Антисептики и антипирены для защиты древесины: история, составы, технологии

Содержание страницы

Антисептики для древесины водорастворимые
Органорастворимые антисептики для древесины
Масляные древесные антисептики
Антисептические пасты для древесины
Заключение

Древесина с древнейших времён служила человеку строительным и конструкционным материалом. Она изобилует достоинствами — прочностью, лёгкостью в обработке, эстетичностью и природным происхождением. Однако её главным недостатком остаётся уязвимость к биологическим факторам: грибкам, плесени, насекомым-древоточцам. Со временем к этой уязвимости добавилась и потребность в огнезащите. Поэтому разработка антисептических и антипиреновых составов стала важным направлением как в строительстве, так и в реставрационной практике.

Антисептирование древесины сегодня — это сложная область, где традиционные и современные подходы сосуществуют, дополняя друг друга. В данной работе рассмотрены как исторические методы защиты древесины, так и современные научно обоснованные составы, включая многокомпонентные растворы и комбинированные технологии.

Особое внимание уделено эффективности веществ, глубине проникновения, устойчивости к вымыванию и взаимодействию с другими строительными материалами. Представленные сведения могут быть полезны как специалистам в области строительной химии и реставрации, так и инженерам-практикам, работающим с древесными конструкциями.

Методы защиты древесины появились задолго до появления промышленной химии. Например, на Севере России древесину традиционно пропитывали солевыми растворами, что предотвращало гниение. В судостроении использовали смолистые покрытия, сохранявшие лодки от порчи при длительном контакте с влагой. Впервые термин «антисептирование» упоминается ещё в трудах Гиппократа, где обозначал борьбу с разложением органики.

пропитка древесины

Особую роль в истории отечественной защиты древесины сыграла эпоха Петра I: в страну завозили бораты для предохранения деревянных судов от разрушения. В середине XX века учёный С.М. Ванин систематизировал химические антисептики, создав научную базу для их разработки. С тех пор направление значительно эволюционировало, охватывая биоцидные составы, огнезащиту и комплексные системы.

К 1949 году советский учёный, академик С.М. Ванин, выполнил масштабный обзор химических средств антисептического действия, заложив научную основу для дальнейших исследований в этой области.

Важно понимать, что каждый антисептик может проявлять уникальные характеристики, особенно в реставрации объектов культурного наследия. Все деревянные памятники архитектуры обладают индивидуальными особенностями, созданными мастерами прошлого, а потому универсальных рекомендаций быть не может. Подбор конкретного состава осуществляется опытным путем — через эксперименты и анализ, используя справочную информацию только как ориентир.

Следует помнить, что действующие вещества в составе антисептиков должны оказывать губительное влияние на биологические организмы. Однако их агрессивность может приводить к негативным последствиям: от токсичности для человека до порчи самой древесины. Они могут мешать последующей отделке, плохо сочетаясь с лакокрасочными материалами, источать неприятный запах или быть летучими. Причем это далеко не полный перечень возможных побочных эффектов — в процессе эксплуатации часто обнаруживаются новые риски.

Широко распространены составы с огне- и биозащитной функцией на основе соединений аммония — таких, как сульфаты и фосфаты. Также высокой эффективностью обладают борные соединения, включая буру (Na₂B₄O₇) и борную кислоту (H₃BO₃). При приготовлении растворов их смесь демонстрирует изменяемые физико-химические свойства в зависимости от соотношения компонентов. Оптимальным принято считать отношение бура к борной кислоте 1,54:1, при котором формируется хорошорастворимый пентаборат натрия с максимальной растворимостью до 30% при температуре 20 °C.

Ниже представлена таблица с массовыми составами огнебиозащитных растворов на базе буры и борной кислоты:

Реагент	А	Б	В
Гидрофосфат аммония (NH₄)₂HPO₄	6	—	—
Сульфат аммония (NH₄)₂SO₄	14	—	17,5
Гидрофосфат натрия Na₂HPO₄	—	—	25
Бура Na₂B₄O₇·10H₂O	—	10	—
Борная кислота H₃BO₃	—	10	—
Фторид натрия NaF	1,5	—	1,5
Вода	78,5	80	78,5

Поскольку методы нанесения защитных составов в случае огне- и биозащиты совпадают, то обработка деревянных конструкций зачастую производится одновременно.

