Патент на изобретение №2395390

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПРЕССОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области деревообработки, в частности к получению модифицированной прессованной древесины, насыщенной металлами и металлосодержащими веществами и используемой в машиностроении, строительстве, мебельной и других отраслях промышленности. Операции обработки древесины проводят в следующей последовательности: отходы деревообработки (опилки, древесные волокна и стружки) насыщают металлами и металлосодержащими веществами с помощью электрохимической обработки, а затем отжимают, обрабатывают аммиаком и подвергают горячему прессованию. При этом все операции с пресс-материалом проводят в одном и том же контейнере-матрице (без перегрузки), когда форма контейнера-матрицы соответствует форме готового изделия из металлизованной и прессованной древесины. При горячем прессовании в других пресс-формах перегрузку осуществляют после операции обработки пресс-материала аммиаком. Технический результат при использовании заявленного изобретений позволяет снизить энергозатраты, повысить качество, расширить ассортимент и свойства модифицированной металлизованно-прессованной древесины. 1 ил.

Изобретение относится к области деревообработки, в частности к получению модифицированной прессованной древесины, насыщенной металлами и металлосодержащими веществами и используемой в машиностроении, строительстве, мебельной и других отраслях промышленности.

Известный способ заключается в том, что вначале древесину вакуумируют до ее абсолютно сухого состояния, затем помещают в металлический расплав с температурой до 247°С и подвергают расплав давлению порядка 1530 ати. В результате указанных операций древесина с сухим остатком смолы 35% поглощает до 200% металла к весу образцов в абсолютно сухом состоянии.

К недостаткам известного способа относятся: высокая энергоемкость технологии (на создание расплава и давления), применение для пропитки древесины только легкоплавких металлов (олово, свинец), распрессовывание древесины при вымачивании, так как клетки древесины не пропитываются металлом и металл не обладает достаточными адгезионными свойствами к древесине, а при охлаждении в результате усадки металла появляются мельчайшие трещины, что создает пористость и способность древесины сорбировать воду из окружающей среды.

Недостатком известного способа является то, что полученные этим способом изделия обладают ограниченным ассортиментом свойств.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат, повышение качества, расширение ассортимента и свойств модифицированной металлизованно-прессованной древесины.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения модифицированной прессованной древесины, заключающемся в том, что измельченную древесину (пресс-материал) пропитывают водным раствором аммиака (или газообразным аммиаком), а затем подвергают горячему прессованию, перед пропиткой пресс-материала водным раствором аммиака (или газообразным аммиаком) и дальнейшим горячим прессованием его насыщают металлами и металлосодержащими веществами электрохимическим методом, для чего пресс-материал помещают в контейнер-матрицу из диэлектрического материала с сетчатым дном, подпрессовывают металлическим электродом-пуансоном давлением порядка 5-10 МПа и погружают контейнер-матрицу в емкость с электролитом вначале полностью, а затем приподнимают, чтобы нижняя часть пресс-материала была заглублена в электролит на 20-40 мм, подключают внешнее напряжение постоянного тока, создавая электрическое поле между пуансоном и электролитом, а после насыщения пресс-материала металлами и металлосодержащими веществами отключают напряжение, производят отжим электролита и переносят контейнер-матрицу в ванну с водным раствором аммиака или в камеру с газообразным аммиаком, затем меняют в контейнере-матрице сетчатое дно на сплошное и производят горячее прессование, если форма контейнера-матрицы соответствует форме готового изделия, или производят выгрузку обработанного пресс-материала из контейнера-матрицы и подвергают горячему прессованию в других пресс-формах, если обработанный пресс-материал является только полуфабрикатом.

В заявляемом способе операции обработки древесины проводят в следующей последовательности: отходы деревообработки (опилки, древесные волокна и стружки) насыщают металлами и металлосодержащими веществами с помощью электрохимической обработки, а затем отжимают, обрабатывают аммиаком и подвергают горячему прессованию. При этом все операции с пресс-материалом проводят в одном и том же контейнере-матрице (без перегрузки), когда форма контейнера-матрицы соответствует форме готового изделия из металлизованной и прессованной древесины. При горячем прессовании в других пресс-формах перегрузку осуществляют после операции обработки пресс-материала аммиаком.

Способ получения модифицированной металлизованно-прессованной древесины поясняется чертежом, на котором изображена установка для металлизации измельченной древесины электрохимическим способом:

1 – измельченная древесина (пресс-материал); 2 – диэлектрический контейнер-матрица; 3 – электропроводная емкость; 4 – электролит; 5 – металлический электрод-пуансон; 6 – направление усилия прессования.

Способ осуществляется следующим образом.

Отходы деревообработки в виде опилок, древесных волокон или стружки -измельченную древесину (пресс-материал) 1 – загружают в контейнер-матрицу 2 из диэлектрического материала с сетчатым дном и подпрессовывают металлическим электродом-пуансоном 5. Контейнер-матрицу 2 вначале полностью погружают в емкость 3, выполненную из токопроводящего материала и наполненную электролитом 4, а затем приподнимают так, чтобы нижняя часть пресс-материала была заглублена в электролит на 2040 мм. Емкость 3 с электролитом 4 представляет собой электрохимический электрод. Металлический электрод-пуансон 5 по размерам соответствует поперечному сечению контейнера. К электродам подводят постоянный ток. За счет процессов электроосмоса, электрофореза, электростенолиза и электролиза происходит пропитка и насыщение пресс-материала 1 металлами и металлосодержащими веществами, вводимыми в электролит 4 (например, медный купорос, алюминиево-хромовые квасцы, сернокислое железо, хлористый алюминий, азотно-кислое серебро и другие), а также образующимися в процессе электрохимической обработки.

