с 01.01.2021 по настоящее время
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева (Технологии композиционных материалов и древесиноведения, Старший лаборант)
с 01.01.2020 по настоящее время
Красноярск, Россия
Россия
В данной работе решалась задача избирательного окрашивания древесины за счет управляемого изменения ее проницаемости. Путем избирательного окрашивания обеспечивается формирование искусственной текстуры древесины при пропитке, что позволяет повысить декоративные свойства древесины берёзы. Для этого применялась продувка отдельных участков древесины воздухом для удаления из них свободной влаги, выдержка в термостате при определенных условиях для формирования побурения и пропитка раствором красителя в автоклаве. В ходе исследований установлены оптимальные параметры выдержки древесины для равномерного протекания побурения: температура 30 °С, влажность воздуха 75 %. При побурении газопроницаемость древесины берёзы снизилась в 9 раз в сравнении с контролем. Побурение делает древесину непроницаемой для окрашивающего раствора. На участках, где проводилась продувка, побурение протекает без существенного снижения проницаемости. Продувка обеспечивает полное окрашивание подготовленных участков. Это открывает новые возможности по созданию природоподобных текстур и расширяет использование древесины берёзы для производства декоративных изделий и отделочных материалов. Предложенная технология является экономически доступной, так как может быть реализована на серийно выпускающемся оборудовании и не требует значительных изменений в организации деревообрабатывающих производств.
древесина, берёза, проницаемость, побурение, текстура, глубокое окрашивание
Введение
Древесина является возобновляемым природным материалом, широко используемым в различных отраслях промышленности во всем мире. Благодаря своим уникальным свойствам, древесина востребована в домостроении, производстве мебели и предметов интерьера. Помимо показателей удельной прочности, при использовании натуральной древесины большое внимание уделяется ее внешнему виду, формируемому за счет особенностей цвета и текстуры [1,2]. Древесина ценных пород обладает выразительной текстурой и привлекательным цветом. Как правило, такая древесина пользуется большим спросом в производстве продукции, для которой имеют большое значение эстетические характеристики. При этом запасы такой древесины крайне ограничены, что делает ее мало доступной для массового производства. Одним из вариантов решения данной проблемы является повышение декоративных свойств древесины широко распространенных малоценных лиственных пород.
К таким породам относится древесина берёзы, которая используется в основном при изготовлении лущеного шпона и мебельного щита. Древесина берёзы является заболонной породой, обладает светлым, желтоватым цветом со слабо выраженной текстурой [3,4]. Основные водопроводящие элементы − сосуды, равномерно распределены по ширине годичного слоя, поэтому при сквозной пропитке окрашивающими составами краситель распределяется относительно равномерно, что мало способствует повышению декоративных свойств древесины [5-7].
В настоящее время существует множество способов улучшения декоративных свойств древесины. К ним относится поверхностное и глубокое крашение древесины, избирательное окрашивание отдельных анатомических элементов древесины, комбинированная обработка поверхности с целью подчеркивания естественной текстуры древесины, метод лазерной перфорации и способ нанесения печати на поверхность древесины для имитации текстуры ценных пород [8-14].
Методы поверхностной обработки высокоэффективны, однако не всегда позволяют сохранить естественный вид окрашенного материала и не могут быть подвергнуты дальнейшей механической обработке. Метод глубокого окрашивания позволяет равномерно распределить окрашивающие вещества на всю длину заготовки, но текстура ограничивается зонами годичного слоя. Кроме того, этот метод подходит только для хорошо пропитываемых заболонных пород древесины. Большинство способов избирательного окрашивания древесины не получили практического распространения из-за сложности и трудоемкости процессов, а также ограниченных возможностей в части создаваемых текстур.
Известно, что во время хранения свежесрубленной древесины берёзы при положительных температурах формируется ненормальная окраска - побурение, которое проходит вдоль волокон древесины от торцов к центру сортимента. Побурение древесины берёзы является аналогичным раневой реакции процессом и считается пороком древесины. При этом процессе заболонь древесины берёзы приобретает ярко красновато-бурый и рыжевато-бурый цвет, который быстро бледнеет на воздухе. По литературным данным, появление в древесине берёзы побурения начинается летом при уменьшении влажности древесины ниже 79% и распространяется от торца к торцу со скоростью около 30 см в месяц. Первые признаки побурения древесины при благоприятных условиях появляются через 1-2 недели после рубки дерева.
