За багато тисячоліть, протягом яких людина використовує і обробляє деревину, було створено і впроваджено у виробництво не так вже й багато технологій, які означали стрибок на якісно новий рівень у цій сфері діяльності. Однією із таких технологій стало термічне модифікування деревини, завдяки якому, окрім технологічності, високої декоративності і екологічності, деревина стала ще й довговічною, а геометрія виробів з неї – постійною.

Деревина – доступний, відновлюваний і екологічно чистий матеріал, який має чудові фізико-механічні та декоративні властивості, але, водночас, біологічні ураження, зміна розмірів і розсихання є тими факторами, які обмежують використання масивної деревини і зменшують термін експлуатації виробів з неї. Ці проблеми вирішують за допомогою:

- нанесення на поверхню деревини матеріалів, які, зазвичай, формують волого- і повітронепроникні плівки – лакофарбових матеріалів;

- просочування антисептиками;

- використання дорогих тропічних сортів деревини;

- створення композиційних матеріалів, де як наповнювач використовують подрібнену деревину, а як зв’язуюче – не завжди нешкідливі формальдегідні чи інші смоли (типовим прикладом такого матеріалу є ДСП);

- заміни на металеві або металопластикові конструкції, в яких найчастіше  як пластик використовують полівінілхлорид (ПВХ) – джерело шкідливих хлорорганічних сполук.

Усі переваги і недоліки цих методів очевидні. Ще приблизно в першій чверті минулого століття науковці розпочали дослідження з розробки методів суттєвого покращення експлуатаційних характеристик деревини і збільшення терміну її довговічності.

Наприкінці минулого та початку нинішнього тисячоліття на деяких всесвітньо відомих деревообробних виставках з’явився новий високотехнологічний продукт – Thermowood. Порівняно зі звичайною деревиною він мав унікальні властивості і значно вищу ціну. Але різницю в ціні компенсувало суттєве збільшення довговічності і покращення експлуатаційних характеристик. Нічим не поступався звичайній деревині і зовнішній вигляд нового матеріалу, навпаки – був кращим. Зважаючи на це, технологія отримання такого продукту зацікавила багатьох і її почали впроваджувати у розвинених країнах світу.

У назві методу отримання цього продукту відображається його сенс – метод «термічного модифікування деревини». Під час модифікування деревина змінює свої властивості під дією високої температури і, у більшості випадків, тиску без використання хімічних речовин. Продукт, який отримують у процесі термічного модифікування, – це термодеревина, що є екологічно чистим матеріалом. Деякі іноземні аналоги назви цього продукту – thermowood, thermoholz, “термодревесина”, Plato-Wood тощо.

Процес термічного модифікування деревини вимагає від його виконавців знань у багатьох галузях науки і техніки – фізиці, хімії, технології обробки тиском, корозії металів, теорії тепломасоперенесення тощо. Обладнання для виготовлення термодеревини досить дороге, а складний технологічний процес потребує висококваліфікованих кадрів, тому термічна модифікація належить до категорії hi-tech. Саме через це вартість термодеревини значно вища від вартості звичайної.

Термічне модифікування деревини – складний ланцюжок фізико-хімичних перетворень, які змінюють структуру деревини і її хімічний склад. Спрощено процес термічного модифікування деревини можна подати як два фізико-хімічних процеси.

1. Розпад геміцелюлози на низькомолекулярні речовини.

Основою харчування біологічних шкідників деревини є геміцелюлози й аморфна частина целюлози. Слід зазначити, що ураження деревини різними видами грибків і плісняви можливе тільки при підвищеній вологості. Геміцелюлози є гігроскопічними, а тому інтенсивно вбирають і зв’язують вологу, що підвищує вологість деревини. Таким чином, саме геміцелюлози створюють сприятливі умови для розвитку на деревині грибків і плісняви.

У процесі термічного модифікування відбувається розпад геміцелюлоз і аморфної частини целюлози. У деревині суттєво зменшується кількість речовин, які є середовищем для розвитку грибків і більшості комах-шкідників;

2. Переполімеризація лігніну.

Лігнін і утворений псевдолігнін проходить процес переполімеризації і перерозподілу по об’єму клітини. Вони надають стінкам клітин більшої щільності, твердості, підвищують гідрофобність (відштовхування води), тим самим зменшують їх здатність вбирати вологу і набрякати. Переполімеризований лігнін заповнює внутрішню порожнину клітини – формується закритопориста структура з низькою здатністю зв’язувати воду. Волога не може проникати всередину клітини і залишатися там. Термічно модифікована деревина поводить себе майже як тканина – волога проникає тільки в порожнини між клітинами (нитками) і швидко випаровується.

