Способ получения модифицированной древесины
Владельцы патента RU 2381895:
Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" (RU)
Изобретение относится к способам обработки древесины. Способ получения модифицированной древесины включает пропитку древесины модификатором с последующей термообработкой, при этом в качестве модификатора используют продукт эмульсионной сополимеризации этилакрилата со стиролом Эмукрил С или продукт эмульсионной сополимеризации акриловых мономеров Эмукрил М, пропитку древесины Эмукрилом С или Эмукрилом М осуществляют при температуре 18-22°С в течение 3 сут, а термообработку при температуре 80°С в течение 10 ч. Технический результат - повышение водостойкости древесины при сохранении ее прочности и долговечности. 2 ил., 2 табл.
Изобретение используется в строительстве для повышения водостойкости древесины при сохранении ее прочности и долговечности.
За аналог принималась древесина, модифицированная составом на основе алкидной смолы с добавлением стирола (патент РФ №4895489).
Недостатком данного изобретения является токсичность модификатора.
В качестве прототипа принималась древесина, модифицированная составом на основе карбамидоформальдегидной смолы (патент РФ №5055017).
Недостатками данного материала являются его низкая биостойкость и водостойкость.
Техническая задача: повысить водостойкость древесины при сохранении ее прочности и долговечности.
Данная техническая задача достигается путем модификации натуральной древесины эмукрилом М или С. Эмукрил М (ТУ 6-36-5800146-264-91) представляет собой водную дисперсию сополимера этилакрилата с метилакрилатом и диметакриловым эфиром этиленгликоля и используется в качестве составной части упрочняющих и красящих составов в производстве бумажных и текстильных (например, шелковых тканей) материалов. Эмукрил С (ТУ 6-36-05800142-265-92) представляет собой продукт эмульсионной сополимеризации этилакрилата со стиролом, полученный при взаимодействии этилакрилата, стирола, эмульгатора, соды, персульфат аммония и применяется для жесткой отделки ткани из хлопка и его смеси с полиэфирными волокнами. В табл.1 представлены технические требования, предъявляемые к данным полимерным веществам.
Модифицирование древесины (сосны 2-го сорта) осуществлялось следующим образом: ее пропитка эмукрилом при температуре 18÷22°С в течение 3 сут, а затем термообработка при температуре 80°С в течение 10 ч.
Длительность технологических операций определялась по результатам кратковременных испытаний на сжатие (рис.1).
| Таблица 1 | |||
| Технические требования, предъявляемые к эмукрилу | |||
| № п.п. | Наименование показателя | Эмукрил М | Эмукрил С |
| 1 | Внешний вид | жидкость молочно-белого цвета | жидкость молочно-белого цвета |
| 2 | Массовая доля нелетучих веществ, % | 40±1 | 40±2 |
| 3 | Массовая доля летучих мономеров, % не более | 0,005 | - |
| 4 | Массовая доля летучих мономеров (этилакрилата + стирола), %, не более | - | 0,005 |
| 5 | Показатель активности водородных ионов, ед. рН | 7,0÷8,5 | 7,0-8,5 |
| 6 | Массовая доля железа, %, не более | 0,01 | 0,005 |
| 7 | Плотность, г/см3 | 1,055±0,004 | 1,04±0,005 |
| 8 | Устойчивость к действию электролитов (водный раствор с массовой долей MgCl2·6H2O 3% и водный раствор с массовой долей NH4CI 11%) | - | устойчив |
При пропитке образцов древесины эмукрилом М или С наблюдается резкое увеличение их массы. Для эмукрила С она достигает максимального значения через 72 ч, а эмукрила М - через 168 ч. Процесс пропитки сопровождается увеличением размеров деревянных образцов, что свидетельствует о заполнении эмукрилом не только пустот, но и его проникновении в стенки клеток древесины.
При насыщении древесины эмукрилом в первые 24 ч происходит резкое падение ее прочности, после чего она снова повышается и на 3 сут достигает своего максимального значения: 100% от прочности натуральной древесины для эмукрила М и 72% - для эмукрила С (фиг.1, а).
Для улучшения свойств пропитанные образцы древесины были подвержены термической обработке при температуре 80°С. В результате чего происходит полимеризация мономера и его сшивка с молекулами древесинного вещества. При этом в первые 2 ч наблюдается снижение прочности, что вызвано размягчением полимера, а в дальнейшем ее резкий рост. Максимума прочность достигает после 10 ч прогрева.
