Как это работает? | oelia

Натурально, как дерево…

Австрийские традиции деревообработки


Создано
природой
head

Простота и надежность

Разберемся по порядку, в чем же механизм действия натуральных составов:

  1. Проникновение в верхний слой дерева, его упрочнение и защита изнутри…

Древесина состоит из клеток разного размера, это ее строительные кирпичики. Клетки древесины имеют вид длинных и узких трубочек, построенных из целлюлозы и лигнина — природных полимеров. Диаметр клеток составляет в среднем 10-50 мкм, но может достигать 100 мкм. Длина — от долей миллиметра до нескольких миллиметров, или даже сантиметров. В древесине также присутствуют особые, более крупные клетки — сосуды, выполняющие проводящую функцию. Их диаметр колеблется от нескольких микрометров, до 0,5 мм, а длина — то 10 см до 3 м.
Посмотрите на фото древесины под сильным увеличением и составьте свое представление о том, насколько это пористый и своеобразный материал, который требует особого подхода при обработке, отличающегося от обработки непористых материалов.

Древесина состоит из вытянутых клеток

Масла и смолы в натуральных составах состоят из небольших молекул, которые в сотни и тысячи раз меньше молекул синтетических полимеров. Поэтому натуральные составы легко проникают в клетки дерева и покрывают их стенки, чего часто не происходит с полимерами (например, в акриловых пропитках) и олигомерами (например, в алкидных пропитках), которые ложатся только на поверхность и не могут проникнуть внутрь клетки:

pic3

Масло при высыхании полимеризуется вместе с натуральной смолой и, таким образом, стенки клеток верхнего слоя дерева армируются прочным полимером, то есть верхний слой древесины упрочняется. По указанной причине (см. рисунки), синтетическое покрытие слабо связано с деревом, а натуральное — очень прочно и практически неотделимо от поверхности, которая при этом дополнительно приобретает износостойкость.
Правда, справедливости ради нужно отметить, что многие водные акриловые дисперсии (это синтетический полимер, диспергированный в воде), особенно дисперсии глубокого проникновения, имеют размеры частиц до 0,1 мкм, и даже до 0,05 мкм (50 нм), что позволяет им проникать вглубь древесной клетки. Но в данном случае мы имеем дело, во-первых, с частицами готового малопроницаемого для паров влаги полимера, а во-вторых, это все же синтетический полимер с присущим ему неоднозначным воздействием на здоровье человека.

  1. …и формирование эластичного «дышащего» защитного покрытия на поверхности.

При попадании воды на поверхность дерева происходит следующее (см. рисунок):

Необработанная древесина. Вода при попадании на поверхность дерева быстро втягивается в его поры (клетки).

Как видно из рисунка, необработанная древесина поглощает влагу как губка за счет капиллярного втягивания, так как стенки клеток очень хорошо смачиваются водой. Древесина, обработанная натуральным составом, не впитывает воду, так как стенки клеток совершенно не смачиваются водой. В этом случае, для того, чтобы вода проникла в обработанные поры дерева, нужно приложить к ней большое давление.

 pic5

Капли воды на поверхности древесины, обработанной натуральным составом. Жидкая вода не может проникнуть вглубь древесины и лежит на поверхности клеток из-за того, что клеточные стенки, на которые нанесен состав, приобрели водоотталкивающие свойства.

Таким образом, достигается эффект, подобный эффекту лотоса, когда вода не смачивает его листья из-за мельчайших ворсинок, по вершинам которых она стекает с листа:

Строение листа лотоса. Капля воды не может смочить водоотталкивающие микрокристаллы воска, расположенные на вершинах микроячеек.

pic7

Фото листа лотоса. Вода присутствует на поверхности в виде подвижных шариков.

