Использование методов пропитки длинномерных сортиментов

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

А.Р.Бирман, А.С.Кривоногова

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 630*532.5 А.Р.Бирман

А. С.Кривоногова

Санкт-Петербург, Россия

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОПИТКИ ДЛИННОМЕРНЫХ СОРТИМЕНТОВ

Аннотация. Определены методики проведения экспериментов по пропитке древесины. Проведен критический анализ способов пропитки древесины. Рассмотрены некоторые способы защитной пропитки древесины с учетом действия на повышение ее качественных характеристик. Исследовались различные лиственные породы древесины. При изготовлении опытных образцов использовался метод парных образцов. Результаты экспериментов пропитки образцов для разных пород анализировались с последующими рекомендациями к выбору методов пропитки. Разработаны рекомендации по выбору способов пропитки древесины.

Определена возможность использования борирования древесины в качестве защитного материала. Получены параметры скорости и объемов поглощения пропиточных растворов, таких как вода и борная кислота. Проведена опытная проверка защищающей способности уплотненной и пропитанной раствором борной кислоты древесины при воздействии нейтронных потоков различной плотности.

Проводились проверки встречно-центрифужного способа пропитки в поле центробежных сил в производственных условиях, на экспериментальной исследовательской станции в соответствии с программой и методикой экспериментального исследования. Даны рекомендации по осуществлению встречно-центрифужного способа пропитки в поле центробежных сил и определены режимы пропитки на экспериментальном и производственном оборудовании. Рассмотрены технологические методы процесса пропитки древесины в результате действия давления жидкости в пропитывающем цилиндре при его вращении. На основании результатов исследований встречно-центробежного способа пропитки получены опытно-экспериментальные результаты с рекомендательными выводами.

Отработана методика экспериментальных исследований со сравнительным анализом защищающих способностей деревянных образцов и образцов защитных материалов. Сделаны выводы, классифицирующие методы пропитки древесины по трем основным физическим явлениям, происходящим при пропитке древесины.

Определены качественные и количественные оценки пропитки образцов древесины. Получены опытные результаты, характеризующие недостатки некоторых методов пропитки, а также малопроизводительные методы пропитки древесины. Определены неприменимые способы пропитки древесины при производстве нейтронозащитных материалов. Получены результаты исследований встречно-центробежного способа пропитки с соответствующими выводами. Описаны оптимизирующие технологические процессы методов пропитки, осуществляющие пропитку под давлением, с использованием автоклавного метода и метода, основанного на проникновении пропиточной жидкости в древесину под давлением центробежных сил. Предлагаются технические решения, обеспечивающие снижение энергоемкости процесса пропитки за счет исключения затрат на создание давления в пропитывающей жидкости, упрощающие технологический процесс загрузки и выгрузки лесоматериалов и обеспечивающие повышение производительности способов обработки древесины.

Ключевые слова: древесина; пропитка жидкостями; пропитка борной кислотой; пропитка в центробежном поле; нейтронозащитные материалы; снижение энергоемкости.

Сведения об авторах: Бирман Алексей Романович1, доктор технических наук, профессор кафедры технологии лесозаготовительных производств; Кривоногова Александра Станиславовна2, доцент кафедры начертательной геометрии и графики, SPIN-код 8399-6121.

Место работы: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М.Кирова.

Контактная информация: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, тел.: 1 9313456789, 2 9215555501, e-mail: 1 birmanl947@mail.ru, 2 kas.spb.lta@mail.ru

Рассмотрим некоторые способы защитной пропитки древесины с учетом действия на повышение ее качественных характеристик. Для пропитки используют жидкие масла и растворы различных веществ в воде или органических

растворителях. Это один из основных способов повышения стойкости древесины с целью ее защитной обработки. Процесс пропитки в основной мере является чисто физическим, так как пропиточные жидкости не вступают в химическую

Вестник НВГУ. № 1/2015

МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ

реакцию с древесиной. Проникновение пропиточного раствора в древесину происходит в результате действия сил различной физической природы: капиллярных, центробежных, диффузионных, электростатических, сил давления и пр. Процесс пропитки проходит в условиях преобладающего воздействия каждого вида сил, и в соответствии с этим способы пропитки подразделяют по преобладающему виду воздействия [2].

Проведенный анализ известных способов пропитки древесины позволяет заключить, что классификация методов пропитки древесины основана на трех основных физических явлениях, происходящих при пропитке:

— перемещение жидкости в древесине под действием капиллярных сил;

— диффузионное перемещение молекул или ионов пропитывающего вещества;

— перемещение жидкости в древесине под действием внешнего избыточного давления.

