СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B27K3/16 

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано для защиты древесины, используемой преимущественно для технических объектов и изделий.

Известен способ обработки древесных материалов, включающий накладывание древесных материалов и раздельную пропитку водорастворимыми силикатами и защитными слоями металлов [1]
Однако этот способ не обеспечивает высокого качества обработанных материалов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ обработки древесных материалов, включающий накалывание древесных материалов и раздельную пропитку водорастворимыми силикатами и защитными солями металлов, при этом пропитку древесных материалов защитными солями осуществляют перед обработкой водорастворимыми силикатами, причем перед обработкой силикатами материалы пропитывают раствором едкого натра концентрацией 1,5 3,0% [2]
Недостатками этого способа являются: наличие предпропиточной подготовки путем глубоких, многочисленных и неоднократных накалываний, приводящих к повреждениям древесных материалов, недопустимых для технических объектов и изделий; сложность, трудоемкость, длительность обработки из-за многочисленности технологических и вспомогательных операций; дополнительное количество промежуточных стадий сушки, после каждой стадии пропитки до низкого значения влажности древесины обработанных материалов недостаточное качество защиты древесных материалов.

Цель изобретения повышение стойкости древесных материалов к воздействию огня и грибов при упрощении способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обработки древесных материалов, включающем предварительную подготовку их для пропитки водными растворами с использованием солей металлов, едкого натра и силикатов и сушку после каждой пропитки, предварительную подготовку осуществляют глубоким вакуумированием, а пропитку производят под давлением сначала раствором солей металлов с концентрацией не менее 10 12% а затем раствором смеси едкого натра с силикатом при концентрации силиката натрия в растворе не менее 13 - 15% и модуле силиката 1,0 1,1.

Растворение силикатов в воде сопровождается выделением их раствора аморфного кремнезема SiO₂. Вследствие неизбежного гидролиза раствор силиката в воде во многом напоминает раствор кремнезоля, являющегося типичным примером гидролизованного коллоида. Кремнезем SiO₂ обладает свойствами реагировать со многими оксидами с образованием силикатов и растворяться в щелочах. Отношение в растворе силикатов числа молекул SiO₂ к числу молекул оксидов металлов называют модулем (m SiO₂/X₂O, где X₂O оксид металла).

Введение едкой щелочи в раствор силиката вызывает полное или значительное частичное растворение хлопьевидных, взвешенных в жидкости частиц кремнезоля (как при нагревании, так и при обычной температуре) приводит к изменению модуля растворенного силиката. Введение едкой щелочи в водный раствор силиката позволяет устранить в смеси двух веществ кремнезоль и обеспечить достаточную проникаемость новой пропиточной жидкости в древесину. Кроме того введение едкой щелочи в водный раствор силиката при второй пропитке позволяет заменить дефицитные и дорогие технические силикаты на более дешевые и, выпускаемые промышленностью растворимые жидкие стекла, которые при необходимости могут быть получены на месте из силикат-глыбы.

Зная состав жидких стекол (соли кремниевых кислот, щелочные металлы) всегда можно рассчитать, чтобы отношение оксида кремния к числу молекул оксида металла соответствовало химической формуле растворенного силиката. Например, в химически чистом метасиликате натрия Na₂SiO₃ содержится 50,8% Na₂O и 49,2% SiO₂ по массе, т.к. модуль равен 0,975.

В изобретении предпочтительно использовать для пропитки древесных материалов пропиточные растворы повышенной по сравнению с известным способом концентрации. Например, использование водного раствора стекла натриевого растворимого концентрации 14,97% с введенным едким натром снижает модуль с 2,87 до 1,1. Этот раствор имел pH 13,0. Приготовленный для сравнения по известному способу водный раствор технического метасиликата натрия с концентрацией 3% имел модуль 1,7 pH 12,5, а водный раствор 3%-ного едкого натра pH 13,3.

Введение едкой щелочи в раствор силиката не влияет на высокую реакционную способность раствора, а также обеспечивает продукту реакции, выпадающему в осадок в поверхностном слое древесины, токсичность фунгицида.

Изобретение поясняется примерами конкретного выполнения предлагаемого способа.

Пример 1. На промышленном предприятии в автоклаве для стандартной одноцикловой пропитки водорастворимыми защитными средством (антипирен 13, он же MC1: 1 или СДФ) по заявляемому способу были обработаны 3 м³ сосновых досок толщиной 50 мм и длиной 6 6,5 м, а также вырезанные из этих досок образцы-свидетели размером 150х60х30 мм для стандартного контроля эффективности огнезащитных средств. Доски предназначались для настилов строительных лесов при постройке судов и для обрешетника судовых помещений. Кроме того, в автоклаве были пропитаны вместе с сосновой древесиной образцы-свидетели, вырезанные из древесных материалов различных по пропитываемости пород березы, бука, ясеня. Пропитываемые доски и образцы-свидетели не подвергались накаливанию.

