СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ Российский патент 2010 года по МПК B27K3/00 B27K3/04 

Изобретение используется в строительстве для повышения водостойкости древесины при сохранении ее прочности и долговечности.

За аналог принималась древесина, модифицированная составом на основе алкидной смолы с добавлением стирола (патент РФ №4895489).

Недостатком данного изобретения является токсичность модификатора.

В качестве прототипа принималась древесина, модифицированная составом на основе карбамидоформальдегидной смолы (патент РФ №5055017).

Недостатками данного материала являются его низкая биостойкость и водостойкость.

Техническая задача: повысить водостойкость древесины при сохранении ее прочности и долговечности.

Данная техническая задача достигается путем модификации натуральной древесины эмукрилом М или С. Эмукрил М (ТУ 6-36-5800146-264-91) представляет собой водную дисперсию сополимера этилакрилата с метилакрилатом и диметакриловым эфиром этиленгликоля и используется в качестве составной части упрочняющих и красящих составов в производстве бумажных и текстильных (например, шелковых тканей) материалов. Эмукрил С (ТУ 6-36-05800142-265-92) представляет собой продукт эмульсионной сополимеризации этилакрилата со стиролом, полученный при взаимодействии этилакрилата, стирола, эмульгатора, соды, персульфат аммония и применяется для жесткой отделки ткани из хлопка и его смеси с полиэфирными волокнами. В табл.1 представлены технические требования, предъявляемые к данным полимерным веществам.

Модифицирование древесины (сосны 2-го сорта) осуществлялось следующим образом: ее пропитка эмукрилом при температуре 18÷22°С в течение 3 сут, а затем термообработка при температуре 80°С в течение 10 ч.

Длительность технологических операций определялась по результатам кратковременных испытаний на сжатие (рис.1).

Таблица 1 Технические требования, предъявляемые к эмукрилу № п.п. Наименование показателя Эмукрил М Эмукрил С 1 Внешний вид жидкость молочно-белого цвета жидкость молочно-белого цвета 2 Массовая доля нелетучих веществ, % 40±1 40±2 3 Массовая доля летучих мономеров, % не более 0,005 - 4 Массовая доля летучих мономеров (этилакрилата + стирола), %, не более - 0,005 5 Показатель активности водородных ионов, ед. рН 7,0÷8,5 7,0-8,5 6 Массовая доля железа, %, не более 0,01 0,005 7 Плотность, г/см³ 1,055±0,004 1,04±0,005 8 Устойчивость к действию электролитов (водный раствор с массовой долей MgCl₂·6H₂O 3% и водный раствор с массовой долей NH₄CI 11%) - устойчив

При пропитке образцов древесины эмукрилом М или С наблюдается резкое увеличение их массы. Для эмукрила С она достигает максимального значения через 72 ч, а эмукрила М - через 168 ч. Процесс пропитки сопровождается увеличением размеров деревянных образцов, что свидетельствует о заполнении эмукрилом не только пустот, но и его проникновении в стенки клеток древесины.

При насыщении древесины эмукрилом в первые 24 ч происходит резкое падение ее прочности, после чего она снова повышается и на 3 сут достигает своего максимального значения: 100% от прочности натуральной древесины для эмукрила М и 72% - для эмукрила С (фиг.1, а).

Для улучшения свойств пропитанные образцы древесины были подвержены термической обработке при температуре 80°С. В результате чего происходит полимеризация мономера и его сшивка с молекулами древесинного вещества. При этом в первые 2 ч наблюдается снижение прочности, что вызвано размягчением полимера, а в дальнейшем ее резкий рост. Максимума прочность достигает после 10 ч прогрева.