Как видно из рисунков, микроструктура обработанной натуральным составом древесины становится практически идентичной микроструктуре листа лотоса.
Древесина, обработанная обычным синтетическим полимерным составом, также не смачивается, поскольку на ее поверхности образуется пленка, закрывающая клетки дерева.

pic8

Капли воды на поверхности древесины, обработанной синтетическим составом. Вода не может проникнуть через пленку покрытия.

А вот как ведет себя древесина в отношении паров воды, присутствующих в воздухе:
Натуральный состав, приготовленный на основе масел и смол, проникает внутрь пор и формирует на их стенках тонкую пленку. Полученная пленка благодаря ее небольшой толщине и малой длине молекул компонентов состава, даже после высыхания и полимеризации сохраняет проницаемость для воздуха и паров воды (показано стрелками).
Но основной вклад в проницаемость для воздуха и пара (показано стрелками) вносит объем клеток дерева, а также свободная от пленки глубинная поверхность клеток, которая остается открытой благодаря тому, что натуральный состав не закупоривает клетки (поры) дерева (см. рисунок).

pic9

Пары воды (голубые стрелки) свободно проникают через поверхность древесины, обработанной натуральным составом.

Пленка синтетического состава в основном состоит из длинных полимерных молекул, размер которых обычно гораздо больше размера клеток дерева и формирует на входе в них сплошную, плотную, непроницаемую для воздуха и паров воды пленку. Поэтому ни воздух, ни пары воды не в состоянии проникнуть в клетки дерева – древесина утрачивает способность «дышать» (см. рисунок).

pic10

Пары воды (голубые стрелки) не могут проникнуть в древесину, обработанную синтетическим составом – древесина утрачивает способность «дышать».

Почему важно, чтобы обработанная древесина также хорошо поглощала пары воды, как и необработанная? Потому, что в этом случае сохраняется одно из основных преимуществ древесины — ее способность поддерживать нормальный уровень влажности в помещении, когда она служит своего рода аккумулятором влаги, благодаря которому в помещении всегда комфортно, без повышенной влажности или сухости. Дерево, обработанное синтетическими пленочными составами, утрачивает это важнейшее свойство.
Клетки дерева полые и заполнены воздухом, содержащим пары воды. При естественном уменьшении размеров древесины под действием холода, а также при снижении влажности воздуха, пары воды, находящиеся в древесине, стремятся покинуть ее. Кроме того, при эксплуатации древесина, даже обработанная пленкообразующими синтетическими составами, способна постепенно поглощать влагу, если не обработана герметично со всех сторон, либо в случае повреждения покрытия. При существенном изменении окружающих условий процесс выделения влаги происходит быстро и неотвратимо.
Вот как это происходит у древесины с разной обработкой:

pic11

Через поверхность древесины, обработанной натуральным составом, пары воды могут свободно выделяться наружу, поскольку поры (клетки) дерева остаются открыты, а натуральное покрытие на их стенках также проницаемо для водяных паров из-за отсутствия в нем длинных полимерных молекул.

pic12

Пары воды, выделяющиеся через поверхность древесины, обработанной синтетическим составом, со временем вызывают вспучивание покрытия (образование пузырей) и его растрескивание. Причины этого – непроницаемость синтетических полимерных пленок для паров воды и воздуха, а также ее слабая связь с поверхностью, поскольку полимерная пленка не проникает в приповерхностный слой древесины.

В результате древесина с натуральной обработкой ведет себя как необработанная и свободно выпускает пары воды, а обработанная синтетическим пленочным составом древесина будет подвергаться постепенному разрушению из-за нарушения целостности пленки (см. рисунки). Конечно, однократный процесс может не разрушить пленочное покрытие, но если это происходит регулярно в течение 2-3 лет, процесс растрескивания и отслоения, особенно на улице, становится заметен невооруженным глазом.
Причина такого различия в поведении натуральных и синтетических составов — в очень разных размерах молекул и вязкости. У натуральных составов молекулы малы и вязкость невысокая, его молекулы (масла, смола и воски) легко проникают в клетки дерева. У синтетических полимерных составов цепи слишком длинные, а вязкость довольно высокая, поэтому они не проникают в клетки дерева, а наглухо закупоривают их, даже если применяются в сильно разбавленном виде.

