MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav nauky o dřevě UNIKÁTNÍ LABORATORNÍ IMPREGNAČNÍ AUTOKLÁV Diplomová práce 2010/2011 Bc. Michal David
ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Unikátní laboratorní impregnační autokláv zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:... Podpis studenta
PODĚKOVÁNÍ Tímto bych chtěl poděkovat panu Ing. Aleši Dejmalovi Ph.D. za odborné vedení a cenné rady pro správné řešení této práce, bez kterých by nemohla vzniknout. Také děkuji mé rodině za podporu po celou dobu mého studia. Dále bych chtěl poděkovat všem kamarádům za podporu a rady při studiu.
ABSTRAKT Vypracoval: Název práce: Bc. Michal David Unikátní laboratorní impregnační autokláv Tato diplomová práce pojednává o laboratorním impregnačním autoklávu. Jednotlivé části práce obsahují charakteristiku, popis ovládání a popis základních částí autoklávu. V neposlední řadě je uvedeno experimentální ověření funkčnosti impregnačního autoklávu. Hlavním cílem je stanovit metodiku nastavení parametrů impregnačního autoklávu a jejich důkladné popsání. Po stanovení metodiky nastavení parametrů impregnačního autoklávu bylo provedeno experimentální ověření funkčnosti autoklávu. Pro ověření byly zhotoveny vzorky z borového dřeva (vzorky z jádrové a bělové části). Po úplném vysušení byly vzorky impregnovány vodou obarvenou inkoustem. Dále byl uveden popis základních částí autoklávu s fotodokumentací. Obsahem diplomové práce je,,literární přehled, kde je přehled základních informací o impregnaci dřeva, impregnačních látkách, metodách impregnace dřeva a chemických modifikací dřeva. V kapitole,,metodika je popsána metodika zpracování technického popisu, ovládání automatu impregnačního autoklávu a metodika ověření funkčnosti impregnačního autoklávu. V závěrečných kapitolách je popsáno nastavení parametrů impregnačního autoklávu a jsou zde uvedeny výsledky a jejich vyhodnocení. Klíčová slova: impregnace, impregnační látka, impregnační metody, impregnační autokláv, automat impregnačního autoklávu, Bethell, Rüping, přetlak, podtlak, dřevo, voda, inkoust
ABSTRACT Prepared by: Title of work: Bc. Michal David Unique laboratory autoclave impregnation This thesis deals with studies of laboratory autoclave impregnation. Particular parts contain characteristics, description of operation and description of the essential parts of the autoclave. Last but not least is the experimental verification of the functionality of impregnation autoclave. The main objective is to establish a methodology for setting of the parameters of impregnation autoclave and their thorough describtion. Following the methodology for setting the parameters of impregnation autoclave the experimental verification of the functionality of the autoclave was performed. For the purpose of verification, the samples were made from pine wood (samples from the core and white part). After complete drying, the samples were impregnated with water colored with ink. Furthermore, the description of the essential parts of the autoclave with photographs was done. This thesis contains a "Literary review" which is an overview of basic information on wood preservatives, impregnation substances, methods, and wood chemical modification of wood. The "Methodology" chapter describes the methodology of described processing technology, automatic control and methods of impregnation autoclave impregnation autoclave validation functionality. The final chapters describe the parameters of impregnation autoclave and present the results and their evaluation. Keywords: impragnation, impregnating agent, impregnation methods, impregnation autoclave, impregnation autoclave machine, Bethell, Rüping, pressure, vacuum, wood, water, ink
OBSAH 1 ÚVOD...- 8-2 CÍL...- 10-3 LITERÁRNÍ PŘEHLED...- 11-3.1 Borovice lesní (Pinus sylvestris)...- 11-3.2 Propustnost tekutin ve dřevě...- 11-3.3 Impregnace dřeva...- 12-3.4 Faktory ovlivňující impregnaci dřeva...- 13-3.4.1 Vlastnosti dřeva...- 13-3.4.2 Druh použité látky...- 14-3.4.3 Podmínky provedení impregnace...- 16-3.5 Ochranné látky pro impregnaci dřeva...- 16-3.5.1 Klasifikace a rozdělení ochranných látek...- 17-3.5.2 Typové označení ochranných látek...- 20-3.5.3 Označení podle tříd ohrožení a klasifikace impregnovatelnosti...- 21-3.6 Metody impregnace dřeva...- 22-3.6.1 Technologie beztlakové impregnace...- 22-3.6.2 Technologie tlakové impregnace...- 23-3.7 Kontrola příjmu ochranné látky...- 28-3.8 Chemické modifikace dřeva...- 29-3.8.1 Acetylace...- 29-3.8.2 Modifikace pomocí DMDHEU...- 30-3.8.3 Modifikace dřeva amoniakem...- 30-3.8.4 Modifikace dřeva syntetickými pryskyřicemi...- 31-3.8.5 Furfurylace...- 32-3.9 Průmyslové impregnační autoklávy...- 33-3.9.1 IMP-VP Systém...- 33-3.9.2 ASC Econoclave...- 33-3.9.3 Vakuové systémy impregnace Hull Industries...- 34-3.9.4 Vakuové systémy impregnace WTT...- 35-4 METODIKA...- 36-4.1 Metodika zpracování technického popisu impregnačního autoklávu...- 36-4.1.1 Technická data...- 36-4.1.2 Popis výrobku...- 37-4.1.2.1 Zásobní nádrž...- 37-4.1.2.2 Výfukový sběrač...- 38-4.1.2.3 Vakuové čerpadlo s kondenzátorem a sběračem...- 39-4.1.2.4 Vzduchový kompresor...- 40-4.1.2.5 Odměrná nádrž stojatá...- 40 -
4.1.2.6 Předehřívač...- 41-4.1.2.7 Impregnační nádrž...- 42-4.1.2.8 Potrubní propojení a armatury...- 43-4.1.2.9 Elektrická část...- 44-4.1.2.10 Rám impregnačního autoklávu a záchytná vana...- 45-4.1.3 Použití impregnačního autoklávu...- 45-4.1.4 Obsluha a údržba...- 46-4.1.5 Zakázané činnosti...- 46-4.1.6 Bezpečnostní pokyny...- 47-4.1.7 Požární bezpečnost...- 47-4.2 Ovládání automatu impregnačního autoklávu...- 48-4.2.1 Zadání výrobního postupu...- 48-4.2.2 Spuštěni výrobního postupu...- 50-4.2.3 Stažení dat...- 52-4.2.4 Software...- 53-4.3 Schéma impregnačního autoklávu...- 54-4.4 Metodika nastavení parametrů impregnačního autoklávu...- 55-4.5 Ověření funkčnosti impregnačního autoklávu...- 55-4.5.1 Příprava vzorků...- 55-4.5.2 Příprava impregnační látky...- 56-4.5.3 Příprava před impregnací...- 56-4.5.4 Provedení impregnace podle Bethellovi metody...- 57-4.5.4.1 Programové zadání a spuštění výroby...- 58-4.5.4.2 Praktický postup impregnace...- 61-4.5.5 Vážení vzorků po impregnaci...- 64-5 VÝSLEDKY A JEJICH VYHODNOCENÍ...- 65-5.1 Nastavení parametrů impregnačního autoklávu...- 65-5.1.1 Vytvoření přetlaku a podtlaku v impregnační nádrži...- 65-5.1.2 Napouštění impregnační látky...- 66-5.1.3 Impregnace dřeva kombinací podtlaku a přetlaku...- 68-5.1.4 Impregnace dřeva kombinací dvou rozdílných tlaků...- 69-5.1.5 Topení v impregnační nádrži...- 70-5.2 Zjištění výsledků váhovou metodou...- 71-5.3 Zjištění výsledků vizuální metodou...- 73-6 DISKUSE...- 74-7 ZÁVĚR...- 76-8 SUMMARY...- 78-9 PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURY...- 79-10 SEZNAM OBRÁZKŮ...- 83-11 SEZNAM TABULEK A GRAFŮ... - 85 -
1 ÚVOD Dřevo může být při nevhodném použití, vzhledem ke své struktuře, poškozováno biotickými a abiotickými činiteli. Vlivem poškození může měnit vzhled i fyzikální a chemické vlastnosti. Dřevo se degraduje a ztrácí své původní vlastnosti nejen vlivem aktivity biotických škůdců, ale i v důsledku působení rozličných abiotických činitelů. Mezi abiotické činitele lze zařadit: - střídání nízké a vysoké teploty - voda (déšť, sníh a led) - sluneční záření (zvýšení teploty povrchu dřeva) - UV záření (barevné změny dřeva) Přírodní vlivy jako vítr, voda a sluneční záření se složkou UV záření působí současně, s různou intenzitou podle ročního období a dřevo postupně narušují. Poškozené dřevo je náchylnější k napadení biotickými činiteli, jako jsou dřevokazné houby, plísně a dřevokazný hmyz. Aby byla minimalizována degradace dřeva, začala se využívat impregnace dřeva. Již staré civilizace, jako je Čína, Egypt či Řím, začaly dřevěné materiály ošetřovat živočišnými a minerálními oleji. Mimo jiné se používaly oleje získané z jalovce, cedru a borovice, kterými byly ošetřovány námořní plavidla. V průběhu 16. století byly na některých obchodních plavidlech zachovány stopy po vsakování dehtu do dřeva. Průmyslová impregnace dřeva je využívána posledních 200 let. S průmyslovým vývojem souvisí používání jiných konzervačních materiálů, jako jsou oleje, lepidla, pryskyřice, kaučuk a soli. Na počátku 19. století byl objeven kreosot, získaný destilací uhlí používaného jako palivo v průmyslovém sektoru. Brzy našel široké využití jako ochranný prostředek pro impregnaci dřevěných telegrafních sloupů a železničních pražců. Počátek moderní impregnace je datován do období, kdy byla objevena metoda na úpravu dřeva chemickými konzervativními látkami a patentovaná metoda tlakového autoklávu. Nevýhodou této metody bylo spotřebování velkého množství impregnačních - 8 -
