Способы защиты древесины от коррозии
Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта им. академика В.Лазаряна
РЕФЕРАТ
на тему:
«Способы защиты древесины от коррозии»
Выполнила: студентка 645 группы
Тимошенко И. А.
Проверила: Ковтун Ю. В.
Днепропетровск 2012
Коррозия древесины
Древесина состоит из тесно сращенных между собой клеток, разнообразных по форме и размерам. Основными составными частями древесины являются лигнин, который цементирует отдельные структурные элементы древесины и придает ей жесткость, и целлюлоза. Кроме того, в состав древесины входят экстрактивные вещества (смола, воск, масла) и минеральные.
Коррозия древесины протекает различно в зависимости от характера коррозионной среды, ее концентрации и температуры. При действии на древесину растворов кислот или кислых солей происходит гидролиз (разрушение) целлюлозы, вызывающий потерю прочности древесины. Разрушение древесины под воздействием щелочей объясняется растворением лигнина и частично целлюлозы. Такое же действие на древесину оказывают растворы концентрированных сернокислых солей. Древесина стойка в условиях слабых коррозионных сред. Хвойные породы древесины благодаря содержанию в них смолы обладают большей химической стойкостью, чем лиственные породы. Они стойки к воздействию разбавленных растворов уксусной, соляной, фосфорной и плавиковой кислот, а также растворов нейтральных солей любых концентраций, к действию растворов аммиака, гидроокисей кальция и бария. Древесина разрушается при действии на нее концентрированных минеральных кислот, особенно обладающих окислительными свойствами (азотной, крепкой серной, хромовой). Водные растворы едких щелочей медленно разрушают (расщепляют) древесину; такое же действие на древесину оказывают соли железа, алюминия и цинка.
Для повышения коррозионной стойкости древесины ее покрывают химически стойкими лакокрасочными материалами или пропитывают синтетическими смолами.
Чаще всего для этого используют фенолоформальдегидную смолу. Древесина, пропитанная этой смолой, приобретает стойкость при температуре до 75-125°С к действию растворов серной, соляной, фосфорной кислот, а также выдерживает воздействие многих газов (хлора, фтористого водорода).
Защита древесины от коррозии
Защита древесины от коррозии заключается в устранении разрушающего влияния этого процесса путем конструктивных и защитных мероприятий.
Конструктивная защита от коррозии является в большинстве случаев достаточной для конструкций, эксплуатируемых в слабых химически агрессивных средах. Деревянные конструкции в этих условиях должны изготовляться из смолистой хвойной древесины, лучше сопротивляющейся проникновению агрессивных веществе. Элементы конструкций должны иметь крупные клееные или брусчатые сечения с минимальной поверхностью контакта с окружающей средой. Они должны иметь минимальное количество узловых соединений и металлических креплений. Там, где агрессивные вещества присутствуют в виде пыли, например в складах калийных удобрений, конструкции не должны иметь пазов и горизонтальных поверхностей, удобных для оседания пыли. Этим требованиям отвечают в первую очередь сплошные клееные деревянные конструкции.
Защитные покрытия используют в дополнение к указанным конструктивным мероприятиям. Деревянные конструкции, эксплуатируемые в условиях слабой химически агрессивной среды, дополнительно защищают лакокрасочными покрытиями, изолирующими древесину от окружающей среды. Для этого используют краски, лаки и эмали, стойкие к данной агрессивной среде. Деревянные конструкции, эксплуатируемые в средних и сильных агрессивных средах, должны быть изолированы от соприкосновения с ними герметичными оболочками из химически стойких материалов.
Для продления срока службы древесины используют химическую защиту. Это комплекс мер, направленный на защиту древесины от биологической коррозии. По-другому этот процесс именуют импрегнация. От исходного качества древесины, её чистоты и влажности, а также от применяемых мер по защите дерева зависит конечное качество импрегнации.
Ассортимент средств для защиты дерева от коррозии велик, поэтому при выборе необходимо обратить внимание на материалы, которые не только обладают необходимыми качествами, но и не наносят вреда здоровью человека.
Если в импрегнантах содержится хром, то пользоваться такими средствами опасно для здоровья. На сегодняшний день разработаны новые виды защиты, не содержащие в себе соединения хрома. Чаще всего в их основе медь или бор.