  1. Натуральные составы тоже могут формировать пленку на поверхности.

Натуральные составы, как и синтетические, тоже могут образовывать пленку на поверхности, закрывая клетки дерева.
Но здесь есть важные особенности:
I). Наличие или отсутствие пленки зависит от рецептуры состава, наносимого количества и способа нанесения. Составы с повышенной вязкостью, наносимые в несколько слоев, как правило, кроме проникновения в клетки дерева, формируют пленку на поверхности, закрывая клетки (поры).
II). Пленка, образованная натуральными маслами и смолами, в отличие от синтетических полимеров, обладает пористостью и проницаема для паров воды из-за отсутствия в покрытии длинных полимерных молекул, благодаря чему для пленкообразующих натуральных составов паропроницаемость меняется незначительно. Конечно, чем толще пленка, тем менее она проницаема. Так, у глянцевого лака паро- и воздухопроницаемость в разы ниже, чем у покрытия, сформированного лазурью, маслом или воском.
III). Натуральная пленка очень эластична и не разрушается при естественном изменении размеров древесины. Синтетическая пленка гораздо менее эластична и по этой причине легко трескается, не говоря уже об ее разрушении под действием паров воды, описанном в предыдущем пункте.

pic13

Натуральный состав нанесен с избытком, поэтому образовал пленку на поверхности дерева. Пленка из натуральных масел и смол не содержит слишком длинных полимерных молекул даже после полного высыхания (полимерные связи схематично показаны штрихами). Поэтому она остается проницаемой для паров воды, которые свободно могут проникать и выделяться из древесины (голубые стрелки). Жидкая вода не может проникнуть в древесину через пленку покрытия.

Малая толщина пленки и малый размер молекул компонентов натурального состава, даже после высыхания и полимеризации позволяют сохранить ее проницаемость для воздуха и паров воды.
Таким образом, натуральные составы полностью сохраняют способность древесины к влагообмену и при этом не трескаются, защищая древесину долгие годы. В этом их глобальное преимущество перед пленкообразующими синтетическими составами.

  1. Натуральный воск усиливает влаго- и грязезащитные свойства натуральных составов, повышая их воздухо- и паропроницаемость.

Особые защитные свойства в сочетании с высокой водо- и грязеотталкивающей способностью натуральным составам придают натуральные воски. Рассмотрим действие восков подробнее.
Само дерево использует для защиты своих клеток от проникновения воды и вредителей воскоподобные вещества — кутин и суберин. Процесс их образования происходит на стадии одеревенения молодых клеток дерева. Кутин и суберин накапливаются в стенках древесных клеток и выполняют защитную функцию, консервируя их. При обработке древесины оболочки клеток на поверхности разрушаются, что резко снижает их защищенность.
Карнаубский воск добывают из листьев пальмы Карнауба — находясь на поверхности листьев, он защищает их от тропических ливней, тропического солнечного ультрафиолета и не препятствует их дыханию. Без воска, который продуцирует пальма Карнауба, она погибнет.
Натуральные воски издавна применяются человеком для облагораживания и защиты дерева. Так же, как масла и смолы, это не полимеры, а вещества, состоящие из очень малых, по-сравнению с полимерами, молекул. Эти вещества уникальны тем, что они формируют слой на поверхности, который обладает более мощными водооталкивающими свойствами, чем масла и смолы, и который, в то же время, не является полимерным, а значит особенно легко пропускает воздух и пары воды (см. рисунки ниже). Воск неспособен полимеризоваться, поэтому его проницаемость для воздуха и паров воды не меняется после высыхания покрытия. Древесина «дышит» — ее баланс влаги меняется естественным образом — и, одновременно, полностью защищена от разрушительного действия воды и загрязнений.
Воск модифицирует натуральные составы и усиливает их защитные свойства.
При натирании дерева составами с высоким содержанием восков на его поверхности обычно образуется сплошная тонкая пленка воска, которая закрывает клетки дерева. При применении водных дисперсий и масляно-восковых составов с небольшим расходом клетки дерева, как правило, не закупориваются, а происходит формирование воскового покрытия внутри клеток, на их стенках. В обоих случаях достигается исключительно высокая стойкость дерева к воде и загрязнениям. В первом случае – благодаря водоотталкивающей пленке, а во втором – благодаря тому, что вода не в состоянии смочить покрытые воском стенки клеток дерева и проникнуть в них (см. рисунок) – эффект «лотоса».
Благодаря описанному выше строению и проницаемости воска он позволяет древесине «дышать» даже в том случае, если восковое покрытие закрыло клетки дерева и сформировало тонкий слой на его поверхности (см. рисунок).