látek a tím byla impregnace dřeva drahá. Až v roce 1902 vyvinul M. Rüping praktičtější způsob impregnace dřeva. Důvodem méně častého využívání dřevěných prvků ve stavebnictví byly především obavy o životnost tohoto materiálu. Nejvíce ohroženo je dřevo, které je zabudováno v exteriéru nebo dokonce v přímém kontaktu s půdou či vodou. Je-li dřevo ošetřeno přípravky pro preventivní ochranu dřeva, vydrží déle bez poškození a výrazně se prodlouží jeho životnost. - 9 -
2 CÍL Diplomová práce popisuje unikátní laboratorní impregnační autokláv, jeho charakteristiku a popis ovládání. Laboratorní impregnační autokláv byl zhotoven dle zadání Mendelovy univerzity v Brně pro Ústav nauky o dřevě. Byl vyroben na zakázku firmou J. Hradecký, spol. s.r.o. v Pacově. Hlavním cílem práce bylo vypracovat metodiku nastavení parametrů impregnačního autoklávu. Jako hlavní parametry byly prezentovány: vytvoření přetlaku a podtlaku, napouštění impregnační látky, impregnace dřeva kombinací podtlaku a přetlaku. Dalším cílem bylo popsat metodiku zpracování technického popisu impregnačního autoklávu. V této kapitole jsou uvedena mimo jiné: hlavní technická data, popis autoklávu včetně fotodokumentace, obsluha a údržba autoklávu, bezpečnostní pokyny a ovládání automatu impregnačního autoklávu. Na závěr bylo provedeno experimentální ověření funkčnosti autoklávu pomocí impregnační metody s plným nasycením dřeva (podle Bethella). Na experiment byly použity vzorky o rozměrech 20 x 20 x 100 mm zhotovené z jehličnatého dřeva (borovice lesní - Pinus sylvestris). Po vysušení na vlhkost 0 %, byly vzorky impregnovány vodou obarvenou modrým inkoustem. Zjištěné výsledky byly prezentovány pomocí tabulek a grafů. Napsáním této práce byla snaha vytvořit podrobný popis a návod na používání impregnačního autoklávu pro studenty a pracovníky, kteří budou v budoucnu tento laboratorní impregnační autokláv využívat. - 10 -
3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Borovice lesní (Pinus sylvestris) Vyšší strom dorůstající 40 m výšky. Na extrémních stanovištích nižší, někdy jen keřovitého vzrůstu. Kořenový systém poměrně mohutný, tvořený většinou výrazným kůlovým kořenem a bočními kořeny. Koruna v severní a severovýchodní části Evropy štíhlá s jemným větvením, ve střední a jižní části převažují stromy s klenutou až deštníkovitou korunou a silnými větvemi. Kmen přímý, na extrémních stanovištích často zakřivený. V dolní části krytý silnou rozpukanou šedohnědou borkou, v části horní se oranžová či rezatě červená kůra odlupuje v papírovitých lístcích. Letorosty zelenohnědé, lysé, starší větvičky šedohnědé (Leugnerová, 2007). Šířka běle borovice lesní bývá okolo 5 cm, barva je nažloutlá, narůžovělá, často se objevuje tzv. zamodrání běle. Jádro je zpočátku u čerstvě pokáceného dříví světlehnědé, později na vzduchu tmavne a je až červenohnědé. Jádrové dřevo je oproti běli trvanlivé a odolné. Borovice se dobře suší, opracovává (pryskyřice zhoršuje opracovatelnost povrchů), běl se lépe impregnuje než jádro. Hustota je při vlhkosti 0 % 505 kg.m -3 (Vavrčík a kol., 2002). 3.2 Propustnost tekutin ve dřevě Propustnost je objemový tok tekutin přes látku (dřevo) vyvolaný gradientem vnějšího tlaku statického nebo kapilárního. Ten se souhrnně nazývá hydrodynamickým pohybem. Pochopení základních zákonitostí procesu toku tekutin může napomoci při řešení praktických zákonitostí impregnace dřeva. Při cíleném procesu impregnace jako aplikaci transportu vody v kapalné podobě ji tedy nelze výrazně ovlivnit, aniž by byl destrukčně narušen materiál. Lze jen konstatovat, že existují dřeva lépe propustná a dřeva hůře propustná. Obecně může být řečeno, že dřeva listnáčů jsou propustnější pro kapaliny než dřeva jehličnanů. Rozdíl je způsoben převážně přítomností cév. Propustnost v podélném směru je největší, výrazně nižší je v radiálním a nejnižší je v tangenciálním směru (Horáček, 2008). - 11 -
3.3 Impregnace dřeva Impregnací dřeva můžeme označit zavedení chemických látek do struktury dřeva, s cílem zlepšit jeho vlastnosti nebo získat zcela nové vlastnosti. Impregnace může stabilizovat rozměry, zvyšovat pevnost i odolnost proti vodě, vlhkosti a chemickým látkám a minimalizovat vznik trhlin. Mezi nejčastější způsoby impregnace patří impregnace dřeva pomocí fungicidů a insekticidů, které zajišťují ochranu dřeva proti hnilobě a jiným formám biologického poškození. Dále jsou používány retardéry hoření, které brání dřevu ve vznícení a hoření (Baraks a Nikiforov, 1969). Impregnace dřeva je, jak uvádí Reinprecht (2008), chemická ochrana dřeva, která umožňuje zvýšit přirozenou trvanlivost dřeva. To znamená zvýšit jeho odolnost proti abiotickým vlivům (slunečnímu záření, emisím apod.) a biologickým škůdcům (houbám, hmyzu apod.). V praxi jsou aplikovány vhodné typy chemických látek chemické prostředky na ochranu dřeva, respektive chemické ochranné prostředky. Ty jsou na povrch dřeva nebo do určité hloubky dřeva nanášeny nátěrem, postřikem, máčením a jinými beztlakovými technologiemi. Chceme-li dosáhnout jejich většího průniku a příjmu do dřeva, jsou používány podtlakové nebo přetlakové technologie v impregnačních kotlích. Obr. 1 Impregnované dřevo (Šůs, 2008) Vzhledem k tomu, co udávají jednotlivý autoři, může být řečeno, že obecně je impregnace dřeva proces, při kterém je do dřeva napouštěna impregnační látka za účelem ochrany dřeva, popřípadě zlepšení jeho vlastností. - 12 -
3.4 Faktory ovlivňující impregnaci dřeva Jak už bylo uvedeno, impregnace dřeva je proces, při kterém je impregnační látka napouštěna do dřeva. Aby byl dosažen požadovaný ochranný účinek, musí být brán pohled nejen na vlastnosti dřeva, ale i vlastnosti impregnační látky a podmínkách provedení impregnace. Faktory ovlivňující impregnaci dřeva: - vlastnosti dřeva - druh použité látky - podmínky provedení impregnace 3.4.1 Vlastnosti dřeva Na vlastnostech dřeva je závislé množství přijaté impregnační látky i její rozložení ve dřevě. Jiné vlastnosti mají jehličnaté dřeviny a jiné vlastnosti mají listnaté dřeviny. Další vliv na propustnost má druh dřeviny. Častými překážkami v impregnaci dřeva jsou uzavřené dvojtečky, thyly, pryskyřice aj. Důležitou roli při impregnaci dřeva mají tečky a dvojtečky. Impregnační látka do dřeva proniká nejlépe, jsou-li dvojtečky otevřené, což nastává u čerstvě pokáceného dřeva. Klesne-li vlhkost pod bod nasycení buněčných stěn, dochází k uzavření dvojteček v jarním dřevě, ale v letním dřevě zůstávají některé dvojtečky otevřené. To má za následek, že se letní dřevo u jehličnanů nechá lépe impregnovat než dřevo jarní. Mezi těžce propustné části dřeva patří jádro. To je způsobeno ucpáním vodivých cest pryskyřicí, tříslovinami, uhličitanem vápenatým a barvivy (Svatoň, 2000). Obr. 2 Výskyt jádra: borovice lesní (vlevo) a dub letní (Patřičný, 2010) - 13 -
V jádrech listnatých dřevin dochází k tvorbě thyl. To jsou výrůstky vakovitého tvaru, vyrůstající z parenchymatických buněk. Thyly ucpávají cévy a dřevem v této části neproniká impregnační látka ani při vyšších tlacích a delších časech impregnace. Další vlastností, která ovlivňuje příjem impregnační látky, je hustota dřeva. Čím má dřevo vyšší hustotu, tím méně dokáže přijmout impregnační látky. Rovněž vlhkost má vliv na propustnost. Tento vliv závisí nejen na vlastnostech dřeva, ale i způsobu impregnace a použité ochranné látce. A v poslední řadě množství přijímané impregnační látky ovlivňuje velikost a tvar impregnovaného dřeva a podíl podélných, radiálních a tangenciálních ploch (Požgaj, 1997). 3.4.2 Druh použité látky Ochranné látky, použité při impregnaci dřeva, ovlivňují kvalitu impregnace především svojí viskozitou, disperzním stavem, mezi povrchovým napětím apod. K impregnaci se používají zejména vícesložkové kapalné látky: a) homogenní roztoky b) disperzní dvoufázové systémy (emulze, suspenze) Většina impregnačních látek jsou látky poměrně dobře smáčivé a samovolně sorbují do pórovité struktury dřeva. Podle druhu použité látky rozlišujeme tzv.,,bílou a,,černou impregnaci. Název,,bílá impregnace není dán výslednou barvu dřeva, ale spíše tím, že je látka při technologii zafixována (nedá se dále vyluhovat běžným rozpouštědlem), je nearomatická, ředitelná vodou a dále v prvku nepracuje. Ve skutečnosti se dřevo zbarví nejčastěji do olivově zeleného odstínu, v některých případech jednoduchých aplikací nátěrem může mít hnědý odstín. Popřípadě může být bez barvy. Chybí zde složka odrážející UV záření, a proto dojde během několika let k zešednutí dřeva. - 14 -
