Формирование искусственной текстуры древесины лиственных рассеянно-сосудистых пород за счет лазерной перфорации

Береза и осина являются наиболее распространенными лиственными породами на территории Российской Федерации. К недостаткам указанных пород можно отнести бледную окраску и невыразительную текстуру древесины. Одним из вариантов облагораживания такой древесины является формирование искусственной текстуры, которая обеспечит повышение декоративных свойств древесины, что позволит использовать ее в том числе для производства отделочных материалов и предметов интерьера, к которым предъявляются повышенные требования в части эстетических свойств. В представленной работе исследована возможность формирования искусственной текстуры древесины березы и осины за счет ее перфорации лазером с последующей автоклавной пропиткой текстильным красителем. Предлагаемый способ заключается в прожигании лазером каналов в древесине по специальной схеме (зависит от проекта текстуры) через которые при автоклавной пропитке происходит локальное окрашивание древесины. Текстура формируется за счет чередования окрашенных и не окрашенных участков на всю толщину заготовок. В целях обеспечения регулируемых размеров окрашиваемых локальных участков в древесине в работе исследованы особенности распространения пропиточного раствора в перфорированной лазером древесине. В ходе исследований установлено, что древесина осины из-за различной проницаемости спелой древесины и заболони мало пригодна для контролируемого формирования текстуры по предлагаемой технологии. Для древесины березы подтверждена возможность управляемого формирования искусственной текстуры древесины за счет лазерной перфорации с последующей ее пропиткой текстильным красителем. Получены зависимости формирования размеров окрашенных зон, прилегающих к лазерным перфорациям, от структурного направления, давления и продолжительности автоклавной пропитки красителем.

1. Барташевич А.А., Игнатович Л.В., Шетько С.В., Гайдук С.С. Декорирование элементов мебели и столярно-строительных изделий методом тиснения текстуры древесины и имитацией резьбы // Труды БГТУ. Серия 1: Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. 2018. № 2. С. 197–203.

2. Беляев Е.Ю., Суходолова А.П., Соколов В.Л., Ермолин В.Н. Исследование крашения древесины. 1. Крашение водными растворами аминов // Химия растительного сырья. 1998. № 3. С. 55–57.

3. Беляев Е.Ю., Ермолин В.Н., Мелешко А.В., Соколов В.Л. Крашение древесины // Химия растительного сырья. 1999. № 2. С. 5–18.

4. Вернигорова В.Н., Саденко С.М. Технология и оборудование защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов: учеб. пособ. Пенза: Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 2015. 296 с.

5. Демина С.С. Современная технология декорирования методом ультрафиолетовой печати на древесине и композиционных древесиных материалах // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2015. №42. С. 42–44.

6. Елисеев С.Г., Ермолин В.Н., Дук Д.В. Применение лазерной перфорации для повышения декоративных свойств древесины пихты сибирской (Abies sibirica) // ИВУЗ. Лесной журнал. 2023. № 5(395). С. 151–163. DOI: 10.37482/0536-1036-2023-5-151-163.

7. Ермолин В.Н., Елисеев С.Г., Дук Д.В. Способ формирования текстуры древесины. Патент № 2764696C1 Российская Федерация, МПК B27K 3/08, № 2021113108; заявл. 05.05.2021; опубл. 19.01.2022. Бюл. № 2. 7 с.

8. Золотарчук С.В., Кушпит А.С., Гупало О.П. Применение водорастворимых красителей для крашения древесины мягких лиственных пород // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2003. № 7. С. 108–109.

9. Кирилина А.В., Ветошкин Ю.И. Художественно-декоративный вид отделки деталей из древесины лиственных пород методом тиснения // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-1. С. 262.

10. Липшанс Э., Маковскис Я. Способ окрашивания круглого лесоматериала. Патент № 2375171C2 Российская Федерация, МПК B27K 5/02, № 2007104971/02; заявл. 09.02.2007; опубл. 10.12.2009. Бюл. № 34. 5 с.

11. Медведев И.Н., Паринов Д.А., Шамаев В.А. Сквозная пропитка древесины с торца под давлением различными составами // Современные машины, оборудование и IT-решения лесопромышленного комплекса: теория и практика: мат. Всерос. науч.-практ. конф. Воронеж, 2021. С. 245–249. DOI: 10.34220/MMEITSIC2021_245-249.

12. Намятов А.В., Баяндин М.А., Ермолин В.Н. Получение криволиненых заготовок из древесины березы с высокими декоративными свойствами // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3, № 8-2. С. 301–304. DOI: 10.12737/15542.