Восковой состав проникает в клетки дерева и покрывает их стенки. Восковой состав также может сформировать пленку на древесине. Воск не содержит длинных полимерных молекул и поэтому в тонком слое проницаем для воздуха и паров воды (голубые стрелки), даже в случае формирования тонкой пленки. Жидкая вода неспособна проникнуть через обработанную поверхность, даже если на поверхности нет пленки, так как стенки клеток приобретают водоотталкивающие свойства (эффект лотоса).

Воск более прочно фиксируется на поверхности, когда применяется в сочетании с маслами и смолами. Он повышает их воздухо- и паропроницаемость, в том числе, когда покрытие нанесено поверх пор и закрывает их (см. рисунок).

Масла и смолы (желтые шарики) упрочняют покрытие из воска (оранжевые шарики), который придает им повышенные водоотталкивающие свойства. Воск не является полимером и поэтому придает высохшим (полимеризовавшимся) маслам и смолам (полимерные связи показаны штрихами) более высокую пористость и проницаемость для воздуха и паров воды (голубые стрелки). Жидкая вода, как и в случае с чистыми восками и маслами, не может проникнуть в древесину через пленку покрытия, а также благодаря водоотталкивающим свойствам стенок клеток дерева после обработки (эффект лотоса).

Итак, воск обеспечивает отличную влаго- и грязезащиту (см. рисунок выше); дерево при этом способно поглощать только пары воды, но не жидкую воду (см. рисунок выше), в результате в древесине не достигается уровень влажности, благоприятный для развития грибка. Кроме того, пчелиный воск содержит биологически активные вещества, в частности, остатки прополиса, благодаря которым он оказывает естественное защитное действие от грибка и насекомых. Пчелиный воск является природным антисептиком. К тому же он совершенно не подвержен действию атмосферных факторов — солнечного света и ультрафиолета.
Часто, декларируя в составе воск, производители применяют синтетические воски, которых существует великое множество, которые дешевы и не имеют ничего общего с пчелиным воском, а являются обычными синтетическими веществами наподобие искусственных полимерных покрытий. Будьте внимательны – слово «воск» на этикетке не гарантирует его природного происхождения, если это конкретно не указано. Фразы «с пчелиным воском» обычно означают, что в составе содержатся только следы воска. Цена качественного пчелиного воска начинается от 7-8 Евро за 1 кг и поэтому невозможно сделать очень дешевый состав с достаточным для защиты содержанием натурального воска.

  1. Примечание по уходу за обработанной поверхностью.

Поскольку некоторые натуральные составы могут оставлять клетки дерева открытыми, при частом контакте с поверхностью в них могут попадать и задерживаться загрязнения, которые можно легко удалить водой с мылом или неабразивным нейтральным моющим средством. Натуральные составы, образующие пленку на поверхности, как правило, не нуждаются в подобном уходе, их достаточно протереть влажной тряпкой или промыть водой, как и обычные непористые синтетические покрытия.