Obr. 3 Dřevo ošetřené látkou Bochemit (Huška, 2009) Tyto látky se většinou dají použít pro všechny druhy technologií (tj. od nátěru, přes máčení až po nejnáročnější, ale nejkvalitnější vakuovou a tlakovou impregnaci). Mezi obchodníky a odborníky jsou pak tyto látky známé jako Bochemit, Lastanox, Tanalit, Korasit, Wolmanit, atd. Tzv.,,černá impregnace se provádí méně často, můžeme se s jejím použitím setkat v podobě železničních pražců, telekomunikačních sloupů a dalších technických prvků. Tato impregnace se provádí na prvcích, které nejsou v přímém styku s člověkem. Technologicky se jedná o impregnaci olejovitými látkami, na bázi kreozotů, skupiny Wei B-C, které ve svém počátku mají černou barvu. Po napuštění do dřeva ho však zbarví hnědě a postupem času do šedohnědé barvy. Do dřeva jsou pouze napuštěné, ale nikoli pevně chemicky fixované. Tato skutečnost je základem pro dlouhou životnost ošetřených prvků. Napuštěný olej se v závislosti na působení teploty spíná a rozpíná, čímž proniká do větší hloubky. Olej je schopen dokonce zalít trhlinky vznikající v průběhu životnosti. Bohužel tyto látky jsou značně aromatické a během vyšších teplot dochází k mírnému ronění z výrobku. Vzhledem k velmi náročným ekologickým a technologickým parametrům (například teplota při impregnaci nesmí klesnout pod 100 C), které je nutné dodržet při použití těchto olejů, je jediným možným řešením vakuová nebo tlaková impregnace (Roda, 2009). Obr. 4 Dřevo ošetřené látkou na bázi oleje (Bláha, 2009) - 15 -
3.4.3 Podmínky provedení impregnace Z podmínek provedení impregnace, které ovlivňují příjem impregnační látky a její hloubkový průnik, můžeme uvést: podtlak, přetlak, kombinace podtlaku a přetlaku, teplota, doba impregnace aj. Obecně lze říci, čím jsou tyto veličiny vyšší, tím je vyšší příjem impregnační látky a větší hloubkový průnik (Svatoň, 2000). 3.5 Ochranné látky pro impregnaci dřeva Všeobecně jsou ochranné látky pro impregnaci dřeva buď jednoduché sloučeniny nebo jejich směsi organického, popřípadě anorganického původu, používané k ochraně dřeva před znehodnocením. Mohou být podle účelu a způsobu používány při různých impregnačních způsobech. Ochranné látky musí odpovídat požadavkům ČSN 49 0600-1 a musí být schváleny příslušnou státní zkušebnou. Podle ČSN 49 0600-1 je nutné, aby ochranné látky vykazovaly jednak základní vlastnosti, jednak další vlastnosti, více nebo méně důležité podle účelu použití. Základní vlastností je ochranná účinnost: a) proti dřevokazným houbám (fungicidy) b) proti dřevokaznému hmyzu (insekticidy) c) proti ohni (antipyreny) d) proti dalším znehodnocujícím vlivům Další požadované vlastnosti jsou: - rozpustnost ve vodě nebo jiných rozpouštědlech - co největší schopnost pronikat do dřeva - přilnavost ke dřevu - trvanlivost (chemická i fyzikální stálost) - nízká vyluhovatelnost ze dřeva (schopnost fixace) - antikorozivnost vůči dřevu samotnému - antikorozivnost vůči impregnačnímu zařízení (kovy, plasty aj.) - co nejvyšší zdravotní nezávadnost Každá ochranná látka splňuje uvedené požadavky v určité míře, a proto musí být důkladně zvažována vhodnost použití u jednotlivých případů (Kafka a kol., 1989). - 16 -
Chemické ochranné látky jsou využívány ke zvýšení přirozené odolnosti dřeva proti biotickým škůdcům a abiotickým faktorům. Použití ochranným látek je většinou směřováno proti určité skupině vlivů, které na dřevo působí nepříznivě. Ochranné látky proti dřevokazným houbám (fungicidy) mohou být rozděleny na látky ve vodě nerozpustné a látky ve vodě rozpustné. Mezi látky ve vodě nerozpustné patří: - černouhelný dehtový olej (kreozot) - impregnační olej - karbolineum - hnědouhelný dehtový olej - zemní oleje - chlórované uhlovodíky (chlórnaftalen) - chlórované fenoly (pentachlórfenol) Mezi látky ve vodě rozpustné patří: - Wolmannovy soli (směs solí fluóru, fenolu, chrómu) - zinečnaté soli (chlorid zinečnatý) - sloučeniny mědi (síran měďnatý) - sloučeniny rtuti - sloučeniny fluóru - sloučeniny arzénu (Horák a kol., 1974) 3.5.1 Klasifikace a rozdělení ochranných látek Chemické látky používané na ochranu dřeva, můžou být rozděleny do následujících skupin: - anorganické vodorozpustné fungicidy, vyluhovatelné ze dřeva vodou - anorganické vodorozpustné fungicidy, nevyluhovatelné ze dřeva vodou - organické vodorozpustné fungicidy, nevyluhovatelné ze dřeva vodou - organické fungicidy na olejovité bázi - 17 -
Anorganické vodorozpustné fungicidy, vyluhovatelné ze dřeva vodou Účinnými složkami v této skupině jsou anorganické sloučeniny na bázi trojmocného bóru. Borité soli mají vysokou účinnost proti dřevokazným houbám Basidiomycetes (včetně dřevomorky domácí) a dostatečnou účinnost proti dřevokaznému hmyzu. Přípravky obsahující borité soli se nefixují na dřevní hmotu, ze dřeva jsou lehce vyluhovatelné. K ochraně dřeva se používají výhradně v interiéru tzn. v podmínkách, kde nehrozí vyluhování vodou (třídy ohrožení 1, 2 dle ČSN EN 335-1,2). Tyto prostředky je možné použít pro všechny způsoby ochrany, jak pro povrchovou ochranu máčením, nátěrem, postřikem nebo ponořováním, včetně speciálních technologií (injektáží, bandážováním), tak i pro hloubkovou impregnaci vakuovými a tlakovými způsoby. Anorganické vodorozpustné fungicidy, nevyluhovatelné ze dřeva vodou Účinnými složkami v této skupině jsou kombinace solí mědi a sloučeniny bóru. Ochranné prostředky s podílem mědi a bóru vykazují vysokou účinnost proti všem biotickým škůdcům (dřevokazným houbám Basidiomycetes, včetně hub způsobujících měkkou hnilobu, dřevokaznému hmyzu, dřevo-zbarvujícím houbám a plísním). Jedná se o přípravky, které se fixují chemickou reakcí na dřevní hmotu (po fixaci dojde k praktické nevyluhovatelnosti z impregnovaného dřeva). Používají se k ochraně dřeva především v exteriéru staveb, kde hrozí vzlínání vlhkosti ze země (pozednice, podlahové trámy apod.), včetně dřeva zabudovaného do země a v kontaktu se sladkou vodou (třídy ohrožení 3,4 dle ČSN EN 335-1,2). Tyto prostředky jsou určeny výhradně pro průmyslovou impregnaci vakuovými a tlakovými způsoby. Organické vodorozpustné fungicidy, nevyluhovatelné ze dřeva vodou Účinnými složkami jsou kvartérní amonné sloučeniny. Ochranné prostředky na bázi kvartérních amonných solí se rychle a úplně fixují chemickou reakcí na dřevní hmotu. Ze dřeva jsou nevyluhovatelné. Jsou určené do interiéru i exteriéru staveb, mimo výrobky zabudované do země (třídy ohrožení 1, 2 a 3 dle ČSN EN 335-1,2). Kvartérní amonné sloučeniny jsou účinné především proti plísním a dřevo-zbarvujícím houbám. - 18 -
Na ochranu dřeva se používají především v kombinaci s boritými solemi (rozšíření účinnosti na dřevokazný hmyz). V současné době jsou jejich kombinace s boritými solemi nejrozšířenějšími přípravky na preventivní nebo dodatečnou ochranu stavebních konstrukcí. Tyto prostředky jsou určeny jak pro průmyslovou impregnaci vakuovými a tlakovými způsoby, tak i dodatečnou ochranu dřeva (přímo ve stavbách) povrchovými způsoby. Organické fungicidy na olejovité bázi Účinnými složkami jsou střední destilační olejovité frakce kamenouhelného dehtu, který je vedlejším produktem při koksování nebo zplyňování černého uhlí. Prostředky na bázi dehtových olejů jsou určeny výhradně k ochraně dřeva v exteriéru, včetně dřeva zabudovaného do země nebo v kontaktu se slanou vodou (třídy ohrožení 3, 4 a 5 dle ČSN EN 335-1,2). Prostředky na bázi dehtových olejů jsou účinné proti dřevokazným houbám, houbám způsobujících měkkou hnilobu, preventivně proti dřevokaznému hmyzu a plísním. Z hlediska způsobu ochrany jsou určeny výhradně pro hloubkovou průmyslovou impregnaci vakuovými a tlakovými způsoby, zvláště k ochraně železničních pražců a telekomunikačních sloupů. Výhodou impregnačních olejů je nízká vyluhovatelnost vodou a žádné korozivní účinky. Nevýhodou je tmavá barva, zápach, proměnlivé chemické složení, vysoká viskozita a tím nutnost ohřevu oleje v technologickém procesu ochrany na teplotu 90 C až 120 C (www.drevari.humlak.cz). - 19 -
3.5.2 Typové označení ochranných látek Tab. 1 Typové označení ochranných látek písmeno číslo doplňkové B - dřevozbarvující houby 1 - nejméně závadná H - hloubková impregnace F - fungicidy 2 M - mělká impregnace F A - vřeckaté houby 3 P - povrchová impregn. F B - stopkovýtrusné houby 4 I - insekticidy 5 - nesmí se dostat do styku s člověkem H - průnik přes 10mm M - 2-10mm I P I I O - preventivní P - do 2mm - intenzivní ZDRAVOTNÍ - antipyreny ZÁVADNOST vyluhovatelnost K - proti chemické korozi v - vyluhovatelné vodou D - stabilizátory koroze n - nevyluhovatelné Příklady označení ochranných látek: a) KREOZOTOVÝ OLEJ dehtové oleje, fenol (FI5 n H) b) FERMEŽ zdravotně nezávadná, nesmí přijít do styku se zemí (FI p 1 n P). - 20 -
