СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ
METHOD FOR PRODUCTION OF MODIFIED WOOD

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/см<sup>3</sup>
1,055±0,004
1,04±0,005
8
Устойчивость к действию электролитов (водный раствор с массовой долей MgCl<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O 3% и водный раствор с массовой долей NH<sub>4</sub>CI 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/м<sup>3</sup>
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<sup>-6</sup>, 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.