EA007131B1

EA007131B1 - Способ обработки древесины, древесной муки и тому подобного, оборудование для обработки древесины и продукция, изготовленная из модифицированной древесины и древесной муки

Info

Publication number: EA007131B1
Application number: EA200401279A
Authority: EA
Inventors: Хенрикус Францискус Мария Нейман
Original assignee: Нейман Вуд Модификейшн Трейдинг Компани Лтд.
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2006-06-30
Also published as: AU2003236252A2; WO2003082534A3; EP1492654A2; ATE376914T1; CA2482804A1; WO2003082534B1; CN1649705A; NL1020280C2; DE60317178T2; WO2003082534A2; EA200401279A1; EP1492654B1; DE60317178D1; AU2003236252B2; NZ535630A; US20050227072A1; CN100354084C; AU2003236252A1

Abstract

Изобретение относится к способу обработки древесины, древесной муки, тому подобного посредством увлажнения водным раствором, который содержит один или более дифторидов. Дополнительно изобретение относится к усовершенствованию сушки свежесрубленной древесины и не вполне сухой древесины. Изобретение относится к способу обработки древесины, оборудованию для его реализации, к способу обработки древесной муки и тому подобного, продукции из древесины, а также к продукции, состоящей из обработанной древесной муки.

Description

Изобретение относится к способу обработки древесины, осуществляемому посредством увлажнения древесины, древесной муки и тому подобного водным раствором, содержащим один или более дифторидов; изобретение также относится к продукции, изготовленной из собственно обработанной древесины, а также к продукции, состоящей из обработанной древесной муки.

В отношении вышеуказанного из патента Дании № 1004556 известен способ обработки древесины, согласно которому дифторидный раствор для обработки содержит от 8 до 32 мас.% как дифторида калия, так и дифторида аммония, при этом массовое отношение калиевой соли к соли аммония составляет от 13:7 до 2:3. Целью обработки согласно патенту Дании № 1004556 является улучшение влагорегулирующих свойств древесины или продукции из нее.

Проблема, связанная со свежесрубленной древесиной, заключается в том, что такая древесина растрескивается во время слишком быстрой сушки, в результате чего на единицу объема из нее можно произвести меньше полезной продукции.

Из книги Джона X. Пери «Справочник инженера-химика» (1ойп Н. Репу Сйеш1еа1 Епдтеет'к Напбйоок), Второе издание, издательство МсСготе НШ Воок Сотрапу, Нью-Йорк, с. 1509 для решения данной проблемы используют сушилку для пиломатериалов, с помощью которой древесину сушат нагретым воздухом при повышенной температуре и в условиях регулируемой относительной влажности.

Указанную сушилку называют Иетап ЬитЬет Олег - «Сушилка Тимана для пиломатериалов», и эта сушилка в разрезе показана на фиг. 9, приведенной на с. 1509 вышеназванной публикации.

Очевидно, что сушка нагретым воздухом при регулируемой относительной влажности является достаточно дорогой, в основном из-за потребляемого тепла.

Из патента Японии 1Р-Л-07-314409 (Сйет. ЛЬ§. 124:149094ν) известен другой способ пропитки древесины, не требующий предварительной сушки, благодаря чему предотвращают растрескивание древесины.

Сначала свежесрубленную древесину пропитывают органическим растворителем, который совместим с древесиной и смешивается с водой. После экстракции и замещения большей части воды органическим растворителем древесину пропитывают консервирующими веществами, растворимыми в этом органическом растворителе.

Очевидно, что такая пропитка является дорогостоящей и, кроме того, остаются сомнения в безвредности используемых органических веществ для окружающей среды.

Настоящее изобретение предназначено, в первую очередь, для эффективного повышения влагорегуляции древесины, особенно свежесрубленной древесины (которая, соответственно, содержит значительное количество воды).

Согласно изобретению древесину погружают в дифторидный раствор или опрыскивают раствором со всех сторон в течение по меньшей мере 3 мин.

При обработке согласно изобретению не ограничиваются смесью дифторида калия и аммония согласно патенту Дании № 1004556; в конечном счете можно применять также и другие дифториды с высокой растворимостью в воде.

