Способ обработки древесины
Владельцы патента RU 2375169:
Царев Геннадий Иванович (RU)
Шестов Александр Юрьевич (RU)
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано для обеспечения био- и водостойкости древесины. Описан способ обработки древесины, включающий ее пропитку талловым маслом. Талловое масло предварительно нагревают до температуры 180-220°С, затем в него подают воздух в течение 90-150 минут, поддерживая указанную выше температуру, после этого вводят катализатор дегидратации в количестве 0,5-3% от массы таллового масла, затем выдерживают талловое масло при температуре 200-250°С в течение 2-5 часов, после чего осуществляют пропитку древесины при температуре 130-170°С в течение 10-60 минут и затем подвергают термообработке при температуре 155-185°С в течение 3-8 часов. Технический результат - повышение водо- и биостойкости древесины, сохранение механической прочности древесины. 2 табл.
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано для обеспечения био- и водостойкости древесины.
Известен способ обработки древесины талловым маслом с добавлением аддукта канифоли и меламина.
Пропиточную смесь приготовляют следующим образом. Талловое масло подогревают в ванне пропиточной машины до 110-120°С. Аддукт канифоли с меламином в жидком состоянии при 180-270°С подают в ванну пропиточной машины, где смешивают в требуемом соотношении с талловым маслом.
Пропитку твердых древесно-волокнистых плит пропиточным составом осуществляют следующим образом.
После сушки в горячем прессе плиты поступают в пропиточную машину, где их обрабатывают приготовленным составом при 125-135°С. Затем плиты подвергают термообработке в закалочной камере в течение 3-4 часов при 150-170°С. Расход пропитывающей смеси составляет 8-9% от веса сухих плит, SU 982914.
Недостатком данного способа является низкая водостойкость полученного продукта (не менее 12,7% за 24 часа). Кроме того, древесный материал имеет весьма низкую биостойкость, практически мало отличающуюся от исходной древесины.
Известен способ обработки древесины, включающий ее пропитку и выдержку; пропитку осуществляют в течение 3-5 минут при 50-70°С раствором, содержащим талловое, льняное и касторовое масла, трихлорэтилфосфат, краситель, дибутилфталат и продукт дисцилляции кубового остатка ректификации соснового флотационного масла при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Талловое масло | 10-20 |
| Льняное масло | 5-15 |
| Касторовое масло | 10-20 |
| Трихлорэтилфосфат | 10-20 |
| Дибутилфталат | 10-20 |
| Краситель | 0,05-0,1 |
| Продукт дистилляции кубового | |
| остатка ректификации соснового | |
| флотационного масла | 20-40 |
а выдержку производят на воздухе в течение 20-24 часов, после чего древесину подвергают горячему прессованию в течение 0,3-0,5 минут при температуре нижней плиты пресса 140-150°С, верхней плиты пресса 170-180°С и давлении 125-150 кгс/см2, SU 1701521 А1.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
Недостатки данного способа состоят в следующем.
Обработанная древесина имеет относительно низкую водостойкость (водопоглощение не менее 27% за 25 суток).
Кроме того, можно утверждать, что эта древесина не обладает достаточной биостойкостью. Как известно, см. www./seneg.ru/info/arts/23.htm, часть 4, «Факторы разрушения древесины», древесина в любом случае начинает загнивать после достижения влажности 23% и выше. Указанное во второй графе таблицы 3 описания SU 1701521 нулевое значение деструкции древесины при испытаниях на биостойкость не может соответствовать действительности при влажности до 41%. Кроме того, при высокотемпературной обработке древесины всегда теряется ее механическая прочность вследствие термической деградации.
Указанные выше недостатки прототипа объясняются следующим.
Талловое, льняное и касторовое масла в естественном состоянии, в том числе при нагревании до 50-70°С в течение 3-5 минут и горячем прессовании в течение 0,3-0,5 минут при температуре плит пресса 140-180°С, не вступают в химическое взаимодействие с компонентами древесины. В лучшем случае могут образовываться не устойчивые под действием воды водородные связи между гипоксильными группами углеводной (целлюлоза и гелицеллюлоза) и ароматической (лигнин) частями древесины и маслами.
В результате как целлюлоза и гелицеллюлоза, так и лигнин сохраняют гидрофильность, что с очевидностью следует из высоких значений показателей водопоглощения, приведенных в таблице 3 описания прототипа, несмотря на чрезвычайно высокие значения удельного давления прессования (до 150 кгс/см2).
Кроме того, к недостаткам способа-прототипа следует отнести необходимость использования сложного дорогостоящего пропиточного состава, содержащего при этом гидрофильный компонент, каким является дибутилфталат, а также наличие специального прессового оборудования для создания весьма высокого давления.
Задачей настоящего изобретения является повышение водо- и биостойкости, сохранение механической прочности древесины, а также упрощение и удешевление реализации способа.
Согласно изобретению в способе обработки древесины, включающем ее пропитку талловым маслом, талловое масло предварительно нагревают до температуры 180-220°С, затем в него подают воздух в течение 90-150 минут, поддерживая указанную выше температуру, после этого вводят катализатор дегидратации в количестве 0,5-3% от массы таллового масла, затем выдерживают талловое масло при температуре 200-250°С в течение 2-5 часов, после чего осуществляют пропитку древесины при температуре 130-170°С в течение 10-60 минут и затем подвергают термообработке при температуре 155-185°С в течение 3-8 часов.
Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию «изобретательский уровень».
