Способ изготовления торцевых шашек для паркета

Изобретение относится к производству строительных материалов и позволяет использовать отходы лесопильных и лесозаготовительных работ, а также побочные продукты нефтехимии. Способ включает сушку древесины, получение заготовок, придание формы их внешнему контуру и пропитку 30-50%-ным раствором низкомолекулярного сополимера в нефрасе. В качестве низкомолекулярного сополимера олигомеров бутадиена используют нихкомолекулярный сополимер 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом с мол. м. 600-1500 - полученный на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства бутадиенового каучука. Способ позволяет повысить эксплуатационные показатели заготовок для паркета. 1 табл.

 

Изобретение относится к производству строительных материалов, позволяет квалифицированно рекуперировать отходы переработки древесины и побочные продукты нефтехимии и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленности.

Известен способ получения модифицированной древесины для изготовления паркетных материалов, в котором с целью повышения прочности и влагостойкости древесину пропитывают составом на основе фенолоспиртов и керосиногазойливой фракции нефти (SU, авторское свидетельство, 63093, кл. В27К 3/32, 1980).

Однако использование весьма токсичных фенолоспиртов исключает применение изделий из такой модифицированной древесины в жилищном строительстве.

Известен способ получения паркета, настенных панелей и т.п. изделий из древесины, в котором древесина обрабатывается с целью повышении прочностных сказателей и формоустойчивости методом погружения в пропиточный раствор, содержащий льняное и касторовое масла, дибутилфталат, краситель и продукт дистилляции кубового остатка ректификации соснового флотационного масла (SU, авторское свидетельство 1701521, кл. В27К 3/02, 1991).

К недостаткам данного способа следует отнести дороговизну пропитывающего состава, включающего масла и терпеновые соединения, дефицитность которых ощущается и в медицинской промышленности.

Известен способ изготовления древесноволокнистых плит, в котором в качестве состава для пропитки используют полимерные продукты на основе кубовых остатков ректификации толуола (КОРТ) (SU, авторское свидетельство, 882780, кл. В27К 3/52, 981).

Однако данное техническое решение направлено на улучшение свойств продукта глубокой переработки древесины, к которому относится ДВП, а не на древесину как таковую. При этом КОРТ используется как составная часть другого отхода нефтехимии кубовых остатков ректификации бутадиена (КОРБ) при совместной полимеризации для получения полимерного продукта. Несмотря на разнообразие непредельных соединений в составе КОРТа и КОРБа, вступающих в реакцию полимеризации, почти все они являются изомерами одного соединения бутадиена. И в силу данной особенности химической природы полимерного продукта последний не обладает высокими физико-механическими показателями.

Известен способ изготовления торцевой плашки из древесины хвойных и мягколиственных пород, включающий сушку, пропитку древесины с последующим уплотнением и одновременным приданием формы (SU, авторское свидетельство, 315610, кл. В27М 3/04, 1971).

В данном способе в качестве пропитывающего состава используется петролатум, который состоит из смеси парафина, церезина и масла. Химическая природа данной смеси определяется содержанием предельных углеводородов С_36-55 преимущественно алифатического изостроения. Отсутствие функциональных групп и кратных связей обусловливает низкую химическую активность соединений данного ряда.

Изостроения алифатической цепи данных углеводородов, т.е. разветвленность, снижает подвижность макромолекул, тем самым затрудняется процесс пропитки (или распределение макромолекул пропитывающего состава в межфибрильных, межклеточных структурах древесины).

Известен способ изготовления торцевой шашки для паркетных щитов или настенных панелей из древесины хвойных и мягколиственных пород, включающий сушку древесины, получение заготовок в виде торцевых шашек, придание формы их внешнему контуру и пропитку синтетическим каучуком олигопипериленовым с мол. м. 12000-30000 в виде 30-50%-ного раствора в нефрасе (Патент №2096171, заявка №94031039, RU C1, кл. 6 27М 3/04, В27К 3/34, 1997).