Исследование физико-механических характеристик осуществлялось для древесины, модифицированной эмукрилом по оптимальному режиму, т.е. пропитанной мономером в течение 3 сут при температуре 20°С и подвергнутой термообработке при температуре 80°С в течение 10 ч. Полученные результаты представлены в табл.2

Таблица 2 Физико-механические характеристики древесины, модифицированной эмукрилом М или С № п/п Показатель Натуральная древесина Модифицированная древесина Эмукрилом М Эмукрилом С 1 Плотность, кг/м³ 550 600 600 2 Разрушающее напряжение, МПа:       - при сжатии 57,6 50,53 55,6 - при скалывании 4,84 2,65 - - при поперечном изгибе 82,97 101,1 109 3 Модуль деформации при сжатии, МПа:       - вдоль волокон 10000 13065 - - поперек волокон 5000 5305 - 4 Водопоглощение по массе, %, за       - 2 ч 37 8 14 - 24 ч 51 22 - - 30 сут 114 81 - 5 Набухание по толщине, %, за -     - 2 ч 4,2 2 - - 24 ч 4,2 - - - 30 сут 4,8 4,8 - 6 Остаточная прочность при сжатии, %, после воздействия воды в течение       - 2 ч 20 25 -

  - 24 ч 20 23 - - 30 сут 20 22 - 7 Коэффициент линейного термического расширения α×10^-6, 1/°С 2,83 0,84 - 8 Коэффициент стойкости к УФ-облучению в течение       - 100 ч 1,14 1,07 1,24 - 200 ч 1,19 0,78 - - 300 ч 1,30 0,87 - 9 Коэффициент морозостойкости после 50 циклом замораживания-оттаивания 0,75 0,78 - 10 Долговечность (время до разрушения) при температуре 16°С и напряжении 70 МПа при поперечном изгибе 9 лет - >100 лет 11 Деформационная долговечность при температуре 16°С и твердости 20 МПа 3,2 г - >100 лет

Как видно из табл.2, применение в качестве модификатора эмукрила С и М позволяет существенно увеличить водостойкость древесины при сохранении ее морозостойкости. Так, ее водопоглощение за 2 ч снижается в 3-4,5 раза, за 24 ч - 2,5 раза, а остаточная прочность повышается в 1,1÷1,25 раза. Применение данных модификаторов также позволяет повысить прочность при поперечном изгибе (1,3 раза), твердость (1,3 раза) и долговечность древесины (в десятки раз) (рис.2).

Следует также отметить, что в отличие от существующих модификаторов (метилметакрилата, стирола, фенолоформальдегидных смол и т.д.) эмукрил является экологически безвредным.

Авторами предлагается следующая технология модифицирования древесины эмукрилом М и С:

- пропитка древесины мономером при температуре 20°С в течение 3 сут: при этом эмукрила С поглощается 6,5% от массы древесины, а эмукрила М-7,5%;

- термообработка пропитанной древесины при 80°С в течение 10 ч.

Древесина модифицированная предлагаемым мономером обладает:

- повышенной водостойкостью и морозостойкостью;

- повышенной прочностью при поперечном изгибе;

- повышенной твердостью;

- экологической безопасностью.

Изобретение относится к способам обработки древесины. Способ получения модифицированной древесины включает пропитку древесины модификатором с последующей термообработкой, при этом в качестве модификатора используют продукт эмульсионной сополимеризации этилакрилата со стиролом Эмукрил С или продукт эмульсионной сополимеризации акриловых мономеров Эмукрил М, пропитку древесины Эмукрилом С или Эмукрилом М осуществляют при температуре 18-22°С в течение 3 сут, а термообработку при температуре 80°С в течение 10 ч. Технический результат - повышение водостойкости древесины при сохранении ее прочности и долговечности. 2 ил., 2 табл.

Способ получения модифицированной древесины, включающий пропитку древесины модификатором с последующей термообработкой, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют продукт эмульсионной сополимеризации этилакрилата со стиролом Эмукрил С или продукт эмульсионной сополимеризации акриловых мономеров Эмукрил М, пропитку древесины Эмукрилом С или Эмукрилом М осуществляют при температуре 18-22°С в течение 3 сут, а термообработку при температуре 80°С в течение 10 ч.