3.5.3 Označení podle tříd ohrožení a klasifikace impregnovatelnosti Označení podle tříd ohrožení Podle Tab. 2 je dřevo rozděleno do pěti tříd ohrožení podle EN 335-1, 2, 3. Klasifikace je provedena podle charakteristických vlivů a podmínek. Tab. 2 Definice tříd použití dřeva klasifikace podle EN 335-1,2,3 (Ptáček, 2009) Třída použití Charakteristické vlivy a podmínky Prostředí a příklady použití 1 vlhkost dřeva 10 % až 20 % neklimatizované suché interiéry (půdní prostory, krovy) 2 vlhkost dřeva někdy může neklimatizované interiéry s relativní přesáhnout 20 % vlhkostí vzduchu více než 80 % (sklepy) 3 vlhkost dřeva často větší než 20 % + exteriéry, ale bez kontaktu se zemí působení povětrnosti (venkovní obklady a konstrukce) 4 vlhkost dřeva stále vyšší než 20 % + dřevo zabudované do země nebo vody působení povětrnosti a kontakt se (sloupy, pražce, chlad. věže) zemí 5 vlhkost dřeva stále vyšší než 20 % + dřevo zabudované do mořské vody působení mořské vody (lodě, zařízení přístavů) Klasifikace impregnovatelnosti Tab. 3 Klasifikace impregnovatelnosti ČSN EN 350-2 (Ptáček, 2009) Třída Popis Vysvětlivky 1 impregnuje se lehce řezivo lze úplně impregnovat tlakovou impregnací úplný průnik obvykle není možný, ale po 2 hod. nebo 2 impregnuje se středně 3 hod. tlakové impregnace, lze dosáhnout více než obtížně 6 mm bočního průniku u jehličnatých dřevin a u listnatých průniku velkou částí cév 3 impregnuje se obtížně po 3 hod. až 4 hod. tlakové impregnace nelze dosáhnout více než 3 až 6 mm bočního průniku 4 značně nepropustné pro impregnaci, průnik ochranného impregnuje se prostředku je po 3 hod. až 4 hod. tlakové impregnace extrémně obtížně minimální - 21 -
3.6 Metody impregnace dřeva Jak uvádí Horák a kol. (1974), metody impregnace dřeva bývají rozděleny na technologie beztlakové impregnace a technologie tlakové impregnace. 3.6.1 Technologie beztlakové impregnace Mezi technologie beztlakové impregnace patří: - ochrana nátěrem a postřikem - ochrana máčením a ponořováním - impregnace v horkých a studených lázních Beztlaková impregnace nátěrem, postřikem, máčením a ponořováním není vhodná pro sanační ochranu dřeva chemickými látkami, protože nezabezpečují dostatečnou hloubku průniku. Jedná se především o impregnaci povrchové vrstvy, pod kterou je schopen dřevokazný hmyz i dřevokazné houby dále dřevo degradovat. Zmiňované způsoby ochrany mají význam pouze v případech, kdy nedochází (po impregnaci) k tvorbě trhlin nebo chráněné dřevo ještě nebylo napadeno. V opačném případě je provedená impregnace neúčinná. Výhodou zůstává průnik impregnační látky minimálně do bělových částí dřeva, kde provádí především dřevokazný hmyz svůj žír a vývoj (Holan, 2006). Impregnace v horkých a studených lázních je značně zdokonalené máčení dřeva v ochranném roztoku. Používá se kombinace horkého a studeného roztoku ochranné látky. V horké lázni se především vzduch obsažený uvnitř dřeva roztáhne. V následující studené lázni se ochladí vzduch ve dřevě a tím se dřevo smrští, takže vznikne částečné vakuum a ochranná látka se nasává do středu dřeva tlakem okolního vzduchu. Teplota horké lázně bývá 80 až 100 C i více, chladné 35 až 50 C. Dřevo se v lázni nechá 1 12 hodin. Hloubka průniku beztlakovými způsoby ochrany je u vodných roztoků okolo 1 2 mm, u prostředků na bázi organických rozpouštědel nebo olejovitých 4 8 mm. U dlouhodobého máčení je hloubka průniku větší (Horák a kol., 1974). - 22 -
3.6.2 Technologie tlakové impregnace Počátek průmyslové tlakové impregnace dřeva bývá spojován s rokem 1830, kdy John Bethell vyvinul metodu pro přetlakovou impregnaci dřeva. Tento postup byl použit k impregnaci železničních pražců a telegrafních stožárů pro rychle se rozvíjející železniční dopravu. K impregnaci dřeva byl použit kreozot a dehtové oleje (Hill, 2006). Technologie tlakové impregnace využívají k dosažení optimálního příjmu látky rozdílných tlaků uvnitř a vně dřeva. Kombinací podtlaku, přetlaku, teploty apod. se dosáhne maximálního prosycení dřevní hmoty impregnační látkou v poměrně krátké době. Příjem a hloubka průniku ochranných látek jsou definované v platných normách a pohybují se od 3 mm do několika centimetrů. Tlaková impregnační technologie má průmyslový charakter. Provádí se v impregnačních stanicích, skládajících se z prostorů na manipulaci se dřevem, skladů řeziva a ošetřených sortimentů a samotného impregnačního zařízení (www. drevari.humlak.cz). Tlakové impregnační postupy Způsoby impregnace suchého dřeva o vlhkosti do 30 40 % - impregnace s částečným nasycením dřeva (Lowry) - impregnace s plným nasycením dřeva (podle Bethella) - impregnace úsporným způsobem (podle Rüpinga) Způsoby impregnace dřeva s vysokou vlhkostí 60 100 % - cyklické impregnační postupy - pulzační impregnační postupy Mezi nejznámější a také nejrozšířenější impregnační metody patří impregnace s plným nasycením dřeva (podle Bethella), impregnace úsporným způsobem (podle Rüpinga), popřípadě impregnace dřeva podle Rüpinga - dvojitý způsob. - 23 -
Impregnace s plným nasycením dřeva (podle Bethella) Nejznámější z řady patentovaných způsobů je impregnace plných buněk podle Bethella. K této impregnaci je nejčastěji používán černouhelný dehet. Mezi hlavní nedostatky tohoto způsobu ochrany patří velká spotřeba impregnačního oleje a přílišné ronění po impregnaci (Horák a kol., 1974). Obr. 5 Dřevo před a po impregnaci v tlakovém autoklávu (Hafýzoðlu, 1987) Při impregnaci s plným nasycením dřeva je záměrem, aby se co nejvíce ochranné látky vstřebalo do dřeva za působení přetlaku po určitou dobu. Impregnované dřevo je uzavřeno v impregnačním válci. Nejprve je vytvořeno vakuum (nižší tlak), který se používá k odstranění vzduchu z buněčných stěn a mezer. Poté je v impregnačním válci vytvořen přetlak, který se udržuje, dokud ochranná látka nepronikne do všech mezer dřevní hmoty (Hafýzoðlu, 1987). Obr. 6 Impregnační způsob podle Bethella - 24 -
Impregnační způsob podle Bethella se skládá z těchto fází: 1) vytvoření podtlaku 2) udržování podtlaku po stanovenou dobu 3) uvolnění podtlaku za současného napouštění impregnační látky 4) zvyšování tlaku (impregnační látka je stále napouštěna) 5) udržování přetlaku po stanovenou dobu 6) snižování tlaku a vypouštění impregnační látky 7) vytvoření podtlaku 8) udržování podtlaku po stanovenou dobu 9) uvolnění podtlaku (Horák a kol., 1974) Impregnace úsporným způsobem (podle Rüpinga) V roce 1902 byla představena Maxem Rüpingem metoda impregnace úsporným způsobem. Tato metoda byla vynalezena po zvýšení spotřeby impregnovaného dřeva (pražce, vedení pro přenos energie a komunikačních služeb). Impregnace podle Rüpinga se od impregnace podle Bethella liší tím, že neobsahuje předběžné vakuum. Další průběh impregnace je stejný, jak je popsáno v kapitole impregnace s plným nasycením dřeva (Hafýzoðlu, 1987). Impregnace podle Rüpinga je dosud nejlepším a nejrozšířenějším způsobem dokonalé a stejnoměrné impregnace dřeva s omezeným množstvím impregnační látky. Množství přijaté impregnační látky je v porovnání se způsobem impregnace s plným nasycením buněk poloviční. Obr. 7 Impregnační způsob podle Rüpinga - 25 -
Impregnace úsporným způsobem (podle Rüpinga) se skládá z těchto fází: 1) vytvoření předepsaného tlaku (nižší tlak) 2) udržování tlaku po stanovenou dobu 3) zvýšení tlaku na požadovanou hodnotu (vyšší tlak), napouštění impregnační látky 4) udržování tlaku po stanovenou dobu 5) snižování tlaku za současného vypouštění impregnační látky 6) vytvoření podtlaku 7) udržování podtlaku po stanovenou dobu 8) uvolnění podtlaku (Horák a kol., 1974) Impregnace dřeva podle Rüpinga - dvojitý způsob Metoda vyvinutá v roce 1962 pro smrkové pražce, kdy je dřevo impregnováno kreozotem při teplotách 120 až 130 C (Ýlhan, 1983). Impregnace dřeva podle Rüpinga dvojitým způsobem je stejná jako impregnace úsporným způsobem s tím rozdílem, že se tento postup opakuje. Používá se pro těžce impregnovatelné dřeviny (jádro buku). Obr. 8 Impregnační způsob podle Rüpinga - dvojitým způsobem - 26 -
Impregnace dřeva podle Rüpinga - dvojitým způsobem se skládá z těchto fází: 1) vytvoření předepsaného tlaku (nižší tlak) 2) udržování tlaku po stanovenou dobu 3) zvýšení tlaku na požadovanou hodnotu (vyšší tlak), napouštění impregnační látky 4) udržování tlaku po stanovenou dobu 5) snižování tlaku za současného vypouštění impregnační látky 6) vytvoření podtlaku 7) udržování podtlaku po stanovenou dobu 8) uvolnění podtlaku 9) vytvoření předepsaného tlaku (stejný tlak jako při fázi 1) 10) udržování tlaku po stanovenou dobu 11) zvýšení tlaku na požadovanou hodnotu (vyšší tlak než při fázi 3), napouštění impregnační látky 12) udržování tlaku po stanovenou dobu (obvykle delší doba než při fázi 4) 13) snižování tlaku za současného vypouštění impregnační látky 14) vytvoření podtlaku (obvykle stejný podtlak jako při fázi 6) 15) udržování podtlaku po stanovenou dobu 16) uvolnění podtlaku Impregnace podle Rüpinga - dvojitým způsobem byla využívána především na impregnaci telekomunikačních sloupů. Na Obr. 9 jsou znázorněny sloupy z borového, modřínového a smrkového dřeva impregnované ohřátým olejem (Horák a kol., 1974). Obr. 9 Impregnované sloupy (Horák a kol., 1974) a řez sloupem borovým, b modřínovým, c smrkovým - 27 -