Так, при защите строений из дерева возможно два варианта проведения работ: с полной разборкой сруба и без неё.

Полный демонтаж здания позволяет выявить скрытые повреждения древесины – гниль, следы насекомых, внутренние пустоты. Каждое поврежденное бревно маркируется и направляется на удаление разрушенных участков с последующей заменой или восстановлением. Детали, пригодные к эксплуатации, направляются на глубокую пропитку.

Удаление разрушенной древесины с оставшихся бревен осуществляется механически — используют щетки, стамески, долота, кисти. Образовавшуюся пыль убирают пылесосом. Освобожденные от гнили участки восстанавливают путем врубки тщательно подогнанных деревянных протезов, исключающих необходимость последующей подгонки.

Если установка врубки невозможна или нецелесообразна, применяют заполняющие составы на основе мелкой древесной стружки и синтетических связующих – мочевино-формальдегидных или кремнийорганических. Качественная зачистка поверхности от зараженной древесины крайне важна, поскольку споры грибов могут сохраняться в ней и после визуального удаления повреждений.

Глубокая пропитка древесины требует значительного времени. В случае полной разборки здания она осуществляется в специальных ваннах либо под давлением в автоклавах.

Без разборки используют метод циклического орошения, при котором раствор наносят на древесину до насыщения, затем выдерживают паузу для диффузии состава внутрь материала, после чего процесс повторяют два или три раза. Особое внимание уделяется торцам бревен, которые нуждаются в особенно глубокой пропитке из-за своей повышенной проницаемости. В условиях высокой трещиноватости древесины старых зданий добиться полной пропитки бревна можно за период от двух до трёх недель.

Метод пропитки под давлением, несмотря на его эффективность, при обработке собранных конструкций невозможен из-за сложности конфигурации элементов здания, что ограничивает использование данного подхода исключительно при заводской или разборной обработке.

Другая категория огнезащитных реагентов, или антипиренов, формируется на базе соединений бора и часто применяется совместно с антисептическими составами, содержащими соединения меди и хрома. Благодаря высокой капиллярной активности и способности к глубокой диффузии, борсодержащие антипирены проникают в древесину значительно глубже, чем традиционные антисептики, что обеспечивает их высокую устойчивость к вымыванию при эксплуатации. Таким образом, они действуют одновременно как защитные от огня и как биоцидные средства. Ниже в таблице представлены примеры многокомпонентных составов, включающих борные соединения, пентахлорфенолят натрия и соли меди и хрома (в % по массе):

	I	II	III
H₃BO₃, борная кислота	25–45	30–45	25–40
Na₂B₄O₇·10H₂O, бура	25–45	–	25–40
C₆Cl₅ONa, пентахлорфенолят натрия	10–50	8–40	–
Na₂Cr₂O₇, дихромат натрия	–	–	10–25
CuSO₄, медный купорос	–	–	10–25
CH₃COOH, уксусная кислота	–	–	0,2–1,0
Na₂CO₃, сода кальцинированная	–	30–45	–

Наряду с указанными смесями, современными разработками стали составы, содержащие фосфат мочевины — продукт реакции ортофосфорной кислоты с мочевиной. Такие антипирены находят применение в реставрационных и противопожарных обработках древесины, заменяя традиционные комбинации аммонийных фосфатов. Полученное соединение, известное как водорастворимый препарат КМ, применяется в концентрациях 10–15%, что эффективно предотвращает воспламенение древесины при контакте с пламенем.

Фосфат мочевины	100
Аммоний бромид	50
Гексаметилентетрамин	10–15

На основе синтетических соединений мочевины, меламина и дициандиамина, совместно с формальдегидом и фосфорной кислотой, разработаны новые эффективные защитные композиции. Они обеспечивают длительную устойчивость древесины к огню и микробиологическому разложению.

Высокий уровень антипиренной и антисептической эффективности достигается при использовании 15%-го водного раствора тетрафторобората аммония. Такой раствор обладает способностью глубоко проникать в древесину: через заболонь и до 2 мм в ядровую часть. После пропитки, материал дополнительно обрабатывается при температуре около 20 °C в петролатуме, что усиливает его стойкость при колебаниях влажности и сохраняет защитные свойства.