Для защиты наружных деталей необходимо использовать средства, не вымывающиеся водой. Древесину, используемую внутри помещения, тоже необходимо защитить от коррозии, особенно если она подвержена воздействию атмосферы в процессе сборки.
Поверхностная защита древесины
Для поверхностной защиты древесины существуют разные материалы: лаки, импрегнанты, краски, эмали. Эти средства могут быть использованы как по отдельности, так и вместе. При подборе необходимого материала нужно учитывать особенности эксплуатации окрашенных деталей, это позволит древесине прослужить дольше.
Очень важным является правильное нанесение покрытия, с учетом рекомендаций фирмы-производителя. Не следует забывать о технике безопасности при работе с химическими веществами.
Этапы нанесения поверхностной защиты
Прежде всего, с поверхности нужно удалить остатки старой краски и другого покрытия. Для лучшего соединения защитного покрытия с деревянной поверхностью сначала нужно нанести тонкий слой связующего вещества, например, грунтовки. При этом покрытие необходимо шпатлевать, чтобы поверхность получилась более гладкой. И только после этого можно приступать к покраске.
Большую роль в продлении сроков эксплуатации обработанных деталей играет соблюдение температурного режима в процессе нанесения лакокрасочного покрытия. Перепады температур плохо сказываются на качестве древесины, поэтому для наружных работ рекомендуется использовать толстослойное покрытие, способное противостоять агрессивному воздействию окружающей среды. Поверхность дерева необходимо прокрашивать тщательным образом, не образуя даже малейших промежутков, иначе в мелкие трещины проникнет влага, а структура дерева начнёт разрушаться.
При строительстве древесина применяется практически везде: и для внутренних, и для наружных работ. Но, независимо от этого, она всегда подвержена негативному воздействию внешних факторов, губительно влияющих на ее внешний вид и функциональные особенности. Продлить жизнь древесины можно, прибегнув к ее обработке специальными химическими препаратами - импрегнантами.
Средства, защищающие древесину от биологического воздействия
По типу растворителя все средства защиты подразделяются на:
масляные
содержащие природные или синтетические компоненты, уничтожающие микрофлору, пагубно влияющую на древесину;
содержащие растворители органического происхождения, в которых содержатся токсичные для микроорганизмов вещества;
смеси специальных порошков, растворенные в воде;
концентраты различных веществ, легко растворимых в воде.
Помимо средств, описанных выше, также используют импрегнанты в виде эмульсий, банджей, паст и патронов, применяемые для уничтожения грибной активности на поверхности древесины. Сделать правильный выбор в пользу одного средства довольно сложно, так как их довольно много, а вот информации об их действии недостаточно.
Выбирая биологические препараты для защиты, нужно руководствоваться следующими критериями:
степень воздействия негативных факторов на месте ее использования;
способность древесины к впитыванию импрегнантов;
возможность применения средства в назначенном месте;
тип помещения (склад или жилой дом).
Следует помнить, что применение веществ по защите древесины от воздействия биологических факторов может иметь негативные последствия за счет ядов, входящих в импрегнанты, опасных для здоровья и жизни человека. Правильная обработка древесины позволяет полностью избавиться от вредного воздействия токсических веществ на человека.
По внешнему виду и составу средства защиты древесины делятся на:
солевые (гранулы, порошки);
концентраты, требующие растворения в воде перед применением;
масляные вещества, растворимые в органических растворителях.
Средства защиты делятся на две группы по принципу действия:
Группа А - средства, предотвращающие попадание микроорганизмов на древесину;
Группа В - уничтожает уже развивающуюся древесную коррозию и защищает древесину от нового развития микрофлоры.
Каждая из этих групп имеет свои технологии применения: группа А наносится способом смачивания и распыления; группа В - использованием инъекций и смачиванием с пропиткой.
Также средства защиты древесины от коррозии различаются по запаху, цвету, плотности, консистенции, температуре возгорания, испарению, вязкости.
Лаки для древесины.
При выборе лака для окраски внутренних и наружных деревянных элементов необходимо обращать внимание на наличие сертификата соответствия. Лаки, предназначенные для обработки дерева, могут быть изготовлены как на водной основе, так и на базе растворителей.