Побурение берёзы исследовали такие ученые как Вакин А.Т., Федоров Н.И., Соловьев В.А. Их мнения о причинах побурения во многом схожи. Вакин А.Т. отмечает роль окислительных процессов при побурении древесины в результате насыщения ее кислородом. Федоров Н.И. и Соловьев В.А. рассматривают побурение как комплекс нескольких реакций. Они определяются внешними факторами, прежде всего температурой окружающей среды и влажностью древесины. Сначала закупориваются проводящие пути, что приводит к замедлению испарения влаги из древесины и преграждению доступа в нее воздуха – раневая реакция. Далее, по мере уменьшения влажности древесины происходит процесс отмирания живых клеток заболони и окисления их кислородом воздуха, за счет чего образуется бурая окраска. Далее в древесине поселяются грибы и бактерии, которые приводят к дальнейшему изменению ее цвета. С.Г. Елисеев и др. (2021) [15], A.P. Acosta (2024) [16] отмечают, что в процессе побурения резко снижается проницаемость древесины для газов и жидкостей. Такая древесина становиться почти непроницаемой. Причиной снижения проницаемости при побурении, по-видимому, является накопление в полостях клеток фибриллярного материала [17-20].
В работе В.Н. Ермолина[1] побурение древесины было предложено формировать искусственную текстуру в древесине за счет направленного изменения ее проницаемости на отдельных участках. Формирование участков с различной проницаемостью предлагалось обеспечивать за счет удаления свободной воды из сосудов на участках древесины планируемых к пропитке красителем. Проникающий в древесину кислород приводит к быстрой гибели живых паренхимных клеток древесины, и она сохраняет на этих участках свою проницаемость.
Предыдущие исследования показали принципиальную возможность использования побурения древесины для изменения ее проницаемости. Цель представленной работы - изучить процесс побурения древесины берёзы и разработать на его основе технологию управляемого избирательного окрашивания.
[1] Патент № 2773657 C1 Российская Федерация, МПК B27K 3/08. Способ локального окрашивания древесины : № 2021121274 : заявл. 16.07.2021 : опубл. 07.06.2022 / В. Н. Ермолин, С. Г. Елисеев, А. В. Намятов, Е. В. Митина. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=48772290
1. Цой Ю.И., Блинов А.К. Декоративные свойства древесины. Тенденции развития науки и образования. – 2021. – № 71-2. – С. 35-38. DOIhttps://doi.org/10.18411/lj-03-2021-46.
2. Сохацкая Д.Г., Стужук Д.О. Древесина. Декоративные свойства и возможности применения. Регио-нальные аспекты развития науки и образования в области архитектуры, строительства, землеустройства и ка-дастров в начале III тысячелетия : Материалы Международной научно-практической конференции. – 2022. – С. 103-106. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=48152615
3. Акинина Е.В., Елисеев С.Г., Ермолин В.Н. Влияние особенностей анатомического строения древеси-ны берёзы на ее проницаемость для жидкостей. Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. – 2024. – № 248. – С. 274-290. DOI:https://doi.org/10.21266/2079-4304.2024.248.274-290
4. Ruffinatto F., Negro F., Crivellaro A. The macroscopic structure of wood. Forests, 2023; 14 (3): 644. DOI: https://doi.org/10.3390/f14030644
5. Dubois H., Verkasalo E., Claessens H. Potential of birch (Betula pendula Roth and B. pubescens Ehrh.) for forestry and forest-based industry sector within the changing climatic and socio-economic context of Western Europe. Forests, 2020; 11 (3): 336. DOI: https://doi.org/10.3390/f11030336
6. Снегирева С.Н., Платонов А.Д., Паринов Д.А., Медведев И.Н., Киселева А.В. Повышение качества пропитки древесины берёзы различными способами. Лесотехнический журнал. – 2019. – Т. 9. – С. 126-133. DOI:https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2019.4/14
