СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДЕРЕВЯННЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF WOOD ARTICLE PROCESSING

Изобретение относится к области деревообработки, а именно к  окрашиванию изделий из древесины.
Уровень техники
Известен способ крашения древесины, который относится к области деревообработки, а именно к способам крашения изделий из древесины малоценных пород, где описывается способ крашения древесины путем нанесения красящего состава на основе пленкообразующих веществ, содержащего от 5 до 40 мас.ч. поливинилацетатной дисперсии, от 0,25 до 2,5 мас.ч. водного красителя, от 57,5 до 94,75 мас.ч. нитроцеллюлозного лака. Результатом применения способа крашения древесины является повышение равномерности ее окраски с одновременным созданием защитного слоя. (Описание изобретения к патенту Российской Федерации «Способ крашения древесины» RU №2278024 С1).
К недостаткам данного способа можно отнести большую стоимость красящего состава и в редких случаях то, что крашение древесины осуществляется механическим путем.
Известен также способ термической обработки древесины и устройство для его осуществления, в котором описывается способ термической обработки древесины для улучшения ее основных характеристик, включающий нагревание древесины до температуры от 140 до 150°С в атмосфере воздуха в течение от 2 до 3 часов, осуществляемый посредством постоянного дозированного впрыска воды в камеру и вытеснения воздуха и иных газов из камеры образующимся водяным паром, саморазогрев от 230 до 240°С в течение от 30 до 60 минут, остановку саморазогрева с помощью управляемого впрыска воды и охлаждение древесины в атмосфере 100% пересыщенного водяного пара путем регулируемого впрыска воды, также описывается устройство для осуществления вышеописанного способа, содержащее теплоизолированный от окружающей среды корпус с герметично закрываемым отверстием для загрузки древесины, расположенную внутри корпуса камеру с системой нагнетания воздуха, нагрева и устройством дозированной подачи воды в установленных для функционирования данной камеры с регулированием данных процессов при помощи блока управления. (Описание изобретения к патенту Российской Федерации «Способ термической обработки древесины и устройство для его осуществления» RU №2277045 С2).
К недостаткам данного способа обработки древесины следует отнести его относительно большую длительность и энергоемкость.
2
4
3
2
3
4
2
2
2
Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ окрашивания целлюлозных волокон непосредственно в нейтральных или слабощелочных растворах в присутствии нейтральных электролитов (NaCl или NaSO) прямыми красителями, которые также называют субстантивными красителями или анионными водорастворимыми красителями. Прямые красители содержат в молекуле группы SOH, реже СООН. Часто для повышения растворимости в краситель добавляют Na соль нитрилуксусной кислоты или N(CHCOONa). Производятся прямые красители в виде Na солей (реже аммониевых или калиевых), диссоциирующих в воде с образованием окрашенных анионов. В растворах, особенно в присутствии электролитов, молекулы красителей находятся в виде ассоциатов. Степень ассоциации зависит от строения и температуры раствора (при повышении температуры степень ассоциации понижается) и колеблется от 10 до 600. По свойствам прямые красители делят на четыре группы: первая - обычные прямые красители с устойчивостью окраски к свету в интенсивности стандартного тона менее четырех баллов, по восьмибалльной шкале; вторая - светопрочные прямые красители с устойчивостью окраски к свету более четырех баллов; третья - прямые красители, упрочняемые солями Cu (например, CuSO, ДЦМ-уксуснокислая соль комплексного соединения Cu и продукта конденсации дициандиамида с СНО; четвертая - прямые красители, упрочнение окраски которых достигается диазотированием сорбированного на волокне красителя с последующим азосочетанием (в качестве азосоставляющих используют b-нафтол, м-толуилендиамин, 3-метил-1-фенил-5-пиразолон). Прямые красители просты в применении, как правило, хорошо комбинируются друг с другом, большинство из них обладает хорошей ровняющей способностью; окраски многих красителей вытравляются для получения