способ получения модифицированной древесины

Формула изобретения

Способ получения модифицированной древесины, включающий одновременную сушку, пропитку и прессование древесины в маслянистом антисептике, отличающийся тем, что на всем протяжении процесса на древесину воздействуют импульсным ультразвуковым полем частотой 20 кГц, мощностью 4 кВт, причем импульсы ультразвука длительностью 2,5-3 мин чередуют с паузами 6-6,5 мин.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к получению шпал из модифицированной древесины.

Известны способы получения модифицированной древесины, включающие пропитку древесины водным раствором карбамида и последующую одновременную сушку и прессование, в которых для придания формостабильности получаемой древесине в раствор карбамида добавляют уротропин или форконденсат карбамидоформальдегидного олигомера (см. Пат. РФ № 2131351, МПК B27K 3/50, 1999 г. и Пат. РФ № 2229377, МПК B27K 3/50, 2001 г.).

Недостатком этих способов является то, что оба стабилизатора размеров древесины проявляют свои свойства в сухой древесине, когда ее влажность понизится до 4-6% (вода в древесине ингибирует процессы полимеризации и сшивки модификатора с компонентами древесины), поэтому получить формостабильную модифицированную древесину с влажностью, например, 20% невозможно.

Известен также наиболее близкий к предложенному по совокупности признаков способ получения модифицированной древесины для шпал, включающий одновременную сушку-пропитку до влажности 20% в каменноугольном масле с прессованием и получением готовой шпалы (см. Пат. РФ № 2128113, МПК B27K 3/08, 1999 г.).

Техническим недостатком этого способа является низкая формостабильность получаемой древесины, поскольку при пребывании в воде шпала на 80% восстанавливает свои первоначальные размеры.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение формостабильности модифицированной древесины для шпал. Для этого в способе получения модифицированной древесины, включающем одновременную сушку, пропитку и прессование древесины в маслянистом антисептике, согласно изобретению на всем протяжении процесса на древесину воздействуют импульсным ультразвуковым полем частотой 20 кГц, мощностью 4 кВт, причем импульсы ультразвука длительностью 2,5-3 мин чередуют с паузами длительностью 6-6,5 мин.

При получении шпал используют только маслянистые антисептики, такие как каменноугольное масло, сланцевое масло, жидкий толуоловый конденсат (ЖТК) и др. Все эти антисептики не защищают древесину от разбухания. Введение же в маслянистые антисептики применяемых в настоящее время стабилизаторов древесины, таких как олигомеры синтетических смол, невозможно из-за их несовместимости.

Обработка древесины ультразвуком при мягких режимах (частота 21 кГц, мощность 0,3 кВт) приводит к увеличению проницаемости (Коновалова Н.Н. Установление оптимальных режимов комбинированной обработки древесины дуба ультразвуком и теплом для ускорения созревания коньячных спиртов при их резервуарной выдержке. - Автореф. Дис. Канд. техн. наук. М.: МГУПП, 2004, 28 с). Для древесины шпал обработка ультразвуком при жестких режимах - частота 20 кГц, мощность 4 кВт, приводит к расплавлению отдельных компонентов древесины - гемицеллюлоз и части лигнина в срединной пластинке, что в конечном итоге может привести к снижению прочности древесины. В результате расплавления компонентов древесины происходит сшивка и появление новых трехмерных структур, но уже не за счет внешних химических реагентов, а за счет компонентов самой древесины. Для исключения снижения прочности древесины при обработке ультразвуком его воздействие делают импульсным путем чередования импульсов воздействия и пауз. Длительность импульса ультразвука должна составлять 2,5 мин, чтобы все легкоплавкие компоненты древесины успели расплавиться, и не превышать 3 мин, после чего снижается прочность древесины за счет деструкции целлюлозного скелета. Длительность паузы менее 6 мин нецелесообразна, т.к. древесина после разогрева ультразвуком продолжает по инерции саморазогреваться (эффект термоинерции). Длительность паузы более 6,5 мин ведет к стеклованию реакционной массы и необходимости увеличения длительности воздействия ультразвука.

Способ осуществляют следующим образом. Сырые заготовки мягких лиственных и хвойных пород помещают в сушильно-пропиточную ванну и закачивают горячий антисептик, например каменноугольное масло. Температуру масла поддерживают 90-100°C, механическое давление 0,8-1,2 мПа в течение 6 часов. Одновременно с сушкой, пропиткой и прессованием в течение всего процесса древесину обрабатывают ультразвуковым полем частотой 20 кГц, мощностью 4 кВт с чередованием воздействия импульса ультразвука 2,5-3 мин и паузы 6-6,5 мин. В результате воздействия ультразвука прессованная древесина приобретает гидрофобные свойства и ее разбухание в воде не превышает 12%, как видно из таблицы.

Таблица
Показатели физико-механических свойств модифицированной древесины
Наименование показателя	Свойства по способам
	предлагаемый	прототип
1	2	3
Плотность, кг/м 3	800,0	800,0
Влажность, %	20,0	10,0
Предел прочности при сжатии волокон, мПа	90,3	92,2
Предельное объемное разбухание при
- влагопоглощении, %	8,0	16,8
- водопоглощении, %	12,1	58,9

Примеры конкретного выполнения изобретения

Пример 1. Сырье - осиновые заготовки диаметром 25 см, длиной 275 см помещали в пропиточную ванну с каменноугольным маслом и сушили при температуре 100°C в течение 6 ч с одновременным прессованием под давлением 1,0 мПа. На всем протяжении процесса на древесину импульсно воздействовали ультразвуковым полем частотой 20 кГц, мощностью 4 кВт с чередованием импульса ультразвука 3 мин и паузы 6,5 мин. После завершения процесса сушки, пропитки и прессования получали готовую шпалу сечением 25×18 см плотностью 800 кг/м³, влажностью 20% с предельным объемным разбуханием при водопоглощении 12%.

Пример 2. Сырые заготовки сосны диаметром 23 см, длиной 150 см помещали в пропиточную ванну с маслом ЖТК и сушили при температуре 105°C в течение 5 ч с одновременным уплотнением при давлении 1,1 мПа. На всем протяжении процесса на древесину импульсно воздействовали ультразвуковым полем частотой 20 кГц, мощностью 4 кВт с чередованием импульса ультразвука 2,5 мин и паузы 6 мин. После завершения процесса сушки, пропитки и прессования получали готовую шпалу плотностью 900 кг/м³, влажностью 18% с предельным объемным разбуханием при водопоглощении 12,1%.

Предлагаемый способ позволяет получать шпалы из прессованной древесины мягких лиственных и хвойных пород, по прочности превосходящие древесину дуба, причем разбухание таких шпал после длительного пребывания в воде остается на уровне разбухания натуральной (непрессованной) древесины, т.е. полностью соответствуют ГОСТ 78-2004.