Олигопипериленовый каучук представляет собой линейный низкомолекулярный полимер, химическая природа которого обусловлена звеньями изопрена, что обусловливает проявление олигопипериленовым синтетическим каучуком пластоэластических свойств, характерных для каучуков. В силу отмеченной особенности, несмотря на эффект упрочнения древесины, данному пропитывающему составу присущ недостаток, связанный с низкой жесткостью полимера, и, как следствие, снижение эксплуатационных показателей паркета, а именно таких важных свойств, как твердость, истираемость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления торцевой шашки для паркетных щитов или настенных панелей из древесины хвойных и мягколиственных пород, включающий сушку древесины, получение заготовок в виде торцевых шашек, придание формы их внешнему контуру и пропитку 30-50%-ным раствором в нефрасе сополимера олигомеров бутадиена со стиролом с мол. м. 3000-10000 (Патент №2118928, RU, заявка N 97112601 2118928 С1, кл. 6 27М 3/04, 1998).

Синтетический сополимер олигомеров бутадиена со стиролом является линейным низкомолекулярным полимером с большим содержанием связанного стирола (≈65-75 мас.%) и присутствием кратных связей, благодаря которым происходит термоокислительное структурирование в порах древесины. Однако данный вид структурирования наиболее эффективно протекает только на поверхности древесной заготовки, где присутствует в достаточном количестве необходимый для этих целей кислород воздуха. При этом трудно ожидать образование прочной "сшитой" сетки как внутри полимерной фазы, так и на границе с древесинным веществом, в межфибриальном и межклеточных пространствах древесины. Присутствие стирольных фрагментов в составе сополимера придает ему повышенную жесткость, которая определяется трудностью вращения отдельных сегментов макромолекулы относительно оси вдоль σ-связи из-за стерического эффекта бензольного кольца. Поэтому, данный сополимер, сочетая в себе высокую проникающую способность вследствие низкой молекулярной массы, способность к термоокислительному структурированию за счет высокой ненасыщенности, обладает также эффектом усилителя жесткости за счет присутствия полистирольных фрагментов в макромолекуле. Однако указанные положительные моменты данного модификатора являются препятствием к образованию привитой, плотно "сшитой" структуры в межфибриальном и межклеточных пространствах древесины и тем самым ограничивают уровень физико-механических показателей пропитанных древесных заготовок.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение физико-механических показателей заготовок для паркета из древесины хвойных или мягколиственных пород.

Для решения этой задачи в известном способе изготовления заготовок для паркета, включающем сушку древесины, получение заготовок, придание формы их внешнему контуру и пропитку 30-50%-ным раствором в нефрасе сополимера олигомеров бутадиена со стиролом с мол. м. 3000-10000, в качестве низкомолекулярного полимера используют сополимер 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом с мол. м. 600-1500 - полученный на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства бутадиенового каучука.

4-Винилциклогексен-1 является основным непредельным соединением (более 70 мас.%) кубовых остатков ректификации возвратного растворителя образующегося в больших количествах при производстве бутадиенового каучука на металлокомплексных катализаторах. В настоящее время в условиях Воронежского ОАО "Воронежсинтезкаучук" налажен процесс выделение 4-винилциклогексена-1 из кубовых остатков, с последующим использованием в качестве индивидуального соединения, в том числе мономерного характера. Данное изобретение послужит дополнительным стимулом квалифицированного применения вторичного сырья и повышения эффективности действующего предприятия.

Способ осуществляется следующим образом. Лесоматериалы, представляющие собой отходы рубок ухода или целевую древесину, раскраивают деревообрабатывающим оборудованием на торцевые или продольные заготовки, которым с помощью фрезы придается форма внешнему контуру. В дальнейшем заготовки поступают в пропиточную ванну с раствором 30-50%-ной концентрации в нефрасе низкомолекулярного сополимера 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом с мол. м. 600-1500. После пропитки в течение 0,5-1,5 ч заготовки сушатся в термошкафу при температуре 100-120°С в течение 1-3 ч до полного удаления летучих компонентов.

