Способ металлизации древесины
Союз Советсник
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
В 27 К 3/22 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет Опубликовано 15.08.81. Бюллетень №30 Дата опубликования описания 15.08.81 (53 } УД К 674.049 (088.8) (72) Авторы изобретения Б; И. Купчинов и Ю. Д. Баранов ) Институт механики металлополнмерны систем АН Белорусской ССР (7l) Заявитель (54) СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ДРЕВЕСИНЫ Изобретение относится к химической модификации древесины и может быть использовано в производстве новых материалов на основе древесины, преимущественно для узлов трения. Известен способ модификации древесиньт путем предварительной пропитки ее растворами солей металлов, а затем осаждения необходимого металла в древесине с использованием электрохимического метода (1) тр Известен также способ металлизацни древесины, включающий ее пропнтку раствором терморазлагающейся соли меди в аммиаке с последующей термообработкой до разложения соли в капиллярнопористой сис теме древесины (2) . 2р Недостатками данных способов являются низкие физико-механические характеристики и сложность технологического процесса. Государственный комитет СССР h0 делам изобретений н открытий Цель изобретения — повышение физик. оо-механических свойств древесины (предел прочности при сжатии, содержание металла, коэффициент теплопроводности) и упрощение технологического процесса. Поставленная, цель достигается тем, что древесину предварительно пропитывают в течение 4 — 20 ч. двуокисью азота, а в качестве раствора терморазлагающейся соли меди в аммиаке используют 10 — 30%.ный раствор муравьинокнслой меди, причем термообработку осуществляют при 180 — 200 С в течение 10 — 25 мин. Обработка древесины двуокисью азота перед пропиткой раствором муравьинокислой меди производится для повышения реакционной способности ее компонентов. Так, например, приобретение реакционной способности компонента древесины — целлюлозы — под воздействием двуокиси азота протекают по следую. щей схеме: 854713 Н 0 ОН Н т". ОООН Древесину после наполнения раствором муравьинокпслой меди продолжают выдерживать в т0 пропиточном растворе в течение 1,5 — 3,5 ч для завершения протекания монообменной реакции. Резкттионносттособньте (окисленные) компоненты древесины (полисзхариды и целлтолоза, котпгчество которых в древестпте достигает 50% 15 и более) содержат макромолекулы с карбоксильными группами. Такие соединенти (при приобретении реакционной способности) являт<этся более сильными кислотами, чем муравьиттзтт, н поэтому могут втлтеснять металл из 20 соли зтойт кислоты 0 я l î ОH При вьщер>кке такой резкцттоттттоспостэбной древесины в растворах солей, часть катионов меди из растворз прлсоедтшяется к зктивированному компоненту древесины (целлюлозе) 35 по месту кзрбоксильных водородов по принципу ионообменной реакции карбоксилов цел- люлозьт с катионами меди. Другая часть катионов меди связывается с активными карбоксильными группами дигнина и высокомолекуто лярных полисзхаридов за счет ионообмена водорода карбоксилов и гидроксильных групп на металл. Катионы меди соедтпгяются с компонентами реакционнослособной древесины прочнымп связямтт зз счет образования комплек45 Время выдержки образцов в растворе, ч 2,0 2,5 3,0 3,5 Содержание меди в древесине, % 21,2 23,9 25,3 25,8 25,9 55 ме древесины от концентрации лролиточного раствора муравьипокислой меди в 25 o-ном рзстворе аммиака показана ниже. ттли — Стэ- 9- л т:т — тэ+ т д т. где Q — рацпкал муравьиной кислоты Таким образом, оптимальное время выдержки реакционнослособных образцов древесины в растворе 2,5 — 3,0 ч. Зависимость содержат|ля меди в объе- (}Н И &" гю+н,о () 0 сов при взаимодействии катионов одновременно с карбоксилами и гидроксилами. После пропитки и выдержки образцов в растворе их высушивают, а затем подвергают термообработке при 1-80 — 200 С в течении 10— 25 мин. В результате такой обработки происходит разложение в объеме древесины частично находяшихся комплексных соединений меди (Cu(NHn)4 )+ до чистой меди. При этом выделяющийся аммиак