Способы капиллярной и диффузионной пропитки малопроизводительны из-за длительности процесса, достигающей нескольких месяцев, и во многих случаях малоэффективны из-за незначительной глубины проникновения (несколько миллиметров) пропиточных жидкостей в древесину. Недостатками пропитки за счет электростатических сил являются значительная энергоемкость процесса и техническая сложность его осуществления. Поэтому на практике, как правило, осуществляют пропитку под давлением, используя автоклавный метод и метод, основанный на проникновении пропиточной жидкости в древесину под давлением центробежных сил [5]. Использование чисто капиллярного давления без внешнего давления неприменимо для создания защитных материалов, так как полная сквозная пропитка древесины в этом случае является длительным процессом без фиксированных временных границ. Диффузная пропитка также протекает медленно, поскольку движущимся частицам приходится преодолевать дополнительные сопротивления при прохождении через мембраны окаймленных пор или микрокапилляры в стенках клетки, и также не имеет фиксированных временных границ.

Пропитка под действием внешнего избыточного давления в холодных ваннах с предварительным нагревом, пропитка в автоклавах неприменимы при производстве нейтронозащитных материалов по причинам, изложенным в [4].

Предлагается рассмотреть способ встречноцентробежной пропитки, суть которого изложе-

на в [1]. Основной объем экспериментальных исследований производился на базе оборудования кафедры технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им.

С.М.Кирова — центрифуги S-52. Опытные исследования проводились на двух породах древесины — осины и березы. Образцы выпиливались из свежезаготовленных материалов с начальной влажностью не менее W=70—80%. Образцы подвергались пропитке раствором борной кислоты, подкрашенной двухпроцентным раствором перманганата калия. При изготовлении образцов использовался метод парных образцов, при котором при раскройке кряжей обращается внимание на строгую симметричность образцов, предназначенных для эксперимента. Процесс пропитки проводился в следующем порядке. Опытные образцы помещались в цилиндрические стаканы, расположенные по периферии от оси вращения центрифуги. Борная кислота заливалась до такого уровня, чтобы один торец образца выступал из жидкости при вращении, что необходимо для обеспечения выхода защемленному в древесину воздуху. Пропитка происходит в результате действия давления жидкости в пропитывающем цилиндре при его вращении. Так как масса жидкости в цилиндре значительно больше массы жидкости в капилляре, то и центробежные силы жидкости в объеме цилиндра будут больше, чем в капилляре.

Качественная и количественная оценка пропитки образцов проводилась по трем показателям:

— скорость пропитки;

— поглощение борной кислоты;

— равномерность окрашивания площади поперечных сечений [3].

На основании результатов исследований встречно-центробежного способа пропитки сделан ряд выводов:

— жидкость, проникающая через боковую и одну из торцевых поверхностей, вытесняет через другую торцевую поверхность воздух, что обуславливает равномерное и интенсивное пропитывание образцов;

— давление жидкости на боковых сторонах детали распределяется таким образом, что характер проникновения жидкости исключает возможность сохранения непропитанных зон древесины;

— борсодержащие препараты хорошо проникают в древесину;

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

А.Р.Бирман, А.С.Кривоногова

— создается возможность регулирования количества впитывающейся жидкости и достижения максимальной насыщенности древесины за счет варьирования временем пропитки; при необходимости часть жидкости можно удалить путем вращения в этой же центрифуге после удаления пропитывающего состава из центрифуги;

— способ применим для пропитки изделий из древесины со сложным поперечным сечением и наличием пороков.

Таким образом, в результате настоящих и ранее проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

— Борированная древесина может использоваться для защиты от нейтронных потоков малых и средних энергий.

— Борная кислота хорошо проникает в древесину и равномерно в ней распределяется.

— Наиболее рациональным способом пропитки древесины является встречно-центробежный способ.

— Экспериментально установленные режимы сквозной пропитки древесины борной кислотой могут служить основой для определения параметров пропитки встречно-центробежным способом на серийно выпускаемом промышленном оборудовании.

— Нейтронозащитные древесные материалы в 20—30 раз дешевле применяемых в настоящее время водородосодержащих защитных материалов [2; 3; 4].

ЛИТЕРАТУРА

1. Белоногова Н.А. Повышение защитных свойств низкосортной древесины путем пропитки и уплотнения: Автореф. ... канд. техн. наук. СПб., 1999.

2. Бирман А.Р., Белоногова Н.А., Кривоногова А.С. Способ торцовой пропитки длинномерных сортиментов на определенную их длину // Современные проблемы переработки древесины: Мат-лы междунар. науч.-практ. конф. СПб., 2014.

3. Бирман А.Р., Соколова В.А., Кривоногова А.С. Борирование древесины пропиткой с целью повышения ее нейтронозащитных свойств // Изв. С.-Петерб. лесотехнической академии. СПб., 2014. Вып. 208.

4. Бирман А.Р, Соколова В.А., Кривоногова А.С. Торцовая пропитка длинномерных сортиментов // Научное обозрение. 2014. № 7.

5. Патякин В.И., Тишин Ю.Г., Базаров С.М. Техническая гидродинамика древесины. М., 1990.

