Способ металлизации древесины Советский патент 1981 года по МПК B27K3/22 

(54) СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ДРЕВЕСИНЫ

Изобретение относится к химической медификащ1и древесины и может быть использован в производстве новых материалов на основе древеснны, преимущественно для узлов трения. Известен способ модификации древесины путем предварительной пропитки ее р створами солей металлов, а затем осаждения необходимого металла в древесине с использованием электрохимического метода 1. Известен также способ металлизации древесины, включающий ее пропитку раствором терморазлагающейся соли меди в аммиаке с последующей термообработкой до разложения соли в капиллярнопористой системе древесины 2. Недостатками данных способов являются низкие физико-механические характеристики и сложность технологического процесса. Цель изобретения - повыщение физико-механических свойств древесины (предел прочности при сжатии, содержание металла, козффициент теплопроводности) и упрощение технологического процесса. Поставленная. цель достигается тем, что древесину предварительно пропитывают в течение 4-20 ч двуокисью азота, а в качестве раствора терморазлагающейся соли меди в аммиаке используют 10-30%-ный раствор муравьинокислой медн, причем термообработку осуществляют при 180-200° С в тече1ше 10-25 мин. Обработка древесины двуокисью азота перед пропиткой раствором муравьинокислой медн производится для повыщення реакционной способности ее компонентов. Так, например, приобретение реакционной способности компонента древесины - целлюлозы - под воздействием двуокиси азота протекают по следующей схеме:

CHjOH Древесину после наполнения раствором муравь иокпслой меди продолжают выдерживать в пропиточном растворе в течение 1,5-3,5 ч для завершения протекания монообменной реакщш Реакционноснособные (окисленные) компоненты древесины (полисахариды и целлюлоза, колотество которых в древес1ше достигает 50% и более) содержат макромолекулы с карбоксильными группами. Такие соединения (при приобретении реакционной способности) являются более сильными кислотами, чем мзфавьи пая, и поэтому могут вытеснять металл из соли этой кислоты R- Си- R-.aR 4-Cu+2 R- Си- -Fi-itv i- Cu -vft , -- рал.икал муравышой кислоты выдержке такой реакционноспособной древеситп, в растворах солей, часть катионов меди из раствора присоединяется к активированному компоненту древест{Ы (целлюлозе) по месту карбоксильных водородов по пррш.щпу ионообменной реакции карбоксилов целлюлозы с катионами меди. Другая часть катионов меди связывается с активными карбоксильными группами дитшиа и высокомолекулярных полисахаридов за счет ионообмена водорода карбоксилов и гидроксильных груп на металл. Катионы меди соедшшются с компонентами реакционпоспособной древесины прочными связями за счет образования компл

Время выдержки

Таким образом, оптимальное время выдержки реакционноспособных образцов древесины в растворе 2,5-3,0 ч.

Зависимость содержания меди в объеdooH

ме древесины отконцентрации лропитошого растворамурапьшгакислой меди в

25%-ном раствореаммиака показана ниже. сов при взаимодействии катионов одновременно с карбоксилами и гидроксилами. После пропитки и выдержки образцов в растворе их высушивают, а затем подвергают термообработке при 180-200° С в течении 1025 мин. В результате такой обработки происходит разложение в объеме древесины частично находяшихся комплексных соединений меди C(j(NHj)4 чистой меди. При этом вьвделяющийся аммиак сиособствуе восстановлению меди из ее окисных форм. Способ прост в аппаратном оформлении, не требует дорогостоящих реагентов (двуокись азота, применяемая в предлагаемом способе, часто является побогюым продуктом многих химических процессов, имеет шзкую стоимость). Пример. Заготовки березы размерами 40x40x40 мм, влажностью 6-8%, помещают в вакуумный щкаф, где их вакуумирутют до Р 0,1 атм, а затем подают двуокись азота. По истечении времени активирования древесины (4-20 ч) избыток двуокиси азота не вступившей в реакцшо, откачивают, а заготовки погружают &-10-30%-ный раствор муравьинокислой меди в 25% аммиака и вакуумируют в растворе до достижения 95-100% наполнения заготовок раствором. После наполнения заготовок раствором их выдерживают в растворе для завершения протекания ионообменной реакции между реакционно-способными компонентами древесины и катионами меди, находяцдамися в растворе. Зависимость содержания меди в объеме древесины от времени выдержки образцов в 20%-ном растворе муравьинокислой меди, растворенной в 25%-ном растворе аммиака, приведена ниже.

Концентрация раствора

муравь}шокислой меди в 25% аммиаке, %

Содержание меди в древесине (время выдержки в растворе 2,5 ч),% 22,4 В табл. 1 представлены физико-механические показатели модифицированной древесины, которые в большей степени зависят от времеПредел прочности при сжатии, кгс/см

Содержание металла, %

Коэффициент теплопроводности, Вт/мтрад

с По мере увеличения времени окисления повышается содержание связанного металла в объеме древесины, однако прочностные свойства получаемого материала при этом уменьшаются. Это обуславливается тем, что при длительном окислении древесш1ы (свыше 16 ч происходит интенсивное разложение лигнина. После просуигавания образцы подвергаются термообработке при 180-200° С в течение 10- 25 мин, что способствует разложению находящейся в объеме древесины комплексных соеВремя термообработки,

мин.10152025

Содержание меди

в древесине, %23,824,625325,8

В табл. 2 представлены сравнительные данные физико-механических свойств древесины по известному и предлагаемому способам (время окисления 12-

20

30

25,8

26,0

570

680

620

23,8

23,6

23,0

2,3

2,1

1,7

16 ч, концентрация раствора для пропитки 20%, время Bbwep}jCKH в растворе 2,5-3,0 ч, время термообработки при 200° С 20-25 мин. ни окисления древесшсы двуокисью азота (время выдержки в растворе 2,5 ч, концентрадня пропиточного раствора . аТаблица динений меди tCyC tW(j) до чистой меди. Выделяющийся при зтом аммиак способствует восстановлению меди из ее окисленных форм. . Зависимость содержания металла в древесине от времени окисления древесины (температура термофиксацин 200° С, время окисления древесины 16 ч, время вьщержки окисленной древесш1Ь1 в ,20 ;-ном растворе муравьинокислой меди 2,5 ч), приведена ниже.

Показатели

Предел прочности, при сжатии, кгс/см

520-540

Содержание метал10-15

Коэффищтен

тепиопроводности

Вт/м.град Формула изобретения Способ металлизации древесшгы, включающий ее пропитку раствором терморазлагающей ся соли меди is аммиаке с последующей термообряб эткой до разложения соли в капиллярно-пористой системе древесины, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с цеш1Ю повышения фичико-механи шских свойств древеашы и упроидения техно го)-ического процесса, древесину riperjRnpHie.nbHo пропитывают в течение

854713

8 Таблица 2

620-680

25,3-25,8

1,7-2,1 4-20 ч двуокисью азота, а в качестве раствора терморазлагающейся соли меди в аммиаке используют 10-30%-ный раствор муравьинокислой меди, причем термообработку осуществляют при 180-200°С в течении 10-15 мин. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 501875, кл. В 27 К 3/32, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР N 376227, кл. в 27 к 3/32, 1972.