Большинство водорастворимых антисептиков и антипиренов имеет тенденцию к вымыванию из массива древесины. Однако, наибольшую устойчивость демонстрирует хроммедный антисептик марки ХМ-32. В его состав входят 3 массовые части дихромата щелочного металла и 2 части сульфата меди. Вариации состава этой группы указаны в таблице:

	ХМ-32	ХМХЦ	ХМА	ХМФ	ХМК
Na₂Cr₂O₇, дихромат натрия	60	20	20	50	50
CuSO₄, сульфат меди	40	10	10	30	40
ZnCl₂, хлорид цинка	–	70	–	–	–
(NH₄)₂SiF₆, кремнефторид аммония	–	–	70	–	–
NaF, фторид натрия	–	–	–	20	–
Na₂SiF₆, кремнефторид натрия	–	–	–	–	10

Соли фтора, в частности кремнефториды натрия и аммония, несовместимы с веществами, содержащими кальций, такими как гипс, мел, известь и цемент. При их взаимодействии наблюдается потеря антисептических свойств.

Большой интерес представляет группа антисептических составов на основе соединений хрома, меди, цинка и мышьяка. Эти компоненты образуют в древесной структуре труднорастворимые токсичные соединения, вредные для грибов и насекомых, но безопасные для теплокровных организмов.

	Эрлит	Болиден	Хемонит	Лахотухо	Аску	Селькур	Таналит
Na₂Cr₂O₇	28	16,5	–	–	55	47,5	37,5
CuSO₄	28	–	41	10	33	50	–
ZnSO₄	–	43	–	10	–	–	–
As₂O₅, мышьяк(V)	–	39,5	15	50	11	–	25
NaOH	–	–	12	–	–	–	–
NH₄OH	24	–	30	–	–	–	–
CrO₃, хромовый ангидрид	–	–	–	30	–	1,68	–
NaF	–	–	–	–	–	–	25
Динитрофенолы (смесь)	–	–	–	–	–	–	12,5
NH₄BF₄, борфторид аммония	20	–	–	–	–	–	–

Для финальной стабилизации и упрочнения обработанной древесины применяют дополнительную пропитку специальным раствором на основе фенолоспиртов. Состав содержит:

Содержание компонента (% масс.)
Фенолоспирты	80–90
Борная кислота	2–4
Боротран (триэтаноламиноборат)	1–2

Процесс включает пропитку, сушку и последующую полимеризацию при температуре 105–120 °C. Такая технология придаёт древесине улучшенные физико-механические свойства, повышает влагостойкость, биозащиту и огнеупорность.

Пропитка древесины 15%-м раствором тетрафторбората аммония, осуществляемая по технологии «нагрев – охлаждающая ванна», эффективно увеличивает устойчивость древесного материала к биопоражению и снижает его воспламеняемость. Для выполнения такой обработки используют водные растворы, температура горячей ванны которых поддерживается на уровне 91–95 °С, а холодной – 21–25 °С. При этом, выдерживая древесину в каждой ванне на протяжении одного часа, достигается глубина проникновения активного вещества в сердцевину сосновой древесины до 1,5–2 мм.

Далее, ещё влажный материал переносят в ёмкость с петролатумом, разогретым до 120 °С, где его выдерживают 40 минут. Затем петролатум заменяют сухим, температура которого составляет 85 °С, и продолжают сушку ещё в течение часа. Результатом обработки является древесина, сохраняющая размеры при изменении влажности, устойчивая к возгоранию и биологическому разрушению.

Синергетический эффект огнезащиты достигается при последовательной пропитке древесины препаратом КМ, представляющим собой продукт реакции конденсации фосфорной кислоты и мочевины, в сочетании с КОС. Для усиления биозащитного действия в состав КМ добавляют борфториды, а в качестве антипиренов применяют смесь борной кислоты с бурой. Использование силазанов типа МСН-7, а также их композиций с силоксанами (например, КО-921 или К-9), дополнительно повышает физико-механическую прочность даже частично разрушенной древесины.

Карбамидные и карбамидно-фурановые полимеры проявляют выраженные огнезащитные качества. Их применение в процессе термокаталитической полимеризации в массе древесины приводит к образованию устойчивых к воспламенению материалов, обладающих повышенной прочностью. Особенно эффективна карбамидно-фурановая смола, получаемая путём поликонденсации мочевины, формальдегида и фурфурилового спирта, благодаря чему достигается значительное улучшение характеристик обработанной древесины.

