Антисептики для биологической защиты древесины

Наиболее старыми из известных способов защиты древесины от биологического поражения являются обработка солью (известно, что поморы на Севере просаливали лодки с доисторических времен), а также нанесение защитного покрытия из смолы. Последний способ до сих пор используется для защиты лодок из дерева.

Термин «антисептирование» происходит от Гиппократа – V век до н.э.

Петр Великий привез в Россию из-за границы составы с бурой и борной кислотой для защиты судов и деревянных крепостных сооружений. Таким образом, применение антисептирования как способа защиты от гниения имеет многовековую историю.

Уже в 1949 году академиком С.М. Ваниным был сделан фундаментальный обзор свойств подобных препаратов.

Перечень препаратов, которые можно использовать в качестве антисептиков, весьма широк. В данном разделе описаны свойства некоторых из наиболее распространенных составов, основываясь на подробных материалах сайта «Мебель своими руками». Своеобразной Библией реставраторов по этим вопросам является книга Н.М. Никитина и Е.П. Мельниковой «Химия в реставрации». В большинстве известных публикаций приведена информация о составе антисептиков, дословно скопированная в книге Н.М. Никитина и Е.П. Мельниковой.

В практической работе по реставрации деревянных памятников культуры нужно обязательно учитывать, что каждый из них обладает неповторимыми и неизвестными в настоящее время индивидуальными свойствами, заложенными его создателем. Поэтому любые рекомендации по применению антисептиков могут рассматриваться только в качестве очень приблизительных данных. Практически, в каждой работе подбор подходящего состава для обработки производится методом проб и ошибок при использовании справочных данных только в качестве приблизительных ориентиров.

Действующие компоненты антисептиков по определению должны уничтожать биологические объекты. Нужно обязательно учитывать, что агрессивные химические вещества не обладают идеальной избирательностью воздействия и кроме полезных могут иметь вредные побочные свойства – быть токсичными для человека, разрушать древесину, затруднять ее отделку из-за несовместимости с отделочными материалами, быть летучими, обладать резким и неприятным запахом. Следует учитывать, что этот список побочных эффектов не может быть исчерпывающим – в процессе работы могут обнаружиться и другие вредные свойства.

Наиболее распространены огнезащитные составы на основе фосфата и сульфата аммония. Хорошим огнезащитным действием обладают соединения бора — бура (тетраборат натрия), борная кислота и их смеси. Необходимо учитывать, что при изменении соотношения бура/борная кислота меняются растворимость смеси и свойства раствора. Оптимальное соотношение бура : борная кислота = 1,54:1. В этом случае в растворе образуется хорошо растворимый пентаборат натрия и растворимость смеси при 20 °С достигает 30%. Ниже приведены рецептуры огнезащитных растворов на основе буры и борной кислоты, которые проявляют также хорошее антисептическое действие, (части массовые):

Огне — и биозащита деревянных конструкций обычно проводятся одновременно, так как способ нанесения защитных составов в обоих случаях одинаков.

Например, при обработке деревянного дома защитные составы могут вводиться с разборкой и без разборки сруба здания. Полная разборка – более трудоемкий процесс, но она дает возможность тщательного осмотра всех бревен и деревянных деталей. Выявляются места полного разрушения древесины, наличие гнили и пустот, прикрытых внешним слоем здоровой на вид древесины. При этом все бревна, пораженные грибами или бактериями, изъеденные личинками насекомых, следует промаркировать и отделить для последующего удаления участков разрушенной древесины и протезирования. Остальные бревна направляют на пропитку.

Бревна с участками разрушенной древесины обрабатывают механически, удаляя гнилую и трухлявую древесину стамесками, долотом, щетками и кистями. Древесную пыль можно удалить с помощью пылесоса. В вычищенное место вставляли протезврубку, который должен быть подогнан таким образом, чтобы после его установки не требовалась механическая обработка.

Места, в которые устанавливать протез-врубку нецелесообразно, можно заполнить массой, приготовляемой из древесных опилок и мочевино-формальдегидного или кремнийорганического связующего. Тщательная очистка от следов поврежденной древесины необходима, так как в ней могут сохраниться споры грибов гнили. Глубинная пропитка древесины во всех случаях представляет собой длительную процедуру. Пропитку бревен и деревянных конструкций полностью разобранного здания можно проводить в ваннах или в автоклавах.

