Совмещая лучшие свойства древесины и полимеров, химики-технологи создали древесно-полимерный композит, который практически не подвержен воздействию окружающей среды. Обладая высокими эксплуатационными свойствами, композит этот активно используется за рубежом в качестве строительного и отделочного материала, но в России о нем известно мало.
Чудесные превращения
В Средневековье способность изменять суть веществ приравнивалась к магии. Алхимик был кем-то вроде волшебника, способного сотворять метаморфозы практически с любым веществом. Современная химическая промышленность разучилась верить в чудеса. Вещества успешно превращаются одно в другое и этот процесс практически никогда не вызывает желания закричать «о чудо!». Все стало просто, и вся магия превратилась в цепочку: формула — реакция — продукт. С древесно-полимерными композитами все несколько иначе. Даже для искушенного технологиями человека союз дерева и пластика может показаться удивительным.
Все дело в том, что многие десятилетия древесина противопоставлялась пластику: дерево натурально — пластик искусственен, дерево экобезопасно — пластик в этом плане вызывает сомнения, дерево разрушается природой — пластик может пролежать в сырой среде и тысячу лет, — список подобных противопоставлений можно продолжать практически бесконечно. И наверное поэтому когда дощечка из ДПК впервые попадает в руки, пальцы одновременно чувствуют и гладкую непроницаемость полимера, и живую пористость древесных волокон. В голове как-то сам собой возникает когнитивный диссонанс: неужели два противоположных по природе своей материала удалось объединить в один, взяв только самые лучшие свойства «родителей»?
Удалось и весьма успешно. Технология производства древесно-полимерных композитов в промышленных масштабах родилась не так давно: всего двадцать лет назад в США были запущены первые предприятия по производству досок для пирсов и открытых террас из ДПК. Но первыми в слиянии дерева и полимеров стали автомобилестроители из Rolls Royce. В 1916 году они применили технологию ДПК в производстве ручки-переключателя скоростей. Сложно сказать, зачем им понадобилось создавать новую технологию для изготовления такой неключевой детали, но вероятно, одному из лидеров элитного автомобилестроения на тот момент было виднее. С тех пор композиты прочно заняли свое место в производстве машин: сегодня из них изготавливаются элементы передней панели, отделки салона и детали дверей.
Из автомобилестроения ДПК постепенно перешли в строительство, точнее — в производство окон и дверей, где они успели зарекомендовать себя как заменитель дерева и пластика. ДПК снизили восприимчивость рам к влиянию окружающей среды, избавили потребителя от тяжелой пластмассы и коробящейся древесины. И только засветившись в сфере оконных технологий, древесно-полимерные композиты получили широчайшее применение в производстве террасной доски столь популярной сегодня в США.
На стыке химии и деревообработки
Терминология в обозначении древесно-полимерных композитов еще не уcпела устояться. По-русски их часто называют деревопластами, дерево-пластиковыми композитами или на западный манер — WPC (wood polymer composite). Некоторые российские компании используют английское название и в России, но сути это не меняет. Принцип производства также одинаков на весь мир: полимерные смолы плюс органический наполнитель. Однако точная технология и рецептура каждой отдельно взятой компании хранится в строжайшем секрете, и на составы с особенно высокими эксплуатационными свойствами оформляется патент.
«Классические» ДПК имеют в своем составе от 30% до 70% дерева. Как правило, это волокна деревьев хвойных пород, но из этого правила сегодня слишком много исключений. Изначально идея использовать древесину в качестве наполнителя полимерных смол была направлена на удешевление производства полимеров. И в этом направлении современная химическая промышленность достигла великих высот: в композиты идет все, от рисовых отрубей до бамбука, от просо до льна. Иными словами, органическим наполнителем для ДПК сегодня может стать практически все, что имеет в своем составе целлюлозу, и для каждого типа органического наполнителя специалисты научились подбирать правильную формулу полимеров и добавок-модификаторов.
В качестве связующих смол в ДПК используются любые термопластические полимеры: полипропилен (около 70% рынка ДПК в Европе), полиэтилен и поливинилхлорид (делят свою долю европейского рынка примерно пополам). Эти полимеры не всегда производятся первично — в Европе и на западе в производстве ДПК используется переработанные пластиковые бутылки, пленки, пакеты и другая подобная упаковка. Так реализуется любимый европейцами принцип «отходы — в доходы», поскольку даже органическая часть ДПК практически всегда представляет собой опилки, оставшиеся от производства пиломатериалов, МДФ и ДСП. Особо экономные компании научились использовать в своей продукции отходы сельского хозяйства, такие как солома и шелуха.