Качественно изготовленные лаки должны быстро сохнуть, придавать поверхности дерева блеск и насыщенный цвет. Важными свойствами таких покрытий являются устойчивость к воде и механическим воздействиям в виде царапин.
Эмали для покрытия древесины.
Эмалью называется лакокрасочное изделие, оставляющее на обрабатываемой поверхности определённую окраску. В строительстве эмаль используется в качестве покрытия столярных и прочих деревянных элементов.
Большую популярность имеют эмали на водной основе. Такая популярность связана с тем, что этот вид эмалей наносит меньший вред окружающей среде и при этом обладает хорошими стойкими качествами.
В состав водоразбавляемых эмалей входят высококачественные дисперсии акриловых, акрилово-уретановых а так же полиуретановых систем.
Кроме воды, в составе эмалей присутствует небольшое количество растворителей на органической основе.
Качество водорастворимых эмалей постоянно совершенствуется, разработаны эмали с быстрым высыханием. Детали, обработанные такими покрытиями, приобретают стойкость к агрессивному воздействию моющих средств и атмосферных явлений, становятся более устойчивыми к грязи и пыли, не липнут. Это происходит благодаря наличию связующих ингредиентов, положительно влияющих на качество эмали.
Если покрытие нанесено в соответствии со всеми требованиями изготовителя, то в дальнейшем не возникнет проблем с эксплуатацией обработанной древесины.
Экспертами отмечено, что водоразбавляемые эмали вытесняют со строительных рынков продукцию на основе органических растворителей, несмотря на то, что последние становятся более экологически чистыми. Неароматизированный бензин заменяет ароматизированные растворители, снижена до нуля доля свинца в сиккативах.
И органнорастворимые, и водоразбавляемые эмали наносятся как на загрунтованную, так и на необработанную поверхность. Но при этом окрашивание будет лучше, если поверхность перед нанесением эмали правильно обработать. Особенно это важно при реставрации ранее окрашенных деталей в том случае, если водоразбавляемое покрытие наносится поверх слоя из эмали на основе органических растворителей. В этом случае старый слой лучше удалить, иначе окрашенная водной эмалью поверхность может потрескаться, а затем и вовсе отслоиться.
Перед нанесением эмали необходимо учесть соответствие материала, нуждающегося в покраске, с типом эмали. Если все рекомендации будут учтены, долгий срок службы обработанной детали гарантирован.
В том случае, если подготовка поверхности к окрашиванию выполнена небрежно, остались необработанные участки, могут появиться микротрещины, что, в свою очередь, ведёт к повышению влажности деревянной поверхности. При этом есть риск размножения грибков и снижения качества древесины.
Защита древесины от гниения, поражений насекомыми и возгорания
Долговечность строительных конструкций из древесины зависит от условий хранения и сушки, условий эксплуатации древесных материалов.
Сушка древесины. Сушка уменьшает возможность гниения древесины и повышает прочность. Различают естественную и искусственную сушку.
Естественная сушка производится на открытом воздухе, под навесами (для защиты от дождя и солнечных лучей) или в закрытых помещениях, с тем чтобы материал принял воздушно-сухое состояние (15... 20%). Такая сушка длится недели и даже месяцы, она не исключает поражения древесины грибами. Ее достоинством является отсутствие расхода тепловой энергии (топлива).
Искусственная сушка осуществляется в короткие сроки, например в течение нескольких дней или часов. Она полностью исключает возможность заражения грибами и обеспечивает высокое качество древесины. Имеется несколько разновидностей искусственной сушки.
Камерная сушка производится в сушилках периодического и непрерывного действия в течение нескольких суток. Теплоносителем служат нагретый воздух, пар или дымовые газы с температурой 70 ... 80°С. Также производится сушка древесины в электрическом поле высокой частоты. Древесина быстро и равномерно прогревается между электродами и высушивается в 10... 20 раз быстрее, чем при камерной сушке. Но этот вид сушки очень дорог и требует большого расхода электроэнергии.