Impregnace dřeva je oblast výzkumu, která je poměrně neprozkoumaná ve srovnání s jinými metodami úpravy dřeva a je zde nepochybně mnoho dalších postupů, které budou studovány v budoucnu (Hill, 2006). 3.7 Kontrola příjmu ochranné látky Průnik ochranné látky do dřeva bývá kontrolován dle ČSN EN 351-1 a ČSN EN 351-2. Příjem ochranné látky bývá kontrolován pro každou šarži. Kontrola se provádí přímým zkoušením, pokud nebude pevně stanoven vztah mezi průnikem a příjmem. Nepřímá zkouška se provádí v případě, vytvoří-li se spolehlivý poměr mezi požadovanou hloubkou průniku nebo příjmem ochranné látky a měřitelnými parametry použitého impregnačního procesu. Přímá zkouška se provádí vždy v případě povrchové ochrany při vlhkosti dřeva nad 30 % při ochranně povrchovým způsobem. Příjem ochranného prostředku je zjišťován kvantitativním stanovením obsahu účinných látek ve dřevě analytickými metodami dle použitého ochranného prostředku. Podle obsahu účinných látek se provede přepočet na příjem daného ochranného prostředku a třídu ohrožení, do které je impregnované dřevo určeno. Hodnoty příjmů pro jednotlivé třídy ohrožení jsou stanoveny na základě biologických zkoušek dle ČSN EN 599-1, ČSN 490600-1 pro daný ochranný prostředek. Hloubka průniku je zjišťována vizuálně, změřením hloubky průniku na příčném řezu nebo vývrtu (ČSN 490609, ČSN EN 351-2). Minimální počet vzorků na jednu šarži bývá 10 ks v případě impregnace do třídy ohrožení 3 a 4. Nepřímá zkouška se provádí v případě, vytvoří-li se spolehlivý poměr mezi požadovanou hloubkou průniku nebo příjmem. Jako příklad lze uvést: - změřením hmotnosti před i po impregnaci a přepočtem příjmu ochranného prostředku - úbytkem impregnačního prostředku - dodržením deklarované doby impregnace na základě znalosti vlhkosti dřeva a koncentrace impregnačního prostředku - jinými měřitelnými parametry při impregnačním procesu (Beránková, 2007) - 28 -
3.8 Chemické modifikace dřeva Laboratorní impregnační autokláv může sloužit nejen k impregnaci dřeva, ale i k modifikaci dřeva. Chemickou modifikací je myšleno napouštění dřeva ochrannými látkami, které nepůsobí proti biotickým činitelům, ale mají za úkol měnit buněčnou stavbu dřeva. Se změnou buněčné stavby dochází ke zvyšování trvanlivosti dřeva, eliminace rozměrových změn nebo ke snížení RVD 1. Mezi chemické modifikace dřeva lze zařadit: acetylaci, modifikaci pomocí DMDHEU, modifikaci dřeva amoniakem, modifikaci dřeva syntetickými pryskyřicemi a furfurylaci. 3.8.1 Acetylace Jednou z chemických modifikací dřeva je acetylace. Acetylace se provádí nekatalytickým anhydridem kyseliny octové. Při této modifikaci se hydroxylové OH skupiny v buněčných stěnách nahrazují acetylovými skupinami (-R-CH 3 ). Dřevo trvale mírně zvětší objem. Použití 20 % acetylace dokáže do určité míry ochránit dřevo proti houbám napadajícím celulosu, lignin však nechrání. Cílem acetylace je redukce rozměrových změn, zvýšení trvanlivosti dřeva, zvýšení odolnosti proti UV záření a náhrada dovozu tropických dřev s využitím domácích surovin. Převážně se jedná o dřevo buku, borovice a topolu pěstovaných hospodářským způsobem. Proces acetylace se skládá ze dvou fází. Nejprve je provedena tlaková impregnace dřeva anhydridem kyseliny octové. Ve druhé fázi vzniká chemická reakce anhydridu kyseliny octové a hydroxylových skupin dřeva (substituce). Obr. 10 Zavedení hydrofobní acetylové skupiny (Dejmal, 2009) 1 Rovnovážná vlhkost dřeva - 29 -
Takto modifikované dřevo lze použít ve vlhkém prostředí (zahradní nábytek, obklady, vodní stavby, apod.). Acetylované dřevo má zlepšené akustické a dielektrické vlastnosti (používá se na výrobu houslí, klavírových desek). 3.8.2 Modifikace pomocí DMDHEU Jedná se o technologii tzv. chemické úpravy dřeva pomocí DMDHEU (dimethylol dihydroxyethylenmočoviny). Sesíťováním této látky v rámci struktury dřeva dojde ke zlepšení vlastností, zvýšení možnosti využití tuzemských dřev a plné náhradě dřev tropických. Dřevo je v prvním stupni procesu impregnováno roztokem DMDHEU v tlakové impregnační nádobě úsporným způsobem (podle Rüpinga), pomocí přetlaku a podtlaku prostředí. Ve druhém kroku dochází v sušárně při teplotách vyšších jak 100 C k vytvrzení látky a vzájemnému provázání (sesíťování) s některými volnými OH skupinami v buněčné stěně dřeva. Obr. 11 DMDHEU (Povedano, 1994) Proces úpravy zvyšuje tvrdost a poskytuje uplatnění pro náročné podmínky. Dochází ke snížení RVD příjmu vlhkosti bobtnání. Dřevo ošetřené pomocí DMDHEU lépe odolává vlivům počasí, má vyšší hustotu, vyšší rozměrovou stabilitu, dá se dobře obrábět a zpracovávat. 3.8.3 Modifikace dřeva amoniakem Působením amoniaku na dřevo dochází k chemickým a fyzikálním změnám struktury dřeva. Amoniak (NH 3 ) je bezbarvý velmi štiplavý plyn. Je to nebezpečná toxická a výbušná látka zásadité povahy. Při vdechování poškozuje sliznici. Je lehčí než - 30 -
vzduch. Amoniak se velmi dobře rozpouští ve vodě za vzniku zásaditého roztoku, který se nazývá čpavek. Obr. 12 Dubová podlaha mořená čpavkem (Pára, 2010) Na ŠDVÚ v Bratislavě a VVÚD v Praze byl v 70 letech 20. století zkoumán vliv plynného amoniaku na množství navázaného dusíku do struktury dřeva a na velikost podílu vodou rozpustných látek obsažených v bukovém dřevě. Kontakt dřeva s amoniakem měl za následek změny vlastností chemického a fyzikálního charakteru. Změny vlastností byly doprovázeny výrazným ztmavnutím dřeva. 3.8.4 Modifikace dřeva syntetickými pryskyřicemi Dřevo má mnoho vlastností, které se označují jako jeho přednosti. Má ale i řadu vlastností, které snižují jeho využití. Kromě malé odolnosti vůči dřevokazným houbám a hmyzu je to například nízká tvrdost, nízká odolnost vůči abiotickému poškození a nežádoucí rozměrové změny spojené s příjmem vlhkosti. Proto se uskutečnila série experimentů, kdy bylo dřevo impregnováno různými typy pryskyřic za účelem zlepšení (modifikace) vlastností. Jako syntetické pryskyřice se používají polymery melaminu a formaldehydové formy amino-pryskyřice. Například melamin-formaldehyd (MF) je jeden z nejtvrdších a nejtužších izotropních polymerických materiálů. Impregnace melamin-formaldehydovou (MF) pryskyřicí prokazuje značné zlepšení mnoha vlastností dřeva. Jako příklad lze uvést zvýšení tvrdosti povrchu, eliminace rozměrových změn, zvýšení odolnosti proti povětrnostním vlivům a biologickým škůdcům. - 31 -
3.8.5 Furfurylace Furfurylace je nevratná modifikace dřeva. Dřevo je impregnováno furfurylalkoholem, který reaguje s OH skupinami v buněčné stěně dřeva. Tato látka proniká v průběhu úpravy celým objemem buněčných stěn. Z hlediska tzv. chemické modifikace v oblasti buněčných stěn, je reakce charakterizována jako síťování propojení volných radikálů impregnační látkou. Obr. 13 Furfurylalkohol C 5 H 6 O 2 (Kauczuk, 2006) Proces furfurylace se skládá ze tří kroků. Nejprve je provedena impregnace v autoklávu, poté probíhá vytvrzování a sušení. Dřevo ošetřené furfurylalkoholem má vysokou rozměrovou stabilitu, vysokou trvanlivost, má podobné vlastnosti jako tropická dřeva a odolnost proti zásadám, kyselinám, houbám a hmyzu (Dejmal, 2009). - 32 -
3.9 Průmyslové impregnační autoklávy Průmyslové impregnační autoklávy jsou určeny pro modifikaci a impregnaci dřeva velkých rozměrů. Oproti laboratorním impregnačním autoklávům se liší jak rozměrově, tak i rozsahem přetlaku a podtlaku, který jsou schopny vyvinout. 3.9.1 IMP-VP Systém IMP-VP systém je impregnační autokláv, který vyrábí italská firma I.S.V.E. již od roku 1977. Autokláv je schopen vytvořit maximální podtlak 97,3 kpa a maximální přetlak 1216 kpa. Zařízení se skládá z autoklávu, skladovací nádrže pro olejové náplně, vývěvy, kompresoru a elektrického rozvaděče s mikroprocesorem. Při impregnaci v IMP-VP systému lze použít impregnační látky na bázi rozpouštědel nebo soli rozpuštěné ve vodě. Obr. 14 Impregnační autokláv IMP-VP systém (www.isve.com) Kvalita použitých materiálů při výrobě autoklávu, jako je nerezová ocel, zaručuje dlouhou životnost proti korozi (www.isve.com). 3.9.2 ASC Econoclave ASC je americká firma, které se zabývá výrobou autoklávů již řadu let. Autoklávy Econoclave pracují při maximálním přetlaku 13900 kpa a při teplotách až 1227 C. Zařízení nabízí pokročilé funkce mezi které patří: kontrola nad zpracováním (CPC), počítačový systém řízení, automatické řízení vakuové vývěvy nebo automatická analýza - 33 -