Обработка зданий без разборки производится методом прерывистого орошения. Бревна пропитывают в радиальном направлении путем нанесения раствора до насыщения и дают выдержку, в течение которой происходит диффузия раствора не только вглубь массива древесины, но и в ее структурные элементы — полости и стенки клеток. Затем следует повторное нанесение раствора, выдержка и еще 2-3 цикла. Особенно тщательно необходимо обработать торцы бревен. Их обрабатывают в каждом цикле до полного пропитывания древесины антисептиком. При условии высокой радиальной трещиноватости старых бревен пропитку практически всего объема бревна при этом удается произвести за 2—3 недели.

Обработка под давлением для ускорение процесса пропитки без разборки здания невозможна из-за сложной конфигурации обрабатываемых объектов.

Другую группу антипиренов – огнезащитных реагентов — образуют соединения на основе бора, которые применяют в комбинации с хром-медными антисептиками. Капиллярная и диффузионная проникающая способность антипиренов выше, чем у антисептиков, поэтому они проникают в более глубокие слои древесины и поэтому меньше подвержены вымыванию. Приведенные ниже составы на основе соединений бора, пентахлорфенолята натрия, хром — и медьсодержащих солей являются одновременно антипиренами и антисептиками, % (масс.):

Недавно разработанные новые антипирены в сочетании водорастворимыми антисептиками (бура, борная кислота, хром-медные препараты и т.д.), содержат фосфат мочевины, который заменяет в реставрационной практике растворы гидрофосфата аммония с сульфатом аммония. Этот реагент получают путем конденсации мочевины с ортофосфорной кислотой получают водорастворимый препарат КМ. Для обработки применяется раствор концентрации 10- 15%, который предохраняет древесину от возгорания при воздействии открытого огня.

Новую группу защитных составов образуют синтетические соединения на основе мочевины или меламина и дициандиамина, формальдегида и фосфорной кислоты.

Хорошую защиту древесины от биопоражений и от возгорания дает пропитка ее 15%-м водным раствором тетра — фторбората аммония. Раствор способен полностью проникать через заболонь и на 1,5—2,0 мм в ядровую древесину. Последующая обработка пропитанной древесины в горячем (20°С) петролатуме делает ее стойкой в условиях переменной влажности при сохранении био — и огнезащитных свойств.

Многие антисептики и антипирены хорошо растворяются в воде и легко вымываются из древесины. Наиболее устойчивым к вымыванию является хроммедный антисептик ХМ-32, содержащий 3 ч. (масс.) дихромата щелочного металла и 2 ч. (масс.) сульфата меди. Некоторые составы этой группы приведены в табл. (% масс.)

Фтористый и кремнефтористый натрий не следует применять в смеси с известью, мелом, гипсом и цементом. От взаимодействия с ними они теряют свои антисептические свойства (см. Н. Кошевер).

Большая группа антисептиков содержит соли хрома, меди, мышьяка, цинка, которые образуют в древесине соединения, высокотоксичные для грибов и насекомых, но нерастворимые в воде и поэтому практически безопасные для теплокровных животных. Эти составы приведены в табл. (% масс.):

Для комплексной обработки древесины предлагается водорастворимый состав, который применяется для укрепления древесины после обработки антисептиками и антипиренами.

Технология применения предусматривает пропитку древесины водным раствором этого состава и высушивание. Затем проводят полимеризацию фенолоспиртов в древесине нагреванием при 105—120 °С. В результате такой обработки у древесины повышается влаго — и водостойкость, механическая прочность, стойкость к грибным поражениям и воздействию огня.

Пропитка древесины 15%-м водным раствором тетрафторбората аммония по способу „прогрев — холодная ванна» также повышает биостойкость и снижает возгораемость древесины. Обработка производится при температуpе горячего раствора 91-95°С, а холодного — 21-25 °С. Глубина проникновения раствора в ядровую древесину сосны при выдержке в каждой ванне в течение 1 ч составляет 1,5- 2 мм. Влажную древесину переносят в ванну с петролатумом, нагретым до 120 °С, и выдерживают для просушки при этой температуре 40 мин, заменяют петролатум на сухой c температурой 85 °С и выдерживают древесину еще 1 ч. После такой обработки древесина становится огне — и биостойкой и не меняет размеры при изменении влажности.