бесцветных и цветных рисунков по окрашенному фону. Многие прямые красители первой и второй групп дают окраски в светлых тонах, достаточно устойчивые к мокрым обработкам и не требующие упрочнения закрепителями. Окраски же в средних и темных тонах требуют упрочнения закрепителями: ДЦМ, ДЦУ (уксуснокислая соль продукта конденсации дициандиамида с СНO) и устойчивый-2 (продукт конденсации дициандиамида с СНО и гексаметилентетрамином). Окраски красителями третьей группы в любой интенсивности закрепляют солями Cu. Окрашивание целлюлозных волокон прямых красителей осуществляют преимущественно по периодическому способу, реже по непрерывному плюсовочно-запарному. По классическому периодическому способу крашение производят из слабощелочных растворов, благодаря чему исключается выпадение красителя в осадок, при начальной температуре от 30 до 40°С, затем медленно повышают температуру до диапазона от 80 до 95°С и выдерживают в течение часа. Для повышения сорбции красителя с волокном в красильный раствор добавляют электролит в количестве от 10% до 20% от массы окрашиваемого материала, действие которого проявляется в снижении заряда частиц красителя и волокна. После крашения текстильный или иной материал промывают холодной и теплой водой с температурой от 40 до 45°С до бесцветных промывных вод и обрабатывают закрепителями в концентрации от 3% до 6% от массы окрашиваемого материала при температурах от 40 до 50°С в течение 30 минут, что и приводит к упрочнению окраски. Для древесины окрашивание прямыми красителями с массовой долей от 2% до 3%, разведенными в воде, может быть проведено при температурах от 15 до 100°С за время от одной и более минут, с получением яркой тоновой поверхности окрашенной древесины («Химическая энциклопедия», Москва, издательство «Советская энциклопедия». Под ред. И.Л.Кнунянца. 1988 год).
Недостатками данного способа является то, что при механическом воздействии происходит постепенное истирание слоя, образованного прямым красителем, на поверхности древесины.
Раскрытие изобретения
Задачей данного изобретения является создание метода обработки деревянных изделий, в котором должны быть исключены недостатки вышеперечисленных способов обработки древесины.
Задача решается следующим образом, предложен метод обработки деревянных изделий красящим составом, при этом красящий состав состоит из прямого красителя (анионного водорастворимого красителя), растворенного в водопроводной воде в массовой доле: от 2 до 3 процентов прямого красителя, от 98 до 97 процентов водопроводной воды. При этом обработка деревянного изделия проводится при температуре, при которой поверхностный слой древесного изделия начинает размягчаться, при температуре от 131°С до 170°С и давлении в 6 атмосфер. На момент подачи нагретого красящего состава, который представляет из себя газопаровую смесь, температура деревянного изделия составляет от 5°С до 20°С, при этом подача красящего состава осуществляется за время порядка 10 секунд, и далее за время от 10 до 20 секунд происходит обработка деревянного изделия красящим составом при температуре от 131°С до 170°С и давлении в 6 атмосфер. При соприкосновении нагретой газопаровой смеси с холодной по сравнению с ней поверхностью деревянного изделия происходит конденсация данной газопаровой смеси, и в процессе конденсации на поверхности деревянного изделия быстро образуется тонкая нагретая жидкая пленка из красящего состава, происходит окрашивание деревянного изделия. Далее за время от 10 до 20 секунд происходит прогрев поверхности деревянного изделия до температуры от 131°С до 170°С, верхний слой становится более вязким, что позволяет частичкам прямого красителя закрепиться на поверхности деревянного изделия, давление в 6 атмосфер требуется для того, чтобы обеспечить быстрый прогрев поверхности деревянного изделия. После короткой стадии остывания частички прямого красителя прочно закрепляются на деревянном изделии. Окраска деревянного изделия приобретает окончательный яркий тоновый вид. При этом конечным техническим результатом является то, что прямой краситель закрепляется равномерно по всей поверхности деревянного изделия, придавая данной поверхности ту цветовую палитру, которая содержится в прямом красителе.