13. Саерова К.В., Шайхутдинова А.Р., Сафин Р.Р. Искусственное состаривание древесины методом браширования // Научные исследования и разработки в области дизайна и технологий: мат. Всерос. науч.-практ. конф. Кострома, 2021. Ч. 1. С. 146–148.

14. Сафин Р.Р., Белякова Е.А. Усовершенствование технологии термомодифицирования древесины BIKOS-TMT // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15, № 13. С. 134–136.

15. Соколов В.Л., Баяндин М.А., Звонарева П.П. Способ облагораживания древесины. Патент № 2470770C1 Российская Федерация, МПК B27K 5/02, B27K 3/08, №2011128459/13; заявл. 08.07.2011; опубл. 27.12.2012. Бюл. № 36. 5 с.

16. Тарбеева Н.А., Рублева О.А. Обоснование технологических возможностей способа упрочняющей декоративной обработки низкотоварной древесины // Лесотехнический журнал. 2020. Т. 10, № 3. С. 145–154. DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2020.3/14.

17. Трубников Н.А. Разработка технологии улучшения текстуры древесины мягких лиственных пород избирательным окрашиванием и прессованием: дис. ... канд. техн. наук. Воронеж, 2009. 166 с.

18. Урецкий Е.Е., Довгань А.С., Калугин В.А., Катульский Э.Ю. Устройство для пропитки древесины. Патент на полезную модель № 24415U1 Российская Федерация, МПК B27K 3/08, № 2002107807/20; заявл. 01.04.2002; опубл. 10.08.2002. Бюл. № 22. 12 с.

19. Усачев С.В. Способ окрашивания древесины. Патент № 2194613C1 Российская Федерация, МПК B27K 5/02, B44D 5/00, D06P 3/60, №2001119669/04; заявл. 16.07.2001; опубл. 20.12.2002. Бюл. № 35. 7 с.

20. Черненко С.А., Бернат И.А. Облагораживание древесины березы красителями методом торцевой пропитки под давлением. М.: ЦНИИ информации и техн.-экон. исследований по лесной, целлюлозно-бум. и деревообрабатывающей пром-сти, 1968. 20 с.

21. Чимирис Ю.В. Способ облагораживания деревянных заготовок. Патент № 2099180C1 Российская Федерация, МПК B27K 5/00, B27K 9/00, №95116984/04; заявл. 05.10.1995; опубл. 20.12.1997. Бюл. № 8. 5 с.

22. Шмидтъ В. Протрава или окрашивания дерева в различные цвета и подделка под благородные по испытанным рецептам: руководство для мастерских и школ / под ред. К. Маркграфа. М.: Издательство А. Ф. Суховой, 1915. 28 с.

23. Bahchevandziev K., Mihajlovski N. Surface retention of polyurethane and acrylic coatings on impregnated spruce wood (Picea abies Karst) and comparison with some wood preservatives // Baltic Forestry. 2021. Vol. 27, no. 2. P. 266-270. DOI: 10.46490/BF223.

24. Baysal E., Degirmentepe S., Simsek H. Some surface properties of thermally modified scots pine after artificial weathering //Maderas. Ciencia y tecnología. 2014. Vol. 16, no. 3. P. 355–364. DOI: 10.4067/s0718-221x2014005000028.

25. Buksans E., Laiveniece L., Lubinskis V. Solid wood surface modification by charring and its impact on reaction to fire performance //Engineering for Rural Development. 2021. Vol. 20, no. 26. P. 899–905. DOI:10.22616/ERDev.2021.20.TF203.

26. Jaxel J., Liebner F.W., Hansmann C. Solvent-free dyeing of solid wood in watersaturated supercritical carbon dioxide // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2020. Vol. 8, no. 14. P. 5446–5451. DOI: 10.3390/coatings10010077.

27. Kúdela J., Kubovský I., Andrejko M. Surface properties of beech wood after CO2 laser engraving //Coatings. 2020. Vol. 10, iss. 1. Art. no. 77. DOI: 10.3390/coatings10010077.

28. Li R., Xu W., Wang X.D.A., Wang C.G. Modeling and predicting of the color changes of wood surface during CO2 laser modification //Journal of Cleaner Production. 2018a. Vol. 183. P. 818–823. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.02.194.

29. Li Y.B., Shen J., Wang J.X., Deng F.J. Study on decorative properties of poplar wood impregnated with low molecular weight UF resin //Forest Engineering. 2018b. Vol. 34, iss. 1. P. 36–40. DOI:10.5555/20183154218.

30. Nath S., Waugh D., Ormondroyd G., Spear M., Pitman A., Sahoo S., Curling S., Mason P. CO2 laser interactions with wood tissues during single pulse laser-incision // Optics & Laser Technology. 2020. Vol. 126. Art. no. 106069. DOI: 10.1016/j.optlastec.2020.106069.