Для придания дополнительной прочности террасным доскам и панелям некоторые компании пытаются армировать их с помощью систем металлических вкладышей и стеклянных нитей. Впрочем, подобная практика пока не распространена. Для того чтобы варьировать свойства конечного продукта, большинство производителей добавляют в его состав различные добавки-модификаторы: вспениватели, бактерициды и антигрибковые средства, огнезащитные вещества, антиокислители, противоударные компоненты, красители, температурные стабилизаторы и светостабилизаторы и даже смазочные материалы. Пропорции этих компонентов — это и есть главная коммерческая тайна производителей ДПК. Оптимальное соотношение тех или иных веществ наделяет готовые доски, панели и другие детали расширенными свойствами в той области, где это необходимо: террасная доска сильнее защищена от влаги и микроорганизмов, иловые элементы более устойчивы к механическим нагрузкам, а декоративные элементы создаются с учетом сохранения цвета и фактуры в течение долгих лет. Вообще, срок службы древесно-полимерных композитов, гарантируемый производителями, составляет 15-20 лет на открытом воздухе. Фактический срок службы, скорее всего, будет больше, однако не стоит верить тому, что на протяжении всех 20 лет материал останется в первозданном виде. Так как в его составе есть органические волокна, а сам материал может впитывать до 4% влаги, изменения неизбежны, по крайней мере, во внешнем виде изделия. К тому же технология еще настолько молода, что реальное поведение ДПК в долгосрочном периоде оценить практически невозможно.
Жидкое дерево
Готовые древесно-полимерные композиты в обработке ведут себя ничем не хуже дерева или пластика. С ними можно делать все то же самое, что и с древесиной: пилить, сверлить, строгать и измельчать, а детали с низким содержанием органического компонента при желании можно сваривать как обычную пластмассу. Но зачем? Это больше не кусок древесины, форму которого можно изменить, только отпилив или обтесав его. Дерево XXI века пластично, оно готово течь и принимать самые причудливые формы. Современная технология позволяет изготовить из композита деталь двумя способами: экструдированием и формованием.
Экструдирование композитов мало чем отличается от аналогичного процесса экструзии полимеров. При участии давления и температуры изготовление необходимых профилей из ДПК не составляет особых тенологических проблем. Другое дело — производство деталей более сложных форм, в производстве которых экструдер бывает бессилен. Здесь в дело вступает формование и литье. Этот способ оказался для западных производителей сложнее и осваивался значительно тяжелее, из-за чего первые отлитые из ДПК детали теряли в качестве. С течением времени производители поняли, что для качественного формования необходимы другие рецептуры. В частности те, что включают в себя меньше древесины, да и сами органические волокна должны быть мельче, чем те, что используются при экструдировании. Процесс требует больше трудозатрат, но если нужный продукт иначе не сделать, все усилия окажутся ненапрасными.
Везде, где только можно
Чтобы подробно описать всю сферу применения ДПК, не хватит и половины журнала. Эксперты прогнозируют в ближайшем будущем настоящую экспансию древесно-полимерных композитов во все сферы потребления от строительства до производства мебели и тары для пищевых продуктов. В некоторых отдельных случаях ДПК уже успели окончательно вытеснить дерево или пластик.
В Европе львиную долю потребления занимает автомобилестроение и отделочные материалы, в то время как в США лидером по потреблению считается декинг (та самая террасная доска). Такое различие обусловлено различием культуры жилища у американцев и европейцев: жители Европы, как и россияне, редко имеют рядом со своим домом террасу в западном ее понимании. Старый свет делает ставку в использовании ДПК на мебельное производство.
В Японии древесно-композитные материалы широко используются в производстве мебели и в строительстве (это опять-таки террасные доски или настилы для полов и веранд, а также сайдинг, подоконники и декоративная отделка). Причем строительство рассматривается как наиболее перспективная область. В обделенной ресурсами стране, где дерево стоит более чем дорого, высококачественный материал, созданный из отходов, достаточно быстро обрел популярность и имеет все перспективы для активного роста. Древесно-полимерные композиты уже применяются здесь при изготовлении дверей, перегородок, стеллажей и садовой мебели, при строительстве гаражей и пристроек, в производстве тары и упаковки. Российский покупатель не торопится переходить с традиционного пластика или древесины на ДПК. Очевидно, цена натуральных досок пока не заставляет использовать заменитель. Между тем, в отделке и мебельном производстве ДПК также начинает делать первые шаги, и, как и в Европе, в нашей стране аналитики прочат композитам завоевание строительного рынка. Пусть не в скором времени, но рано или поздно плинтусы, настилы, двери и окна из ДПК смогут заменить деревянные и пластиковые аналоги.
Существенным сдерживающим фактором выступает дороговизна оборудования и «неподогретый» рынок. Экономическая ситуация приучила российских бизнесменов с осторожностью относиться к неизвестному продукту, и поэтому пионеров, готовых взять на себя выполнение не только производственных, но и просветительских задач по всей стране наберется не больше десятка. Рынок ДПК в России пойдет в рост быстрее, если материалом заинтересуются мебельщики и дизайнеры. Ведь возможности древесно-полимерных композитов широчайшие, а перспективы их применения — еще шире.
Журнал "Промышленные страницы Сибири"
Статья «Союз дерева и полимеров»
№11 (48) декабрь 2010 г.
Оригинал: Сайт журнала "Промышленные страницы Сибири"