Модифицированный древесный материал и способ его получения

Группа изобретений относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к модифицированию древесины. Для получения модифицированной древесины выполняют обработку смолой массива древесины, имеющей влагосодержание по меньшей мере 10%, где раствор смолы содержит фенолформальдегид, мочевино-формальдегидную смолу, меламиновую смолу, лигнин, таннин или их смесь. Затем выполняют стадию термической модификации, на которой древесину нагревают при температуре от 160 до 230°С при атмосферном давлении или при температуре от 120 до 230°С при давлении выше атмосферного. Повышается твердость поверхности и биологическая стабильность древесного материала. 2 н. и 6 з.п. ф-лы.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу получения модифицированного древесного материала, где после стадии обработки смолой следует стадия термической модификации. Настоящее изобретение также относится к модифицированному древесному материалу, получаемому с использованием упомянутого способа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Многие необработанные породы дерева весьма восприимчивы к факторам влияния, вызванного внешней средой. Необработанная древесина, которая в течение длительных периодов времени подвергается воздействию влажности и/или почвы, теряет прочность вследствие воздействия микроорганизмов или насекомых различных типов. Следовательно, важно обработать менее стойкую древесину с целью повышения ее сопротивления воздействию влажности и грибка. Кроме того, древесина, подвергающаяся воздействию ультрафиолетового излучения, восприимчива к обесцвечиванию и деградации.

Существует несколько различных методов обработки, которые повышают стойкость древесины. В течение длительного времени применяют химические методы обработки древесины с целью повышения биологической стойкости и прочности. В древесину могут быть введены многие химические вещества. Эти вещества обычно называются фунгициды и они обеспечивают длительную сопротивляемость организмам, которые вызывают деградацию древесины. Такая обработка при правильном применении может увеличить срок службы древесины в пять-десять раз.

Другой известный способ повышения стойкости древесины заключается в обработке древесины при высоких температурах с целью термической модификации древесины. В процессе термической модификации из древесины удаляются определенные органические соединения, в результате чего снижается возможность разрастания

грибков и гнили на древесине. Таким образом, за счет нагрева древесины до определенной температуры можно сделать лигноцеллюлозные волокна менее аппетитными для грибков и насекомых. К тому же, термическая модификация может улучшить свойства древесины по отношению к влаге как жидкости, так и влажности, то есть пониженное равновесное содержание влаги, меньшая деформация при увлажнении и повышенная атмосферостойкость. Одним из потенциальных недостатков термически модифицированной древесины является снижение прочности как прочности на изгиб, так и твердости поверхности в результате процесса модификации, что может снизить срок полезной службы материала.

В заявке W02008/155466 A1 раскрыт способ, в котором термически модифицированную древесину пропитывают смолой, а затем сушат и/или отверждают.

В заявке RU2008139647 раскрыт способ, в котором на стадии пропитки при повышенном давлении применяют карбамидоформальдегидный олигомер, после чего проводят стадию сушки, затем обрабатывают посредством пульсирующего магнитного поля и проводят термообработку при 140-160°С.

В заявке US 4486475 раскрыт способ, содержащий стадии пропитки древесины модифицирующей системой, сушки пропитанной древесины в гидрофобном теплоносителе, и отверждения пропитывающей системы в древесине. Процессы сушки и отверждения выполняют в вакууме или при пониженном давлении в одном и том же автоклаве и с тем же гидрофобным теплоносителем при повышении температуры теплоносителя от 40 до 140°С.

Таким образом, существует потребность в улучшенном модифицированном древесном материале. Существует также потребность в улучшенных способах изготовления модифицированных древесных материалах.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является предоставление древесного материала, обладающего улучшенными свойствами, такими как повышенная стабильность, твердость поверхности и биологическая стабильность.

Другая цель настоящего изобретения заключается в предоставлении эффективного способа получения упомянутого древесного материала.

Эти цели и другие преимущества достигаются с помощью способа и материала, соответствующих независимым пунктам формулы изобретения.