Более дешевым является способ сушки в жидких средах, в частности в ваннах с петролатумом (отходом при депарафинизации нефтяных масел) при температуре 130... 140 С. За несколько часов влага в древесине вскипает, превращается в пар с давлением выше атмосферного и удаляется; при этом материал не растрескивается и не коробится. Сушка в петролатуме не дороже камерной сушки, продолжительность ее 8 ... 12 ч.
Защита древесины от загнивания и поражения насекомыми. Существует ряд конструктивных мер для предотвращения загнивания древесины - изоляция ее от грунта, каменной кладки, бетона, устройство проветривания деревянных конструкций, защита от атмосферных осадков лакокрасочными покрытиями или гидроизоляционными материалами. Но эти меры не всегда могут полностью предохранить древесину от увлажнения и возникает необходимость в антисептировании деревянных материалов и изделий.
Антисептики - это химические вещества, которые убивают грибы, вызывающие гнили, или создают среду, в которой их жизнедеятельность прекращается. Антисептики должны обладать токсичностью только по отношению к грибам и быть безвредными для людей и животных, не ухудшать качества древесины, по возможности не вызывать коррозию металлических креплений.
Антисептики подразделяют на водорастворимые, применяемые только в сухих условиях, главным образом внутри помещений, и нерастворимые в воде, маслянистые, применяемые для антисептирования шпал, столбов, свай; также применяют иногда препараты, растворимые в зеленом масле, мазуте, керосине и сольвент-нафте.
К водорастворимым антисептикам относятся: фтористый натрий NaF - порошок без запаха, белого цвета, применяемый в растворах 3... 4%-ной концентрации. При соприкосновении с известковыми, цементными и гипсовыми материалами фтористый натрий теряет свои токсические свойства. Кремнефтористый натрий - белый или серый порошок, применяется совместно с фтористым натрием или кальцинированной содой, а также в силикатных пастах. Кремнефтсристый аммоний - белый порошок более высокой токсичности, чем фтористый натрий; повышает огнестойкость древесины, но вызывает слабую коррозию металла. Препарат ББК-3-смесь борной кислоты и буры, хорошо растворяется в воде, для людей практически безвреден. Препараты ХХЦ (смесь хлористого цинка и хромпика) и МХХЦ (смесь хлористого цинка, хромпика и медного купороса) трудно вымываются водой, но окрашивают древесину в желто-зеленый цвет и вызывают коррозию металлов. Препарат ГР-48 - антисептик на основе пентахлорфенола, применяют в растворе 1 ... 1,5%-ной концентрации для поверхностной защиты пиломатериалов, например от синевы и плесени.
К маслянистым антисептикам относятся: антраценовое, креозотовое и сланцевое масла. Это темно-коричневые жидкости с резким запахом и сильными токсическими свойствами. Они не растворяются в воде, не вызывают коррозию металла, но скрашивают древесину в бурый цвет. Применяются для пропитки шпал, деталей мостов, свай, деревянных подводных конструкций и др. Нельзя применять в жилых помещениях.
К органикорастворимым антисептикам относятся препараты типа ПЛ (растворы пентахлорфенола) и НМЛ (растворы нафтената меди в легких нефтепродуктах); они окрашивают древесину в зеленый цвет, затрудняют ее склеивание, являются высокотоксичными антисептиками.
Применяют также антисептические пасты, приготовляемые из фтористого натрия, связующего вещества (битума, глины, жидкого стекла и др.) и наполнителя (например, торфяного порошка); пастами защищают элементы древесины с повышенной влажностью (выше 40%), а также концы балок в каменных стенах, столбы и др. Элементы открытых сооружений, обработанных пастой, защищают гидроизоляционным покрытием.
Пропитку антисептиками производят поверхностной обработкой, в горяче-холодных ваннах и под давлением в автоклавах.
Более глубокая пропитка получается при последовательном погружении изделия сначала в горячую (t = 90 ... 95С), а затем в холодную (t = 20... 30С) ванну с антисептиком: в горячем антисептике из пор древесины уходит излишек воздуха, а при погружении в холодную ванну в порах образуется вакуум и антисептик пропитывает древесину на большую глубину. Наиболее глубокая пропитка антисептиком получается в специальных автоклавах под давлением: сначала в автоклаве создается вакуум, из пор древесины удаляется воздух, а затем автоклав наполняют горячим антисептиком с давлением до 0,6...1,5 МПа. Получается почти сплошная пропитка древесины.
