Способ получения модифицированной древесины

Способ получения модифицированной древесины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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.

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.