REFERENCES

1. Belonogova N. A. Povysheniye zaschitnykh svoistv nizkosortnoy drevesiny putyom propitki i uplotneniya [Increasing the protective properties of the low-grade timber by treatment and consolidation. The abstract of the thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences], Saint-Petersburg, 1999 (in Russian).

2. Birman A.R., Belonogova N.A., Krivonogova A.S. Sposob tortsovoy propitki dlinnomemykh sortimentov na opredelyonnuju ikh dlinu [The method of frontal treatment of long-cut timber at a certain log length] // Sovremen-niye problemy pererabotki drevesiny [Modem problems of timber processing: proceedings of the International Scientific and Practical Conference], Saint-Petersburg, 2014 (in Russian).

3. Birman A.R., Sokolov V.A., Krivonogova A.S. Borirovaniye drevesiny propitkoy s tselju povysheniya ejo neitronozaschitnykh svoistv [Boric acid treatment of timber in order to improve its neutron protective properties] // Proceedings of the St. Petersburg Forestry Academy. Saint-Petersburg, 2014. Issue 208 (in Russian).

4. Birman A.R., Sokolov V.A., Krivonogova A.S. Tortsovaya propitka dlinnomemykh sortimentov [Frontal treatment of long-cut timber] // Nauchnoye obozreniye. 2014. № 7 (in Russian).

5. Patyakin V.I., Tishin Y.G., Bazarov S.M. Tekhnicheskaya gidrodinamika drevesiny [Technical hydrodynamics of timber]. Moscow, 1990 (in Russian).

Вестник НВГУ. № 1/2015

МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ

A. R. Birman A. S. Krivon ogova

St. Petersburg, Russia

METHODS OF LONG-CUT TIMBER PRESERVATION TREATMENT

Abstract: The following paper defines and analyses the methods of experimental wood treatment and considers some of the ways of timber preservation with respect to improving the quality of timber performance. The authors have studied various hardwoods. When producing test prototypes, the method of paired samples was used. The researchers have analyzed the experimental results of various wood treatment and produced recommendations concerning the choice of timber treatment methods.

The paper defines the possibility of using timber borating as a protective means. The authors have obtained the absorption rate and volume parameters for treatment solutions such as water and boric acid and conducted experimental verification of protective ability of compacted wood soaked in a boric acid solution when exposed to neutron fluxes of different densities.

Following the experimental research program and methods, the researchers have tested the method of countercentrifuge timber treatment in the centrifugal force field in a production environment and at a pilot research station, produced recommendations for the use of anti-centrifugal timber treatment in the centrifugal force field and defined the modes for wood treatment on the pilot and production equipment. The authors have also considered the technological methods of wood treatment process resulting from liquid pressure in the rotating impregnating cylinder, obtained experimental findings and produced the succeeding recommendations based on the results of studying counter-centrifugal timber treatment.

The researchers have worked through the method of experimental studies combined with a comparative analysis of protective characteristics of samples of timber and protective materials, as well as made conclusions classifying the methods of wood treatment according to three main physical phenomena occurring during timber treatment.

The paper defines the qualitative and quantitative rates of wood preservation treatment. During the experiments the researchers have obtained the results characterizing the shortcomings of some wood treatment methods and inefficient treatment methods, defined the inapplicable methods in the production of neutron protective materials, obtained the results of counter-centrifugal treatment method studies and made appropriate conclusions. The researchers have also described the optimizing technological processes of timber treatment techniques under pressure, with the use of autoclave method and the method based on the soaking liquid penetrating the timber under the pressure of centrifugal forces. The paper offers technical solutions of reducing energy consumption during wood treatment by eliminating the costs of creating pressure in the soaking liquid. This approach simplifies the manufacturing process of timber loading and unloading and provides for increased productivity of wood treatment.

Key words: timber; treatment with liquids; boric acid treatment; treatment in a centrifugal field; neutron protective materials; reduction of energy consumption.

About the authors: Alexey Romanovich Birman, Doctor of Technical Sciences, Professor at the Department of Timber Production Technology; Alexandra Stanislavovna Krivonogova, Assistant Professor at the Department of Descriptive Geometry and Graphics, SPIN-code 8399-6121.

Place of work: Saint-Petersburg State Forest-Technical University

УДК 612.396.172 С.Ю. Солдатова

Москва, Россия

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ХИТОЗАНА ИЗ ПАНЦИРЬСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Аннотация. Цель работы — получение хитозана из различных видов сырья: панцирь рака, панцирь креветки, целиковый рачок гаммаруса. Для этого были поставлены задачи отработки щадящей технологии выделения хитина из первичного сырья и его сушки, наиболее полного деацетилирования хитина и получения хитозана, определения физико-химических свойств образцов хитозана.

На основании эксперимента был рассчитан выход готового продукта по сырью (около 11% для панцирей раков и креветок, 4% для гаммаруса) и по хитину (79%, 78% и 62% соответственно).