способствуе восстановлению меди из ее окисных форм, Способ прост в аппаратном оформлении, не требует дорогостоящих реагентов (двуокись азота, применяемая в предлагаемом способе, часто является побочным продуктом многих химических процессов, имеет низкую стоимость) . Пример. Заготовки березы размерами 40х40х40 мм, влажностью б — 8%, помещают в вакуумный шкаф, где их вакуумируют до Р = 0,1 атм, а затем подают двуокись азота. По истечении времени активирования древесины (4 — 20 ч) избыток двуокиси азота, не вступившей в реакцию, откачивают, а заготовки погружают я "10 — 30 о-ный раствор муравьинокислой меди в 25% аммиака и вакуумируют в растворе до достижения 95 — 100% наполнения заготовок раствором. После наполнения заготовок раствором их выдерживают в растворе для завершения протекания ионообменной реакции между реакционно-способными компонентами древесины и катионами меди, находя щимися в растворе. Зависимость содержания меди в объеме древесины or времени выдержки образцов в 20%-ном растворе муравьинокислой меди, растворенной в 25%-ном растворе аммиака, приведена ниже, 854713 . е Концентрация раствора муравьинокислой меди в 25% аммиаке, % 20 22,4 25,8 26,0 Таблица 1 Показатели Предел прочности при сжатии, кгс/см 570 680 580 570 Содержание металла, % 23,8 23,6 23,0 21,6 20,1 Коэффициент теплопроводности, Вт/м град с 2,1 1,7 1,5 1,3 Время термообработки, мин. 25 15 Содержание меди в древесине, % 23,8 24,6 25,3 25,8 Содержание меди в древесине (время выдержки в растворе 2,5 ч),% В табл. 1 представлены физико-механические показатели модифицированной древесины, которые в большей степени зависят от времеПо мере увеличения времени окисления повышается содержание связанного металла в объеме древесины, однако прочностные свойства получаемого материала при этом уменьшаются. Это обуславливается тем, что при длительном окислении древесины (свыше 16 ч) происходит интенсивное разложение лигнина. После просушивания образцы подвергаются термообработке при 180 — 200 С в течение 10— 25 мин, что способствует разложению находящейся в объеме древесины комплексных соеВ табл. 2 представлены сравнительные данные физико-механических свойств древесины ло известному и предлагаемому способам (время окисления 12— ни окисления древестпы двуокисью азота (время выдержки в растворе 2,5 ч, концентрация прониточного раствора 20%). дииений меди (С0 (ЙЧ Д)+2 до чистой меди. Выделяющийся при этом аммиак способствует восстановлению меди иэ ее окнсленных форм.. Зависимость содержания металла в древесине от времени окисления древесины (температура термофиксацни 200 С, время окисления древесины 16 ч, время выдержки окисленной древесины в 20,Ь-ном растворе муравьинокислой меди 2,5 ч), приведена ниже. l6 ч, концентрация раствора для пропитки 20%, время выдержки в растворе 2,5 — 3,0 ч, время термообработки при 200 С 20-25 мин. 854713 Таблица 2 Способ Показатели известный Предел прочности, при сжатии, кгс/см б20-680 520-540 Сочержание металла, % 25,3-25,8 10-15 Коэффищ енг теплппроволности Вт/м ° град 1,7-2,1 0,9 Способ металлизации древесины, вклточающий ее пропитку раствором термораздагающейся соли мели и аммиаке с последующей термообрвботкой цо разложения соли в капиллярно-пористой системе древесины, о т л ича ю щи и с я тем,что, сцельюповышения физико-механических свойств древесины и упрощения ихнологического процесса, древесину п1ецварительпо пропитывают в течение Составитель A. Телесницкий Техред Ж, Кастелевич Корректор Н. ШвьпткаЯ Редактор Н). Петругпко Подписное Тираж 528 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб,, д. 4/5 Заказ 6583/ 2 Филиал ППП 11arem", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Формула изобретения 4 — 20 ч двуокисью азота, а в качестве раствора терморазлагающейся соли меди в аммиаке используют 10 — 3№ный раствор муравьинокислой меди, причем термообработку осуществляют при 180 — 200 С в течении 10 — 15 мин. 25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N 501875, кл. В 27 K 3/32, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР N 37б227, кл. В 27 К 3/32, 1972.