Осуществление изобретения
Метод обработки деревянных изделий включает в себя термическую обработку красящим составом деревянного изделия в замкнутой камере при давлении в шесть атмосфер. Красящий состав состоит из прямого красителя (анионного водорастворимого красителя), растворенного в водопроводной воде в массовой доле: от 2 до 3 процентов прямого красителя, от 98 до 97 процентов водопроводной воды. Деревянным изделием в данном случае является неокрашенная и химически необработанная струганная, шлифованная или дробленая (в виде деревянной щепы) заготовка из древесины. Водопроводной водой в данном случае является вода со следующими показателями и долей растворенных в ней микроэлементов: водородный показатель, единиц от 6,0 до 9,0 рН; концентрация ионов магния и кальция от 0 до 6 миллиграмм-эквивалентах на 1 л; наличие хлоридов менее 350 мг/л; наличие сульфатов менее 500 мг/л; наличие нитратов менее 20 мг/л; наличие железа менее 1 микрограмм/л; наличие марганца менее 0,1 мг/л; перманганатная окисляемость ниже 2 мг кислорода на литр; наличие азота аммонийного менее 0,5 мг/л; хлора менее 2 мг/л; меди и ее соединений менее 1,0 мг/л; полиакриламида менее 2 мг/л; алюминия не более 0,5 мг/л; бария менее 0,1 мг/л; бензапирена менее 0,005 микрограмм/л; бензола менее 0,2 микрограмм/л; бериллия менее 0,5 мг/л; дихлорэтана менее 0,3 мг/л; кадмия менее 50 мг/л; калия менее 180 мг/л; кремния менее 10 мг/л; молибдена менее 0,25 мг/л; мышьяка менее 0,05 мг/л; натрия менее 120 мг/л; никеля менее 0,1 мг/л; нитритов менее 3,3 мг/л; ртути менее 0,5 микрограмм/л; свинца менее 0,03 мг/л; селена менее 0,01 мг/л; серебра менее 0,05 мг/л; стронция менее 7 мг/л; фтора менее 0,7 мг/л; хрома менее 0,5 мг/л; цинка менее 5 мг/л.
Процентное соотношение прямого красителя от 2 до 3 процентов и соответственно водопроводной воды от 97 до 98 процентов в красящем составе в данном случае подбирается исходя из типа древесины деревянных изделий и температурном режиме зависимости от типа прямого красителя, который применяется при обработке деревянного изделия, типа древесины, из которого изготовлено деревянное изделия. Термическая обработка деревянного изделия проводится при температуре, при которой поверхностный слой древесного изделия становится более мягким и начинает размягчаться лигнин, являющийся структурной частью древесины данного деревянного изделия. Температура размягчения лигнина может колебаться в пределах от 130°С до 160°С (градусов Цельсия) в зависимости от типа древесины, из которого изготовлено деревянное изделие.
Процесс термической обработки деревянного изделия представляет из себя процесс нагрева красящего состава до температуры от 131°С до 170°С и давления в 6 атмосфер, при которых красящий состав представляет из себя газопаровую смесь и дальнейшая подача нагретого красящего состава в герметичную камеру, в которой находится деревянное изделие. При этом на момент подачи нагретого красящего состава температура камеры, в которую загружено и загерметизировано деревянное изделие, и температура деревянного изделия составляют от 5°С до 20°С. Подача в камеру красящего состава осуществляется за время порядка 10 секунд. Далее за время от 10 до 20 секунд, в зависимости от температуры, до которой нагрета газопаровая смесь (красящий состав), происходит обработка деревянного изделия красящим составом при температуре от 131°С до 170°С и давлении в 6 атмосфер. При соприкосновении нагретой до температуры от 131°С до 170°С газопаровой смеси с холодной по сравнению с ней поверхностью деревянного изделия с температурой от 5°С до 20°С происходит конденсация данной газопаровой смеси, при этом конденсация происходит по всей поверхности деревянного изделия, с которой взаимодействует газопаровая смесь. В процессе конденсации на всей поверхности деревянного изделия быстро образуется тонкая нагретая жидкая пленка из красящего состава, происходит окрашивание деревянного изделия. Далее за время от 10 до 20 секунд при дальнейшей обработке деревянного изделия нагретым красящим составом происходит прогрев поверхности деревянного изделия до температуры от 131°С до 170°С, верхний слой немного размягчается и становится более вязким, что позволяет частичкам прямого красителя закрепиться на поверхности деревянного изделия. Высокое давление в 6 атмосфер требуется для того, чтобы обеспечить быстрый прогрев поверхности деревянного изделия за счет большей интенсивности теплообмена при высоком давлении. Далее после окончания стадии окрашивания деревянного изделия оставшийся красящий состав выводится из камеры и камера, в которой находится деревянное изделие, вакуумируется до 0,1 атмосферы или до еще более малого вакуума. Происходит сушка деревянного изделия, после которой камера разгерметизируется, и деревянное изделие извлекается из нее. После короткой стадии остывания, частички прямого красителя прочно закрепляются на деревянном изделии. Окраска деревянного изделия приобретает окончательный яркий тоновый вид. При этом прямой краситель закрепляется равномерно по всей поверхности деревянного изделия, придавая данной поверхности ту цветовую палитру, которая содержится в прямом красителе.