7. Томина Е.В., Жужукин К.В., Дмитренков А.И., Нгуен Ань Тьен, Соловьева А.А., Дорошенок А.В., Кор-чагина А.Ю., Новикова Л.А. Исследование качества пропитки и структурных особенностей древесины берёзы методом микрорентгеновской компьютерной томографии. Лесотехнический журнал. – 2024. – Т. 14. – № 4(56). – С. 172-186. DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2024.4/12
8. Елисеев С.Г., Ермолин В.Н., Дук Д.В. Применение лазерной перфорации для повышения декоратив-ных свойств древесины пихты сибирской (Abies sibirica). Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2023. – № 5 (395). – С. 151-163. DOI:https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-5-151-163
9. Islam M.N. et al. Multifaceted Laser Applications for Wood–A Review from Properties Analysis to Ad-vanced Products Manufacturing. Lasers in Manufacturing and Materials Processing, 2023; 10 (2): 225-250. DOI: https://doi.org/10.1007/s40516-023-00204-x
10. Лукаш А.А. Формирование фактуры с ярко выраженной текстурой на поверхности древесины. Акту-альные проблемы лесного комплекса. – 2020. – Т. 58. – С. 183-187. URL : https://elibrary.ru/item.asp?id=44172930
11. Шетько С.В., Игнатович Л.В., Гайдук С.С., Чуйков А.С. Применение технологии печати для имитации текстуры ценных пород древесины при производстве мебели. Труды БГТУ. Серия 1: Лесное хозяйство, приро-допользование и переработка возобновляемых ресурсов. – 2020. – № 2 (234). – С. 217-222. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=43937092
12. Соколов В.Л., Звонарева П.П. Использование техники браширования древесины при изготовлении мебели и предметов интерьера. Дизайн XXI века : VI Всероссийская заочная научно-практическая интернет-конференция с международным участием. – 2022. – С. 87-89. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49725279
13. Цой Ю.И., Блинов А.К. Лессирующая отделка декоративных элементов из древесины цветными лакокрасочными материалами. Тенденции развития науки и образования. – 2024. – № 106-9. – С. 240-243. DOI:https://doi.org/10.18411/trnio-02-2024-537.
14. Тарбеева Н.А., Рублева О.А. Анализ процессов декорирования и упрочнения заготовок из низколик-видной древесины для изготовления отделочных материалов. Общество. Наука. Инновации (НПК-2021) : сбор-ник статей XXI Всероссийской научно-практической конференции. – 2021. – С. 654-660. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=46158637
15. Елисеев С.Г., Ермолин В.Н., Намятов А.В., Митина Е.В. Проницаемость древесины Betula pubescens и ее изменение. Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса : Материалы IV Международной научно-практической конференции. – 2021. – С. 31-34. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46510395
16. Acosta A.P. et al. A review on wood permeability: influential factors and measurement technologies. Journal of the Indian Academy of Wood Science, 2024; 21 (1): 175-191. DOI: https://doi.org/10.1007/s13196-024-00335-4
17. Morris H. et al. Using the CODIT model to explain secondary metabolites of xylem in defence systems of temperate trees against decay fungi. Annals of Botany, 2020; 125 (5): 701-720. DOI: https://doi.org/10.1093/aob/mcz138
18. Romeiro D. et al. As anatomical features of the xylem could influence wound healing process in trees. Re-vista do Instituto Florestal, 2021; 33 (2): 119-138. DOI: https://doi.org/10.24278/2178-5031.202133201
19. Kashyap A. et al. Blocking intruders: inducible physico-chemical barriers against plant vascular wilt patho-gens. Journal of Experimental Botany, 2021; 72 (2): 184-198. DOI: https://doi.org/10.1093/jxb/eraa444
20. Słupianek A., Dolzblasz A., Sokołowska K. Xylem parenchyma role and relevance in wood functioning in trees. Plants, 2021; 10 (6): 1247. DOI: https://doi.org/10.3390/plants10061247
