Способ обработки деревянных изделий
Изобретение относится к деревообработке. Способ включает сушку изделия до остаточной влажности не выше 16%, шлифовку поверхности, удаление шлифовальной пыли и нанесение расплавленного пчелиного воска с температурой не выше 100°С. Осуществляют впитывание воска в изделие при остывании до комнатной температуры, после чего обрабатывают поверхность изделия струей газа с температурой 460-560°С, не допуская потемнения дерева. Струю газа перемещают относительно поверхности изделия со скоростью от приблизительно 1 см/сек до 10 см/сек. При обработке изделий из древесины, имеющей низкую пористость, в расплавленный пчелиный воск дополнительно вводят очищенный скипидар в эффективном количестве от 50 до 200 масс.% по отношению к количеству воска. Изобретение позволяет получить на поверхности изделий прочный защитный слой, не вуалирующего природную текстуру дерева, не требующего полировки, обеспечивающего изделиям повышенные экологические характеристики. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области деревообработки, в частности к способам получения на изделиях из древесины защитных покрытий, сохраняющих природную текстуру натурального дерева, и может быть использовано в строительстве и в мебельной промышленности.
Основным способом защиты деревянных поверхностей от влаги и получения декоративных эффектов является покрытие их органорастворимыми лаками, эмалями и красками, которые в широком ассортименте производятся промышленностью. Большинство таких материалов содержат экологически вредные химические компоненты.
Лаки представляют собой растворы пленкообразующих веществ (масел, смол, нитроцеллюлозы) в летучих растворителях (бензол, спирт, бензин, уайт-спирит, ацетон и др.) и предназначены для создания отделочного слоя покрытий. Эмали представляют собой смесь пигментов и лаков и предназначены для создания основного слоя защитного покрытия. Краски представляют собой смесь пленкообразующих веществ и тонкодисперсных пигментов, иногда с добавлением наполнителей, и предназначены для создания основного защитного и декоративного слоя лакокрасочных покрытий, аналогично эмалям.
Эти средства защиты, как правило, содержат в своем составе химические пленкообразователи (алкидные, винилхлоридные, глифталевые, полиакрилатные и др.) с различными пигментами и наполнителями. В качестве аналога может служить полимеризуемая пропитка для обработки бань и саун «Элкон-сауна» (http://www.elcon-termo.ru/articles/classification).
Недостатком известных способов лакокрасочной защиты деревянных изделий является их экологическая небезопасность. Пленкообразователи зачастую содержат в своем составе вредные летучие компоненты, долгое время испаряющиеся в окружающую среду, применение составов на их основе не рекомендовано для внутренней отделки жилых помещений или для обработки мебели. Недостатком укрывных и непрозрачных защитных материалов является также сложность сохранения красивой натуральной текстуры древесины.
Известен способ обработки деревянных изделий, придающий им гидрофобные и бактерицидные свойства. В известном способе использовано нанесение горячего пропиточного вещества на основе углеводородов (аэрозоля, дыма), которым пропитывают изделия (Пат. РФ 2129954. В27К 3/34, В27К 5/00. Способ обработки деревянных изделий. Опубл. 10.05.1999). Компоненты пиролизного аэрозоля, в том числе углеводородные, конденсируются на поверхности изделия и проникают внутрь его, образуя тонкое гидрофобное покрытие древесных пор. Способ не сохраняет декоративную структуру поверхности дерева, изделия долго сохраняют неприятный запах.
Известен способ обработки листовых материалов, содержащих природные органические или регенерированные волокна (Пат. РФ 2394008. Способ обработки листового материала, материал, полученный указанным способом, и его применение в качестве облицовки. Опубл. 10.07.2010). Листовой материал обрабатывают жидкостью, содержащей противомикробный агент и связующее вещество, после чего материал сушат. Во время второй операции на обработанную поверхность наносят слой, содержащий воск, и осуществляют впитывание слоя в исходный материал при температуре 100-145єС. Восковой слой проникает внутрь плиты на глубину 90-150 мкм. Исходный материал, обработанный вышеуказанным способом, используют в качестве облицовки.