kvality. Autokláv může být doplněn o chladicí systémy, vakuové systémy, nádrže kapalného dusíku a odpařovačů (www.aschome.com). Obr. 15 ASC Econoclave (www.aschome.com) 3.9.3 Vakuové systémy impregnace Hull Industries Hull Industries je americká firma, která od roku 1950 vyrábí vakuové systémy impregnace. Vakuové komory a nádrže mohou být kulaté nebo obdélníkové, mohou být vyrobeny pro úplné vakuum a přetlak až 1390 kpa. Autokláv může být vyhříván horkou vodou, olejem, párou nebo elektricky. Nádrže jsou navrženy tak, aby umožňovaly snadné a kompletní vypuštění impregnační látky. Nedílnou součástí autoklávu jsou kontrolní systémy. Samozřejmostí je automatická regulace teploty a tlaku. K dispozici je také ruční ovládání (Trail, 2010). Obr. 16 Vakuový impregnační systém Hull Industries (Trail, 2010) - 34 -
3.9.4 Vakuové systémy impregnace WTT WTT je dánská firma, která byla založená roku 1977. WTT systém využívá impregnaci dvojitého vakuového procesu. V zařízení jsou impregnovány: okenní rámy, dveře nebo zahradní nábytek. Vzhledem k dvojité vakuové impregnaci dochází k základní ochraně dřeva při poměrně nízkém podtlaku 80 kpa (www.wtt.dk). Obr. 17 Vakuový systém impregnace WTT (www.wtt.dk) - 35 -
4 METODIKA 4.1 Metodika zpracování technického popisu impregnačního autoklávu V metodice zpracování technického popisu impregnačního autoklávu jsou uvedena tato témata: a) technická data b) popis jednotlivých částí c) použití impregnačního autoklávu d) obsluha a údržba e) zakázané činnosti f) bezpečnostní pokyny g) požární bezpečnost 4.1.1 Technická data V Tab. 4 jsou uvedena hlavní technická data impregnačního autoklávu. Tab. 4 Technická data impregnačního autoklávu Název: Impregnační autokláv na dřevo 50 litrů Typ: JHP 1-0072 Délka x šířka: 2000 x 1010 mm Výška: 2350 mm Hmotnost: 560 kg (v prázdném stavu) Materiál: nerez 1.4301 Napájecí síť: TN-C-S 3 x 400/230V 50 Hz Rok výroby: 2010-36 -
4.1.2 Popis výrobku Laboratorní vakuově tlakový autokláv na úpravu vlastností dřeva byl navrhnut a vyroben dle zadání investora. Základní materiál, který byl použit na impregnační autokláv, je nerez jakosti 1.4301. Použité materiály jsou doloženy materiálovým atestem a odpovídají specifikaci výrobní dokumentace. Sestava autoklávu obsahuje tlakové nádoby, elektrický ohřev a elektrické zařízení. Při provozu autoklávu může být používán přetlak, podtlak a teploty až 160 C. Obr. 18 Laboratorní impregnační autokláv 4.1.2.1 Zásobní nádrž Zásobní nádrž má objem 75 litrů. Je to stojatá válcová atmosféricky otevřená nádoba, která má odnímatelné víko. Nádoba i víko jsou vyrobeny z nerezového materiálu 1.4301, uvnitř i vně bez povrchové úpravy. - 37 -
Vybavení: - ohřev elektřinou (1 ks) - lokální teploměr, včetně jímky (1 ks) - nákovek pro dálkový teploměr (1 ks) - hrdlo pro odvzdušnění (1 ks) - technologické hrdlo (2 ks) Zásobní nádrž je první nádoba, která přijde do styku s impregnační látkou. Poté je látka určená k impregnaci napouštěna do ostatních nádob. Obr. 19 Zásobní nádrž 4.1.2.2 Výfukový sběrač Výfukový sběrač má objem 15 litrů. Je to stojatá válcová atmosféricky uzavřená nádoba. Nádoba je vyrobena z nerezového materiálu 1.4301, uvnitř i vně bez povrchové úpravy. Vybavení: - hrdlo pro odvzdušnění (1 ks) - technologické hrdlo (2 ks) Výfukový sběrač je určený k zachycení impregnační látky, která unikla do vzduchového potrubí. Následně může být pomocí kohoutu vypuštěna do zásobní nádrže. - 38 -
Obr. 20 Výfukový sběrač 4.1.2.3 Vakuové čerpadlo s kondenzátorem a sběračem Vakuové čerpadlo je sériově vyráběná olejová vývěva typu AX s výkonem 42 litrů.min -1. Kondenzátor je nerezový výměník dimenzovaný na podtlak vývěvy. Sběrač je nerezová nádoba o objemu 5 litrů. Tato nádoba je dimenzovaná na podtlak vývěvy, je opatřená výpustným hrdlem, průhledítkem DN50 a odnímatelným víkem na přírubový spoj. Kondenzátor i sběrač jsou z nerezového materiálu 1.4301, bez povrchové úpravy. Vakuové čerpadlo slouží k vytvoření podtlaku v předehřívači nebo impregnační nádrži. Obr. 21 Vakuové čerpadlo - 39 -
4.1.2.4 Vzduchový kompresor Sériově vyráběný olejový kompresor, který je schopen vyvinout maximální přetlak 10 bar. Sací výkon kompresoru je 256 litrů.min -1. Součástí kompresoru je vzdušník, který má objem 50 litrů. Vzduchový kompresor je používán k vytvoření přetlaku v předehřívači nebo impregnační nádrži. Obr. 22 Vzduchový kompresor 4.1.2.5 Odměrná nádrž stojatá Odměrná nádrž má objem 10 litrů. Je to stojatá válcová uzavřená nádoba s demontovatelným víkem na přírubový spoj. Nádrž je dimenzována na maximální pracovní přetlak +9 bar a podtlak od vývěvy 1 bar. Nádoba je vyrobena z nerezového materiálu 1.4301, uvnitř i vně bez povrchové úpravy. Vybavení: - pojistný ventil (1 ks) - nákovek pro dálkový teploměr (1 ks) - stavoznak (1 ks) - technologické hrdlo (3 ks) - 40 -
Odměrná stojatá nádrž je určena ke zjišťování množství průniku impregnační látky do dřeva. Obr. 23 Odměrná nádrž 4.1.2.6 Předehřívač Předehřívač má objem 70 litrů. Je to válcová uzavřená nádoba s demontovatelným víkem na přírubový spoj. Předehřívač je dimenzován na maximální pracovní přetlak +9 bar a podtlak od vývěvy 1 bar. Maximální pracovní teplota je 160 C. Nádoba je vyrobena z nerezového materiálu 1.4301, uvnitř i vně bez povrchové úpravy. Vybavení: - elektrický ohřev (1 ks) - lokální teploměr, včetně jímky (1 ks) - nákovek na dálkový teploměr (1 ks) - lokální tlakoměr, včetně jímky (1 ks) - nákovek na dálkový tlakoměr (1 ks) - stavoznak (1 ks) - pojistný ventil (1 ks) - technologické hrdlo (3 ks) - nákovek rezerva (1 ks) - 41 -
Předehřívač slouží jako zásobní nádoba impregnační látky, která je napouštěna tlakem nebo podtlakem do impregnační nádrže. Dále je používána k předehřívání impregnační látky. Obr. 24 Předehřívač 4.1.2.7 Impregnační nádrž Impregnační nádrž má objem 50 litrů. Je to ležatá válcová nádoba s otvíratelným víkem, které je zajištěno pomocí šroubů. Nádrž je dimenzovaná na maximální pracovní přetlak +9 bar a podtlak od vývěvy 1 bar. Maximální pracovní teplota je 160 C. Nádoba je vyrobena z nerezového materiálu 1.4301, uvnitř i vně bez povrchové úpravy. Vybavení: - ohřev elektřinou (1 ks) - lokální teploměr, včetně jímky (1 ks) - nákovek na dálkový teploměr (1 ks) - lokální tlakoměr, včetně jímky (1 ks) - nákovek na dálkový tlakoměr (1 ks) - stavoznak (1 ks) - pojistný ventil (1 ks) - technologické hrdlo (4 ks) - nákovek rezerva (3 ks) - 42 -
V impregnační nádrži dochází k působení přetlaku a podtlaku na dřevo, které je zde při impregnaci umístěno. Dále může sloužit jako ohřívač impregnační látky. Obr. 25 Impregnační nádrž 4.1.2.8 Potrubní propojení a armatury Díly, které jsou ve styku s impregnační látkou, jsou vyrobeny z nerezového materiálu 1.4301. Potrubí je navrženo jako rozebíratelné po jednotlivých větvích. Skládá se z: - jednotlivých kusů potrubí - potrubních dílů (nerezové tvarovky kolena, oblouky, t-kusy) - ručně ovládané armatury (kohouty, regulační ventily) - pojistné ventily - měřící zařízení (teploměry, tlakoměry) Obr. 26 Potrubní propojení a armatury - 43 -
Tlakové regulační ventily mají za úkol co nejvíce vyrovnat kolísání tlaku a tím zajistit konstantní tlak. Měly by být také překážkou tomu, aby se kolísání tlaku, způsobené m.j. nerovnoměrnými silami ve válcích a měnícím se krouticím momentem, nedostalo až ke spotřebiči. 4.1.2.9 Elektrická část Zařízení je opatřeno 5 m dlouhým gumovým kabelem ukončeným 5-ti kolíkovou vidlicí 32A. Po umístění je nutné provést uzemnění. Další součástí impregnačního autoklávu je centrální elektrický rozvaděč, který obsahuje silovou a ovládací část pro: - elektrické topení - kompresor - vývěvu měřící a zobrazovací část: - 3x teplota - 3x tlak Možná je archivace tří pracovních cyklů s možností exportu do PC. Obr. 27 Ovládací panel - 44 -
4.1.2.10 Rám impregnačního autoklávu a záchytná vana Celý impregnační autokláv je, včetně potrubního propojení, umístěn na společném nerezovém rámu, který tvoří pevnou kostru. Ve spodní části rámu je umístěna otevřená záchytná vana, která slouží pro zachycení unikajících médií v případě havárie. Obr. 28 Záchytná vana 4.1.3 Použití impregnačního autoklávu Impregnační autokláv je určen k vakuově tlakové úpravě vlastností dřeva za použití vodné nebo olejové impregnační látky. Autokláv lze používat do maximální teploty 160 C, maximálního přetlaku +9 bar a podtlaku 1 bar. Impregnační autokláv je vzhledem ke své lehké konstrukci určen do laboratorního provozu. Autokláv musí být používán pouze osobami, které dobře znají jeho vlastnosti a jsou obeznámeny s příslušnými předpisy jeho provozu. Pokud charakter autoklávu umožňuje jeho použití i k jiným účelům, které nejsou odsouhlaseny výrobcem, je povinen uživatel toto konání konzultovat s výrobcem. Použití jakýmkoliv jiným způsobem, než předepisuje výrobce, je v rozporu s určením autoklávu. - 45 -
