способ получения модифицированной древесины

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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/м ³.

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 м ³ 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