Век дерева столь же впереди, сколько позади. Так утверждают ученые-лесоводы и специалисты по химической обработке древесины.
Некоторые исследователи, отрицающие возможность существования разумной жизни на Марсе, видят доказательство своей точки зрения в отсутствии на планете таких важнейших естественных ресурсов как лес, залежи каменного угля и нефти (обязанных споим происхождением тому же лесу). Без этих ресурсов, полагают они, невозможно достичь высокой степени цивилизации. И в самом деле, в многовековой истории создания материальной культуры человечества дерево играло не последнюю роль.
В наши дни, как и на заре цивилизации, в странах, располагающих лесными ресурсами, нет ни одной отрасли экономики, культуры и быта, где бы не применялись древесина и продукты ее переработки. Больше того. Подсчитано, что за последние 10 лет потребление промышленной древесины на земном шаре возросло примерно на 33 процента, а к 1980 году мировое потребление древесины должно удвоиться. Еще быстрее увеличивается ассортимент изделий и продуктов, получаемых из древесины.
Как же примирить эти факты с повсеместным распространением великолепных искусственных материалов, рядом с которыми естественные недостатки древесины становятся еще заметнее? Мы знаем, что древесина лишена биологической стойкости, то есть легко превращается в питательную среду для разного рода бактерий и грибов, вызывающих ее гниение; она легко воспламеняется, способна сильно поглощать и испарять влагу, меняя при этом свои ценные технические свойства.
Все это так. Однако новые материалы не могут затмить достоинств древесины. Большая прочность при малом удельном весе, упругость, приятный внешний вид, свойство слабо проводить тепло и хорошо поглощать звук, легкость обработки — эти качества древесины ценятся по-прежнему высоко. И несмотря на то, что древесина во многих случаях заменяется металлами, железобетоном, пластмассами, в этом соревновании нет победителей и побежденных. Ныне есть множество способов улучшить свойства древнейшего природного материала, сделать его век практически бесконечным,
Сырая или консервированная?
Древесина может прослужить в конструкциях зданий 200—300 лет, и в то же время во влажной атмосфера шахт крепежные стойки из дерева приходят в негодность менее чем за два года. На смену преждевременно сгнивших деревянных шпал, опор электропередач, свай, крепежных стоек уходит в нашей стране пятая часть всей деловой древесины, расходуемой за год. Цифра внушительная. Это тем более обидно, что современные способы химической защити, или консервирования, повышают срок службы деревянных изделий по меньшей мере в 3—4 раза.
После одной только сушки (разумеется, не просто «на солнышке», в современной лесной индустрии это куда более сложный и эффективный процесс) древесина намного дольше сопротивляется своим главным врагам: влаге, грибам и насекомым. Однако совсем неуязвимой делает древесину прописка антисептиками, высокотоксичными веществами. Результаты разумного антисептическою ухода иногда поразительны. Если деревянные столбы регулярно через 4—5 лет получают дополнительную порцию антисептике., срок их службы достигает 50 лет. Недооценка всех преимуществ консервирования оборачивается огромными потерями. Например, на нужды железных дорог и горной промышленности мы расходуем древесину ценных пород раза в четыре больше ТОЙ нормы, которую допускают успехи в области консервирования древесины.
Так сама жизнь не только отвечает на вопрос, в каком виде выгоднее применять древесину — в сыром или консервированном, но и подводит к настоятельной необходимости консервирования в промышленных масштабах.
Как напоить древесину ядом
Дело ЭТО вовсе не простое, несмотря на способность древесины хорошо впитывать жидкость. Антисептический эффект тем заметнее, чем глубже яд проникает в бревно или доску. Чтобы заставить антисептик интенсивнее продвигаться в толщу древесины, воздействуют ультразвуком, повышают давление среды, в которой происходит вымачивание, или, наоборот, помещают деревянные изделия в вакуум, где они заливаются антисептиком. Промышленность приняла на вооружение и метод горяче-холодных ванн, при котором древесина сначала прогревается в горячем антисептике, а затем остывает в холодном. При нагревании некоторых пород дерева, особенно сосны, древесная смола плавится, а при очень высокой температуре ее вязкость заметно уменьшается, а значит проницаемость самой древесины становится больше. Вот почему при любой технологии антисептик ческой обработки самый большой эффект дают режимы более или менее высоких температур.