Для комплексной защиты применяют составы на основе галогенсодержащих эфиров борной и фосфорной кислот, сочетаемых с акриловыми полимерами и органосилановыми соединениями (КОС), а также перхлорвиниловыми олигомерами, обеспечивающими устойчивость к внешним воздействиям.

В реставрационной практике особое значение придаётся процессу консервации, поскольку он позволяет существенно снизить риск разрушения исторического материала. Однако возникает вопрос о допустимости внедрения современных химических составов в традиционные объекты, учитывая важность сохранения их исторической аутентичности. Справедливо предположить, что мастера прошлого могли также применять различные средства защиты, сведения о которых не дошли до нашего времени.

Ниже приведена таблица, отображающая поглощение полимеров древесиной при различной их концентрации в растворе:

Содержание полимера в растворе, %	5	10	15	20	30	40
Поглощение древесиной, %
фенолоспирты	14,0	22,0	27,0	30,5	39,5	47,2
ПБМА-НВ	4,9	8,0	12,5	16,2	22,6
К-9	10,0	17,5	24,0	30,0	40,0	48,0
МСН-7	13,0	20,0	27,5	34,0	45,5	55,5

Растворы с концентрацией 10–20 % обеспечивают оптимальные условия для глубинной пропитки древесины. В таких условиях можно добиться внедрения до 15–35 % полимерного вещества, что критически важно для реставрации частично разрушенной структуры.

Некоторые полимеры, в частности полиакрилаты и ПВБ, демонстрируют низкую устойчивость к ультрафиолету и атмосферным влияниям, что ограничивает их использование на открытом воздухе. Они также проникают в древесину слабо, особенно в радиальном направлении. Аналогичные ограничения касаются эпоксидных смол.

Высокая проникающая способность присуща мономерам, особенно при использовании 20–30%-го раствора форполимера изоцианата с полиэтиленгликолем. При контакте с влагой древесины изоцианат вступает в реакцию, формируя полиуретан, что значительно укрепляет структуру.

Для сохранения памятников деревянного зодчества применимы полиметил- и полибутилметакрилаты, акриловые смолы, винифлекс и Paraloid B-72. Последний используется в виде растворов в толуоле или ксилоле. Введение 15–30 % акрилатов позволяет достичь необходимой прочности, однако со временем возможно разрушение полимерной матрицы.

Полиуретановые системы, хотя и обеспечивают полное заполнение объёма, делают древесину хрупкой из-за микротрещин, возникающих при отверждении. Кроме того, они подвержены разрушению под действием света.

Рекомендуемые эпоксидные смолы (ЭД-6, ЭД-20, эпидиан-5) вводятся в древесину в форме 15–30%-х растворов в органических растворителях. Использование ацетона повышает подвижность, однако снижает глубину проникновения. Предварительная обработка влажной древесины ацетоном перед основной пропиткой позволяет увеличить эффективность насыщения.

Следует учитывать, что при использовании эпоксидных и полиуретановых смол древесина темнеет, и этот эффект сохраняется после отверждения.

Для укрепления неокрашенной древесины, утратившей часть структуры, можно применять растворы на основе формальдегидных олигомеров: мочевино-, меламино-, феноло- и резорциноформальдегидных. Последние обладают высокими показателями прочности и устойчивостью к погодным воздействиям.

Пластификация осуществляется добавлением глицерина или аналогичных полиолов. Также используются полиэтиленгликоли с молекулярной массой 400–1000. В качестве отвердителей для этих систем рекомендован хлорид аммония (в дозировке 10% от массы олигомера).

Высокоэффективным укрепляющим средством является комбинация ПММА и стирола или метилметакрилата, активируемая бензоилпероксидом и ускорителем диметиланилином. Через 5–10 часов жидкий состав превращается в прочный пластик, который надёжно стабилизирует древесную структуру.

Несмотря на высокую проникаемость мономеров вроде стирола и метилметакрилата, их токсичность и летучесть ограничивают сферу применения в реставрации. Тем не менее, их используют для ускоренной пропитки.

Растворы акриловых полимеров (ПБМА, БМК-5, 40БМ, 80БМ) в толуоле, ксилоле, этаноле или эфирах обеспечивают локальное укрепление древесины. При увеличении доли вводимого полимера повышаются механические характеристики, однако глубина проникновения остаётся низкой.