4.1.4 Obsluha a údržba - autokláv vyžaduje během provozu stálou obsluhu prokazatelně proškolenou a seznámenou s návodem od výrobce - při provozu autoklávu s ohřevem musí před spuštěním vakuového čerpadla protékat chladící voda kondenzátorem vakuového čerpadla - při jakékoliv údržbě, čištění, seřizování nebo opravách musí být autokláv odpojen od elektrické energie, musí být uvolněn přetlak/podtlak a musí být zkontrolována teplota, aby nedošlo k popálení - jakékoliv práce spojené s obsluhou, údržbou a opravou autoklávu mohou provádět pouze osoby s odpovídající kvalifikací - po každém pracovním cyklu musí být všechny části autoklávu důkladně vyčištěny vhodným způsobem dle druhu impregnačního média - všechny části autoklávu i potrubí jsou demontovatelné - na autoklávu musí být prováděny pravidelné revize dle platné legislativy (tlakové nádoby, elektrická část) - bezpečnostní značení na autoklávu musí být udržováno v čitelném stavu 4.1.5 Zakázané činnosti - autokláv je určen pouze k úpravě vlastností dřeva za maximální teploty 160 C a tlaku +9 až 1 bar - je zakázáno používat autokláv ve výbušném prostředí - je zakázáno autokláv používat v neúplném stavu a když není řádně ustaven na rovné a pevné podložce - dále je zakázáno provozovat autokláv s jakoukoliv poruchou v konstrukci, mechanismu nebo elektrické části stroje - není povoleno provádět jakékoliv úpravy na impregnačním autoklávu - není povoleno používat impregnační látku, která neodpovídá korozní odolnosti nerezového materiálu 1.4301 - před uvolněním přetlaku/podtlaku jakékoliv nádoby je zakázáno povolovat šrouby přírubového spoje - před zapnutím ohřevu musí být vytápěná nádoba vždy zcela zaplněna impregnační látkou - 46 -
4.1.6 Bezpečnostní pokyny Přetlak, vysoké teploty nebo části pod elektrickým napětím mohou způsobit těžká nebo smrtelná poranění. Připojení, uvedení do provozu, obsluhu a údržbu i opravy může provádět pouze kvalifikovaný a proškolený personál. Musí být dodrženo: - poškozený nebo neúplný autokláv nesmí být nikdy uveden do provozu - dříve než bude autokláv použit, musí být pečlivě přečten návod k používání - autokláv smí obsluhovat pouze pracovníci starší 18-ti let, duševně a tělesně způsobilí a důkladně proškolení - čištění, seřizování a údržba autoklávu musí být prováděna pouze za klidu stroje při odpojeném elektrickém přívodu, bez přetlaku nebo podtlaku - autokláv nesmí být spouštěn ani plněn, pokud není řádně ustaven na pevné a rovné podložce - obsluha nebo jiné osoby, které se pohybují v dosahu autoklávu, se nesmí dotýkat částí označených výstražným značkami, jedná se zejména o pohybující se části, vytápěné části a jinak nebezpečné části - práce na elektrickém zařízení může provádět pouze pracovník s odpovídající elektrotechnickou kvalifikací a pověřením - musí být zajištěny pravidelné revize - bezpečnostní značení na autoklávu musí být udržováno v čitelném stavu 4.1.7 Požární bezpečnost - svým provedením je autokláv určen do nevýbušného prostředí - nebezpečí požáru zvyšuje zanedbávání údržby, zejména usazený prach na elektrických částech - autokláv není vybaven hasicím přístrojem od výrobce, proto je jím uživatel povinen vybavit dle vlastního posouzení nebezpečí požáru konkrétního pracoviště - vhodný hasicí přístroj je práškový - 47 -
4.2 Ovládání automatu impregnačního autoklávu Po zasunutí zástrčky přívodního kabelu do zásuvky a otočení hlavního vypínače do polohy,,on, dojde k zapnutí ovládacího automatu. Po spuštění systému naběhne úvodní menu: dd.mm.rrr hh.mm.se F1 zadání výroby F2 spuštění výroby F3 stažení dat Zde obsluha vybírá jednu ze tří uvedených možností. V úvodním menu lze rovněž podle návodu nastavit datum a seřídit čas. 4.2.1 Zadání výrobního postupu Do automatu lze uložit maximálně tři výrobní postupy v délce 24 hodin. Pokud by chtěla obsluha uložit čtvrtý výrobní postup, ukáže se hlášení, že lze uložit maximálně tři výrobní postupy. Pro zadání čtvrtého výrobního postupu musí být jeden z předchozích postupů smazán. Po stisknutí tlačítka,,f1 dojde k zobrazení následujícího hlášení: Zadejte T1 teplotu zásobní nádrže (šipky, ESC) xxx C Systém čeká na zadání a potvrzení teploty zásobní nádrže. Teplotu lze nastavit v rozmezí 0 40 C. Při spuštění výrobního postupu a přepnutí ručního ovladače,,zásobní NÁDRŽ do polohy,,aut, bude systém udržovat teplotu v zásobní nádrži na zadané hodnotě ± 2 C. Při přepnutí ručního ovladače,,zásobní NÁDRŽ do polohy,,man, systém žádnou kontrolu neprovádí a veškeré operace provádí obsluha. - 48 -
Následuje požadavek na zadání teploty předehřívače: Zadejte T2 teplotu předehřívače (šipky, ESC) xxx C Zde platí to samé jako u předchozího požadavku, s rozdílem zadávané teploty a to v rozmezí 0 160 C. Předehřívač je zapínán přepínačem,,předehřívač. Dalším požadavkem je zadání teploty impregnační nádrže: Zadejte T3 teplotu impregnační nádrže (šipky, ESC) xxx C Zde platí to samé jako u předchozího zadání teploty předehřívače, s tím rozdílem, že impregnační nádrž je zapínána otočným přepínačem,,impregnační NÁDRŽ. Poté je zadáván základní časový krok: Zadejte základní časový krok (šipky, ESC) 15 [min] Jedná se o obsluhou zvolený časový krok, který nejlépe vystihuje zadávaný výrobní postup. Po těchto časových úsecích je možné měnit tlak v soustavě. - 49 -
Následuje zadávání jednotlivých tlaků: Zadejte výchozí tlak v čase t = 0 min (šipky, ESC,ENT) 0 [kpa] Zadejte tlak v čase t = xxx min (šipky, ESC,ENT) 0 [kpa] Toto zadávání bude obsluha opakovat do té doby, dokud nestiskne tlačítko,,esc. V tu chvíli se zadávání ukončí a výrobní proces bude uložen pod vnitřně generovaným číslem. 4.2.2 Spuštěni výrobního postupu Výrobní postupy je možno spustit pomocí tlačítka,,f2. To pouze v případě, že byly nějaké výrobní postupy uloženy. Po stisknutí tlačítka,,f2 se zobrazí: Vyberte výrobu (číslo výroby). (šipky, ESC,ENT) Zde obsluha vybere jeden z uložených výrobních postupů, který chce spustit a potvrdí tlačítkem,,ent. - 50 -
Systém obsluhu vyzve k nastavení výchozího tlaku: Nastavte tlak na: p0 = xxx kpa a potvrďte ENT Aktuálně: xxx kpa Po stisknutí tlačítka,,ent systém zkontroluje požadovaný tlak s tlakem aktuálním a při shodě (± 5 kpa) spustí vybraný postup. Pokud se tlaky neshodují, spustí výstražný signál a nabídne: Požadovaný tlak je: p0 = xxx kpa Aktuálně: xxx kpa ESC oprava F1 dále Poté systém čeká na další změnu tlaku (podle zadaného výrobního postupu), a když k ní dojde, vydá výstražný signál. Zobrazí požadovaný tlak a čeká na potvrzení tlačítkem,,ent. Mezi změnami tlaku systém zobrazuje aktuální stav zařízení: T1 = xxx,x t = xxx min T2 = xxx,x p2 = +xxx kpa T3 = xxx,x p3 = +xxx kpa P4 = +xxx kpa kde: T1 teplota zásobní nádrže p2 tlak předehřívače T2 teplota předehřívače p3 tlak impregnační nádrže T3 teplota impregnační nádrže p4 tlak odměrné nádrže t čas od začátku výrobního postupu - 51 -
Po uplynutí času zadaného výrobního postupu se zobrazí: Konec výroby: (číslo výroby). ENT/ESC - odchod 4.2.3 Stažení dat Stažení dat je provedeno stisknutím tlačítka,,f3. Soubor s uloženými daty jednotlivých výrob lze stáhnout pomocí této nabídky: Připojte a vyčtete data do PC ENT - vyčteno ESC - odchod Je-li k ovládacímu automatu připojen PC (viz. kapitola 4.2.4), dojde po stisknutí tlačítka,,ent ke stažení dat. Pro stažení dat je nutné používat tuto nabídku a během stahování nevyužívat žádné jiné procesy impregnačního autoklávu. Při aktivaci nabídky a při stahování dat dochází k inicializaci a následné úpravě systémových proměnných. Nevhodná manipulace s řídícím systémem může způsobit opětovnou inicializaci těchto proměnných a následné nesprávné stažení dat. Po stažení dat se objeví nabídka: F1 vymazat výrobu F2 vymazat vše. ESC - odchod - 52 -
Po stisknutí tlačítka,,f1 dojde k vymazání jednoho výrobního postupu a po stisknutí tlačítka,,f2 dojde k vymazání všech výrobních postupů. Stiskne-li obsluha tlačítko,,esc systém beze změny zobrazí úvodní menu. 4.2.4 Software Pro stahování dat ze systému slouží software Getlt od společnosti Hypel. Jelikož emuluje 2 rozhraní RS232, lze ho provozovat pouze na systémech Windows XP. U novějších systémů (Vista, Windows7) skončí stahování dat neúspěchem. Jako první (ještě než bude připojen PC k systému) je nutné nainstalovat ovladač USB485. Dodavatel impregnačního autoklávu doporučuje stáhnout nejnovější verzi tohoto ovladače ze stránek výrobce řídícího systému www.hypel.cz, kde lze nalézt i podrobný popis instalace. Po nainstalování a spuštění programu následuje stažení dat. Do obsluhou zvoleného umístění bude stažen obsah logové paměti automatu a bude zde vytvořen textový soubor se staženými daty. 2 schopnost napodobovat jeden systém jiným - 53 -