Известный способ недостаточно экологичен из-за присутствия фунгицидов и плохо сохраняет натуральную структуру дерева, поскольку при указанных температурах воск мутнеет от паров воды.
Среди экологичных способов известна обработка древесины лоскутным воском Lappenwachs - смесью, содержащей льняное масло, древесное стандолевое масло, пчелиный воск и сиккатив. Поверхность шлифуют, очищают от пыли, лоскутный воск втирают в поверхность при помощи щетки из конского волоса или хлопковой тряпки при температуре 10-35єС, сушат 24 часа при t=20єC и при влажности 40-60%. Окончательное твердение происходит за 3-4.недели. Для придания блеска поверхность полируют (kreidezeit.ru/ImgItem/2LW.pdf). Известен также способ вощения дерева при изготовлении дорогой мебели и музыкальных инструментов (http://www.ntpo.com/technologists/tree/l.shtml). Берут 100 г желтого воска, мелко нарезают его и добавляют 12 г мастики или 25 г истолченной в порошок канифоли. Указанные вещества складывают в глиняный сосуд и распускают на углях. Когда вся масса расплавится, ее снимают с огня и доливают 50 г теплого скипидара. Все тщательно размешивают и сливают в жестяную посуду. В таком виде состав хранится до употребления. Для полировки мебели берут небольшое количество состава на кусок шерстяной материи и натирают дерево, которое приобретает красивый мягкий блеск. Обработанная таким способом мебель приобретает гидрофобные свойства и сохраняет природную структуру дерева.
Известные способы длительны, трудоемки и малопригодны для промышленного производства. Защитный слой имеет недостаточную механическую прочность.
Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ восковой защиты поверхности ульев. Согласно известному способу доски предварительно сушат горячим воздухом, нагревая их до температуры 260-265єС и не допуская воспламенения, после чего пропитывают их натуральным воском при температуре 130єС (О.Н. Машенков. Восковая защита. Журнал «Пчеловодство», №2, 2003). Способ принят за прототип.
Известный способ не позволяет получить на поверхности изделия тонкую прозрачную пленку, поскольку он не предусматривает регулирование остаточной влажности обрабатываемого изделия. При температуре выше 100єС слой воска мутнеет за счет паров влаги, выделяющейся из древесины, воск плохо впитывается, а сама пленка не приобретает необходимой механической прочности.
Чтобы уберечь дерево от разрушающего действия внешних факторов (ультрафиолетовое лучи, атмосферная влага) и вместе с этим не утратить возможность максимально подчеркнуть природную красоту материала необходимо использовать отделку прозрачного типа из экологически безопасных материалов. Для этих целей более всего пригоден натуральный пчелиный воск, содержащий антибиотические и консервирующие вещества и обладающий хорошими гидрофобными свойствами.
Пчелиный воск представляет собой смесь многих химических соединений: эфиры (моноэфиры, диэфиры, триэфиры и оксиэфиры) - 70-75%; свободные жирные кислоты (церотиновая, монтаниновая, олеиновая)- 13-15%; предельные углеводороды - 12-17%; вода - до 1% и др. При нагревании воск плавится в интервале температур 60-70єС, в среднем при 63,7єС. При 100-105єС происходит парообразование воды, выше 150єС начинается испарение легких фракций. При остывании до комнатной температуры пчелиный воск увеличивает вязкость и постепенно восстанавливает кристаллическую структуру. Перечисленные свойства пчелиного воска учтены и использованы в заявленном способе обработки деревянных изделий.
Задачей изобретения является создание на поверхности изделия из древесины прочного защитного слоя, не вуалирующего природную текстуру дерева и обеспечивающего изделиям повышенные экологические характеристики.
