СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОРЦЕВЫХ ШАШЕК ДЛЯ ПАРКЕТА Российский патент 2008 года по МПК B27M3/04 B27K3/34 

Изобретение относится к производству строительных материалов, позволяет квалифицированно рекуперировать отходы переработки древесины и побочные продукты нефтехимии и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленности.

Известен способ получения модифицированной древесины для изготовления паркетных материалов, в котором с целью повышения прочности и влагостойкости древесину пропитывают составом на основе фенолоспиртов и керосиногазойливой фракции нефти (SU, авторское свидетельство, 63093, кл. В27К 3/32, 1980).

Однако использование весьма токсичных фенолоспиртов исключает применение изделий из такой модифицированной древесины в жилищном строительстве.

Известен способ получения паркета, настенных панелей и т.п. изделий из древесины, в котором древесина обрабатывается с целью повышении прочностных сказателей и формоустойчивости методом погружения в пропиточный раствор, содержащий льняное и касторовое масла, дибутилфталат, краситель и продукт дистилляции кубового остатка ректификации соснового флотационного масла (SU, авторское свидетельство 1701521, кл. В27К 3/02, 1991).

К недостаткам данного способа следует отнести дороговизну пропитывающего состава, включающего масла и терпеновые соединения, дефицитность которых ощущается и в медицинской промышленности.

Известен способ изготовления древесноволокнистых плит, в котором в качестве состава для пропитки используют полимерные продукты на основе кубовых остатков ректификации толуола (КОРТ) (SU, авторское свидетельство, 882780, кл. В27К 3/52, 981).

Однако данное техническое решение направлено на улучшение свойств продукта глубокой переработки древесины, к которому относится ДВП, а не на древесину как таковую. При этом КОРТ используется как составная часть другого отхода нефтехимии кубовых остатков ректификации бутадиена (КОРБ) при совместной полимеризации для получения полимерного продукта. Несмотря на разнообразие непредельных соединений в составе КОРТа и КОРБа, вступающих в реакцию полимеризации, почти все они являются изомерами одного соединения бутадиена. И в силу данной особенности химической природы полимерного продукта последний не обладает высокими физико-механическими показателями.

Известен способ изготовления торцевой плашки из древесины хвойных и мягколиственных пород, включающий сушку, пропитку древесины с последующим уплотнением и одновременным приданием формы (SU, авторское свидетельство, 315610, кл. В27М 3/04, 1971).

В данном способе в качестве пропитывающего состава используется петролатум, который состоит из смеси парафина, церезина и масла. Химическая природа данной смеси определяется содержанием предельных углеводородов С_36-55 преимущественно алифатического изостроения. Отсутствие функциональных групп и кратных связей обусловливает низкую химическую активность соединений данного ряда.

Изостроения алифатической цепи данных углеводородов, т.е. разветвленность, снижает подвижность макромолекул, тем самым затрудняется процесс пропитки (или распределение макромолекул пропитывающего состава в межфибрильных, межклеточных структурах древесины).

Известен способ изготовления торцевой шашки для паркетных щитов или настенных панелей из древесины хвойных и мягколиственных пород, включающий сушку древесины, получение заготовок в виде торцевых шашек, придание формы их внешнему контуру и пропитку синтетическим каучуком олигопипериленовым с мол. м. 12000-30000 в виде 30-50%-ного раствора в нефрасе (Патент №2096171, заявка №94031039, RU C1, кл. 6 27М 3/04, В27К 3/34, 1997).

Олигопипериленовый каучук представляет собой линейный низкомолекулярный полимер, химическая природа которого обусловлена звеньями изопрена, что обусловливает проявление олигопипериленовым синтетическим каучуком пластоэластических свойств, характерных для каучуков. В силу отмеченной особенности, несмотря на эффект упрочнения древесины, данному пропитывающему составу присущ недостаток, связанный с низкой жесткостью полимера, и, как следствие, снижение эксплуатационных показателей паркета, а именно таких важных свойств, как твердость, истираемость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления торцевой шашки для паркетных щитов или настенных панелей из древесины хвойных и мягколиственных пород, включающий сушку древесины, получение заготовок в виде торцевых шашек, придание формы их внешнему контуру и пропитку 30-50%-ным раствором в нефрасе сополимера олигомеров бутадиена со стиролом с мол. м. 3000-10000 (Патент №2118928, RU, заявка N 97112601 2118928 С1, кл. 6 27М 3/04, 1998).