Было обнаружено, что во время очень короткого всестороннего увлажнения древесины дифторид проникает во внешние слои древесины достаточно глубоко, чтобы улучшить процесс сушки до такой степени, при которой сушка с нагревом, сопровождаемая риском растрескивания, становится лишней.

В этом случае увлажнение древесины следует осуществлять со всех сторон.

Во время увлажнения древесины ион дифторида (РНР') из смешанного дифторидного раствора очень быстро проникает во внешние слои древесины.

Как упоминалось ранее, в основе изобретения лежит открытие, заключающееся в том, что если количество имеющейся в древесине воды больше количества воды, присутствующего в полностью сухой древесине, хемосорбция РНР' на целлюлозе такова, как если бы процесс проводили в присутствии катализатора, вследствие чего образуется прочная связь с целлюлозой.

Согласно изобретению кроме смеси фторида калия и аммония, указанной в патенте Дании № 1004556, можно использовать другой щелочной дифторид, также можно использовать дифториды по отдельности, при условии создания в древесине концентрации от 8 до 32 мас.%.

Предпочтительный увлажняющий раствор - это упомянутый в патенте Дании № 1004556 раствор дифторида калия и аммония, в котором массовое соотношение между обоими дифторидами составляет от 13:7 до 2:3.

Кроме ранее упомянутых щелочных дифторидов можно также использовать один или более других дифторидов, которые достаточно хорошо растворимы в воде, например, можно использовать дифторид цинка.

Очевидно, что кроме одного или более щелочных дифторидов и/или дифторида цинка увлажняющий раствор может содержать другие растворимые соли металлов.

Условно в рамках изобретения можно постулировать, что свежесрубленная древесина или не вполне сухая древесина - это древесина с содержанием влаги выше 8 мас.%.

В результате обработки посредством всестороннего увлажнения древесины дифторидным раствором согласно изобретению содержание влаги во внешних слоях древесины возрастает в течение коротко

- 1 007131 го времени на несколько процентов. Во время сушки содержание влаги во внешних слоях обработанной древесины падает достаточно быстро до несколько более низкого уровня, чем начальный уровень содержания влаги в древесине перед обработкой погружением.

В результате обработки древесины верхние слои с хемисорбированным дифторидом сохнут лучше, при этом сохраняются влагорегулирующие свойства древесины.

Предпочтительно всестороннее увлажнение производить посредством погружения на решетке.

В патенте Дании № 1004556 на с. 5, стр. 26 и 27 указано, что при необходимости во время погружения в раствор комбинированных дифторидов деревянные компоненты в конечном счете могут быть уже помещены на решетку.

Однако компоненты представляют собой деревянные элементы, которые, как правило, изготовлены из древесины, предварительно высушенной в странах ее производящих.

Способ согласно изобретению теперь можно с успехом применять к свежесрубленной древесине или к не вполне сухой древесине.

Как упоминалось ранее, обнаружено, что количество воды, превышающее равновесную ее концентрацию в сухой древесине, существенно ускоряет проникновение ЕНЕ'.

Под «свежесрубленной древесиной» понимают стволы только что сваленных деревьев, со снятой корой или нет, или доски или балки, распиленные там же через короткое время после валки леса.

Очевидно, что это имеет большие последствия для деревообрабатывающей промышленности, поскольку теперь древесину можно почти одновременно обрабатывать раствором дифторида и сушить.

Способ согласно изобретению можно применять преимущественно следующим образом.

Используют дифторидный раствор с массовой концентрацией от 8 до 15 мас.% для древесины с содержанием влаги от 10 до 35%; для более влажной древесины применяют раствор с более высокой массовой концентрацией. Следовательно дифторидный раствор с массовой концентрацией от 15 до 32 мас.% применяют для древесины с содержанием влаги от 35 до 60%.

Согласно предпочтительному способу и оборудованию, с помощью которого можно обрабатывать свежесрубленную и не вполне сухую древесину, как и в известной установке быстрой сушки древесину штабелируют на транспортных средствах таким образом, чтобы теплый осушающий воздух мог протекать между и вдоль стволов деревьев, предназначенных для сушки, т.е. более или менее усовершенствуют ранее упомянутую «Сушилку Тимана для пиломатериалов».

В соответствии со способом и оборудованием по изобретению древесину сначала складируют на решетке в транспортировочном контейнере.