Известен весьма остроумный способ пропитки антисептиками в небольших масштабах еще не срубленных деревьев, как говорится, прямо на корню, когда можно использовать сосущую силу кроны. Иногда деревянные изделия покрывают перед пропиткой сеткой небольших отверстий — наколов, стараясь не перерезать продольных волокон. По мере того, как углубляются знания анатомии древесины различных пород, совершенствуются и методы пропитки ее защитными ядами.
Креозот и другие
Почти 150 лет исправно несет службу антисептика креозотовое масло, получаемое из каменного угля. Однако поиски наилучших составов для защиты древесины не прекратились и по сей день. Помимо креозота стали использовать и другие органические антисептики на масляной основе. Наконец, появились минеральные антисептики, применяемые в виде водных растворов Это было большим успехом в попытках продлить век дерева. Минеральные антисептики не меняют цвета древесины и не придают ей маслянистости. Но, что самое важное, в отличие от креозотового масла и подобных ему веществ, которые проникают лишь в относительно сухую древесину, водорастворимые антисептики пропитывают также сырую.
Вообще говоря, процесс поисков «идеального» антисептика весьма сложен. Задача состоит в том, чтобы создать препарат, который, обладая высокой токсичностью, не вызывал бы коррозии железа и других соприкасающихся с древесиной металлов, был бы относительно дешевым (ведь масштабы консервирования огромны) и в то же время не вымывался из дерева водой — иначе снижается эффект защиты, а иногда возникает даже определенная опасность для человека и животных.
В мире широко известен шведский препарат, который называется «солью Болидена.» — раствор соединений мышьяка, хрома и цинка, которые образуют на волокнах древесины труднорастворимый осадок, убивающий грибы и насекомых и в то же время стойкий к вымыванию.
Советские специалисты по консервированию исследуют свойства невымываемых антисептиков на основе мышьяксодержащих соединений, которые получаются в виде отходов промышленности.
И, наконец, нередко ученые совмещают действие целого ряда антисептиков. Как выяснилось, общая активность получаемой смеси нередко значительно превышает, если так можно выразиться, суммарную активность всех входящих в нее соединений.
Еще о пользе консервирования
Уберечь дерево от гниения — главная, но не единственная задача антисептической пропитки. Она к тому же помогает сохранять первоначальную твердость деревянных изделий, потому что действию воды, воздуха и других атмосферных факторов подвержен в первую очередь именно верхний слой древесины.
«Законсервированные» строительные конструкции из дерева в отличие от бетонных легко меняют место службы: разобран мост — его детали продолжают службу в другом месте; демонтирована временная железная дорога — шпалы используются снова и снова. Даже тонкомер — низкосортный материал, неизбежно остающейся при распиловке, после пропитки, а иногда и добавочной склейки, становится годным к службе в самых неблагоприятных условиях.
Говорят, что копейка рубль бережет. Точно так же каждый кубометр сохраненной древесины помогает сохранять наши замечательные лесные богатства.
Мы говорили пока о борьбе только с одним из главных природных недостатков древесины. Но на прицел химиков взяты и другие.
Горючесть древесины снижают, вводя в ее толщу антипирены, химические вещества, препятствующие воспламенению и тлению. Механизм защитного действия антипиренов различен. Если древесина, обработанная бурой и борной кислотой, сильно разогреется, то пропитывающие вещества расплавятся и образуют на ее поверхности стекловидную пленку, предотвращая появление огня. Диаммонийфосфат, введенный в древесину, при опасном нагревании разлагается (с поглощением тепла) на аммиак и фосфорную кислоту. Пары аммиака снижают доступ кислорода. Фосфорная кислота тоже выступает в роли антипирена — при повышенной температуре она дает плав, покрывает волокна древесины защитным слоем. К сожалению, надежный антипирен создать еще труднее, чем антисептик.
Цель пропитки — красота
Специалисты по обработке древесины знают, как нелегко придать простой древесине «благородный вид». Очень важную роль играет при этом высокое качество пропитки. Стоит «напоить» ольху или тополь водным раствором определенного красителя, как проявится скрытая текстура древесины, изменится ее цвет. Следует заметить, что имитация дерева под ценные породы неравнозначна имитации пластмассы под мрамор или окраске, например, «под дуб». Здесь красота подлинная, лишь подчеркнуты, усилены естественные особенности материала. Там — что-то вроде подделки.
Хорошие результаты дали опыты по пропитке закарпатского бука прямо на корню. Сернокислый анилин окрашивал позднюю древесину в золотистожелтый цвет, раннюю — от серовато-коричневого до черного. В переходных зонах появлялся фиолетовый оттенок. Такое разнообразие цветов и переходов создавало на срезах дерева очень красивые рисунки.
