СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ОКРАШИВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ
METHOD FOR LOCAL STAINING OF WOOD

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности, к пропитке древесины.
Изделия из натуральной древесины с высокими декоративными свойствами неизменно пользуются спросом на мировом рынке. При этом запасы пород, обладающих красивой текстурой ограничены, что отрицательно сказывается на возможностях удовлетворения спроса на такую продукцию. Одним из путей расширения сырьевой базы для производства изделий из древесины с высокими декоративными свойствами является направленная модификация заболонных рассеянно-сосудистых лиственных пород.
Древесина заболонных пород достаточно легко поддается сквозному пропитыванию красителями и в настоящее время существует целый ряд способов пропитки позволяющих придавать древесине яркую окраску и проявить невыразительную текстуру [Трубников Н.А. 2009, 2011, Arai Kazushge и др. 1991, Беляев Е.Ю. и др. 1999, Ли Хунда 2010, Черненко, С.А. и др. 1968, SU 54011, SU 1471988 A1, RU 2726556 C1, RU 2470770 C1]. В тоже время стоит отметить, что такие способы предполагают достаточно узкий диапазон возможностей по улучшению текстуры. Как правило, связанных с различной интенсивностью окрашивания древесины по ширине годичного слоя, или контрастной окраской сердцевинных лучей. При этом такие способы не позволяют сформировать текстуру популярных в отделке древесных пород таких, например, как зебрано, фисташка, мербау и др., которые отличаются наличием ярко выраженных анатомических неоднородностей. Для имитации естественной анатомической неоднородности древесины необходимо обеспечить возможность локального пропитывания окрашивающими составами.
Подобным для предлагаемого изобретения является способ окрашивания круглых лесоматериалов, описанные в патенте SU 164108. Локальное окрашивание обеспечивается за счет внедрения в торец круглого неокоренного лесоматериала металлического диска с концентрическими ребрами конической формы, в пространство между которыми, под давлением подается окрашивающий состав.
К недостаткам данного способа можно отнести технологическую сложность монтажа металлического диска на торцах сортимента, поскольку внедрение концентрических ребер диска в древесину требует приложения значительного давления, сложность обеспечения герметичного прилегания диска, а следовательно повышенный расход красителя из-за утечек, невозможность формирования одинакового рисунка по всей длине сортимента из-за сближения или даже смыкания фронтов пропитки.
Наиболее близким по технической сущности для предлагаемого изобретения является способ, описанный в патенте RU 2375171. Способ локального окрашивания древесины обеспечивается за счет локальной торцовой пропитки. Описываемая технология предполагает просверливание в торцах круглых лесоматериалов цилиндрических отверстий глубиной 3-5 см, в которые ввинчиваются металлические наконечники шлангов (труб) через которые под давлением подается раствор красителя в древесину. Пропитка осуществляется на всю длину лесоматериала вдоль волокон.
К основным недостаткам описанного способа можно отнести невозможность формирования одинакового рисунка по всей длине сортимента из-за сближения или даже смыкания фронтов пропитки, низкую производительность процесса, обусловленную необходимостью монтажа-демонтажа пропиточного оборудования, повышенный расход красителя.
Задачей предлагаемого способа является обеспечение формирования одинакового рисунка на всю длину сортиментов, повышение производительности и технологичности процесса, снижение расхода красителя.
Технический результат заключается в обеспечении контролируемого локального окрашивания на запроектированных участках по всей длине сортимента за счет изменения проницаемости древесины, повышении производительности процесса, за счет применения быстросъемного воздушного инъектора и автоклавной пропитки древесины, обеспечении более низкого расхода красителя за счет меньшего количества отходов окрашенной древесины при дальнейшей обработке.
Поставленный технический результат достигается тем, что способ локального окрашивания древесины, включающий пропитку красителем при избыточном давлении на всю длину сортимента, согласно изобретению, перед пропиткой на проектируемых к окрашиванию участках круглых лесоматериалов заболонных пород производят локальное удаление свободной влаги путем ее вытеснения сжатым воздухом подводимым в торец сортимента через инъектор, выдержку лесоматериала при температуре от 10°С до 35°С в течение 20-80 дней при относительной влажности воздуха от 40% до 70% и распиловку на пиломатериалы, с последующей их пропиткой в автоклаве красителем под давлением от 0,3 до 0,8 МПа.
Основой для создания предлагаемого способа являются биологические особенности древесины заболонных пород. У заболонных пород (в отличие от ядровых и спелодревесных) по всему сечению ствола имеются живые паренхимные клетки. В срубленной древесине, в зависимости от условий, клетки могут погибнуть быстро, либо длительное время оставаться в живом состоянии. При быстрой их гибели в окружающих древесных клетках не происходит заметных изменений. В частности, проницаемость такой древесины не снижается. При длительном отмирании происходит целый ряд процессов раневой реакции, внешним проявлением которых является побурение древесины. При этом резко снижается проницаемость древесины для жидкостей и ее практически невозможно пропитать. Таким образом, за счет описанных особенностей древесины заболонных пород можно обеспечивать ее избирательную проницаемость.
