способ склеивания модифицированной древесины

Формула изобретения

Способ склеивания модифицированной древесины, включающий операцию приготовления клея, содержащего нанокристаллическую целлюлозу и карбамидоформальдегидную смолу или фенолоформальдегидную смолу, путем добавления нанокристаллической целлюлозы (НКЦ), в количестве 8-8,5% от массы карбамидоформальдегидной смолы или 9,5-10% от массы фенолоформальдегидной смолы, обработку полученного клея ультразвуком, частотой колебания 22 кГц в течение 5 мин, смешивание его с отвердителем и нанесение его на склеиваемые поверхности, соединение склеиваемых поверхностей и выдержку под давлением 1,6 МПа при температуре 20-120°С в течение 0,5-5 ч до полного отверждения клея, обработку клеевого шва импульсным магнитным полем напряженностью 16-20·10⁴ А/м в течение 20 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области деревообработки, в частности к склеиванию модифицированной древесины, и может быть использовано для получения клеевого соединения, равного по прочности самой модифицированной древесине, например, при изготовлении столбов ЛЭП, строительных балок и др.

Как известно, модифицированная древесина плохо склеивается. Предел прочности при скалывании по клеевому слою модифицированной древесины составляет всего 3-4 МПа.

Известен способ склеивания древесных материалов, включающий операцию нанесения клея на склеиваемые поверхности, соединение склеиваемых поверхностей до полного отверждения клея, отличающийся тем, что клей предварительно обрабатывают в импульсном магнитном поле напряженностью 3-24·10⁴ А/м в течение 30 минут (патент РФ № 2373248, C09J 5/00, 2009;) или склеиваемые детали помещают между полюсами электромагнита, чтобы магнитные силовые линии были направлены перпендикулярно клеевому шву (патент РФ № 2298574, C09J 5/00, 2006). В качестве клея используют КФЖ, ПВА.

Недостатком этих способов является то, что они не позволяют получить клееную модифицированную древесину с высокой прочностью клеевого соединения, равного прочности самой древесины, так как предел прочности при скалывании натуральной древесины равен 5 МПа, а модифицированной 10 МПа. Прочность при скалывании клееной по этому способу древесины составляет 5 МПа.

Известно использование для склеивания древесных материалов клеевых композиций на основе формальдегидсодержащей смолы (карбамидоформальдегидной или фенолоформальдегидной) и наполнителей цеолита (патенты РФ № № 2213753, C08L 97/02, 2003; 2281966, C09J 161/24, 2006) или декстрина (патент Украины № 18268, C09J 161/24, 1997), или бутадиеновый латекс и каолин (а.с. № 1523563, C09J 3/12, 1998).

Недостатком этих композиций является ограничение сферы применения из-за низкой стойкости к температурам, уменьшение срока их жизнеспособности и плохому прессованию. Эти клеевые композиции предназначены для склеивания изделий из обычной древесины.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - получение клееной модифицированной древесины

Технический результат заключается в повышении прочности клеевого шва не ниже прочности самой модифицированной древесины.

Технический результат достигается тем, что способ склеивания модифицированной древесины включает операцию приготовлении клея, содержащего нанокристаллическую целлюлозу и карбамидоформальдегидную смолу или фенолоформальдегидную смолу, путем добавления нанокристаллической целлюлозы (НКЦ) в количестве 8-8,5% от массы карбамидоформальдегидной смолы или 9,5-10% от массы фенолоформальдегидной смолы, обработку полученного клея ультразвуком, частотой колебания 22 кГц в течение 5 минут, смешивание его с отвердителем и нанесение на склеиваемые поверхности, соединение склеиваемых поверхностей и выдержку под давлением 1,6 МПа при температуре 20-120°С в течение 0,5-5 ч до полного отверждения клея, обработку клеевого шва импульсным магнитным полем напряженностью 16-20·10⁴ А/м в течение 20 минут.

Способ осуществляется следующим образом. В смолу добавляют НКЦ в количестве 8-8,5% от массы карбамидоформальдегидной смолы или 9,5-10% от массы фенолоформальдегидной смолы и перемешивают. После этого осуществляют обработку полученного клея ультразвуком, частотой колебания 22 кГц в течение 5 минут. Обработанный клей смешивают с отвердителем и наносят на поверхность образцов модифицированной древесины. Затем склеенные образцы модифицированной древесины выдерживают под давлением 1,6 МПа при температуре 20-120°С в течение 0,5-5 ч. Клеевой шов обрабатывают магнитным полем напряженностью 16-20·10⁴А/м. В результате получают прочное клеевое соединение из модифицированной древесины, имеющее прочность при скалывании 10 МПа, т.е. прочность клеевого слоя становится равной прочности самой модифицированной древесины (см. таблицу 1).

