составляющая процесса маслотермообработки и маслотермообработанной фанеры.
Предложена методика оценки долговечности и ориентировочно обоснована долговечность маслотермообработанной фанеры.
Практическая ценность работы. Обоснована и экспериментально установлена возможность повышения степени защиты фанеры от влажностных воздействий маслотермообработкой. Результаты этих исследований могут
5
послужить основой для совершенствования данного способа защиты древесины и
материалов на ее основе. Разработаны математические модели процесса
маслотермообработки, связывающие его параметры с характеристиками разбухания,
водопоглощения и прочности фанеры, позволяющие управлять процессом.
Обоснованы рациональные технологические параметры режима
маслотермообработки. Реализация результатов исследований позволяет уменьшить гидрофобность и, как следствие, формоизменяемость фанеры. Это обеспечивает возможность повышения срока ее службы в конструкциях, расширение областей и увеличения объема использования фанеры в строительстве.
Апробация работы. Основные положения, разработанные в диссертации, отдельные ее разделы были рассмотрены на следующих научно-технических конференциях и форуме: международной научно-практической конференции молодых ученых «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» - 10 ноября 2009 г.; международном молодежном форуме «Новая волна-2009» - 4 декабря 2009 г.; международной научно-практической конференции «Современные проблемы механической технологии древесины» - 26 марта 2010 г.; V Санкт-Петербургской международной конференции, организованной ООО «ЦНИИФ» - 24 ноября 2010г.; научно-технической конференции Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии по итогам научно-исследовательских работ 2010 года -28 января 2011 г.
Реализация и внедрение результатов работы. Маслотермообработка фанеры по разработанному режиму проведена на предприятии ЗАО «Технопарк ЛТА». В результате установлено, что маслотермообработка по разработанному режиму обеспечивает повышение водоотталкивающих свойств фанеры при сохранении ее прочности.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения, содержит 145 страниц текста, 30 рисунков, 30 таблиц и список литературы, включающий 133 наименования литературных источников, в том числе 37 - на английском языке.