Настоящее изобретение относится к способу получения модифицированного древесного материала, где после стадии обработки смолой следует стадия термической модификации. Настоящее изобретение также относится к модифицированному древесному материалу, который можно получить с помощью упомянутого способа.

Полимерный раствор, который применяют в способе по настоящему изобретению, содержит фенолформальдегид, мочевино-формальдегид, меламиноформальдегидную смолу, лигнин, таннин или смесь этих компонентов.

Влажность древесины, применяемой в способе по настоящему изобретению, составляет по меньшей мере 10%.

На стадии термической модификации эту древесину нагревают при температуре от 160°С до 230°С при атмосферном давлении или при температуре от 120°С до 230°С при давлении выше атмосферного.

Настоящее изобретение относится также к древесине, обработанной в соответствии с описанным выше способом. Полученная древесина обладает повышенной прочностью и меньшим разрыхлением волокон. В одном варианте осуществления настоящего изобретения обработанная древесина является древесиной мягких пород. В одном варианте осуществления настоящего изобретения обработанная древесина является древесиной твердых пород.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу получения модифицированной древесины, в котором после стадии обработки смолой следует стадия термической модификации.

Благодаря обработке древесины смолой перед термической модификацией можно обеспечить повышенную стабильность, твердость поверхности и биологическую стабильность. Кроме того, способ по настоящему изобретению не требует какой-либо отдельной стадии сушки или отверждения после обработки смолой, то есть повышается эффективность способа.

В одном варианте изобретения древесина, используемая в способе по настоящему изобретению, является свежесрубленной древесиной, не подвергавшейся какой-либо сушке.

Влагосодержание древесины, используемой в способе по настоящему изобретению, составляет по меньшей мере 10%. В одном варианте осуществления настоящего изобретения это влагосодержание составляет от 10% до 20%. В другом варианте осуществления влагосодержание составляет от 11% до 15%, например, от 12% до 14%. В другом варианте осуществления влагосодержание составляет около 12%. В одном варианте осуществления влагосодержание близко к точке насыщения волокна. Это влагосодержание, а также точку насыщения волокна древесины можно определить с помощью методов, известных в данной области техники.

В одном варианте настоящего изобретения обработку смолой проводят при повышенном давлении, то есть выше 1 бар (100 кПа), при комнатной температуре или температуре окружающей среды, например, от 20°С до 50°С или от 20°С до 40°С. В одном варианте осуществления обработку смолой проводят в вакууме или при давлении ниже атмосферного. В течение последующей термической модификации имеет место полное отверждение и сшивание смолы.

Раствором смолы обычно является водный раствор, содержащий от 1 масс.% до 50 масс.% смолы. В одном варианте осуществления настоящего изобретения этот раствор содержит от 10 масс.% до 15 масс.% смолы. Величина pH раствора смолы обычно находится в диапазоне от pH 3 до pH 7. При необходимости этот раствор может содержать дополнительные компоненты, например, пигменты, поверхностно-активные вещества, отвердители, pH-стабилизаторы и антипирены.

Раствор смолы можно наносить на древесину с помощью кисти, а также методом инжекции, распыления, окунания или погружения. Количество смолы, наносимой на древесину, может составлять 10-400 г/м², лучше 10-150 г/м², предпочтительно 30-100 г/м², а более предпочтительно около 50 г/м², при расчете по сухому веществу в состоянии отверждения.

Стадию термической модификации можно проводить в атмосфере практически свободной от кислорода. Это может быть преимуществом при использовании высоких температур, поскольку древесина легко воспламеняется при высоких температурах, но отсутствие кислорода устраняет этот риск.

На стадии термической модификации древесину нагревают при температуре от 160°С до 230°С при атмосферном давлении или при температуре от 120°С до 230°С при давлении выше атмосферного. В одном варианте осуществления эта температура находится между 200°С и 230°С при атмосферном давлении.