Термічне модифікування призводить до лігніфікації деревини – тільки не біохімічної (яка відбувається при дозріванні деревини і протягом наступних сотень років), а прискореної – фізико-хімічної.

Переваги термодеревини

Після термічного модифікування звичайні породи деревини за своїми характеристиками наближаються до відомих екзотичних тика й іріко (перший клас вимог за стандартом EN 113 «Речовини для консервування деревини. Методика випробування для визначення захисних властивостей за дереворуйнівним базидогрибком. Визначення рівня токсичності»).

Термодеревина є досить стійкою до дії вологи, грибків і усіх комах-шкідників, окрім термітів. За терміном експлуатації вона здатна конкурувати з кращими тропічними породами. Біологічна довговічність такої деревини в 15–25 раз вища від звичайної. Деревина після термообробки вбирає вологу значно менше, а головне – досить швидко (від декількох годин до декількох діб) висихає до початкового значення вологості. Рівноважна вологість термодеревини навіть у вологих приміщеннях становить 8–12%. Геометричні розміри деталей із термодеревини значно менше (на 30–90%) змінюються під дією вологи і температури навколишнього середовища, що важливо для паркету, вікон, дверей і т. ін. Термодеревина порівняно із звичайною має кращі теплоізоляційні характеристики – теплопровідність зменшується на 25–30% – і меншу на 5–20% масу.

Ще однією перевагою термодеревини є покращення зовнішнього вигляду. Термічне модифікування деревини призводить до зміни її кольору по всьому об’єму у діапазоні коричневих відтінків – від світло-жовтого до майже чорного. Внаслідок цього краще проявляється текстура деревини. Таким чином, цей вид обробки дає можливість надати малоцінним породам деревини зовнішнього вигляд як у екзотичних порід із зістареного дерева. Так, деревину бука можна модифікувати під червоне дерево. Використовуючи термодеревину, можна виготовляти популярні нині підлогові покриття без використання хімічних речовин, різного роду морилок, барвників і протравів. Окрім цього, вироби із термодеревини не потрібно обробляти антисептиками, просочувати, тонувати і фарбувати.

Техніко-економічні характеристики свідчать, що порівняно із такими методами модифікування, як гідрофобізація, просочування гарячими рослинними оліями, модифікування ацетилюванням та просочування полімеризуючими матеріалами термічне модифікування є економічно більш доцільним і вигідним.

Завдяки переліченим властивостям термодеревину широко почали використовувати в європейських країнах, США і Канаді.

Недоліки термодеревини

Після термічного модифікування покращуються майже усі характеристики деревини, але, як і все на Землі, цей метод не позбавлений недоліків.

У термодеревини незначно зростає крихкість при використанні найбільш жорстких режимів обробки. Тому важливе значення має правильний підбір порід деревини і режимів їхньої обробки для зведення до мінімуму цієї вади.

При термічній обробці із деревини видаляють легкогорючі складові. Завдяки цьому термодеревина загоряється гірше, ніж звичайна, а в процесі горіння виділяє меншу кількість енергії, проте сама  проблема горіння залишається. Тому при потребі вироби із термодеревини потрібно обробляти антипіренами.

При тривалій дії сонячного проміння термодеревина, як і звичайна, поступово набуває сірого кольору. Якщо вироби із цієї деревини експлуатуватимуть під дією сонячного проміння, то для збереження кольору їх потрібно покривати прозорими захисними матеріалами, наприклад OSMO (Німеччина) і «Тіккуріла» (Фінляндія).

Під час термічного модифікування в деревині утворюються легкі леткі речовини із характерним запахом. Найбільш «неприємні» речовини – фурфурол і деревний оцет. Для їх видалення треба витримувати деревину в провітрюваних приміщеннях або додатково обробляти. При низькому і середньому рівнях модифікування цих речовин утворюється досить мало і доки деревина проходить увесь процес механічної обробки вони вивітрюються.

При високому і дуже високому рівні модифікування вміст фурфуролу і деревного оцту значний. Для їх повного вивітрювання потрібен певний період – від тижня до місяця, все залежить від породи, товщини, способу складування, температури навколишнього середовища і т. ін.

Спеціалісти науково-виробничого підприємства «Апров» технологію термічного модифікування розробили таким чином, що майже весь фурфурол і значна частина деревного оцту вивітрюються з деревини під час самого процесу модифікування. Завдяки цій технології при високому і дуже високому рівні модифікування запаху фурфуролу немає взагалі, а запах деревного оцту зникає в період від декількох діб до декількох десятків діб.

Основними виробниками термодеревини у світі є фінські компанії. Певний обсяг ринку належить підприємствам Німеччини, Голландії, Іспанії, Італії, Франції, Естонії, Росії.

За матерілами Всеукраїнської галузевої газети "Деревообробник"
derevo.com.ua