Синтетический сополимер олигомеров бутадиена со стиролом является линейным низкомолекулярным полимером с большим содержанием связанного стирола (≈65-75 мас.%) и присутствием кратных связей, благодаря которым происходит термоокислительное структурирование в порах древесины. Однако данный вид структурирования наиболее эффективно протекает только на поверхности древесной заготовки, где присутствует в достаточном количестве необходимый для этих целей кислород воздуха. При этом трудно ожидать образование прочной "сшитой" сетки как внутри полимерной фазы, так и на границе с древесинным веществом, в межфибриальном и межклеточных пространствах древесины. Присутствие стирольных фрагментов в составе сополимера придает ему повышенную жесткость, которая определяется трудностью вращения отдельных сегментов макромолекулы относительно оси вдоль σ-связи из-за стерического эффекта бензольного кольца. Поэтому, данный сополимер, сочетая в себе высокую проникающую способность вследствие низкой молекулярной массы, способность к термоокислительному структурированию за счет высокой ненасыщенности, обладает также эффектом усилителя жесткости за счет присутствия полистирольных фрагментов в макромолекуле. Однако указанные положительные моменты данного модификатора являются препятствием к образованию привитой, плотно "сшитой" структуры в межфибриальном и межклеточных пространствах древесины и тем самым ограничивают уровень физико-механических показателей пропитанных древесных заготовок.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение физико-механических показателей заготовок для паркета из древесины хвойных или мягколиственных пород.

Для решения этой задачи в известном способе изготовления заготовок для паркета, включающем сушку древесины, получение заготовок, придание формы их внешнему контуру и пропитку 30-50%-ным раствором в нефрасе сополимера олигомеров бутадиена со стиролом с мол. м. 3000-10000, в качестве низкомолекулярного полимера используют сополимер 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом с мол. м. 600-1500 - полученный на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства бутадиенового каучука.

4-Винилциклогексен-1 является основным непредельным соединением (более 70 мас.%) кубовых остатков ректификации возвратного растворителя образующегося в больших количествах при производстве бутадиенового каучука на металлокомплексных катализаторах. В настоящее время в условиях Воронежского ОАО "Воронежсинтезкаучук" налажен процесс выделение 4-винилциклогексена-1 из кубовых остатков, с последующим использованием в качестве индивидуального соединения, в том числе мономерного характера. Данное изобретение послужит дополнительным стимулом квалифицированного применения вторичного сырья и повышения эффективности действующего предприятия.

Способ осуществляется следующим образом. Лесоматериалы, представляющие собой отходы рубок ухода или целевую древесину, раскраивают деревообрабатывающим оборудованием на торцевые или продольные заготовки, которым с помощью фрезы придается форма внешнему контуру. В дальнейшем заготовки поступают в пропиточную ванну с раствором 30-50%-ной концентрации в нефрасе низкомолекулярного сополимера 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом с мол. м. 600-1500. После пропитки в течение 0,5-1,5 ч заготовки сушатся в термошкафу при температуре 100-120°С в течение 1-3 ч до полного удаления летучих компонентов.

В результате получают заготовки для паркета, обладающие высокими физико-механическими показателями, в частности повышенными величинами водостойкости, а также твердости и истираемости. Кроме того, предлагаемая пропитка может осуществляться водными растворами сополимера 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом, что значительно улучшает экологические характеристики процесса.