Кроме транспортировочного контейнера оборудование включает емкость для погружения со средствами перемешивания для улучшения всесторонней промывки древесины дифторидным раствором, а также средства внесения и выемки транспортировочного контейнера из емкости для погружения.

После погружения древесины в емкость для погружения древесину поднимают из дифторидной ванны и оставляют для стекания раствора над емкостью для погружения.

После стекания раствора древесина готова к транспортировке в транспортировочном контейнере, при этом она высыхает благодаря улучшенным влагорегулирующим свойствам уже во время транспортировки.

Емкость для погружения снабжена устройствами для дозирования дифторидного раствора.

Изобретение также относится, как это было отмечено в предисловии к описанию, к способу получения предварительно обработанной древесной муки, древесной массы или других раздробленных продуктов из материалов с высоким содержанием целлюлозы, таких как текстиль, путем обработки дифторидным раствором.

Продукция, полученная посредством такой предварительной обработки, благодаря этому лучше подходит для производства фасонных изделий, или фасонные изделия обладают лучшими свойствами.

Изобретение относится также к изделиям, полученным из предварительно обработанной продукции или частично состоящим из нее.

Из упомянутого выше патента Японии 1Ρ-Ά-07-178727 (Сйет.ЛЬк. 123: 202600ц) известен целлюлозный порошок, полученный из древесины, багассы или соломы, который опрыскивают антибактериальным веществом и используют в качестве наполнителя для пластиковых формованных изделий (таких как панели) и в качестве покрытий.

Изобретение относится в данном случае к улучшению влагорегулирующих свойств целлюлозы, обработанной дифторидом, и/или к фасонным изделиям из нее.

В контексте данного изобретения обработанная целлюлоза означает также древесную массу (теоой ри1р), хлопковый пух (еойои 1ш1ег8), льняной ворс (йах Дийу) и тому подобные материалы, измельченную или неизмельченную солому или багассу.

Целью изобретения является расширение изобретения до древесной муки и тому подобного, при этом проведены доскональные модельные эксперименты, чтобы воспроизвести влияние относительно малых количеств дифторида на влагорегуляцию древесины, обработанной дифторидом калия и аммония, и выяснить вероятную причину этого явления.

Наиболее вероятно, что улучшение свойств происходит благодаря хемосорбции ионов ЕНЕ' на цел

- 2 007131 люлозе, вследствие которой происходит полная модификация.

В продолжение работы с достигнутыми улучшенными свойствами обработанной целлюлозы предлагается предварительно обрабатывать дифторидом древесную муку, а возможно и другие мелкодисперсные продукты, такие как хлопковый пух и льняной ворс, с намерением в дальнейшем перерабатывать обработанный материал в полезную продукцию.

Другими достаточно мелкодисперсными продуктами являются солома, ломаные стебли льна и хлопковое волокно.

Изобретение относится также к древесине, модифицированной раствором дифторида, или к продукции, изготовленной из такой древесины.

Как указывалось ранее, изобретение в принципе относится к улучшению свойств целлюлозы, обработанной дифторидом, и/или к фасонным изделиям, выполненным из нее.

В данном изобретении «обработанная целлюлоза» означает также древесную муку, хлопковый пух, льняной ворс и тому подобные материалы, такие как измельченная или неизмельченная солома или багасса.

Изобретение проверено на модельных экспериментах, выполненных в соответствии с патентом Дании № 1004556, чтобы воспроизвести влияние относительно малых количеств дифторида на хорошую влагорегуляцию древесины, обработанной дифторидом калия и аммония, и определить вероятную причину этого.

Вероятнее всего улучшение свойств происходит благодаря хемосорбции ионов ΡΗΡ' на целлюлозе.

Помимо модифицированной древесины и продукции, изготовленной из нее, изобретение также относится к продукции, произведенной из обработанной древесной муки и тому подобного.

Изобретение иллюстрируют четыре примера, график, описывающий глубину проникновения в древесину, и график, иллюстрирующий изменение характеристик влагорегуляции обработанной целлюлозы.

Что касается примеров и графика проникновения в древесину, сначала следует отметить, что содержание влаги в древесине определяют по формуле

Αχ-В х 100%

Аюо где А_х - масса древесины с определенным содержанием влаги;

А₁₀₀ - масса совершенно сырой древесины; В - масса совершенно сухой древесины.

