СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ДРЕВЕСИНЫ Российский патент 1998 года по МПК B27K3/36 

Изобретение относится к деревообработке, а именно к способам модификации заготовок из цельной древесины низкоценных пород дерева, используемых при изготовлении строительных деталей, отделочных материалов, мебели.

В настоящее время широкое развитие получили способы модификации древесины с применением пропитывающих составов и/или операций уплотнения древесины для придания ей требуемых прочностных, защитных и декоративных свойств.

Известен способ модификации древесины [1], включающий предварительную сушку древесины, циклическое сжатие древесины с последующим восстановлением размеров пропариванием, а также пропитку древесины минеральным маслом под давлением.

Данный способ позволяет повысить прочность и защитные свойства древесины.

Недостатком указанного способа является значительная длительность и сложность технологического процесса обработки древесины.

Известен способ модификации древесины [2], включающий пропитку древесины в расплаве серы без предварительной сушки. Заготовки с естественной влажностью прогревают до 80-95^oC, выдерживают в расплаве модификатора до окончания процесса выделения свободной влаги из древесины, после чего снижают температуру расплава модификатора с определенной скоростью.

Способ обеспечивает сокращение длительности процесса модификации древесины за счет объединения операций сушки и пропитки.

Однако указанный способ не обеспечивает высоких прочностных свойств древесины.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ модификации древесины [3], который выбран за прототип.

Способ включает пропитку и сушку заготовок путем выдерживания их в расплаве модификатора, в качестве которого используют мочевину, при 135-150^oC в течение 1,5-3 ч. и последующее охлаждение заготовок в расплаве модификатора до 75-80^oC, а также уплотнение пропитанной древесины путем прессования заготовок.

Указанный способ обеспечивает снижение длительности технологического процесса за счет объединения операций пропитки и сушки и позволяет значительно повысить прочность древесины и придать ей защитные свойства.

Однако осуществление уплотнения заготовок после их сушки и пропитки приводит к неэкономичному расходу модифицирующего агента.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение экономичности способа модификации древесины при обеспечении ее высоких потребительских свойств.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что способ модификации древесины включает сушку и пропитку заготовок путем выдерживания их в расплаве модификатора и последующего охлаждения в расплаве модификатора, а также уплотнение заготовок, при этом уплотнение заготовок осуществляют перед их сушкой и пропиткой, сушку и пропитку уплотненных заготовок осуществляют при размещении их в матричных обоймах, в процессе сушки и пропитки заготовок сначала выдерживают при температуре расплава модификатора 100 - 155^oC в течение 4 - 8 ч, а затем охлаждают при температуре модификатора не менее, чем на 25^oC ниже первоначальной температуры расплава модификатора в течение от 1,5 до 2 ч.

Кроме того, уплотнение заготовок осуществляется путем обжатия их поперек волокон до степени обжатия от 1,7 до 2,5.

Новыми отличительными от выбранного прототипа признаками являются следующие признаки.

Уплотнение заготовок производят перед сушкой и пропиткой, после чего осуществляют сушку и пропитку уплотненных заготовок при размешивании их в матричных обоймах, при этом выдерживают заготовки в расплаве модификатора при 100 - 155^oC в течение 4-8 ч, а затем охлаждают при температуре расплава модификатора не менее, чем на 25^oC ниже первоначальной температуры расплава модификатора в течение 1,5 - 2 ч.

Новым также является то, что уплотнение заготовок осуществляется путем обжатия их поперек волокон до степени обжатия 1,7 - 2,5.

Выдерживание заготовок в расплаве модификатора и последующее их охлаждение в расплаве модификатора позволяют объединить операции сушки и пропитки и тем самым сократить длительность процесса модификации древесины. При обработке древесины расплавленным модификатором осуществляется испарение находящейся в ней естественной влаги, а также последующее диффундирование расплавленного модификатора после окончания процесса влаговыделения в поры и полости древесины. Создаваемый в процессе пропитки перепад температуры расплава модификатора обеспечивает глубокое проникновение пропиточного состава в структуру древесины.

Температурные пределы расплава модификатора 100 - 155^oC на первом этапе обработки древесины модификатором выбраны для обеспечения выпаривания влаги из древесины и недопустимости при этом обугливания древесины. Время выдержки заготовок в расплаве при данной температуре подобрано экспериментально и является оптимальным для обеспечения высушивания древесины и начальной стадии ее пропитки.