В первом цикле автоклавная пропитка по способу "вакуум-давление" производилась в течение 8 ч. приготовленным водным раствором технического хлорида магния (биофита) концентрацией 11,9% с выдержкой под глубоким вакуумом с остаточным давлением не более 0,01 МПа в течение 15 мин и поддержанием вакуума на этом уровне в течение заполнения автоклава пропиточной жидкостью и последующим давлением 1 1,1 МПа в течение 8 ч. Затем доски и образцы-свидетели подвергались промежуточной сушке поверхностного слоя глубиной 20 мм до влажности 20 25% измеряемой электровлагомером ЭВ-2K, и подавались в автоклав на второй цикл пропитки.

Предпропиточной подготовки накалыванием перед вторым циклом также не производилось.

На втором цикле автоклавная пропитка по способу "вакуум-давление" проводилась приготовленным водным раствором концентрацией 13,8% смеси едкого натра с низкомодульным (модуль 2,82) жидким стеклом с получением модуля 1,1 с выдержкой под глубоким вакуумом с остаточным давлением не более 0,01 МПа в течение 60 мин и поддержанием вакуума на этом уровне в течение заполнения автоклава пропиточной жидкостью с последующим давлением 1,0 1,2МПа в течение 50 мин. После второго цикла пропитки доски и образцы-свидетели подвергались окончательной сушке до необходимой эксплуатационной влажности 18 20%
После обработки образцы-свидетели древесины разных пород испытывались по методике ГОСТ 16363-76 (СТСЭВ 4686-84) для определения эффективности огнезащиты, а вырезанные из пропитанных досок образцы испытывались по методике ГОСТ 9048-75 на устойчивость к поражению комплексом плесневых грибов.

Результаты испытаний на огне-биозащиту непосредственно после обработки древесных материалов приведены в табл. 1 в сравнении с данными известного способа.

Как видно из приведенного примера, защитная обработка упрощается и может осуществляться промышленным способом на существующем стандартном технологическом оборудовании для автоклавной пропитки водорастворимыми защитными средствами под давлением. Из табл. 1 видно, что не нарушая целостности обрабатываемых древесных материалов, обработанная заявляемым способом древесина обладает более высокими показателями качества в отношении приобретенной стойкости к воздействию огня и грибов, причем грибоустойчивость защищенных древесных материалов позволяет эксплуатировать их в атмосфере тропического и субтропического климата.

Пример 2. Березовый шпон толщиной 1,5 мм пропитывали сначала бишофитом концентрацией 30% с выдержкой под вакуумом с остаточным давлением не более 0,01 МПа в течение 2 мин и последующим давлением 0,4 МПа в течение 2 мин. После этого осуществляли сушку пропитанного шпона до влажности 20 25% Во втором цикле обработки осуществляли пропитку полученного в предыдущем цикле шпона смесью едкого натра и жидкого стекла концентрацией 15% Во втором цикле пропитки величина вакуума составляла 0,01 МПа, а продолжительность выдержки в нем 2 млн, после чего осуществляли выдержку в этом же растворе (смеси) при давлении 0,4 МПа в течение 2 мин. Затем осуществляли сушку обработанного шпона до влажности 6% Из обработанного таким образом шпона изготавливали трехслойную фанеру толщиной 4 мм.

Режим склеивания следующий:
температура плит пресса 120^oC
продолжительность склеивания 2,5 мин.

В качестве связующего использовали фенолоформальдегидную смолу СФЖ-3014 с удельным расходом 120 г/м².

Сравнительные с известным способом результаты испытаний полученной фанеры представлены в табл. 2.

Результаты испытаний свидетельствуют о более высоких показателях защитной обработки древесных материалов по сравнению с обработкой аналогичных материалов по известному способу.

Сравнительные данные результатов испытаний приобретенной стойкости древесных материалов, обработанных по изобретению и известному способу.

Сравнительные испытания образцов фанеры, изготовленной из шпона, обработанного по изобретению и по прототипут

Использование: в деревообрабатывающей промышленности для образования древесных материалов технического назначения. Сущность изобретения: древесные материалы подвергают глубокому вакуумированию и пропитывают под давлением сначала водным раствором солей металлов с концентрацией не менее 10 - 12%, а затем раствором смеси едкого натра с силикатом, при концентрации силиката натрия в растворе не менее 13 - 15% и модуле силиката 1,0 - 1,1. После пропиток древесные материалы сушат. 2 табл.

Способ обработки древесных материалов, включающий предварительную подготовку их для пропитки, пропитку водными растворами с использованием едкого натра, солей металлов и силикатов и сушку после каждой пропитки, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости древесных материалов к воздействию огня и грибов при упрощении способа, предварительную подготовку осуществляют глубоким вакуумированием, а пропитку производят под давлением сначала раствором солей металлов с концентрацией не менее 10 12% а затем раствором смеси едкого натра с силикатом, при концентрации силиката натрия в растворе не менее 13 15% и модуле силиката 1,0 1,1.