В результате получают заготовки для паркета, обладающие высокими физико-механическими показателями, в частности повышенными величинами водостойкости, а также твердости и истираемости. Кроме того, предлагаемая пропитка может осуществляться водными растворами сополимера 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом, что значительно улучшает экологические характеристики процесса.

Получаемый эффект от использования данного пропитывающего материала можно пояснить следующим. Синтетический полимер (СВМ) является линейным реакционноспособным олигомером, содержащим ангидридные реакционные группы в количестве 6-36 мас.% на макромолекулу олигомера. В присутствии влаги ангидридные группы переходят в карбоксильные, которые далее диссоциируют по следующей схеме:

При пропитке древесины полимерным стабилизатором, содержащим полярные кислородсодержащие группы в лучшем случае карбоксильные, велико значение остаточного содержания влаги в древесном образце. Влага способствует диссоциации карбоксильных групп с отщеплением катиона водорода. При этом достаточно небольшого количества влаги (определяемой содержанием адсорбционной, связанной влаги в микрокапиллярах древесины) для диссоциации, так как при образовании солей такое же количество воды вновь выделяется, и она опять вызывает диссоциацию и т.д. по следующей схеме:

1. nR₁COOH+nH₂O→nR₁COO^-(H₂O)_x+nH⁺(H₂О)_n-x;

2. Meⁿ⁺+nH₂О→Ме(ОН)_n→Меⁿ⁺+nOH^-;

3. Meⁿ⁺+nR₁COO^-+nH⁺+nOH^-→(R₁COO)_nMe+nH₂O,

где Me - любой поливалентный металл;

R₁ - остаток макромолекулы сополимера 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом (СВМ), образующийся в результате электролитической диссоциации макромолекулы полимерного стабилизатора.

Вода в этом случае является как бы своеобразным катализатором в реакции образования солей между окислами и кислотными группами. При взаимодействии катионов металла и анионов кислотных остатков жирной полимерной части стабилизатора могут возникнуть химические ионные связи, обеспечивающие очень высокую адгезию контактирующих тел. Данному процессу способствует повышение температуры на стадии удаления летучего растворителя и термозакаливании, когда высокая температура обеспечивает сближение и более тесное контактирование макромолекул полимерного стабилизатора.

При этом структурирование протекает не только между молекулами СВМ, но между молекулами СВМ и древесиной, содержащей в составе целлюлозы и лигнина функциональные группы (в основном гидроксильные), способные к эффективному взаимодействию с карбоксильными группами СВМ с образованием высокопрочной единой системы олигомер-древесина, "сшитой" химическими связями. В силу отмеченных особенностей реакционно-способного олигомера СВМ, модифицированные данным продуктом торцевые шашечные элементы характеризуются более высоким уровнем физико-механических показателей.

Прилипание тел в известных условиях может сопровождаться более прочными связями, чем межмолекулярные: между контактирующими молекулами могут образовываться химические связи, которые, как известно, в сотни раз более прочные, чем силы Ван-дер-Ваальса.

Ионные силы могут возникнуть, например, при контакте металлов и олифы, олифы в присутствии металлосодержащего сиккатива. Происходит взаимодействие карбоксильных групп олифы с катионами металлов с образованием ионной химической связи.

Благодаря последнему достигается достаточно высокая плотность "упаковки" полимера в межфибриальном и межклеточных пространствах древесины.

Необходимо также учесть, что в отличие от прототипа, где сополимер получен с использованием всех непредельных соединений (в том числе неустановленного характера) содержащихся в кубовых остатках, в предлагаемом решении используется сополимер, полученный в условиях бинарной сополимеризации. Поэтому кроме отмеченных преимуществ данный продукт будет отличаться также более постоянным составом и соответственно более стабильными и воспроизводимыми свойствами в сравнении с прототипом.

Таким образом, данный полимерный продукт сочетает в себе высокую проникающую способность вследствие низкой молекулярной массы, способность к химическому структурированию за счет присутствия реакционно-способных функциональных групп и обладает эффектом самоотверждения в присутствии остаточной (сорбционной) влаги древесины торцевых шашечных элементов согласно приведенному выше механизму.