Снижение температуры расплава модификатора на втором этапе обработки древесины модификатором на величину не менее 25^oC обеспечивает создание перепада температуры, требуемого для глубокой капиллярной диффузии модификатора в материал древесины. При этом выбор величины перепада температуры и времени выдержки в пределах 1,5 - 2 ч. определяются требуемой глубиной пропитки обрабатываемых заготовок.

Уплотнение заготовок обеспечивает повышение прочности, износостойкости древесины, а также придает декоративную текстуру ее поверхности.

Проведение уплотнения древесины перед пропиткой и сушкой позволяет снизить расход модифицирующего агента за счет уменьшения межпорового пространства материала древесины, а также предварительно удалить некоторое количество естественной влаги из материала древесины.

Размещение заготовок в матричных обоймах, внутренние контуры поверхности которых повторяют наружные контуры поверхности заготовок, обеспечивает сохранение древесины в уплотненном состоянии в процессе последующей сушки и пропитки ее в расплаве модификатора. При этом оптимальной является степень обжатия заготовок 1,7 - 2,5, при которой обеспечивается наиболее экономичный расход модификатора при достижении глубокой пропитки материала древесины.

Способ осуществляют следующим образом.

Заготовки из цельной древесины уплотняют путем обжатия их в пресс-форме поперек волокон, преимущественно до степени обжатия 1,7 - 2,5.

Помещают заготовки в матричные обоймы, открытые с торцов.

Размещенные в обоймах заготовки погружают в емкость с расплавом модификатора.

В качестве модификатора преимущественно используют экологически безопасные вещества, такие как церезин, парафин или их смесь, возможно с добавками канифоли, воска.

Выдерживают заготовки в расплаве модификатора при 100 - 155^oC в течение 4-8 ч. Температуру расплава и время выдержки в указанных пределах выбирают в зависимости от породы древесины и степени ее обжатия при уплотнении.

На данном этапе обработки осуществляется сушка древесины, а по окончании влаговыделения начинается процесс проникновения расплавленного модификатора в поры и полости древесины с торцов заготовок по их контуру.

Снижают температуру расплава модификатора не менее, чем на 25^oC и выдерживают заготовки при этой температуре 1,5 - 2 ч. Значения температуры расплава и времени выдержки в указанных пределах выбирают в зависимости от модификатора, породы древесины, степени ее обжатия, и желаемой глубины пропитки.

По окончании обработки заготовок расплавом модификатора вынимают размещенные в обоймах заготовки из расплава и извлекают их из обойм.

Для увеличения производительности технологического процесса этап охлаждения заготовок в расплаве модификатора можно осуществлять путем помещения их в другую емкость, содержащую расплав модификатора с требуемой температурой охлаждения.

Расход модификатора по предлагаемому способу составляет 0,18 - 0,25 г/см³ в зависимости от степени обжатия заготовок и породы древесины.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Осуществляли модификацию заготовок из ольхи. Нарезали плашки дискообразной формы диаметром 95 мм и толщиной 60 мм. Полученные плашки уплотняли путем обжатия их в обжимной пресс-форме, при этом одновременно осуществляли формирование заготовок и придавали им форму, близкую к форме куба с размером стороны квадратного основания 57 мм. Степень обжатия заготовок составила 2,18. После уплотнения влажность древесины составила 25-30%.

Уплотненные заготовки выталкивали с помощью пуансона в направлении вдоль волокон в металлические матричные обоймы, открытые с двух торцов. Внутренние контуры поверхности обойм соответствовали наружным контурам поверхности уплотненных заготовок.

Размещенные в обоймах заготовки помещали в ванну с расплавом модификатора, в качестве которого использовали смесь следующего состава, мас.%:
Церезин 100 - 70,
Канифоль - 20,
Воск - 10.

Температура расплава составляла 140±^oC.

Осуществляли выдержку заготовок в расплаве модификатора при данной температуре в течение 7 ч.

Затем вынимали заготовки из ванны и помещали в другую ванну, заполненную расплавом модификатором при температуре на 40^oC ниже (температуре расплава составляла 100±5^oC).

Выдерживали заготовки в расплаве при данной температуре в течение 1,5 ч.

По окончании процесса модификации заготовки вынимали из расплава модификатора и извлекали их из матричных обойм.

Полученные заготовки использовали для изготовления паркетных щитов.

Проведенные исследования показали, что модифицированная древесина обладала высокими механическими и потребительскими свойствами.

Плотность модифицированной древесины составила 1,2 г/см³.

Влажность древесины составила 6%.