Благодаря реализации отличительных признаков изобретения древесина приобретает приведенные ниже важные новые свойства. В талловом масле при температуре 180-220°С и подаче в него воздуха в течение 90-150 минут образуются димерные производные высших жирных кислот (ВЖК) по углерод-углеродным связям за счет наличия двойных связей в радикалах жирных кислот. При температуре ниже 180°С и подаче воздуха происходит окисление радикалов высших жирных кислот с образованием не димерных производных ВЖК, а мономерных гидроксикислот и продуктов деструкции ВЖК, что не позволяет существенно снизить гидрофильность древесины.
При температуре выше 220°С образуются в преобладающем количестве тримерные, тетрамерные и т.д. производные ВЖК, что резко повышает вязкость таллового масла и делает его практически не пригодным для пропитки древесины.
При подаче воздуха в талловое масло менее 90 минут количество образующихся димерных производных ВЖК недостаточно. При подаче воздуха в талловое масло более 150 минут даже в заданном температурном диапазоне образуется недопустимо большое количество многомерных производных ВЖК.
Последующее введение катализатора дегидратации в количестве 0,5-3% от массы таллового масла с его выдерживанием при температуре 200-250°С в течение 2-5 часов обеспечивает образование ангидридных групп из карбоксильных групп ВЖК. В конкретных примерах, приведенных ниже, в качестве катализатора дегидратации использован Аl2О3, однако могут быть также использованы цеолиты и др., см. «Катализаторы дегидратации - Химическая энциклопедия, М.: Советская энциклопедия, 1990, т.2, 337 стр.
Ангидридные группы ВЖК вступают в химическое взаимодействие с гидроксильными группами компонентов древесины с образованием сложных эфирных связей; поскольку в этом случае в древесине исчезают легкодоступные для влаги гидрофильные гидроксильные группы, резко повышается водостойкость древесины и, как следствие, ее биостойкость. Кроме того, образование связей между волокнами позволяет сохранить ее механическую прочность при последующей термообработке.
В случае введения катализатора дегидратации в количестве менее 0,5% от массы таллового масла указанный выше процесс малоэффективен, при введении катализатора в количестве более 3% от массы таллового масла возникают существенные трудности, связанные с последующим удалением катализатора; при температуре ниже 200°С процесс идет неэффективно, а при температуре выше 250°С недопустимо увеличивается вязкость таллового масла; при выдерживании менее 2 часов не образуется необходимое количество ангидридных групп в ВЖК, а при выдерживании более 5 часов происходит нарастание вязкости таллового масла, и имеют место необоснованные потери энергии.
После указанной выше подготовки (модификации) таллового масла осуществляют пропитку древесины в пропиточных ваннах при температуре 130-170°С в течение 10-60 минут и затем пропитанную древесину помещают в камеру термообработки, где выдерживают при температуре 155-185°С в течение 3-8 часов.
Пропитка при температуре ниже 130°С или в течение менее 10 минут не позволяет обеспечить необходимые свойства древесины, а при температуре выше 170°С происходит недопустимое пенообразование таллового масла даже в заданном интервале времени; пропитка в течение более 60 минут нецелесообразна по экономическим соображениям.
Термообработка при температуре ниже 155°С или менее 3 часов не позволяет получить требуемые свойства древесины из-за того, что не образуется необходимое количество сложно-эфирных связей, при температуре выше 185°С возможно возгорание древесины вследствие экзотермичности процесса образования сложно-эфирных связей; термообработка свыше 8 часов нецелесообразна по экономическим соображениям.
Ниже в таблице 1 представлены режимы обработки древесины (5 примеров), результаты испытаний древесины, обработанной согласно этим режимам, представлены в таблице 2.
Количественные параметры режимов обработки древесины, соответствующие примерам 2, 3, 4, находятся в пределах значений, приведенных в формуле настоящего изобретения, а параметры режимов, соответствующие примерам 1 и 5, выходят за эти пределы.
Таблица 2 иллюстрирует то обстоятельство, что в случае, когда количественные параметры режимов обработки древесины выходят за указанные пределы, значительно снижаются как водостойкость и прочность, так и биостойкость древесины ввиду недостаточно эффективного образования химических (сложно-эфирных) связей между ангидридными группами таллового масла и гидроксильными группами компонентов древесины.
В то же время примеры 2, 3, 4 показывают, что заявленный способ позволяет принципиально улучшить физико-механические и биологические характеристики древесины.
| Таблица 1 | |||||
| Операция | Примеры | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Предварительный нагрев масла до температуры, °С | 160 | 180 | 200 | 220 | 230 |
| Длительность подачи воздуха, мин | 80 | 90 | 120 | 150 | 160 |
| Количество катализатора, % от массы талового масла | 0,4 | 0,5 | 1,5 | 3 | 4 |
| Температура выдерживания талового масла, °С | 190 | 200 | 220 | 250 | 270 |
| Длительность выдерживания, час | 1,5 | 2,0 | 3 | 5 | 6 |
| Температура масла при пропитке древесины, °С | 125 | 130 | 150 | 170 | 180 |
| Длительность пропитки древесины, мин | 6 | 10 | 40 | 60 | 70 |
| Температура термообработки древесины, °С | 150 | 155 | 170 | 185 | 190 |
| Длительность термообработки древесины, час | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 8 | 8 |
Способ обработки древесины, включающий ее пропитку талловым маслом, отличающийся тем, что талловое масло предварительно нагревают до температуры 180-220°С, затем в него подают воздух в течение 90-150 мин, поддерживая указанную выше температуру, после этого вводят катализатор дегидратации в количестве 0,5-3% от массы таллового масла, затем выдерживают талловое масло при температуре 200-250°С в течение 2-5 ч, после чего осуществляют пропитку древесины при температуре 130-170°С в течение 10-60 мин и затем подвергают термообработке при температуре 155-185°С в течение 3-8 ч.