Последовательная пропитка древесины продуктом конденсации фосфорной кислоты с мочевиной (препарат КМ) и КОС дает синергический эффект огнезащиты. Применение в качестве антипирена смеси буры с борной кислотой и введение в КМ борфторидов придают системе биозащитные функции, а использование в качестве КОС силазанов (МСН-7) или их смесей с силоксанами (КО-921, К-9) позволяет улучшить физико-механические характеристики частично разрушенной древесины.

Карбамидные и карбамидно-фурановые смолы также обладают значительным огнезащитным действием. При пропитке ими древесины с последующим термокаталитическим отверждением благодаря взаимодействию полимера с компонентами древесины образуются материалы с низкой горючестью, существенно повышаются физикомеханические показатели модифицированной древесины. Наилучшие результаты дает карбамиднофурановая смола, которая представляет собой продукт поликонденсации мочевины, формальдегида и фурфурилового спирта.

Комплексную защиту древесины обеспечивают также пропиточные составы на основе перхлорвиниловых олигомеров, галогенсодержащих эфиров фосфорной и борной кислот в сочетании с полимерами акрилового ряда и КОС.

Консервация представляет собой важный и эффективный способ защиты памятника от разрушения, который целесообразно иметь в арсенале реставратора. При этом следует учитывать, что в настоящее время остается открытым вопрос о допустимости применения современных консервантов с точки зрения сохранения исторической ценности и аутентичности памятника. Однако нужно помнить, что современные мастера, вероятно, не имеют представления о большинстве секретов работы старых мастеров. И нет оснований утверждать, что старые мастера не применяли каких-либо консервантов.

Ниже приведены составов для консервации древесины:

С ростом концентрации полимеров в растворах поглощение полимера древесиной повышается. Оптимальными являются 10—20%-е растворы — при этих концентрациях вязкость растворов невелика, поэтому можно осуществить глубинную пропитку и ввести в древесину 15-35 % полимера, что достаточно для укрепления частично разрушенной древесины.

Полиакрилаты и ПВБ недостаточно устойчивы к атмосферным воздействиям. Поэтому их нецелесообразно применять для пропитки сооружений, находящихся на открытом воздухе. Кроме того они недостаточно глубоко проникаю в древесину в радиальном направлении. Также не рекомендуется применение эпоксидных смол, которые имеют невысокую стойкость к ультрафиолету.

Мономеры обладают большой проникающей способностью и низкой вязкостью. Например, 20— 30%-й раствор смеси форполимера изоцианата с полиэтиленгликолем при взаимодействии свободных изоцианатных групп с содержащейся в древесине водой, образуются полиуретаны, и резко повышает прочность частично разрушенной древесины.

Для консервации древесины в памятниках деревянного зодчества пригодны полиметил — и полибутил метакрилаты, винифлекс — сополимер винилхлорида с винилизобутиловым эфиром, акриловые смолы и сополимеры акрилатов. Широкое применение находит акриловая смола Paraloid B -72 (растворы в толуоле, ксилоле), эпоксидные смолы. Для достижения эффекта, укрепления в древесину необходимо вводить 15—30% смолы. Длительное наблюдение за древесиной, пропитанной акрилатами, показало, что со временем происходит деструкция, как самих полимеров, так и композитов на их основе.

Полиуретановые смолы необходимо применять для укрепления древесины с осторожностью, несмотря на то, что при пропитке этими смолами достигается практически полное объемное заполнение древесины. Древесина после такой обработки становится хрупкой, и развиваются микротрещины. Полиуретаны имеют малую устойчивость в отношении фотоокислительной деструкции.

Для укрепления древесины рекомендуют использовать эпиоксидные смолы эпидиан-5, ЭД-6, ЭД-20. Применяют 15—30%-е растворы эпоксидных смол в ксилоле, бензоле, толуоле, ацетоне, циклогексаноне.

Наибольшей подвижностью обладают растворы в ацетоне, но из-за высокой летучести ацетона снижается глубина пропитки. Чтобы повысить эффективность пропитки, целесообразно проводить предварительную пропитку влажной древесины ацетоном, а затем уже обрабатывать ее ацетоновыми растворами эпоксидных смол. Это способствует более глубокому проникновению их в древесину. Пропитку небольших предметов из дерева лучше всего проводить в автоклавах.

