Повышение эксплуатационных свойств массива древесины путем пропитки арабиногалактаном

Новая технология производства нанокомпозита древесины создана на основе фундаментальных законов физики, химии, биологии и частных знаний о процессах сушки и пропитки натуральной древесины, а так же последних исследований в области свойств и поведения водного раствора нано размерных частиц и, или, их композитов во взаимодействии с клетками и молекулами растительного происхождения. Специально проведённые научно-исследовательские (НИР) и опытно-конструкторские работы (ОКР) позволили решить технологическую задачу объединения нескольких самостоятельных (отдельных) производственных операций в один технологический цикл с выполнением их в одном устройстве. В результате этого была создана технология, позволяющая производить нанокомпозит древесины с уникальными свойствами, при значительном снижении себестоимости выполнения сушки и пропитки натуральной древесины за счёт снижения капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат на сушку и пропитку древесины. Новые свойства гидрофобности, грибо- и огнестойкости, а также улучшение физико-механических свойств прочности нанодревесины позволяют увеличить срок службы клеёных изделий из нанокомпозита более чем в 2 раза.

Предпосылкой к разработке новой технологии послужил, накопленный в процессе деятельности человека, значительный опыт использования лиственницы в качестве строительного материала, подтвердивший уникальность её древесины, имеющей длительный срок эксплуатации в сложных климатических условиях. Например, знаменитые города мира: Венеция уже более 1500 лет, а Санкт–Петербург более 300 лет, стоят на сваях из лиственницы; в Европе и Скандинавии, на русском Севере построены мосты, церкви и полностью деревянные дома из лиственницы, которым гораздо больше 500 лет.

Общеизвестно, что вода является основой всего живого и, что питание клеток растений происходит на основе водных растворов различных веществ, которые растения с грунтовой водой получают из земли. Так в древесине питательная жидкость, двигаясь от корневой системы по микро и макро порам, поступает во все клетки тела. Наука и промышленность на данный момент времени накопили достаточно много знаний о древесине и технологиях её сушки и обработки. Также известно, что влага и кислород являются основной причиной разрушения конструкций из натуральной древесины, поскольку способствуют поддержанию процессов гниения и разложения. При возникновении пожаров в деревянных зданиях и сооружениях поступление воздуха к очагу возгорания поддерживает процесс горения, из-за содержания в нём кислорода [].

Носителями нерастворимых компонентов в клетку организма или вещества, как правило, являются полисахариды, способные:

• образовывать комплексные молекулы с нерастворимыми веществами;

• легко проникать сквозь клеточную мембрану растительной или животной отдельной клетки во внутреннее пространство, за счёт малых размеров и высоких показателей текучести.

Природный полисахарид – арабиногалактан используется для производства различных пищевых, лекарственных и косметических препаратов и средств, а так же при проведении различных исследований в химии, биологии и медицине [6]. Арабиногалактан способен создавать сложные комплексные соединения полисахарида с нерастворимыми нано размерными частицами – серебра, золота, других металлов и нерастворимых элементов, при этом такие комплексные соединения становятся легко растворимыми в воде. Вода в свою очередь может свободно проникать в микро и макропоры древесины или другого пористого материала. При проведении исследований процесса проникновения вещества в поры клеток и его воздействия на клеточную структуру, приводящих к изменению свойств, кроме различных полисахаридов так же могут использоваться и другие материалы или нано размерные частицы, способные интенсивно доставлять в клетки нерастворимые компоненты [7].

Задачей специальной обработки древесины является придание новых полезных свойств её клеткам для изменения физико-механических, антипиреновых, антисептических и технологических свойств. Проведённые нами исследования показали, что комплексные водные растворы на основе полисахаридов, например арабиногалактана, способны переносить внутрь пористого тела нерастворимые молекулы и, после соответствующей обработки (закрепления), придавать новые полезные свойства пористому материалу, например – древесине [1—7]. Применение КДК, изготовленных из нанокомпозита древесины, позволяют в значительной степени повысить энергосбережение эксплуатации зданий.  Что происходит благодаря длительному сохранению целостности тела материала (практически на весь срок службы изделия) – в регионах с холодным климатом за счёт снижения расхода тепловой энергии на отопление помещений, с жарким климатом за счёт снижения расхода электрической энергии на кондиционирование воздуха.  Эффект достигается за счёт: высоких теплоизоляционных свойств нанокомпозита древесины,  повышенной прочности и отсутствию трещинообразования, отсутствию процесса разрушения (старения) материала от гниения и разложения,  поскольку именно трещинообразование и изменение стабильности свойств тела древесины (гниение, разложение) приводят к повышению теплопроводности стен зданий.

Особое значение клееная деревянная балка приобретает при строительстве мостов и переходов в горной и труднодоступной местности. Легкий вес в сравнении с железобетонными и металлическими конструкциями позволяет доставлять фабрично изготовленные конструкции в самые трудно доступные места, при этом монтаж осуществляется обычными подъемными устройствами с невысокой грузоподъемностью. Особое значение эти факторы приобретают в чрезвычайных ситуациях для МЧС, поскольку скорость возведения таких конструкций чрезвычайно высока всего 2–3 суток.

Водные стадионы и аквапарки. Клеёные балки – самый эффективный вид силовых конструкций для мест с повышенной влажностью. Применение КДК из нанокомпозита древесины обладающим свойствами гидрофобности и высокой стабильности геометрических размеров (формы), а так же длительным сроком службы при высокой сейсмостойкости – повышает безопасность и снижает эксплуатационные расходы содержания таких объектов. Применение балок из нанокомпозита древесины могло не допустить обрушения конструкций перекрытий аквапарков (памятуя печально известные события в России). Натуральная древесина в современных интерьерах отделки и конструкциях – сегодняшняя действительность в Европе, США и Канаде. В Японии дерево – это национальная вековая традиция. Значительное увеличение, в 2 раза, срока службы конструкций и отделочных материалов из экологически чистой клеёной нанодревесины с высокими показателями безопасности позволяют сохранить и усилить эти традиции в 21 веке! Разработка новой технологии нанообработки древесины даёт России уникальный шанс выйти на мировой рынок с новым инновационным материалом  – нанокомпозитом древесины. Уникальные свойства строительных конструкций из нанодревесины позволят экспортировать экологически чистую огнестойкую продукцию из натуральной древесины во все страны мира. Высокое качество изделий из нанокомпозита древесины по праву должны занять одно из ведущих мест в жизнедеятельности человека.