Способ морения древесины

 

Изобретение относится к химической обработке древесины и может быть использовано на предприятиях деревообрабатывающей промышленности и в производстве мебели, паркета и облицовочных материалов. Сущность изобретения: способ сквозного окрашивания (морения) древесины осуществляется в герметически закрытом реакторе путем термохимической обработки деревянных изделий или заготовок парами биурета, образующимися при нагревании кристаллического порошка биурета или мочевины при 150 - 180^oС и давлении 2 - 6 атм. В результате такого морения в течение 3 - 6 ч древесина приобретает различную окраску: от золотисто-желтой до темно-коричневой и черной. Окраска дерева зависит от его породы, времени морения, температуры и давления. Предлагаемый способ морения древесины позволяет существенно улучшить ее внешний вид, что может найти применение при облагораживании дешевых пород дерева осина, береза, ольха и др. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к химической обработке древесины и может быть использовано для сквозного парофазного окрашивания (морения) различных пород древесины на предприятиях деревообрабатывающей промышленности и мебельных фабриках (производство мебели, паркета и облицовочных панелей).

Известны способы химической обработки древесины с целью ее окраски хроматами, бихроматами, фторидами и арсенатами металлов [1] окисями и гидроокисями алюминия, титана, циркония и цинка [2] 20% водным раствором продукта конденсации ортофосфорной кислоты и мочевины [3] фосфорной кислоты и сернокислого анилина [4] Однако все эти способы не обеспечивают глубинного сквозного окрашивания древесины.

Ближайшим аналогом из числа известных технических решений является способ морения дуба, включающий его обработку в камере аммиаком, который с целью ускорения процесса морения предусматривает температуры в интервале 110-120^оС и вакуум порядка 0,2-0,3 кгс/см² [5] Однако этот способ имеет ряд существенных недостатков, главные из которых: длительность процесса морения в течение 48-72 ч; использование агрессивного, взрывоопасного и экологически вредного химического реагента газообразного аммиака.

Техническим результатом данного изобретения является существенное ускорение процесса морения древесины как лиственных, так и хвойных пород путем их химической обработки экологически безвредными реагентами.

Технический результат достигается тем, что в способе морения древесины, включающем обработку ее химическим реагентом при нагревании в автоклавах, в качестве химического реагента используют кристаллический биурет или его предшественник, который нагревают до 150-180^оС.

По изобретению биурет используют в количестве 2-4% от массы древесины, а предшественник биурета в количестве 4-6% от массы древесины.

Образование паров биурета сопровождается ростом давления в реакторе, предельное значение которого зависит от свободного объема реактора, остающегося после загрузки древесины и загрузки биурета, и достигает максимума (2-6 кгс/см²) после полного перехода биурета из кристаллического состояния в парообразное. Пары биурета при давлениях свыше 2 кгс/см проникают на всю глубину деревянных заготовок. В результате химического взаимодействия биурета с полимерными молекулами древесины (целлюлоза и лигнен), а также с более низкомолекулярными компонентами (гексозаны, пентозаны, пектины, гемицеллюлозы) образуются различные окрашенные продукты. Благодаря протеканию этих процессов происходит сквозное равномерное прокрашивание древесины. При этом улучшаются не только декоративные, но и механические характеристики дерева, о чем свидетельствует увеличение механической прочности и степени полируемости поверхности его.

Специфика окраски древесины, обработанной парами биурета, зависит от породы дерева, времени обработки в реакторе, температуры, давления и меняется от желто-золотистого до коричневого и черного цветов.

Производство биурета является весьма дорогостоящим процессом. Поэтому предлагается получать его из мочевины в том же реакторе в процессе морения древесины.

Известно, что при медленном нагревании мочевины до 150-160^оС происходит образование изоциановой кислоты, которая затем реагирует со второй молекулой мочевины с образованием биурета 1. H₂NCONH₂ ___→ + NH 2. HN=C=0+H₂NCONH₂ ___→ H₂NNH₂ При этой реакции выделяется газообразный аммиак, который также принимает участие в морении древесины. Связывание аммиака ускоряет первую стадию реакции получения биурета и увеличивает выход последнего. По данным хроматографического анализа выход биурета достигает 65-80% от теоретического.