Поставленная задача решается тем, что в способе, включающем сушку, шлифовку и покрытие поверхности деревянных изделий защитным материалом сушку проводят до остаточной влажности древесины не выше 16%, предпочтительно не выше 12%, поры древесины очищают от шлифовальной пыли с помощью подходящего отсасывающего устройства, на поверхность изделия наносят тонкий слой расплавленного пчелиного воска, нагретого до температуры не выше 100єС, предпочтительно от 90єС до 95єС, и осуществляют впитывание воска в изделие при остывании воска до комнатной температуры, после чего поверхность изделия обрабатывают струей горячего газа, не допуская потемнения древесины, при этом струю газа с температурой приблизительно 460-560єС перемещают относительно поверхности изделия со скоростью от приблизительно 1 см/сек до приблизительно 10 см/сек, предпочтительно от 2 до 5 см/сек.
При обработке древесины с мелкими порами в расплавленный пчелиный воск можно дополнительно вводить скипидар в эффективном количестве приблизительно от 50 до 200 мас.% по отношению к количеству воска.
Способ реализуют следующим образом.
Строганная доска при обработке на заводе-изготовителе может быть подвергнута камерной сушке (остаточная влажность составляет 8-12%), или естественной атмосферной сушке (остаточная влажность составляет 16%). Влажность в пределах 12-16% можно считать оптимальной. Так, показатель ниже 12% может привести к выпадению сучков, к разбуханию и деформации изделия в процессе эксплуатации. Значение влажности выше 16% увеличивает вероятность последующей усушки и образования щелей.
Древесина обладает пористой структурой, что создает возможность впитывания пчелиного воска, однако для проникновения воска в дерево на достаточную глубину поры должны быть открыты, поэтому поверхность изделия очищают с помощью отсасывающего устройства, например, пылесоса, освобождая поры, в том числе микропоры, от шлифовальной пыли и подготавливая изделие для пропитки расплавленным пчелиным воском. Температуру воска выбирают не выше 100єС, при более высокой температуре в древесине происходит парообразование остаточной влаги, ухудшающей процесс впитывания.
Для способа по изобретению недостаточный расход пчелиного воска, как и нанесение его слишком толстым слоем, малоэффективны. Оптимальный результат достигается при нанесении расплавленного пчелиного воска вдоль волокон с помощью кисти или вращающейся механической щетки.
Впитывание пчелиного воска осуществляют при остывании воска до комнатной температуры, т.е. в течение 5-30 мин, за это время воск проникает в поры на глубину 200-250 мкм. Увеличение времени пропитки сверх указанного верхнего предела не дает эффекта, поскольку вязкость пчелиного воска при комнатной температуре существенно увеличивается, и он теряет способность проникать в древесину.
Время теплового воздействия горячим газом зависит от скорости перемещения изделия относительно струи газа. Струя газа выполняет две функции: во-первых, выравнивает поверхность воскового покрытия до зеркального блеска, не требующего дальнейшей полировки, во-вторых, из пчелиного воска под действием высокотемпературной струи испаряются легкие маслянистые фракции, легкие углеводороды и вода, вследствие чего восковое покрытие твердеет и приобретает необходимую механическую прочность, не теряя прозрачности. При этом не допускают потемнение дерева, т.е. за счет кратковременного воздействия горячей струи его поверхностный слой нагревают до температуры не выше 260єС. Благодаря отсутствию контакта с кислородом и небольшого времени воздействия газа обугливание дерева не происходит. При более высокой температуре начинают разрушаться целлюлоза и полисахариды древесины, и образуется смола. Варьирование температуры газа и длительности воздействия в заявленных пределах позволяют обеспечить максимальную производительность при высоком качестве обработки.
При обработке способом по изобретению поверхность не требует дополнительной полировки, после остывания до комнатной температуры изделие готово к эксплуатации или к транспортировке.