Отсутствовало трещинообразование как в процессе модификации древесины, так и в процессе эксплуатации изготовленных из нее изделий.

Кроме того, повысилась износостойкость, влагостойкость, изгибная прочность, а также улучшилась сохранность древесины в результате обработки ее указанным пропиточным составом.

Модифицированная древесина имела глубиной темно-коричневый цвет, а также декоративную текстуру поверхности под орех в поперечном сечении, что придало изделиям, изготовленным из указанной древесины, красивый внешний вид.

Пример 2. Осуществляли модификацию сосны также, как описано в примере 1.

Степень обжатия заготовок в процессе их уплотнения составила 1,9.

В качестве модификатора использовали смесь следующего состава, мас.%:
Церезин 75 - 60,
Парафин Т1 - 30,
Воск - 10.

Температуру расплава модификатора в первой ванне составила (130± 5)^oC, время выдержки заготовок при данной температуре расплава составило 8 ч.

Температура охлажденного расплава составила 100±5^oC, т.е. была выбрана на 30^oC ниже. Время выдержки заготовок в расплаве модификатора при данной температуре составило 2 ч.

Полученные заготовки использовали для изготовления паркетных щитов.

Плотность модифицированной древесины составила 1,1 г/см³, влажность составила 8%.

Модифицированная древесина обладала высокими механическими и потребительскими свойствами, а также имела оригинальный внешний вид.

Окраска древесины в поперечном сечении представляла собой ряд концентрических полос, расположенных параллельно наружному контуру поперечного сечения, цвет которых изменялся от поверхностных слоев к середине от темно-коричневого к светло-желтому.

Пример 3.

Осуществляли модификацию осины по предлагаемому способу, как в примере 1.

Степень обжатия заготовок составила 1,7.

В качестве модификатора использовали смесь следующего состава, мас.%:
Парафин Т2 - 60,
Воск - 10,
Канифоль - 30.

Температура расплава в первой ванне составила 130± 5^oC, время выдержки заготовок в расплаве при этом температуре составила 6 ч.

Температура охлажденного расплава модификатора во второй ванне была на 40^oC ниже и составила 90± 5^oC, время выдержки заготовок в расплаве при этой температуре составила 2 ч.

Полученные заготовки использовали для изготовления отделочных панелей.

Плотность модифицированной древесины составила 1,05-1,1 г/см³, влажность древесины составила 6%.

Модифицированная древесина приобрела декоративный вид - она окрасилась в светло-желтый тон с темно-коричневыми хаотично расположенными "звездочками", образовавшимися в местах деструкции исходной древесины, например, в местах гнилостных включений.

Таким образом, модификация древесины по предлагаемому способу повышает ее механические и защитные свойства, а также придает древесине декоративность и оригинальный внешний вид.

Использование: модификация древесины с применением пропиточного состава. Сущность изобретения: осуществляют сушку и пропитку заготовок путем выдерживания их в расплаве модификатора и последующего их охлаждения в расплаве модификатора, а также уплотнение заготовок. При этом уплотнение заготовок осуществляют перед их сушкой и пропиткой, после чего осуществляют сушку и пропитку в расплаве модификатора уплотненных заготовок при размещении их в матричных обоймах. Заготовки выдерживают в расплаве модификатора при температуре 100-155^oC в течение 4-8 ч и охлаждают в расплаве модификатора при температуре не менее, чем на 25^oC ниже первоначальной температуре расплава модификатора в течение 1,5-2 ч. Уплотнение заготовок осуществляют путем обжатия их поперек волокон до степени обжатия 1,7-2,5. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ модификации древесины, включающий пропитку и сушку заготовок древесины в расплаве модификатора с последующим охлаждением в расплаве модификатора при температуре, которая не менее чем на 25^oС ниже температуры при сушке и пропитке, уплотнение заготовок в пресс-формах, отличающийся тем, что уплотнение заготовок осуществляют перед сушкой и пропиткой, сушку, пропитку и охлаждение уплотненных заготовок осуществляют в матричных обоймах, которые переносят из расплава с более высокой температурой в охлаждающий расплав, пропитку и сушку осуществляют при 100 155^oС в течение 4 8 ч, охлаждение заготовок осуществляют в течение 1,5 2 ч, в качестве модификатора используют смесь компонентов, выбранных из ряда: парафин, церезин, канифоль, воск. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что уплотнение заготовок осуществляют путем их обжатия поперек волокон до степени обжатия 1,7 2,5.