Для борьбы с дереворазрушающими насекомыми используют главным образом химические средства, ядовитые вещества, убивающие насекомых и их личинки. Древесину обрабатывают опрыскиванием, обмазкой, пропиткой, опылением порошками или окуриванием газами. Можно использовать маслянистые и органикорастворимые антисептики, а также специальные инсектициды - хлорофос (диметилтрихлорксиэтилфосфонат), порошок и пасту ДДТ, дуст, а также некоторые газы (хлорпикрин).
Защита древесины от возгорания. Древесина относится к легковозгораемым материалам. Ее возгорание происходит при температуре 260... 290С, а при нагревании выше 350°С она может воспламенится из-за выделяющихся газов, поэтому деревянные конструкции удаляют от источников нагревания; деревянные элементы покрывают штукатуркой или облицовывают несгораемыми материалами (например, асбестоцементными); окрашивают огнезащитными красками или пропитывают специальными веществами - антипиренами.
Огнезащитное действие антипиренов основано на том, что при нагревании древесины одни из них образуют оплавленную пленку на поверхности древесины, а другие - выделяют негорючие газы, оттесняющие воздух и выделяемые деревом при нагревании горючие газы от поверхности древесины. В качестве антипиренов применяют буру, хлористый аммоний, фосфорнокислый натрий и аммоний, сернокислый аммоний. Обработка антипиренами производится теми же способами, что и антисептирование.
Огнезащитные составы в виде красок или паст, приготовляемые из связующего вещества, наполнителя и антипирена, наносят на поверхность деревянных конструкций кистями, а также путем двукратного опрыскивания поверхности конструкций жидкими составами.
Огнезащитное действие антипиренов основано на том, что одни из них при нагревании древесины создают оплавленную пленку, закрывая доступ кислорода к древесине, другие при высокой температуре выделяют газы, которые препятствуют горению древесины.
Можно осуществлять комбинированную защиту древесины от возгорания и гниения путем добавления в огнезащитные составы антисептиков (фторид натрия и др.), не снижающие огнезащитных свойств составов.
Модификация древесины - направленное изменение ее свойств. Модификация древесины (прессование, пропитка синтетическими смолами, облучение) производится в целях изменения ее физико-механических свойств.
Прессование древесины производится под действием внешнего давления, величина которого превышает предел прочности при сжатии. При этом уменьшается объем пор и увеличивается плотность древесины. Прессование проводят в основном в направлении, перпендикулярном направлению волокон, с нарушением структуры клеток и сосудов. Особенно сильное изменение испытывают элементы ранней части годичных слоев (трахеиды, сосуды). Полного сближения стенок трахеид хвойных пород не возникает даже при очень высоких степенях прессования. Абсолютно плотная сухая древесина имеет плотность 1,4 г/см3, тогда как плотность древесинного вещества составляет 1,53 г/см3. Отмечено, что с увеличением степени прессования диэлектрические параметры (диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь) абсолютно сухой древесины возрастают.
Пропитка синтетическими смолами снижает разбухание древесины в 2 -4 раза, увеличивает прочность в 2 - 5 раз, твердость - до 78 раз, стабилизирует электрические свойства, увеличивает срок службы. Наиболее известна конвективная обработка древесины синтетическими смолами. Для интенсификации и повышения качества древесного модифицированного материала нередко используют электромагнитные поля высоких и сверхвысоких частот. В результате реакции полимеризации протекают не в течение нескольких часов, а только нескольких минут. В качестве синтетических веществ при модификации древесины используют кремнийорганические соединения (марок КРЖ № 5, КО-815 и др.), полиэфирные смолы (ПН-1), фенолоформальдегидные смолы и др.
Облучение древесины производится различными дозами гамма-излучения. В результате облучения возрастают однородность и плотность аморфного состояния древесины.
Химические средства защиты древесины антисептики
Органикорастворимые антисептики <#"justify">НПС - неочищенная полимерная смола от ректификации стирола; 4-5% добавки смолы к антраценовому маслу на 20-35% увеличивают срок службы опор, в 10 раз увеличивают электрическое сопротивление древесины и в 5-2 раза снижают влагопоглощение опор.