На фиг.1 представлена таблица значений пределов прочности материалов по способу прототипу и предложенному способу.

При содержании в карбамидоформальдегидном клее НКЦ менее 8% предел прочности при скалывании снижается до 5 МПа. При содержании НКЦ более 8,5% предел прочности не увеличивается и составляет 10 МПа. При содержании в фенолоформальдегидном клее НКЦ менее 9,5% предел прочности при скалывании снижается до 5 МПа. При содержании НКЦ более 10% предел прочности не увеличивается и составляет 10 МПа.

Пример 1

Образцы модифицированной древесины осины плотностью 1000 кг/м³, с размерами, соответствующими ГОСТ 15613.1-84, склеиваются клеем, смешанным с отвердителем, содержащем карбамидоформальдегидную смолу ПКП-52, в которую добавлено 8% от массы клея НКЦ, и обработанного ультразвуком с частотой колебания 22 кГц в течение 5 минут. Склеенную модифицированную древесину выдерживают под давлением 1,6 МПа при температуре 20°С в течение 5 ч и затем обрабатывают клеевой шов импульсным магнитным полем напряженностью 18·10⁴ А/м в течение 20 минут. Предел прочности при скалывании по клеевому слою модифицированной древесины 10 МПа.

Пример 2

Образцы модифицированной древесины осины плотностью 1000 кг/м³ , с размерами, соответствующими ГОСТ 15613.1-84, склеиваются клеем, смешанным с отвердителем, содержащем карбамидоформальдегидную смолу ПКП-52, в которую добавлено 8,5% от массы клея НКЦ, и обработанного ультразвуком с частотой колебания 22 кГц в течение 5 минут. Склеенную модифицированную древесину выдерживают под давлением 1,6 МПа при температуре 120°С в течение 0,5 ч и затем обрабатывают клеевой шов импульсным магнитным полем напряженностью 18·10 ⁴ А/м в течение 20 минут. Предел прочности при скалывании по клеевому слою модифицированной древесины 10 МПа.

Пример 3

Образцы модифицированной древесины березы плотностью 950 кг/м³, с размерами, соответствующими ГОСТ 15613.1-84, склеиваются клеем, смешанным с отвердителем, содержащим фенолоформальдегидную смолу СФЖ-3014, в которую добавлено 10% от массы клея НКЦ и обработанной ультразвуком с частотой колебания 22 кГц в течение 5 минут. Склеенную модифицированную древесину выдерживают под давлением 1,6 МПа при температуре 120°С в течение 0,5 ч и затем обрабатывают клеевой слой импульсным магнитным полем напряженностью 18·10⁴А/м в течение 20 минут. Предел прочности при скалывании по клеевому слою модифицированной древесины 10 МПа.

Пример 4

Образцы модифицированной древесины березы плотностью 950 кг/м³ , с размерами соответствующими ГОСТ 15613.1-84, склеиваются клеем, смешанным с отвердителем, содержащим фенолоформальдегидную смолу СФЖ-3014, в которую добавлено 9,5% от массы клея НКЦ и обработанной ультразвуком с частотой колебания 22 кГц в течение 5 минут. Склеенную модифицированную древесину выдерживают под давлением 1,6 МПа при температуре 20°С в течение 5 ч и затем обрабатывают клеевой слою импульсным магнитным полем напряженностью 18·10 ⁴ А/м в течение 20 минут. Предел прочности при скалывании по клеевому слою модифицированной древесины 10 МПа.

В качестве НКЦ используют нанокристаллическую целлюлозу, полученную из микрокристаллической древесной целлюлозы (МКЦ). В процессе ее получения изменяющимися условиями являются концентрация МКЦ и соляной кислоты, время гидролиза и температура, а также время обработки ультразвуком. При концентрации серной кислоты, равной 63,5%, возможно получение нанокристаллической целлюлозы/волокон длиной 200-400 нм и шириной менее 10 нм (Optimization of the isolation of nanocristals from microcrystalline cellulose by acid hydrolysis, D. Bondeson et al., 2006).

Введение НКЦ в формальдегидсодержащую смолу (карбамидоформальдегидную или фенолоформальдегидную) позволяет увеличить степень сшивки молекул клея с древесиной и увеличить степень кристаллизации, за счет чего повышается прочность клеевого соединения.

Использование предложенного способа позволяет повысить предел прочности при скалывании по клеевому слою до прочности самой модифицированной древесины. Кроме этого, как видно из таблицы 1, прочность клеевого соединения модифицированной древесины, склеенной предложенным способом, в 2 раза выше, чем у древесины, склеенной без НКЦ.