При обработке древесины аммиаком газ напускается в реактор из баллона, тогда как в случае морения древесины парами биурета реактив нагревается вместе с деревом в герметически закрытом реакторе, не имеющем системы напуска. Отсутствие такой системы в аппаратурной схеме "биуретового морения" древесины делает этот процесс по сравнению с "аммиачным морением" технологически более простым и полностью герметичным. Последнее крайне важно с точки зрения соблюдения норм экологической безопасности окружающей среды.

Важно также отметить, что процесс "биуретового морения" протекает в 8-10 раз быстрее (4-6 ч), чем при "аммиачном морении" (48-72 ч), что резко увеличивает съем готовой продукции с единицы производственной площади.

Необходимо также отметить, что длительное воздействие паров аммиака на древесину приводит к частичной деструкции целлюлозных волокон, являющихся фактической арматурой древесного ствола. Это в свою очередь приводит к снижению механической прочности изделий и заготовок из дерева.

Согласно нормативам, разработанным для предприятий химической промышленности, аммиак относится к химически активным, взрывоопасным и вредным для здоровья человека веществам. Поэтому для работы с ним и его хранения требуются особые условия и меры предосторожности. Биурет и мочевина в отличие от аммиака не попадают в категорию химически вредных веществ и могут храниться в рабочем помещении в обычной, защищенной от воздействия влаги таре сколь угодно долго.

П р и м е р 1. Процесс "биуретового морения" проводят в реакторе, выполненном из нержавеющей стали или дюраля (см. чертеж). На дно реактора 1 в поддон 2 помещают сухой кристаллический порошок биурета в количестве 2% от веса древесины, подвергающейся морению. Затем в реактор загружают сетчатую корзину 3 с заготовками осины размерами 40 х 40 х 500 мм с влажностью 20% Объем древесины не должен превышать 0,75 от общего объема реактора. Реактор закрывают крышкой 4, продувают инертным газом (азотом) в течение 10 мин и герметизируют. Включают электрообогрев реактора и нагревают его до 170^оС, давление в реакторе при этом достигает 4 ати. Выдерживают древесину при этих условиях в течение 4 ч, затем реактор охлаждают, сбрасывают остаточное давление, разгерметизируют и вынимают корзину с мореной древесиной. Получают равномерно окрашенную на всю глубину в золотисто-коричневый цвет древесину. Мореная биуретом осина хорошо обрабатывается на станках и отлично полируется.

П р и м е р 2. Способ осуществляют по примеру 1. В качестве источника биурета используют кристаллическую мочевину в количестве 6% от веса древесины. В реактор помещают бруски дуба размером 40 х 40 х 600 мм с влажностью 15% Температуру в реакторе повышают до 160^оС в течение 1 ч, давление достигает 6 ати. Выдерживают древесину при этих условиях в течение 6 ч. Получают мореную древесину дуба, окрашенную в черный цвет, хорошо обрабатывающуюся и полирующуюся.

П р и м е р 3. Способ по примеру 1. В качестве источника биурета используют мочевину в количестве 4% от веса древесины. В реактор помещают заготовки ели размером 50 х 50 х 400 мм с влажностью 25% Температуру в реакторе повышают до 160^о и выдерживают при этой температуре 4 ч. Получают мореную древесину ели, окрашенную в золотисто-желтый цвет.

П р и м е р 4. Способ по примеру 1. Используют мочевину в количестве 5% от веса древесины. В реактор помещают бруски бука размером 50 х 50 х 600 мм с влажностью 15% Морение ведут при 160^оС в течение 5 ч. Получают мореный бук, окрашенный в темно-коричневый цвет.

Формула изобретения

1. СПОСОБ МОРЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ, включающий обработку ее химическим реагентом при нагревании в автоклаве, отличающийся тем, что в качестве химического реагента используют кристаллический биурет или его предшественник, который нагревают до 150-180^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что биурет используют в количестве 2-4% от массы древесины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что предшественник биурета используют в количестве 4-6% от массы древесины.

РИСУНКИ

Рисунок 1