Получаемый эффект от использования данного пропитывающего материала можно пояснить следующим. Синтетический полимер (СВМ) является линейным реакционноспособным олигомером, содержащим ангидридные реакционные группы в количестве 6-36 мас.% на макромолекулу олигомера. В присутствии влаги ангидридные группы переходят в карбоксильные, которые далее диссоциируют по следующей схеме:

При пропитке древесины полимерным стабилизатором, содержащим полярные кислородсодержащие группы в лучшем случае карбоксильные, велико значение остаточного содержания влаги в древесном образце. Влага способствует диссоциации карбоксильных групп с отщеплением катиона водорода. При этом достаточно небольшого количества влаги (определяемой содержанием адсорбционной, связанной влаги в микрокапиллярах древесины) для диссоциации, так как при образовании солей такое же количество воды вновь выделяется, и она опять вызывает диссоциацию и т.д. по следующей схеме:

1. nR₁COOH+nH₂O→nR₁COO^-(H₂O)_x+nH⁺(H₂О)_n-x;

2. Meⁿ⁺+nH₂О→Ме(ОН)_n→Меⁿ⁺+nOH^-;

3. Meⁿ⁺+nR₁COO^-+nH⁺+nOH^-→(R₁COO)_nMe+nH₂O,

где Me - любой поливалентный металл;

R₁ - остаток макромолекулы сополимера 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом (СВМ), образующийся в результате электролитической диссоциации макромолекулы полимерного стабилизатора.

Вода в этом случае является как бы своеобразным катализатором в реакции образования солей между окислами и кислотными группами. При взаимодействии катионов металла и анионов кислотных остатков жирной полимерной части стабилизатора могут возникнуть химические ионные связи, обеспечивающие очень высокую адгезию контактирующих тел. Данному процессу способствует повышение температуры на стадии удаления летучего растворителя и термозакаливании, когда высокая температура обеспечивает сближение и более тесное контактирование макромолекул полимерного стабилизатора.

При этом структурирование протекает не только между молекулами СВМ, но между молекулами СВМ и древесиной, содержащей в составе целлюлозы и лигнина функциональные группы (в основном гидроксильные), способные к эффективному взаимодействию с карбоксильными группами СВМ с образованием высокопрочной единой системы олигомер-древесина, "сшитой" химическими связями. В силу отмеченных особенностей реакционно-способного олигомера СВМ, модифицированные данным продуктом торцевые шашечные элементы характеризуются более высоким уровнем физико-механических показателей.

Прилипание тел в известных условиях может сопровождаться более прочными связями, чем межмолекулярные: между контактирующими молекулами могут образовываться химические связи, которые, как известно, в сотни раз более прочные, чем силы Ван-дер-Ваальса.

Ионные силы могут возникнуть, например, при контакте металлов и олифы, олифы в присутствии металлосодержащего сиккатива. Происходит взаимодействие карбоксильных групп олифы с катионами металлов с образованием ионной химической связи.

Благодаря последнему достигается достаточно высокая плотность "упаковки" полимера в межфибриальном и межклеточных пространствах древесины.

Необходимо также учесть, что в отличие от прототипа, где сополимер получен с использованием всех непредельных соединений (в том числе неустановленного характера) содержащихся в кубовых остатках, в предлагаемом решении используется сополимер, полученный в условиях бинарной сополимеризации. Поэтому кроме отмеченных преимуществ данный продукт будет отличаться также более постоянным составом и соответственно более стабильными и воспроизводимыми свойствами в сравнении с прототипом.

Таким образом, данный полимерный продукт сочетает в себе высокую проникающую способность вследствие низкой молекулярной массы, способность к химическому структурированию за счет присутствия реакционно-способных функциональных групп и обладает эффектом самоотверждения в присутствии остаточной (сорбционной) влаги древесины торцевых шашечных элементов согласно приведенному выше механизму.

Пример 1 (контрольный, прототип). Лесоматериалы из сосны сушили в паровоздушных камерах периодического действия до влажности 8%. Затем раскраивали с помощью деревообрабатывающего оборудования на торцевые или продольные заготовки, которым с помощью фрезы придавали форму внешнему контуру. Далее заготовки пропитывали 40%-ным раствором в нефрасе сополимера олигомеров бутадиена со стиролом с мол. м. 3000-10000 в течение 40 мин без внешнего давления. В завершение производили сушку заготовок в сушильных шкафах при атмосферном давлении и температуре 110°С в течение 1,5 ч до полного удаления летучей части пропиточного состава.