Древесные пластики
В последние годы химики нащупали возможность радикально улучшать технические свойства древесины. Результаты оказались настолько разительными, что все заговорили о превращении дерева в качественно новый материал. Второй молодостью древний материал обязан так называемым методам модификации, предполагающим введение определенных веществ в стенки клеток древесины. Особенно заманчивы перспективы метода, пока еще не получившего промышленного применения, — совмещения древесины с полимерами, иначе говоря, прививки полимеров. По этому методу в древесные клетки вводятся мономеры, которые под действием нагревания или ионизирующих излучений полимеризуются и накрепко закрепляются в дереве. Природная древесина неоднородна по своему строению, ее прочность колеблется в разных направлениях, но после радиационной прививки мономеров она стабилизируется. Такая древесина становится особенно ценным материалом для музыкальных инструментов.
В некоторых опытах удавалось придать сосновой древесине твердость, в три-четыре раза превышающую природную.
Широкое использование метода совмещения древесины с другими полимерами — дело будущего, пусть и недалекого. Но большие резервы кроются и в относительно простых и дешевых способах обработки. Один из них отыскан в Институте химии древесины Академии наук Латвийской ССР. Свежесрубленная древесина (лучше всего лиственная) без предварительной сушки пропитывается аммиаком, а затем прессуется в необогреваемых прессах при давлении до 80 кг/см2 и сушится до содержания влаги не более 5 процентов. Получается материал, который по прочности и износостойкости в два-три раза превосходит природную древесину.
Как показывают опыты, новый материал будет успешно конкурировать с цветными металлами. Изготовленные из него детали машин, как правило, в 10—15 раз дешевле бронзовых. Паркетные дощечки из пластифицированной древесины мягколиственных пород дешевле и прочнее дубовых. Легкость и прочность пластифицированной древесины уже привлекает внимание самолето- и кораблестроителей. Резчики по дереву получают материал, который обещает новые художественные открытия.
Не в ущерб «зеленому шуму»
В рассказе о чудесных превращениях, которые сулит химия древесине, пусть не услышат любители леса недоброго призыва интенсивнее врубаться в сильно пооскудевшие на земном шаре лесные угодья! Нет, такое отношение к природным богатствам несовместимо с наукой. Ученые видят в лесе, в первую очередь стража природы и здоровья, ценят его огромную эстетическую роль.
Но нельзя закрывать глаз и на другую сторону проблемы. Потребности бурно развивающегося хозяйства в органическом сырье все время растут, а запасы природного газа, нефти, торфа, каменного угля хоть и велики, но небезграничны. А рядом лес — созданная самой природой лаборатория, которая ежегодно в процессе фотосинтеза переводит в органические соединения огромное количество углерода воз- д/ха. В лесах, по подсчетам ботаников, сосредоточено 80% всех мировых запасов органических веществ,
Где же выход? Первое слово за биологами. Экспериментальные работы по выведению новых форм древесины с более быстрыми сроками произрастания, а также по прямому стимулированию роста растений обещают многое. Возможно, в недалеком будущем лесовыращивание станет не менее выгодном способом производства растительного сырья, чем культура одно-, двухлетних растений.
Не менее важна и роль химиков. Задача, по выражению писателя Леонида Леонова, состоит в том, «чтобы извлекать из обыкновенного полена сверхсокровища на уровне современной химии». Иными словами, необходимо максимально повышать выход полезной продукции с каждого вырубаемого гектара зеленой площади. Только в процессе лесопиления одна треть древесины уходит в отходы. А ведь и щепа, и опилки, зеленая масса и кора — бесценное сырье для химических производств, дающих целлюлозу, глюкозу, кормовые дрожжи и многие другие продукты.
Союз современной химической технологии и деревообрабатывающей промышленности уже дает свои плоды. Древесностружечные и древесноволокнистые плиты пользуются уже большим спросом у мебельщиков и строителей А каждый кубический метр древесноволокнистых плит экономит 7 кубометров деловой древесины. Сколько же гектаров леса поможет сохранить комплексное использование древесины?
Наука озабочена одновременно и тем, как спасти лес, и тем, как полнее поставить его богатства на службу человеку. Химическая защита и модификация древесины, полное использование отходов древесины — возможности этих методов уже вскрыты наукой и их массовое распространение — задача наших дней.
Древнему материалу хочется предсказать вечную молодость и блестящее будущее.
А. И. КАЛНИНЬШ