Сущность разработанного способа локальной окрашивания древесины заключается в следующем:
Свежесрубленная древесина заболонных пород (береза, ольха, граб и др.) в виде неокоренных кряжей длиной до 3-х метров в целях формирования локальных проницаемых и слабо проницаемых участков подвергается специальной подготовке включающей локальное удаление свободной влаги и 20-80 дневную выдержку при температуре 10-35°С и относительной влажности воздуха от 40% до 70%.
Удаление свободной влаги из отдельных участков сортимента производится при помощи воздушного инъектора по заранее запроектированной схеме (в зависимости от проекта текстуры). В торцовую поверхность сортимента на глубину 20-30 мм внедряется инъектор с диаметром отверстия от 5 до 55 мм., форма поперечного сечения иглы инъектора может различаться (круг, треугольник, звезда и т.д.) в зависимости от дизайна текстуры. Затем через инъектор под давлением от 0,5 до 0,8 МПа в древесину подается воздух. Под действием избыточного давления происходит вытеснение воды из полостей, сообщающихся между собой сосудов в сторону противоположного торца и ее локальное удаление из сортимента. Такая продувка древесины воздухом осуществляется до момента прекращения выделения воды из капилляров на противоположном торце сортимента. Размеры локальных участков с удаленной водой, на противоположном торце могут незначительно отличатся от диаметра инъектора. У сортиментов с наклоном волокон отмечено только изменение взаимного расположения этих участков на противоположном торце. Удаление воды из сосудов и заполнение их воздухом, в котором содержится кислород, приводит к быстрой гибели паренхимных клеток, расположенных рядом с ними. Это исключает возможность снижения проницаемости для жидкостей на этих участках древесины.
На Фиг. 1 изображен способ подготовки древесины к пропитке (процесс проведения воздушных инъекций).
В случае зимней заготовки древесины и ее хранении при отрицательных температурах до осуществления данного процесса необходимо производить оттаивание сортиментов на всю глубину.
После проведения процедуры локального удаления воды при помощи иньектора (по запроектированной схеме), сортименты выдерживают при температуре 10-35°С и относительной влажности воздуха от 40% до 70% в течении 20-80 дней в зависимости от длины и диаметра сортимента (с увеличением размеров сортимента и при низкой температуре увеличивается продолжительность выдержки древесины). В процессе выдержки, на участках древесины, в которых не проводилась продувка воздухом, развиваются процессы раневой реакции, связанные с постепенным отмиранием паренхимных клеток. В результате, эти участки становятся непроницаемыми для жидкостей и их практически невозможно пропитать.
После выдерживания сортименты распиливают на лесопильном оборудовании и получают пиломатериалы требуемого сечения. Полученные пиломатериалы пропитывают водными растворами красителей. Пропитку производят в автоклаве по способу полного поглощения («вакуум - давление - вакуум»). В ходе пропитки краситель проникает в подготовленные локальные участки и окрашивает их. За счет этого обеспечивается локальное окрашивание в соответствии с запроектированным рисунком.
Предлагаемый способ локального окрашивания древесины позволяет получать из древесины заболонных пород в натуральном виде не обладающих яркой окраской и выразительной текстурой пиломатериалы или шпон с высокими декоративными свойствами. Данные материалы с успехом могут быть использованы в производстве мебели, напольных покрытий, отделочных материалов, предметов интерьера.
Пример осуществления предлагаемого способа
1. В торец неокоренного сортимента 1 изготовленного из свежесрубленной древесины заболонных пород (береза, ольха, граб и др.) на запроектированном к пропитке участке вбивают металлический быстросъемный инъектор 2 на глубину 20-30 мм с диаметром отверстия от 5 до 55 мм (форма поперечного сечения иглы инъектора определяется дизайном текстуры).
2. Через шланг высокого давления в инъектор 2 из воздушного компрессора подают сжатый воздух 3, локально вытесняя свободную воду из полостей древесины до момента прекращения выделения воды из капилляров на противоположном торце сортимента 1.
3. После локальной продувки участков сортиментов воздухом, их укладывают в штабель и выдерживают в течении 20-80 дней при температуре 10-35°С и относительной влажности воздуха от 40% до 70%.
4. После выдержки из круглых лесоматериалов изготавливают пиломатериалы требуемых размеров с учетом припусков на усушку и дальнейшую обработку.
5. Пиломатериалы пропитывают в автоклаве при избыточном давлении от 0,3 до 0,8 МПа.
6. После пропитки пиломатериалы перемещают в сушильную камеру, где их высушивают до требуемой влажности.
7. Для проявления текстуры заготовок и приведения их к заданным размерам, высушенные пиломатериалы проходят обработку в четырехстороннем продольно-фрезерном станке.
8. После фрезерования полученную продукцию укладывают в транспортные пакеты и упаковывают.
Использование предлагаемого способа локального окрашивания позволяет повысить декоративные свойства древесины пород, не обладающих привлекательной текстурой. Окрашенная таким образом древесина сможет с успехом использоваться при производстве продукции, к которой предъявляются повышенные эстетические требования.
Данный способ окрашивания обеспечивает контролируемое изменение проницаемости древесины, что обеспечивается контролируемое локальное окрашивание на запроектированных участках на всю длину сортиментов. Повышение производительности процесса, достигается за счет применения быстросъемного воздушного инъектора и автоклавной пропитки древесины. Способ позволяет снизить расход красителя, за счет исключения его утечек (в сравнении с аналогами) и меньшего количества отходов окрашенной древесины при дальнейшей обработке.