Таким образом, способ включает операции сушки, шлифовки, очистки пор древесины от шлифовальной пыли, нанесение слоя расплавленного пчелиного воска, впитывание его в изделие до стадии застывания и обработку поверхности струей горячего газа в заявленной последовательности и в заявленных диапазонах параметров. Общими с прототипом признаками являются предварительная сушка, нанесение расплавленного воска и обработка струей горячего газа. Новыми признаками по сравнению с прототипом является сушка древесины до остаточной влажности древесины не выше 16%, очистка пор древесины от шлифовальной пыли, последовательность нанесения расплавленного пчелиного воска и обработки горячим газом, а также температурные режимы нанесения покрытия, впитывания воска и обработки горячим газом. Совокупность признаков обеспечивает решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата.
Способ обработки по изобретению дает в течение первых 3-5 лет эксплуатации деревянных изделий визуальный эффект усиления природной декоративной структуры. Нарушение технологического режима, особенно остаточной влажности, недопустимо.
Например, обработка способом по изобретению вагонки хвойных пород, поставляемой для экспорта по ГОСТ 26002-83 (транспортная влажность 18-22%), дает недолговечной защитное покрытие с тусклой поверхностью.
Древесина твердых пород имеет низкую пористость, при которой затруднена пропитка приповерхностного слоя. Для достижения необходимой глубины воскового слоя его вязкость следует уменьшить, для чего в частных случаях применения способа по изобретению в расплавленный пчелиный воск дополнительно вводят очищенный скипидар в эффективном количестве. При растворении пчелиного воска в скипидаре экологические характеристики пропитки не ухудшаются, поскольку скипидар - природный экологически чистый продукт, очищенный скипидар (терпентиновое масло) используют для лечебных целей. К тому же летучий скипидар почти полностью испаряется при обработке изделия потоком горячего газа.
Способ может быть легко механизирован. Например, при завершении операции шлифовки поверхность изделий подвергается конвейерной очистке пор с помощью отсасывающего устройства, затем на поверхность подается расплавленный пчелиный воск, который тонким слоем распределяется с помощью вращающихся механических щеток. Изделие выдерживают требуемое время для пропитки поверхности воском, после чего изделие протягиваются с выбранной споростью относительно неподвижных сопел горячего газа. Пример приведен для иллюстрации одного из многих возможных реализации способа по изобретению.
Способ обеспечивает качественную обработку плоских деревянных изделий, таких как вагонка, столярная доска, паркет, упрощение процесса обработки, повышение эксплуатационных и декоративных характеристик товарных изделий. Технический результат - получение на поверхности изделий из древесины прочного защитного слоя, не вуалирующего природную текстуру дерева и обеспечивающего изделиям повышенные экологические характеристики.
Использованные источники информации
1. http://www.elcon-termo.ru/articles/classification.
2. Пат. РФ 2129954. Опубл. 10.05.1999.
3. Пат. РФ 2394008. Опубл. 10.07.2010.
4. http://kreidezeit.ru/ImgItem/2LW.pdf.
5. http://www.ntpo.com/technologists/tree/1.shtml.
6. О.Н. Машенков. Восковая защита. - Журнал «Пчеловодство», №2, 2003 (прототип).
1. Способ обработки деревянных изделий, включающий сушку, шлифовку, очистку поверхности и покрытие поверхности защитным материалом, отличающийся тем, что сушку проводят до остаточной влажности древесины не выше 16%, поры древесины очищают от шлифовальной пыли с помощью подходящего отсасывающего устройства, на поверхность изделия наносят расплавленный пчелиный воск, нагретый до температуры не выше 100°С, предпочтительно до температуры от 90 до 95°С, и осуществляют впитывание воска в изделие при остывании поверхности до комнатной температуры, после чего поверхность изделия обрабатывают струей газа с температурой от 460 до 560°С, не допуская потемнения древесины, при этом струю газа перемещают относительно поверхности изделия со скоростью от 1 до 10 см/с.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке изделий из древесины, имеющей низкую пористость, в расплавленный пчелиный воск дополнительно вводят очищенный скипидар в эффективном количестве от 50 до 200 мас.% по отношению к количеству воска.
