Способ получения модифицированной древесины
Владельцы патента RU 2476311:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная лесотехническая академия" (RU)
Изобретение относится к способу обработки древесины, в частности к способу получения модифицированной древесины. В способе пропитывают заготовки 30-40%-ным водным раствором карбамида, содержащим форконденсат карбамидоформальдегидного олигомера (КФК), проводят сушку, прессование и термообработку. При этом в пропиточный раствор добавляют упрочнитель - 2%-ный водный раствор фибриллярной наноцеллюлозы в количестве 15-18% от массы КФК. Воду, используемую для приготовления раствора, активируют намагничиванием до анолита с окислительно-восстановительным потенциалом 800-900 мВ с рН=2,5. Способ позволяет в два раза снизить степень прессования до требуемой прочности 120-130 МПа, повысить выход модифицированной древесины, увеличить жесткость и прочность модифицированной древесины. 2 табл., 2 пр.
Изобретение относится к области обработки древесины, в частности для производства заготовок из модифицированной древесины высокой прочности.
Известен способ получения модифицированной древесины, включающий обработку древесины раствором карбамида, содержащим 6-10% уротропина от массы сухого карбамида при рН 6,4-6,5, сушку под механическим давлением при температуре 90-120°С с одновременной формостабилизацией (см. Пат. РФ №2131351 МПК В27К 3/50, опубл. 06.10.1999).
Недостатком способа является сложность приготовления пропитывающего раствора и невысокая формостабилизация получаемой древесины.
В качестве прототипа выбран способ получения модифицированной древесины, в котором древесину пропитывают водным раствором карбамида, содержащим форконденсат карбамидоформальдегидного олигомера (КФК), отвердитель - карбамидоформальдегидную смолу ПКП-52, после чего прессуют, сушат, воздействуют импульсным магнитным полем и проводят термообработку (см. Пат. РФ №2401195 МПК В27К 3/50, В27К 3/04, В27К 5/04, В27К 5/06, В27К 7/00, опубл. 10.10.2010).
Недостатком способа является то, что для получения требуемой прочности модифицированной древесины 120-130 МПа при сжатии вдоль волокон необходимая степень уплотнения составляет 30% для березы и 50% для осины, вследствие чего выход готового материала (в м3) снижается.
Изобретение решает задачу увеличения выхода модифицированной древесины с одновременным снижением степени прессования и получением заданных качественных характеристик.
Это достигается тем, что в способе получения модифицированной древесины, включающем пропитку заготовок 30-40%-ным водным раствором карбамида, содержащим форконденсат карбамидоформальдегидного олигомера (КФК), сушку, прессование и термообработку, согласно предложенному изобретению, в пропиточный раствор добавляют упрочнитель - 2%-ный водный раствор фибриллярной наноцеллюлозы (НФЦ) в количестве 15-18% от массы КФК, а воду, используемую для приготовления раствора, активируют намагничиванием до аналита с окислительно-восстановительным потенциалом 800-900 мВ с рН=2,5.
Технический результат состоит в следующем.
Добавление в пропиточный раствор водного геля НФЦ в указанном количестве, намагничивание воды до аналита, обеспечивают получение модифицированной древесины требуемой прочности 120-130 МПа со степенью упрочнения для березы 15%, для осины 25%, то есть в два раза меньше, чем при модифицировании известным способом.
Введение водного геля НФЦ увеличивает степень сшивки полимера с древесиной. За счет этого увеличивается жесткость и прочность модифицированной древесины.
Дополнительное намагничивание воды до аналита с окислительно-восстановительным потенциалом 800-900 мВ способствует активации водного геля НФЦ, повышает степень полимеризации, что также способствует увеличению прочности модифицированной древесины.
Способ осуществляется следующим образом.
Приготавливают водный раствор, в котором воду предварительно активируют намагничиванием. Активацию проводят на установке СТЭЛ-49 в течение 10 мин, до получения аналита с окислительно-восстановительным потенциалом 800-900 мВ и рН=2,5.
Подготовленную воду используют для приготовления 30%-ного водного раствора карбамида, в который добавляют КФК в количестве 10-12% от массы сухого карбамида, а также водный гель фибриллярной наноцеллюлозы в количестве 15-18% от массы КФК.
При содержании НФЦ менее 15% от массы КФК предел прочности модифицированной древесины не превышает 103 МПа. Содержание НФЦ более 18% от массы КФК не увеличивает прочность получаемого материала.
Заготовки из древесины пропитывают полученным раствором с торца под давлением 0,4-0,5 МПа. После пропитки содержание карбамида в древесине составляет 15-20% от массы сухой древесины, содержание КФК 1,5-2,4% от массы сухой древесины, содержание НФЦ 0,22-0,43% от массы сухой древесины.
Далее заготовки высушивают при температуре 90°С до влажности 10-15%, после чего их прессуют поперек волокон под механическим давлением 0,5-0,6 МПа до степени уплотнения 15% для березы и 25% для осины и сушат в пресс-формах до влажности 4-5%. Далее проводят термообработку при температуре 140°С в течение трех часов.
Пример 1.