Нужно учитывать, что обработка эпоксидными и полиуретановыми смолами приводит к потемнению древесины после отверждения, которое не проходит.

Для укрепления неокрашенного сухого частично разрушенного дерева можно применять растворы мочевино-, меламино-, феноло- и резорциноформальдегидных олигомеров. Несмотря на высокую стоимость резорцина, последние предпочтительны, так как дерево, укрепленное резорцинформальдегидными олигомерами, имеет высокие физико-механические показатели и хорошую стойкость в атмосферных условиях.

В качестве пластификаторов в пропитки на основе перечисленных олигомеров рекомендуется добавлять глицерин или другие многоатомные спирты. Возможно использование водо — и спирторастворимых полиэтиленгликолей с молекулярной массой 400-1000. В качестве отвердителя для этих олигомеров в реставрационной практике обычно используют хлорид аммония в количестве 10% к массе олигомера.

Эффективными пропиточными составами для древесины являются растворы ПММА в метилметакрилате или стироле с диметиланилином в качестве ускорителя полимеризации и бензоилпероксидом в качестве инициатора. Он представляет собой легкоподвижную жидкость, которая через 5-10 ч превращается в прочную стекловидную массу, надежно укрепляющую древесину.

Хорошую проникающую способностью имеют мономеры — стирол, метилметакрилат, которые отверждаются в массиве древесины не только под действием катализаторов, но и в результате нагревания, облучения. Высокая летучесть и токсичность этих мономеров ограничивают их применение в реставрационной практике.

Частично разрушенную древесину можно пропитывать растворами акриловых полимеров (ПБМА, БМК-5, 40БМ, 80БМ и др.) в ксилоле, толуоле, их смесях с этанолом, в ацетоне или низших эфирах. Эти материалы дают хороший укрепляющий эффект, причем физико-механические показатели модифицированной древесины повышаются при увеличении количества вводимого в нее полимера, но имеют незначительную глубину проникновения. Выпускаемые промышленностью полимеры характеризуются высокой полидисперсностью по молекулярным массам. Макромолекулы большой молекулярной массы создают в древесине приповерхностную зону высокой концентрации (корка), что отрицательно влияет на сохранность массивной древесины при перепадах температуры и влажности.

Высокими физико-механическими показателями характеризуется частично разрушенная древесина после глубинной пропитки кремнийорганическими материалами. Так, метилфенилсилоксановые олигомеры имеют низкую вязкость и высокую проникающую способность, а наличие в них концевых гидроксильных групп определяет возможность взаимодействия с активными группами целлюлозно-лигнинового комплекса древесины. Когезионные и адгезионные характеристики полиорганосилоксанов могут быть улучшены сочетанием их с акриловыми или виниловыми полимерами, а также с силазанами.

1. Антисептики для древесины водорастворимые

К водорастворимым антисептикам относятся:

1. Фторид натрия – порошок белого цвета, не имеет запаха, это достаточно сильный антисептик. Он легко проникает в древесину и также легко из нее вымывается водой. Фторид натрия не снижает прочность древесины и не окрашивает ее, а также не вызывает коррозию соединений из металла. Взаимодействуя с мелом, известью, гипсом и цементом фторид натрия образует фтористый кальций (токсичное малорастворимое вещество). Для антисептирования общественных, жилых и производственных зданий, изделий из опилок, стружек, древесины, торфа и камыша применяют раствор фторида натрия 3-4% концентрации
2. Кремнефторид натрия – порошок белого или светло-серого цвета. Для более эффективного воздействия на древесину кремнефторид натрия применяют вместе с фтористым натрием и содой кальцинированной. По действию кремнефторид натрия схожий с фтористым натрием.
3. Кремнефторид аммония – белый порошок, не имеет запаха. Применяют водные 5-10% растворы, они бесцветны и легко вымываются. Кремнефторид аммония не понижает прочность древесины, не окрашивает ее, вызывает слабую коррозию соединений из металла и обеспечивает древесине огнестойкость. Зачастую для контроля нанесения бесцветного раствора кремнефторид аммония, в него добавляют краситель.
4. Препарат ББК-3 – раствор борной кислоты и буры. ББК-3 обладает хорошей растворимостью. Для людей практически безвреден.
5. Препарат ХХЦ – смесь натриевого или калиевого хромпика и хлористого цинка. Применяют раствор 3-5% концентрации. Препарат обладает хорошей растворимостью, но вызывает коррозию соединений из черного металла и окрашивает в желто-зеленый цвет древесину. Это токсичное вещество.
6. Препарат МХХЦ – смесь хромпика, медного купороса и хлористого цинка. Препарат хорошо растворяется, вызывает коррозию соединений из черных металлов и окрашивает древесину в зеленожелтый цвет. Применяют 3-5% раствор. Препарат токсичный.
7. Препарат ГР-48 – раствор пентахлорфенола, не имеет запаха, в воде хорошо растворимый. Его 1- 5% раствор применяют для защиты древесины (в основном пиломатериалов) от плесени и синевы.