Исследование физико-механических характеристик осуществлялось для древесины, модифицированной эмукрилом по оптимальному режиму, т.е. пропитанной мономером в течение 3 сут при температуре 20°С и подвергнутой термообработке при температуре 80°С в течение 10 ч. Полученные результаты представлены в табл.2
| Таблица 2 | ||||
| Физико-механические характеристики древесины, модифицированной эмукрилом М или С | ||||
| № п/п | Показатель | Натуральная древесина | Модифицированная древесина | |
| Эмукрилом М | Эмукрилом С | |||
| 1 | Плотность, кг/м3 | 550 | 600 | 600 |
| 2 | Разрушающее напряжение, МПа: | |||
| - при сжатии | 57,6 | 50,53 | 55,6 | |
| - при скалывании | 4,84 | 2,65 | - | |
| - при поперечном изгибе | 82,97 | 101,1 | 109 | |
| 3 | Модуль деформации при сжатии, МПа: | |||
| - вдоль волокон | 10000 | 13065 | - | |
| - поперек волокон | 5000 | 5305 | - | |
| 4 | Водопоглощение по массе, %, за | |||
| - 2 ч | 37 | 8 | 14 | |
| - 24 ч | 51 | 22 | - | |
| - 30 сут | 114 | 81 | - | |
| 5 | Набухание по толщине, %, за | - | ||
| - 2 ч | 4,2 | 2 | - | |
| - 24 ч | 4,2 | - | - | |
| - 30 сут | 4,8 | 4,8 | - | |
| 6 | Остаточная прочность при сжатии, %, после воздействия воды в течение | |||
| - 2 ч | 20 | 25 | - |
| - 24 ч | 20 | 23 | - | |
| - 30 сут | 20 | 22 | - | |
| 7 | Коэффициент линейного термического расширения α×10-6, 1/°С | 2,83 | 0,84 | - |
| 8 | Коэффициент стойкости к УФ-облучению в течение | |||
| - 100 ч | 1,14 | 1,07 | 1,24 | |
| - 200 ч | 1,19 | 0,78 | - | |
| - 300 ч | 1,30 | 0,87 | - | |
| 9 | Коэффициент морозостойкости после 50 циклом замораживания-оттаивания | 0,75 | 0,78 | - |
| 10 | Долговечность (время до разрушения) при температуре 16°С и напряжении 70 МПа при поперечном изгибе | 9 лет | - | >100 лет |
| 11 | Деформационная долговечность при температуре 16°С и твердости 20 МПа | 3,2 г | - | >100 лет |
Как видно из табл.2, применение в качестве модификатора эмукрила С и М позволяет существенно увеличить водостойкость древесины при сохранении ее морозостойкости. Так, ее водопоглощение за 2 ч снижается в 3-4,5 раза, за 24 ч - 2,5 раза, а остаточная прочность повышается в 1,1÷1,25 раза. Применение данных модификаторов также позволяет повысить прочность при поперечном изгибе (1,3 раза), твердость (1,3 раза) и долговечность древесины (в десятки раз) (рис.2).
Следует также отметить, что в отличие от существующих модификаторов (метилметакрилата, стирола, фенолоформальдегидных смол и т.д.) эмукрил является экологически безвредным.
Авторами предлагается следующая технология модифицирования древесины эмукрилом М и С:
- пропитка древесины мономером при температуре 20°С в течение 3 сут: при этом эмукрила С поглощается 6,5% от массы древесины, а эмукрила М-7,5%;
- термообработка пропитанной древесины при 80°С в течение 10 ч.
Древесина модифицированная предлагаемым мономером обладает:
- повышенной водостойкостью и морозостойкостью;
- повышенной прочностью при поперечном изгибе;
- повышенной твердостью;
- экологической безопасностью.
Способ получения модифицированной древесины, включающий пропитку древесины модификатором с последующей термообработкой, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют продукт эмульсионной сополимеризации этилакрилата со стиролом Эмукрил С или продукт эмульсионной сополимеризации акриловых мономеров Эмукрил М, пропитку древесины Эмукрилом С или Эмукрилом М осуществляют при температуре 18-22°С в течение 3 сут, а термообработку при температуре 80°С в течение 10 ч.