Массу совершенно сухой древесины определяют с помощью сушки в течение 24 ч при температуре 110^ОС.

А_х - это масса древесины с содержанием влаги от 0 до 100%.

Далее следует отметить, что глубину проникновения дифторидов в древесину определяют с помощью цирконилализаринового 8 реагента (см. РН. бе Воег, Сйетщсй ХУсскЫаб 21, 404 (1924)).

Сначала древесину, обработанную дифторидным раствором, распиливают перпендикулярно глубине проникновения, а затем слегка опрыскивают цирконил-ализариновым 8 реагентом. На том участке, или на той глубине проникновения, где присутствует хемосорбированный дифторид, он вступает в реакцию с красно-фиолетовым цирконил-ализарином 8. Благодаря реакции с дифторидом краснофиолетовый цвет переходит в бледно-желтый (выделившаяся ализариносульфоновая кислота) из-за образования бесцветного двухвалентного иона гексафторида циркония, ΖτΡ₆.

Что касается проникновения дифторидного раствора вглубь древесины, сначала рассмотрим четыре примера с двумя различными концентрациями дифторидного раствора и двумя различными влажностями древесины.

Время погружения древесины во всех случаях составляло 10 мин.

Пример 1.

Концентрация дифторидного раствора:

Влажность древесины 13%

Проникновение 12 мм

Пример 2.

Концентрация дифторидного раствора:

Влажность древесины 60%

Проникновение 40 мм

Пример 3.

Концентрация дифторидного раствора:

Влажность древесины 13%

Проникновение 18 мм

Пример 4.

Концентрация дифторидного раствора:

Влажность древесины 60%

Проникновение 70 мм

На фиг. 1 представлен график, на котором показана зависимость глубины проникновения дифторидного раствора от влажности древесины при различных концентрациях дифторидного раствора и при

- 3 007131 равном времени погружения (10 мин) древесины.

На фиг. 2 представлен график, который демонстрирует влагорегулирующие свойства целлюлозы, обработанной дифторидом в различных концентрациях, и целлюлозы, обработанной только деминерализованной водой.

Как упоминалось ранее, на фиг. 1 показана связь между глубиной проникновения дифторидного раствора и влажностью древесины.

По оси X представлена влажность древесины в процентах, начиная с 8,0%, т.е. с процентного значения влажности древесины при нагревании в течение 24 ч при 110^оС.

По оси Υ представлена глубина проникновения, определяемая, как уже упоминалось ранее, с помощью циркноил-ализарина 8. Глубина проникания указана в сантиметрах.

На фиг. 1 представлены 1, 2, 3, 4, 5 и 6 кривые с концентрациями 17, 15, 13, 10 и 8,5% соответственно.

Фиг. 2 относится, как уже указывалось ранее, к влагорегуляции целлюлозы, обработанной смешанным 10% дифторидным раствором и деминерализованной водой соответственно.

Поскольку целлюлоза является наиболее важной составляющей древесины, были проведены следующие эксперименты с целлюлозой, призванные продемонстрировать изменение абсорбционных характеристик древесины.

В ходе экспериментов с целлюлозой шесть листов размером А4 из беленой целлюлозы из хвойной древесины погружали в дифторидный раствор и деминерализованную воду, по три листа соответственно.

Каждый лист из целлюлозной массы весил около 50 г.

Время погружения, равное 10 с, определено заранее как максимальное время погружения до того момента, как образец распадется под действием влаги.

После погружения образец сушили на воздухе в течение 1 мин, а затем закрепляли на взвешивающем устройстве в климатической камере. Затем перед началом эксперимента лист целлюлозы приводили в равновесие с окружающей средой в течение 8 ч при 23^оС и ОВ (относительной влажности) 50%.

В ходе трех экспериментов с целлюлозой, обработанной дифторидом, и трех экспериментов с целлюлозой, обработанной деминерализованной водой, лист целлюлозы сначала оставляли на воздухе при температуре 23^оС и ОВ 85% в течение примерно 8 ч, а затем на воздухе при температуре 23^оС и ОВ 35% в течение примерно 7 ч.