Брус из древесины осины сечением 120×120 мм и длиной 3 м влажностью 80% пропитывают с торца под давлением 0,5 МПа 30%-ным водным раствором карбамида объемом 50 литров, в который добавлено 10% КФК от массы раствора и 15% 2%-ного водного раствора НФЦ от массы КФК. Воду предварительно намагничивают до аналита с окислительно-восстановительным потенциалом 800-900 мВ и рН=2,5 в течение 10 мин. После пропитки содержание карбамида в древесине составило 15% от массы сухой древесины, содержание КФК составило 1,5% от массы сухой древесины, содержание НФЦ составило 0,22% от массы сухой древесины. Пропитанную древесину сушат при температуре 90°С до влажности 12% и прессуют до степени 25%. Прессованные заготовки сушат в пресс-формах при температуре 120°С до влажности 4% и проводят термообработку при температуре 140°С в течение трех часов. Предел прочности при сжатии вдоль волокон составил 120 МПа, плотность 751 кг/м3.
Пример 2.
Брус из древесины березы сечением 115×115 мм и длиной 3 м пропитывают с торца под давлением 0,7 МПа 30%-ным водным раствором карбамида объемом 40 литров, в который добавлено 12% КФК от массы раствора и 18% 2%-ного водного раствора НФЦ от массы КФК. Воду предварительно намагничивают до аналита с окислительно-восстановительным потенциалом 800-900 мВ и рН=2,5 в течение 10 мин. После пропитки содержание карбамида в древесине составляет 20% от массы сухой древесины, содержание КФК составляет 2,4% от массы сухой древесины, содержание НФЦ составляет 0,43% от массы сухой древесины. Пропитанную древесину сушат при температуре 90°С до влажности 15% и прессуют до степени 15%. После этого прессованные заготовки сушат в пресс-формах при температуре 120°С до влажности 5%. Затем проводят термообработку при температуре 145°С в течение трех часов. Предел прочности при сжатии вдоль волокон составил 135 МПа, плотность 756 кг/м3.
В результате получают модифицированную древесину, имеющую прочность при сжатии вдоль волокон 120-130 МПа и степень уплотнения 15% для березы и 25% для осины, т.е. использование предложенного способа позволяет снизить степень уплотнения в 2 раза по сравнению с известным способом, т.е. также повысить выход получаемого материла (см. таблицы 1, 2).
Снижение степени прессования для березы с 30 до 15% позволяет повысить выход модифицированной древесины на 15%, т.е. с 1 м3 экономия составит 0,15 м3, с 1000 м3 - 150 м3. При отпускной цене модифицированной древесины березы 30 тыс.руб за 1 м3 экономия составит 150×30=4500 тыс.руб.
Снижение степени прессования для осины с 50 до 25% позволяет повысить выход модифицированной древесины на 25%, т.е. с 1 м3 экономия составит 0,25 м3, с 1000 м3 - 250 м3. При отпускной цене модифицированной древесины осины 25 тыс.руб за 1 м3 экономия составит 250×25=6250 тыс.руб.
Свойства модифицированной древесины и условия ее получения представлены в табл.1. Сравнительная оценка свойств модифицированной древесины, полученной согласно патенту РФ 2401195 и предложенным способом, представлена в табл.2
| Таблица 1 | ||
| Характеристика материала и условия его получения | Степень прессования, % | Предел прочности при сжатии, МПа |
| Береза прессованная | 15 | 80 |
| Береза+КФК | 15 | 92 |
| Береза+КФК+НФЦ | 15 | 120 |
| Береза+КФК+НФЦ+активированная вода | 15 | 135 |
| Осина прессованная | 25 | 72 |
| Осина+КФК | 25 | 91 |
| Осина+КФК+НФЦ | 25 | 104 |
| Осина+КФК+НФЦ+активированная вода | 50 | 120 |
| Таблица 2 | ||
| Характеристика материала и условия его получения | Предложенный способ | Прототип - патент №2401195 |
| Содержание карбамида в растворе, % | 30 | 30-40 |
| Содержание КФК в растворе, % | 10-12 | 10-12 |
| Содержание НФЦ, % от массы КФК | 15-18 | - |
| Активация воды до аналита с окислительно-восстановительным потенциалом 800-900 мВ и рН-2,5 | + | - |
| Степень прессования, % Береза Осина |
||
| 15 | 30 | |
| 25 | 50 | |
| Плотность, кг/м3 | 751-756 | 900 |
| Предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа | 120-135 | 135 |
| Статическая твердость, кг/мм2 | 17-19 | 16,5 |
Способ получения модифицированной древесины, включающий пропитку заготовок 30-40%-ным водным раствором карбамида, содержащим форконденсат карбамидоформальдегидного олигомера (КФК), сушку, прессование и термообработку, отличающийся тем, что в пропиточный раствор добавляют упрочнитель - 2%-ный водный раствор фибриллярной наноцеллюлозы в количестве 15-18% от массы КФК, а воду, используемую для приготовления раствора, активируют намагничиванием до анолита с окислительно-восстановительным потенциалом 800-900 мВ с рН 2,5.