Период времени, требуемый для проведения стадии термической модификации, зависит от используемой древесины, но обычно этот период находится в диапазоне от 30 секунд до 5 часов, например, около 1-2 часов. Параметры процесса, заданные для термической модификации древесины, зависят от используемой древесины и от конечного использования готового древесного материала.

В одном варианте осуществления на стадии термической модификации применяют градиент температур. В этом варианте древесину сначала нагревают до постоянной температуры по всему поперечному сечению кусков древесины, а затем за счет быстрого охлаждения создают градиент температуры, при котором сердцевина древесины имеет более высокую температуру, чем поверхность.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения древесину можно уплотнять в течение или после стадии термической модификации. Уплотнение можно выполнить за счет приложения давления к древесине. Это уплотнение можно проводить под давлением 1-3 кг/см², а максимальное сжатие должно составлять около 10% от толщины древесины.

Для уплотнения предпочтительно применять и давление и тепло, поскольку такое сочетание позволяет улучшить уплотнение древесины. Уплотнение можно проводить в автономном режиме, неавтономном режиме или в режим обработки на линии, то есть в процессе обработки в соответствии с настоящим изобретением. При уплотнении в автономном режиме можно использовать горячее прессование после стадии термической модификации. При уплотнении в процессе обработки можно использовать системы на основе валка или плиты. Такое уплотнение можно проводить на стадии термической модификации или после этой стадии.

Благодаря уплотнению древесины ее поверхность становится более твердой, то есть волокна на поверхности становятся менее склонными к воздействию влаги и сохраняют свою первоначальную форму. Это уплотнение также приводит к уменьшению тенденции к разрыхлению волокон на поверхности древесины. Поверхностная плотность и, следовательно, твердость древесины также повышаются.

Настоящее изобретение также относится к древесине, обработанной описанным выше способом. Полученная таким способом древесина обладает повышенной стабильностью, твердостью поверхности и биологической стабильностью, повышенной прочностью и меньшей рыхлостью волокон. Предпочтительно, чтобы обработанная древесина являлась древесиной мягких пород. Однако, посредством способа по настоящему изобретению можно обрабатывать и древесину другого типа, такую как древесину твердых пород.

Обработанная таким способом древесина может использоваться для изготовления множества различных продуктов, например, обшивочного материала, настила, осветительных столбов, причальных сооружений, столярных изделий, мебели и т.д.

Используемый в настоящем описании термин «массив дерева» означает компонент из массивной древесины любой породы.

Полученный модифицированный древесный материал можно использовать для изготовления множества различных продуктов, таких как обшивочный материал, настил, оконный и дверной профиль, осветительные столбы, причальные сооружения, столярные изделия, мебель и т.д.

Ввиду описанного выше подробного описания настоящего изобретения специалистам в данной области техники станут очевидны другие модификации и варианты. Однако, должно быть очевидно, что такие другие модификации и варианты могут быть сделаны без отклонения от сущности и объема изобретения.

1. Способ получения модифицированной древесины, содержащий стадии: a) обработки смолой массива древесины, имеющей влагосодержание по меньшей мере 10%, где раствор смолы содержит фенолформальдегид, мочевино-формальдегидную смолу, меламиновую смолу, лигнин, таннин или их смесь, а затем b) стадию термической модификации, на которой древесину нагревают при температуре от 160°С до 230°С при атмосферном давлении или при температуре от 120°С до 230°С при давлении выше атмосферного.

2. Способ по п. 1, где стадия термической модификации осуществляется в среде, практически свободной от кислорода.

3. Способ по п. 1 или 2, где стадию термической модификации осуществляют при давлении выше атмосферного.

4. Способ по любому из пп. 1-3, где влагосодержание древесины составляет около 12%.

5. Способ по любому из пп. 1-3, где влагосодержание древесины приблизительно равно точке насыщения волокна.

6. Способ по любому из пп. 1-5, где смола является фенолформальдегидной смолой.

7. Модифицированный древесный материал, получаемый способом по любому из пп. 1-6.

8. Модифицированный древесный материал по п. 7, где древесина является древесиной мягкой породы.