Достоинства водорастворимых антисептиков – доступность и легкость приготовления рабочих составов, а недостаток наиболее низкая устойчивость к вымыванию водой.

2. Органорастворимые антисептики для древесины

Препараты типа ПЛ – растворы в легких нефтепродуктах пентахлорфенола. Они имеют высокую проникающую способность в древесные волокна. Очень токсичны. Их применяют тогда, когда нужно в древесину ввести трудно вымываемые антисептики, не требующие сушки изделий или конструкций из дерева. Эти препараты применяют для того, чтобы усилить токсичность масляных антисептиков.

Препараты типа НМЛ – растворы в легких нефтепродуктах нафтената меди. Это высокотоксичные вещества. Они легко проникают в поры древесины и окрашивают ее в зеленый цвет, а также препятствуют возможности ее склеивания. Для их растворения применяют мазут, зеленое масло, сольвентнафту и керосин.

Для пропитки шпал применяется очень эфективный и малорастворимый в воде антисептик – креозот.

3. Масляные древесные антисептики

К ним относят:

• каменноугольное масло;
• сланцевое масло;
• антраценовое масло и др.

Все эти жидкости обладают сильными антисептическими свойствами. Они имеют темнокоричневый цвет и резкий запах, не вымываются водой, не коррозируют металл, древесину окрашивают в темно-бурый цвет. Их обычно применяют для деревянных конструкций, которые подвержены воздействию атмосферной влаги, грунта или воды для более глубокой обработки и пропитки. Такими маслами обрабатывают шпалы, сваи, части мостов, сооружения под водой.

4. Антисептические пасты для древесины

Антисептические пасты в своем составе имеют антисептики водорастворимые (например, кремнефторид или фторид натрия), вещества для связки (глину, жидкое стекло, битум) и наполнитель (порошок из торфа).

Антисептическими пастами обрабатывают элементы зданий, которые в процессе эксплуатации увлажняются – например, столбы и концы балок. После обработки элементов открытых сооружений антисептической пастой, их нужно дополнительно защитить покрытием гидроизоляции.

На Российском рынке представлен ряд продуктов Британской компании Arch, которая входит в огромный химической холдинг Lonza.

Таналит® Е – новое поколение консервантов на основе технологии триазола меди; подходит для древесины используемой как внутри, так и снаружи.

Таналит® Экстра – водоотталкивающая добавка к консерванту Таналит® Е. Идеальна при строительстве игровых площадок, настилов, сооружений для отдыха и наружной обшивки.

Танатон® – красящая добавка для консерванта Таналит® E, придает коричневый цвет. Идеальна для ограждений из необработанного пиловочника и ландшафтного строительства.

Энсель® – консервант для торцов, наносимый кистью, используется для сохранения обработанной Таналит® древесины

Резистол® – не содержащий металла защитный состав для обработки строительной и каркасной древесины.

Dricon® — антипирен для обработки древесины и листовых материалов для внутреннего применения и применения на открытом воздухе в защищенный от неблагоприятных погодных условий местах. Единственный антипирен одобренный British Board of Agrement (независимая экспертиза Великобритании).

Non-Com® Exterior — антипирен для обработки древесины и листовых материалов для наружного применения или условий повышенной сырости.

Французская компания «PAREXLANKO» — один из мировых лидеров по производству бетонных растворов, кровельных покрытий и отделочных смесей – также выставила на Российский рынок защитный состав с широкой областью применения.

251 Ланкомусс – жидкий состав для предупредительной и лечебной обработки от поражения микроорганизмами кирпича, дерева и других материалов на кровлях и других влажных зонах.

Более подробно коммерческие средства для защиты древесины описаны здесь.