Электрохимическая металлизация происходит на ионном уровне в отличие от пропитки древесины расплавленным металлом. Целлюлоза поглощает из водных растворов многовалентные катионы в виде гидроокисей металлов. В результате происходит снижение отрицательного заряда или перезарядка молекул целлюлозы, которые, будучи первоначально заряжены отрицательно, становятся электронейтральными и в этом состоянии обладают пониженной гигроскопичностью и меньшей склонностью к разбуханию.

Затем после отжатия избытка электролита 4 из пресс-материала 1 контейнер-матрицу помещают в ванну с водным раствором аммиака или подвергают обработке газообразным аммиаком. В результате этого в древесине образуются водорастворимые вещества, обладающие клеящими свойствами, которые в дальнейшем процессе горячего прессования претерпевают химические изменения, роговеют и превращаются в труднорастворимые в воде продукты, стабилизирующие и прочно склеивающие частицы древесины.

В случае, когда контейнер-матрица по форме соответствует готовому изделию, горячее прессование осуществляют в том же контейнере-матрице, в котором проводились предыдущие операции. Для этого сетчатое дно контейнера-матрицы меняют на сплошное. При необходимости получения изделий горячим прессованием в других пресс-формах, пресс-материал перегружают в эти пресс-формы после обработки его аммиаком. До горячего прессования он будет считаться полуфабрикатом.

В качестве примера модифицирования древесины по предлагаемому способу рассмотрим два варианта электролита:

1. Электролит CuSO₄ (сульфат меди (II)). Для достижения положительного эффекта при модифицировании и с целью экономии концентрацию этого вещества можно варьировать в пределах 0,1-0,2 моль/л. Диссоциация в воде происходит по уравнению:

Конкурирующие электродные реакции на отрицательном полюсе (катоде) в капиллярах древесины:

Электродная реакция на положительном полюсе (нерастворимом аноде):

Необходимо учесть, что медь образует нерастворимый гидроксид:

Реакция (6) развивается в капиллярах древесины, что приводит к связыванию катионов Сu²⁺ в нерастворимый гидроксид. Чтобы снизить вероятность протекания реакции (6) и повысить вероятность протекания реакции (4), раствор электролита CuSO₄ подкисляют H₂SO₄ (0,2 экв/л). В кислой среде происходит связывание гидроксид-ионов по реакции:

Вначале металлическая медь образуется на поверхности пресс-материала, контактирующей с катодом. Затем постепенно, за счет электронной проводимости металла, зона протекания реакции (4) распространяется вглубь образца и кристаллы металла образуют свою собственную структуру внутри пресс-материала от отрицательного электрода к положительному.

2. Электролит AgNO₃ (нитрат серебра (I)). Для достижения положительного эффекта и с целью экономии концентрацию этого вещества можно варьировать в пределах 0,05-0,15 моль/л. Уравнение электролитической диссоциации AgNO₃:

Учитывая высокое положительное значение стандартного электродного потенциала пары Ag⁺/ Ag (+0,80B), можно говорить о преобладании на катоде реакции восстановления серебра:

Протеканию реакции (9) не препятствует образование гидроксида AgOH, поскольку это вещество является растворимым.

Образование металлического серебра и его распространение вглубь материала происходит точно так же, как и металлической меди.

Заявляемый способ обладает следующими достоинствами:

1. Металлизация и обработка измельченной древесины аммиаком повышают ее плотность, что позволяет снизить удельное давление при горячем прессовании в 23 раза без снижения прочности готовых изделий.

2. С помощью электрохимической обработки древесины появляется возможность насыщения ее металлами, более тугоплавкими, чем олово и свинец.

3. Возможность получения металлизованно-прессованной древесины с заданными свойствами: антифрикционностью, огнестойкостью, влагостойкостью, токопроводимостью, антисептичностью, твердостью, декоративностью и резонансностью.

4. Использование отходов деревообработки.

5. Использование древесины из мягколиственных пород деревьев (осины, ольхи, березы) взамен твердолиственных (дуб, карельская береза), запасы которых с каждым годом уменьшаются.

6. Обеспечение экологической безопасности и увеличение срока службы изделий за счет образования в древесине невымываемых металлов и металлосодержащих веществ.

Формула изобретения

Способ получения модифицированной прессованной древесины, заключающийся в том, что измельченную древесину – пресс-материал пропитывают водным раствором аммиака или газообразным аммиаком, а затем подвергают горячему прессованию, отличающийся тем, что перед пропиткой пресс-материала водным раствором аммиака или газообразным аммиаком и дальнейшим горячим прессованием его насыщают металлами и металлосодержащими веществами электрохимическим методом, для чего пресс-материал помещают в контейнер-матрицу из диэлектрического материала с сетчатым дном, подпрессовывают металлическим электродом-пуансоном и погружают контейнер-матрицу в емкость с электролитом вначале полностью, а затем приподнимают, чтобы нижняя часть пресс-материала была заглублена в электролит, подключают внешнее напряжение постоянного тока, создавая электрическое поле между пуансоном и электролитом, а после насыщения пресс-материала металлами и металлосодержащими веществами отключают напряжение, производят отжим электролита и переносят контейнер-матрицу в ванну с водным раствором аммиака или в камеру с газообразным аммиаком, затем меняют в контейнере-матрице сетчатое дно на сплошное и производят горячее прессование, если форма контейнера-матрицы соответствует форме готового изделия, или производят выгрузку обработанного пресс-материала из контейнера-матрицы и подвергают горячему прессованию в других пресс-формах, если обработанный пресс-материал является только полуфабрикатом.

РИСУНКИ