4.3 Schéma impregnačního autoklávu Obr. 29 Schéma impregnačního autoklávu - 54 -
4.4 Metodika nastavení parametrů impregnačního autoklávu Metodika nastavení parametrů impregnačního autoklávu se skládá z těchto bodů: - vytvoření přetlaku a podtlaku v impregnační nádrži - napouštění impregnační látky - impregnace dřeva kombinací podtlaku a přetlaku - impregnace dřeva kombinací dvou rozdílných tlaků - topení v impregnační nádrži Zjištěné parametry impregnačního autoklávu, které byly odzkoušeny, jsou uvedeny v kapitole,,výsledky. 4.5 Ověření funkčnosti impregnačního autoklávu Funkčnost impregnačního autoklávu a parametry, které jsou uvedeny v nadcházející kapitole, byly vyzkoušeny a prakticky ověřeny impregnací s plným nasycením dřeva (podle Bethella). 4.5.1 Příprava vzorků Pro impregnaci byly zhotoveny vzorky o rozměrech 20 20 100 mm. Jako materiál bylo vybráno dřevo borovice lesní (Pinus sylvestris). Z borového dřeva byly vybrány dvě skupiny vzorků. V první skupině byly vzorky z bělové části borovice a ve druhé skupině byly vzorky z jádrové části borovice. Vzorky byly v první fázi opracovány ze 4 stran na protahovací fréze, na přesné rozměry 20 20 mm a poté kráceny na kotoučové pile na délku 100 mm. Obr. 30 Vzorky před impregnací - 55 -
Na závěr byly vzorky očíslovány a sušeny při teplotě 103 ± 2 C, aby byla dosažena vlhkost 0 %. Ihned po vysušení byly zváženy a umístěny do impregnační nádrže. 4.5.2 Příprava impregnační látky Jako impregnační látka byla použita voda obarvená inkoustem. Voda byla obarvena plnícím inkoustem 50 g modré barvy. Poměr smíchání byl 10 litrů vody s 50 g inkoustu. Na impregnaci bylo použito 55 litrů impregnační látky. 4.5.3 Příprava před impregnací Před samotnou impregnací byla provedena důkladná kontrola impregnačního autoklávu. Při impregnaci je nutné používat ochranné pomůcky (obličejový štít, rukavice, ochranná zástěra a vhodná obuv). Důležité je zajistit dostatečné osvětlení a odvětrávání v místnosti, kde je umístěn impregnační autokláv. Vhodné je použít ochranu sluchu (hlučnost kompresoru je 93 db). Po kontrole byly vysušené vzorky umístěny do impregnační nádrže. Nádrž byla uzavřena víkem a zajištěna šrouby. - 56 -
4.5.4 Provedení impregnace podle Bethellovi metody Obr. 31 Impregnační diagram (Bethell) Jednotlivé fáze impregnace dle ČSN 49 0615: 1) vytvoření tlaku vzduchu 0 20 kpa 2) udržování tlaku vzduchu na 0 20 kpa po dobu 10 min 3) naplnění impregnační nádrže impregnační kapalinou při zachování tlaku 0 20 kpa 4a) doplňování nádrže kapalinou a zvyšování tlaku na tlak atmosférický 4b) doplňování nádrže kapalinou, tlak zvýšit na 800 kpa 5) udržování tlaku 800 kpa po dobu, která je dostatečná na zabezpečení požadovaného příjmu kapaliny (min. 50 minut) 6) snížení tlaku na tlak atmosférický a vypouštění kapaliny 7) vytvoření tlaku vzduchu 20 až 40 kpa 8) udržování tlaku 20 až 40 kpa nejméně 15 minut 9) vyrovnání tlaku na tlak atmosférický - 57 -
4.5.4.1 Programové zadání a spuštění výroby Po stisknutí tlačítka,,f1 dojde k zobrazení následujícího hlášení: Zadejte T1 teplotu zásobní nádrže (šipky, ESC) 20 C Zde byla zadána teplota 20 C. Následuje požadavek na zadání teploty předehřívače: Zadejte T2 teplotu předehřívače (šipky, ESC) 20 C Zde byla také zadána teplota 20 C. Dále je požadavek na zadání teploty impregnační nádrže: Zadejte T3 teplotu impregnační nádrže (šipky, ESC) 20 C Opět zadána teplota 20 C. Poté je zadáván základní časový krok: Zadejte základní časový krok (šipky, ESC) 5 [min] - 58 -
Základní časový krok byl zadán 5 minut. Následuje zadávání jednotlivých tlaků: Zadejte výchozí tlak v čase t = 0 min (šipky, ESC) 80 [kpa] V čase t = 0 min byl zadán tlak 80 kpa (což odpovídá podtlaku 20 kpa). Poté potvrzeno tlačítkem,,ent. Toto zadání bylo opakováno až do t = 10 min. Zadejte tlak v čase t = 10 min (šipky, ESC) 10 [kpa] V čase t = 10 min byl zadán tlak 10 kpa (což odpovídá atmosférickému tlaku uvnitř impregnační stanice). Poté potvrzeno tlačítkem,,ent. Toto zadání bylo opakováno až do t = 25 minut (atmosférický tlak po dobu 15 minut slouží jako technická pauza ke zrušení podtlaku a vytvoření vysokého přetlaku). Zadejte tlak v čase t = 25 min (šipky, ESC) 810 [kpa] - 59 -
V čase t = 25 min byl zadán tlak 810 kpa. Poté potvrzeno tlačítkem,,ent. Toto zadání bylo opakováno až do t = 75 minut. Zadejte tlak v čase t = 75 min (šipky, ESC) 10 [kpa] V čase t = 75 min byl zadán tlak 10 kpa (což odpovídá atmosférickému tlaku uvnitř impregnační stanice). Poté potvrzeno tlačítkem,,ent. Toto zadání bylo opakováno až do t = 85 minut (atmosférický tlak po dobu 10 minut slouží jako technická pauza ke zrušení vysokého přetlaku a vytvoření podtlaku). Zadejte tlak v čase t = 85 min (šipky, ESC) 70 [kpa] V čase t = 85 min byl zadán tlak 70 kpa (což odpovídá tlaku 30 kpa). Poté potvrzeno tlačítkem,,ent. Toto zadání bylo opakováno až do t = 100 minut. Zadejte tlak v čase t = 100 min (šipky, ESC) 70 [kpa] V čase t = 100 min byl na displeji tlak 70 kpa. Poté bylo stisknuto tlačítko,,esc a tím potvrzeno, že bude výroba trvat 100 minut a byla uložena pod vnitřně vygenerovaným číslem. - 60 -
Po stisknutí tlačítka,,f2 (spuštění výroby) se zobrazí: Vyberte výrobu (číslo výroby) (šipky, ESC,ENT) Zde byla vybrána výroba pod vygenerovaným číslem a tlačítkem,,ent byla spuštěna. 4.5.4.2 Praktický postup impregnace Po spuštění výroby systém obsluhu vyzve k nastavení výchozího tlaku: Nastavte tlak na: p0 = 80 kpa a potvrďte ENT Aktuálně: xxx kpa Postup při impregnaci: 1) naplnění zásobní nádrže impregnační látkou (55 litrů) 2) napuštění impregnační látky ze zásobní nádrže do předehřívače - všechny kohouty zavřeny - otevření kohoutu 1 IM a kohoutu 2 IM - otevření kohoutu 4 VZ a kohoutu 5 VZ - zapnutí vývěvy - na vodoznaku předehřívače odečtení množství napuštěné látky - vypnutí vývěvy - zavření kohoutu 2 IM - otevření kohoutu 10 VZ (v předehřívači atmosférický tlak) - 61 -
3) vytvoření podtlaku v impregnační nádrži - všechny kohouty zavřeny - otevření kohoutu 4 VZ a kohoutu 6 VZ - zapnutí vývěvy (podtlak sledovat na displeji u zvolené výroby) - vypnutí vývěvy (po dosažení tlaku 80 kpa) - zavření kohoutu 6 VZ (pro udržení podtlaku v impregnační nádrži všechny kohouty ústící do nádrže uzavřeny) - otevření kohoutu 7 VZ a kohoutu 9 VZ (uvolnění vývěvy od podtlaku) Po dosažení tlaku 80 kpa potvrzení tlačítkem,,ent. Tlak 80 kpa udržován po dobu 10 minut. 4) zvýšení tlaku v nádrži kompresoru na 800 kpa - všechny kohouty zavřeny - zapnutí kompresoru (v zásobníku kompresoru tlak 810 kpa) - vypnutí kompresoru - na regulačním ventilu č. 3 nastavení tlaku 810 kpa 5) napouštění impregnační látky - po uplynutí 10 minut zazní výstražný signál - otevření kohoutu 3 IM (napouštění impregnační látky z předehřívače do nádrže) - po napuštění impregnační látky, otevření kohoutu 1 IM a 4 IM (vyrovnání tlaku na tlak atmosférický) - potvrzení tlačítkem,,ent 6) vytvoření přetlaku v impregnačním nádrži - otevření kohoutu 3 VZ (čekání na vyrovnání tlaku v nádrži kompresoru a impregnační nádrži) - zapnutí kompresoru - po dosažení tlaku 810 kpa vypnutí kompresoru - vyčkání na výstražný signál a potvrzení tlačítkem,,ent - 62 -
7) snižování tlaku a vypouštění impregnační látky - po uplynutí 50 minut zazní výstražný signál - zavření kohoutu 3 VZ - otevření kohoutu 10 VZ (pouze jedno pootočení kohoutu => vysoký tlak) - otevření kohoutu 10 IM (vypouštění impregnační látky) - po vypuštění látky všechny kohouty do impregnační nádrže zavřené 8) vytvoření podtlaku v impregnační nádrži - všechny kohouty zavřeny - otevření kohoutu 4 VZ a kohoutu 6 VZ - zapnutí vývěvy (podtlak sledovat na displeji u zvolené výroby) - vypnutí vývěvy (po dosažení tlaku 70 kpa) - zavření kohoutu 6 VZ (pro udržení podtlaku v impregnační nádrži všechny kohouty ústící do nádrže uzavřeny) - otevření kohoutu 7 VZ a kohoutu 9 VZ (uvolnění vývěvy od podtlaku) Po dosažení tlaku 70 kpa potvrzení tlačítkem,,ent. Tlak 70 kpa udržován po dobu 15 minut. 9) vyrovnání tlaku a vyjmutí vzorků - po uplynutí 15 minut zazní výstražný signál - otevření kohoutu 8 VZ (odstranění podtlaku z impregnační nádrže) - otevření víka impregnační nádrže a vyjmutí vzorků Obr. 32 Vzorky po impregnaci - 63 -
4.5.5 Vážení vzorků po impregnaci Po impregnaci byly vzorky vyjmuty z impregnační nádrže. Ihned byly zváženy na laboratorní váze s přesností na 0,001 g. Zjištěné hmotnosti byly zaznamenány. Zvážené vzorky byly vysušeny, aby mohla být provedena vizuální kontrola. Obr. 33 Laboratorní váha - 64 -