Пример 1 (контрольный, прототип). Лесоматериалы из сосны сушили в паровоздушных камерах периодического действия до влажности 8%. Затем раскраивали с помощью деревообрабатывающего оборудования на торцевые или продольные заготовки, которым с помощью фрезы придавали форму внешнему контуру. Далее заготовки пропитывали 40%-ным раствором в нефрасе сополимера олигомеров бутадиена со стиролом с мол. м. 3000-10000 в течение 40 мин без внешнего давления. В завершение производили сушку заготовок в сушильных шкафах при атмосферном давлении и температуре 110°С в течение 1,5 ч до полного удаления летучей части пропиточного состава.

Пример 2. Лесоматериалы из сосны сушили в паровоздушных камерах периодического действия до влажности 8%. Затем их раскраивали на деревообрабатывающем оборудовании и с помощью фрезы придавали определенную форму заготовкам с продольным или поперечным расположением волокон. Далее заготовки пропитывают 25%-ным раствором в нефрасе низкомолекулярного сополимера 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом (СВМ) с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Заключительной стадией изготовления заготовок для паркета являлась сушка в сушильных шкафах при атмосферном давлении и температуре 110°С в течение 1,5 ч до полного удаления летучей части пропиточного состава.

Пример 3. Паркетные заготовки из сосны с приданной конфигурацией внешнего контура, изготовленные в соответствии с приведенной в примере 2 методикой, пропитывали 30%-ным раствором в нефрасе СВМ с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Стадия сушки завершает процесс в соответствии с условиями, изложенными в примере 2.

Пример 4. Заготовки, изготовленные в соответствии с приведенной в примере 2 методикой, пропитывали 40%-ным раствором в нефрасе СВМ с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Завершали изготовление сушкой по режиму, изложенному в примере 2.

Пример 5. Заготовки, изготовленные в соответствии с методикой примера 2, пропитывают 50%-ным раствором в нефрасе СВМ с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Завершали изготовление заготовок сушкой по режиму, изложенному в примере 2.

Пример 6. Заготовки, изготовленные по примеру 2, пропитывали 55%-ным раствором в нефрасе СВМ с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Завершали изготовление заготовок сушкой аналогично примеру 2.

Результаты испытаний паркетных заготовок, изготовленных по приведенным выше примерам, приведены в таблице.

Как следует из представленных в таблице данных, заготовки, изготовленные по предлагаемому способу, существенно превосходят по прочности контрольные образцы и практически не уступают им по водостойкости. При этом наблюдается существенное преимущество перед прототипом по таким важным показателям, как истираемость и твердость.

Отмеченные преимущества предлагаемого способа наблюдаются при использовании раствора СКТ в нефрасе с концентрацией 30-50% (соответствует примерам 3-5 в нижеприведенной таблице).

Таблица
Показатели	Примеры
1 контр, (прототип)	2	3	4	5	6
Плотность, кг/м3	670	610	650	680	635	625
Предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа	70,3	68,7	76,5	77,4	74,3	67,1
Предел прочности при скалывании вдоль волокон, МПа	9,7	9,3	10,8	12,2	10,5	8,4
Твердость, Н/мм	70,1	61,3	72,2	79,3	75,4	68,2
Истираемость, %	7,0	10,0	6,3	5,0	6,0	7,2
Водопоглощение, % за 24 часа	16,7	17,3	13,5	11,7	14,1	19,4
Разбухание через 24 часа, %	2,0	2,1	1,8	1,5	1,7	2,2

Способ изготовления торцевых шашек для паркета из древесины хвойных и мягколиственных пород, включающий сушку древесины, получение заготовок, придание формы их внешнему контуру и пропитку 30-50%-ным раствором в нефрасе сополимера олигомеров бутадиена, отличающийся тем, что в качестве низкомолекулярного сополимера олигомеров бутадиена используют низкомолекулярный сополимер 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом с мол. м. 600-1500 - полученный на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства бутадиенового каучука.