Полимеры промышленного происхождения часто имеют широкий разброс по молекулярной массе, что ведёт к формированию плотной приповерхностной «корки». Такая корка мешает равномерной работе с массивной древесиной при смене температур и влажности.

Глубинная пропитка кремнийорганическими веществами, особенно метилфенилсилоксанами с гидроксильными концами, обеспечивает хорошее взаимодействие с целлюлозно-лигниновой матрицей. Их эффективность возрастает при сочетании с виниловыми, акриловыми полимерами и силазанами, усиливая как когезионные, так и адгезионные свойства системы.

Антисептики для древесины водорастворимые

К числу водорастворимых антисептических средств для обработки древесины относятся:

Фторид натрия – белого цвета порошок без запаха, являющийся весьма мощным антисептиком. Благодаря своей структуре, он быстро проникает в толщу древесины, однако столь же легко может быть вымыт обычной водой. При этом фторид натрия не оказывает негативного влияния на механические характеристики древесного материала и не изменяет его цвет, а также не провоцирует коррозионные процессы в металлических деталях. При взаимодействии с мелом, известью, гипсом или цементом происходит образование фтористого кальция – токсичного соединения с низкой растворимостью. Для обработки жилых, производственных и общественных объектов, а также изделий из торфа, древесной стружки, опилок или камыша используют водные растворы фторида натрия в концентрации 3–4%.
Кремнефторид натрия – порошкообразный антисептик белого или светло-серого цвета. Чтобы усилить его действие, его зачастую смешивают с фтористым натрием и кальцинированной содой. По своим характеристикам кремнефторид натрия близок к фториду натрия.
Кремнефторид аммония – белоснежный порошок без выраженного запаха. Для защиты древесины применяют его водные растворы концентрацией 5–10%, которые прозрачны и легко вымываются. Этот антисептик не влияет на прочность древесного материала и его окраску, вызывает лишь незначительную коррозию металлических соединений, а также придает древесине устойчивость к огню. Для визуального контроля нанесения часто добавляют красители.
Препарат ББК-3 – представляет собой раствор, состоящий из борной кислоты и буры, характеризуется хорошей растворимостью и практически не токсичен для человека.
Препарат ХХЦ – смесь, включающая натриевый или калиевый хромпик и хлористый цинк. Применяют в виде раствора 3–5%-ной концентрации. Препарат обладает хорошей растворимостью, однако вызывает сильную коррозию черных металлов и окрашивает древесину в желто-зеленый оттенок. Обладает высокой токсичностью.
Препарат МХХЦ – состав из хромпика, медного купороса и хлористого цинка, обладающий отличной растворимостью. При обработке вызывает коррозию металлических деталей и придает древесине зеленожелтый цвет. Применяется в растворах 3–5% концентрации и считается токсичным веществом.
Препарат ГР-48 – водорастворимый раствор пентахлорфенола, не имеющий запаха. Применяется в концентрации 1–5% для защиты древесных материалов, в основном пиломатериалов, от появления плесени и синевы.

К основным преимуществам водорастворимых антисептиков относят их доступность и простоту приготовления рабочих растворов. Основным недостатком является их слабая устойчивость к вымыванию из древесной структуры водой.

Органорастворимые антисептики для древесины

Органорастворимые средства защиты древесины включают:
Препараты типа ПЛ – растворы пентахлорфенола в легких нефтепродуктах. Они отличаются способностью глубоко проникать в древесные волокна, при этом обладают высокой токсичностью. Их применяют в тех случаях, когда требуется ввести в древесину антисептики, которые с трудом вымываются водой и не требуют последующей сушки обработанных конструкций. Эти растворы также усиливают токсичность стандартных масляных антисептических средств.

Препараты типа НМЛ – растворы нафтената меди в нефтепродуктах. Они также высокотоксичны и характеризуются отличной способностью проникать в древесные поры, окрашивая материал в характерный зеленый цвет. Однако древесина, обработанная НМЛ, становится менее пригодной для склеивания. В качестве растворителей для этих препаратов применяются керосин, зеленое масло, сольвентнафта и мазут.