Пример 2. Лесоматериалы из сосны сушили в паровоздушных камерах периодического действия до влажности 8%. Затем их раскраивали на деревообрабатывающем оборудовании и с помощью фрезы придавали определенную форму заготовкам с продольным или поперечным расположением волокон. Далее заготовки пропитывают 25%-ным раствором в нефрасе низкомолекулярного сополимера 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом (СВМ) с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Заключительной стадией изготовления заготовок для паркета являлась сушка в сушильных шкафах при атмосферном давлении и температуре 110°С в течение 1,5 ч до полного удаления летучей части пропиточного состава.

Пример 3. Паркетные заготовки из сосны с приданной конфигурацией внешнего контура, изготовленные в соответствии с приведенной в примере 2 методикой, пропитывали 30%-ным раствором в нефрасе СВМ с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Стадия сушки завершает процесс в соответствии с условиями, изложенными в примере 2.

Пример 4. Заготовки, изготовленные в соответствии с приведенной в примере 2 методикой, пропитывали 40%-ным раствором в нефрасе СВМ с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Завершали изготовление сушкой по режиму, изложенному в примере 2.

Пример 5. Заготовки, изготовленные в соответствии с методикой примера 2, пропитывают 50%-ным раствором в нефрасе СВМ с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Завершали изготовление заготовок сушкой по режиму, изложенному в примере 2.

Пример 6. Заготовки, изготовленные по примеру 2, пропитывали 55%-ным раствором в нефрасе СВМ с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Завершали изготовление заготовок сушкой аналогично примеру 2.

Результаты испытаний паркетных заготовок, изготовленных по приведенным выше примерам, приведены в таблице.

Как следует из представленных в таблице данных, заготовки, изготовленные по предлагаемому способу, существенно превосходят по прочности контрольные образцы и практически не уступают им по водостойкости. При этом наблюдается существенное преимущество перед прототипом по таким важным показателям, как истираемость и твердость.

Отмеченные преимущества предлагаемого способа наблюдаются при использовании раствора СКТ в нефрасе с концентрацией 30-50% (соответствует примерам 3-5 в нижеприведенной таблице).

ТаблицаПоказателиПримеры1 контр, (прототип)23456Плотность, кг/м³670610650680635625Предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа70,368,776,577,474,367,1Предел прочности при скалывании вдоль волокон, МПа9,79,310,812,210,58,4Твердость, Н/мм70,161,372,279,375,468,2Истираемость, %7,010,06,35,06,07,2Водопоглощение, % за 24 часа16,717,313,511,714,119,4Разбухание через 24 часа, %2,02,11,81,51,72,2

Изобретение относится к производству строительных материалов и позволяет использовать отходы лесопильных и лесозаготовительных работ, а также побочные продукты нефтехимии. Способ включает сушку древесины, получение заготовок, придание формы их внешнему контуру и пропитку 30-50%-ным раствором низкомолекулярного сополимера в нефрасе. В качестве низкомолекулярного сополимера олигомеров бутадиена используют нихкомолекулярный сополимер 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом с мол. м. 600-1500 - полученный на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства бутадиенового каучука. Способ позволяет повысить эксплуатационные показатели заготовок для паркета. 1 табл.

Способ изготовления торцевых шашек для паркета из древесины хвойных и мягколиственных пород, включающий сушку древесины, получение заготовок, придание формы их внешнему контуру и пропитку 30-50%-ным раствором в нефрасе сополимера олигомеров бутадиена, отличающийся тем, что в качестве низкомолекулярного сополимера олигомеров бутадиена используют низкомолекулярный сополимер 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом с мол. м. 600-1500 - полученный на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства бутадиенового каучука.