По оси Υ указана масса шести исследованных листов в граммах, а по оси X указано время в часах, минутах и секундах соответственно.

Массы всех шести образцов в начале каждого эксперимента составляли около 50 г, при этом массы трех целлюлозных листов, обработанных дифторидом, постепенно увеличивались примерно на 8 г за счет воды, причем при понижении относительной влажности до 35% абсорбированная вода достаточно резко исчезала, при этом оставалось примерно 2 г воды.

В целлюлозном листе, обработанном только деминерализованной водой, масса возрастает намного меньше, чем в образце, обработанном дифторидом. Таким образом, рост массы составляет только примерно 1,5 г, и при уменьшении относительной влажности она значительно менее резко возвращается к величине, приблизительно соответствующей массе в начале эксперимента.

На фиг. 2, где изображены результаты шести различных экспериментов, три различных эксперимента с дифторидом обозначены как Дифторид 1, Дифторид 2 и Дифторид 3 соответственно.

Эксперименты с деминерализованной водой обозначены как Деминерализованная вода 1, Деминерализованная вода 2 и Деминерализованная вода 3 соответственно.

Видно, что на фиг. 2 в случае образцов, обработанных деминерализованной водой, кривые абсорбции и десорбции воды лежат существенно ниже.

Длительный опыт работы с древесиной, обработанной дифторидным раствором, показал, что именно из-за изменившихся абсорбционных характеристик в отношении воды, что подтверждено быстрой абсорбцией и десорбцией воды при изменении относительной влажности целлюлозы, улучшаются влагорегуляционные свойства древесины.

Изменение абсорбционных характеристик древесины в отношении влаги из-за обработки дифторидным раствором также верно для древесной муки, древесной массы или прочих измельченных продуктов из материалов с высоким содержанием целлюлозы.

Помимо вышеуказанной цели улучшения влагорегуляции древесины или измельченных целлюлозосодержащих материалов, изобретение относится, как упоминалось ранее, к обнаружению того, что проникновение водного дифторидного раствора происходит так, как будто влага является катализатором процесса.

Благодаря этому возникает преимущество, заключающееся в том, что для достижения достаточной глубины проникновения не требуется пропитывать древесину консервирующим раствором под давлением или вакуумом.

Claims

1. Способ обработки древесины, древесной муки и тому подобного путем увлажнения водным раствором одного или более дифторидов, отличающийся тем, что в особенности с целью сушки древесину, древесную муку и тому подобное погружают в раствор или опрыскивают им в течение по меньшей мере 3 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что древесину погружают на решетке.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что древесину опрыскивают со всех сторон.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что для увлажнения используют водный раствор, который содержит один или более щелочных дифторидов.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что дифторидный раствор содержит дифторид калия и аммония, в котором массовое соотношение обоих дифторидов составляет от 13:7 до 2:3.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что дифторидный раствор содержит один или более других дифторидов, например дифторид цинка, и, если требуется, другие растворимые соли металлов.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что способ применяют к свежесрубленной древесине или к не вполне сухой древесине.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что к древесине с содержанием влаги от 10 до 35% применяют смешанный дифторидный раствор с массовой концентрацией от 8 до 15 мас.%, а к древесине с содержанием влаги от 35 до 60% применяют смешанный дифторидный раствор с массовой концентрацией от 15 до 32 мас.%.

9. Способ по пп.1, 2, 4, 5, 6, 7 или 8, в котором неплотно штабелированную древесину помещают в транспортировочный контейнер, а затем погружают всеми сторонами в водный дифторидный раствор и после отекания, а по требованию после сушки, транспортируют.

10. Оборудование для применения способа по любому из пп.1, 2, 4, 5, 6, 7, 8 или 9, включающее транспортировочный контейнер для древесины, в котором древесина может быть неплотно штабелирована, отличающееся тем, что оборудование дополнительно включает емкость для погружения, снабженную средствами перемешивания, средствами транспортирования для внесения и выемки транспортировочного контейнера и средствами дозирования для подачи дифторидного раствора.

11. Модифицированная древесина или продукция из древесины согласно любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что она содержит в наружных слоях приблизительно 15% влаги.

12. Продукция, произведенная из древесной муки и тому подобного, обработанной дифторидным раствором согласно пп.1-9.