Для пропитки деревянных шпал широко используется креозот – антисептик с крайне низкой растворимостью в воде и высокой эффективностью защиты.

Масляные древесные антисептики

К масляным антисептикам относят такие вещества, как:

каменноугольное масло,
сланцевое масло,
антраценовое масло и прочие подобные составы.

Эти масла характеризуются выраженными антисептическими свойствами. Они имеют насыщенный темно-коричневый цвет, резкий запах, устойчивы к вымыванию водой и не вызывают коррозии металлических соединений. Однако при обработке древесина приобретает темно-бурый оттенок. Масляные антисептики широко применяются для пропитки конструкций, эксплуатируемых в условиях постоянного воздействия влаги, воды или грунта – таких как сваи, мостовые элементы, шпалы и сооружения под водой.

Антисептические пасты для древесины

Антисептические пасты представляют собой комплексные составы, включающие водорастворимые антисептики (например, кремнефторид или фторид натрия), связывающие компоненты (глину, битум, жидкое стекло) и наполнители (чаще всего порошок торфа).
Ими обрабатывают части конструкций зданий, которые подвергаются увлажнению в процессе эксплуатации, такие как концы балок или опорные столбы. После нанесения пасты на открытые элементы, требуется их дополнительная защита с помощью гидроизоляционных покрытий.

На российском рынке доступны продукты компании Arch (Великобритания), входящей в крупный химический холдинг Lonza:

Таналит® Е – консервант нового поколения на основе меди и триазолов, рекомендованный для древесины, используемой как в помещениях, так и на улице.

Таналит® Экстра – добавка для водоотталкивающей обработки древесины совместно с Таналитом® Е. Идеально подходит для изготовления игровых комплексов, настилов, элементов обшивки и зон отдыха.

Танатон® – пигментная добавка для консерванта Таналит® Е, придающая обработанной древесине насыщенный коричневый оттенок. Особенно используется для создания ограждений и в ландшафтных работах.

Энсель® – защитный консервант, наносимый кистью, для обработки торцов изделий, предварительно пропитанных Таналитом® Е.

Резистол® – антисептический состав без содержания металлов, предназначенный для защиты строительной и каркасной древесины.

Dricon® – антипирен для обработки древесины и плитных материалов для внутреннего использования и применения в защищенных от атмосферных воздействий условиях. Это единственный антипирен, сертифицированный независимой организацией British Board of Agrement.

Non-Com® Exterior – специальный антипирен для древесных изделий, предназначенных для наружной эксплуатации или применения в условиях повышенной влажности.

Также на рынке России представлен продукт французской компании «PAREXLANKO» – мирового лидера в производстве строительных растворов и кровельных покрытий:

251 Ланкомусс – жидкое средство для профилактической и лечебной обработки кирпича, дерева и других строительных материалов, особенно на кровлях и участках с повышенной влажностью.

Подробная информация о коммерческих средствах защиты древесины доступна здесь.

Заключение

Интересные факты:

Соль как антисептик: Простейшие солевые пропитки использовались ещё в древности. Они блокируют доступ влаги и создают среду, неблагоприятную для грибков.
Огнебиозащитные составы на борной основе не только подавляют рост микроорганизмов, но и снижают воспламеняемость древесины без образования токсичных паров.
Каждый объект архитектурного наследия требует индивидуального подхода: в реставрации невозможно использовать универсальные антисептики — решение подбирается только опытным путём.
Пентаборат натрия, образующийся при оптимальном соотношении буры и борной кислоты (1,54:1), считается наиболее растворимым и эффективным действующим веществом.
Некоторые соли, применяемые в пропитках, несовместимы с известковыми материалами: они теряют антисептические свойства при контакте с гипсом и цементом.

Антисептическая и антипиреновая обработка древесины — это важнейшая мера по продлению срока её службы, обеспечению пожарной безопасности и сохранению архитектурного облика исторических объектов. Используемые составы должны быть не только эффективны против биопоражений, но и совместимы с другими материалами, нетоксичны для человека и устойчивы к вымыванию.

Применение борсодержащих, хроммедных, синтетических и комплексных составов позволяет достигать высокой степени защиты. Однако грамотный выбор метода и состава пропитки требует глубоких знаний, практического опыта и учёта условий эксплуатации. Только такой подход гарантирует сохранность деревянных конструкций на долгие десятилетия.