RU2391202C1

RU2391202C1 - Method of producing acetylated wood

Info

Publication number: RU2391202C1
Application number: RU2009108587/04A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Шамаев (RU); Владимир Александрович Шамаев; Илья Николаевич Медведев (RU); Илья Николаевич Медведев; Владимир Геннадьевич Рахманов (RU); Владимир Геннадьевич Рахманов; Евгений Александрович Долгих (RU); Евгений Александрович Долгих; Любовь Федоровна Попова (RU); Любовь Федоровна Попова
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2010-06-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to wood working, particularly to production of acetylated wood for sleepers. Proposed method comprises simultaneous drying, impregnating and compacting the wood in oily preservative. Note that during all cycles wood is subjected to pulsed ultrasound 20 kHz- 4 kW-field with ultrasound 2.5-3 min-wide pulses alternating with 6-6.5 min-long pauses.

EFFECT: stable dimensions of acetylated wood for sleepers.

1 tbl, 2 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к получению шпал из модифицированной древесины.The invention relates to the woodworking industry, in particular the production of sleepers from modified wood.

Известны способы получения модифицированной древесины, включающие пропитку древесины водным раствором карбамида и последующую одновременную сушку и прессование, в которых для придания формостабильности получаемой древесине в раствор карбамида добавляют уротропин или форконденсат карбамидоформальдегидного олигомера (см. Пат. РФ №2131351, МПК B27K 3/50, 1999 г. и Пат. РФ №2229377, МПК B27K 3/50, 2001 г.).Known methods for producing modified wood, including impregnating wood with an aqueous urea solution and subsequent simultaneous drying and pressing, in which urotropine or urea-formaldehyde oligomer urotropine or precondensate are added to the urea solution to form the resulting wood (see Pat. RF No. 2131351, IPC B27K 3/50, 1999 and Pat. Of the Russian Federation No. 2229377, IPC B27K 3/50, 2001).

Недостатком этих способов является то, что оба стабилизатора размеров древесины проявляют свои свойства в сухой древесине, когда ее влажность понизится до 4-6% (вода в древесине ингибирует процессы полимеризации и сшивки модификатора с компонентами древесины), поэтому получить формостабильную модифицированную древесину с влажностью, например, 20% невозможно.The disadvantage of these methods is that both wood size stabilizers exhibit their properties in dry wood when its moisture content drops to 4-6% (water in the wood inhibits the polymerization and crosslinking of the modifier with the wood components), therefore, to obtain a form-stable modified wood with moisture, for example, 20% is impossible.

Известен также наиболее близкий к предложенному по совокупности признаков способ получения модифицированной древесины для шпал, включающий одновременную сушку-пропитку до влажности 20% в каменноугольном масле с прессованием и получением готовой шпалы (см. Пат. РФ №2128113, МПК B27K 3/08, 1999 г.).Also known is the closest to the proposed combination of features method for producing modified wood for sleepers, including simultaneous drying-impregnation to a moisture content of 20% in coal oil with pressing and obtaining finished sleepers (see Pat. RF №2128113, IPC B27K 3/08, 1999 g.).

Техническим недостатком этого способа является низкая формостабильность получаемой древесины, поскольку при пребывании в воде шпала на 80% восстанавливает свои первоначальные размеры.The technical disadvantage of this method is the low form stability of the resulting wood, since when staying in water, the railroad ties restore their original sizes by 80%.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение формостабильности модифицированной древесины для шпал. Для этого в способе получения модифицированной древесины, включающем одновременную сушку, пропитку и прессование древесины в маслянистом антисептике, согласно изобретению на всем протяжении процесса на древесину воздействуют импульсным ультразвуковым полем частотой 20 кГц, мощностью 4 кВт, причем импульсы ультразвука длительностью 2,5-3 мин чередуют с паузами длительностью 6-6,5 мин.The technical problem to which the invention is directed is to increase the form stability of modified wood for sleepers. To this end, in a method for producing modified wood, including simultaneous drying, impregnation and pressing of wood in an oily antiseptic, according to the invention throughout the process, the wood is exposed to a pulsed ultrasonic field with a frequency of 20 kHz, a power of 4 kW, and ultrasound pulses lasting 2.5-3 minutes alternate with pauses of 6-6.5 minutes.

При получении шпал используют только маслянистые антисептики, такие как каменноугольное масло, сланцевое масло, жидкий толуоловый конденсат (ЖТК) и др. Все эти антисептики не защищают древесину от разбухания. Введение же в маслянистые антисептики применяемых в настоящее время стабилизаторов древесины, таких как олигомеры синтетических смол, невозможно из-за их несовместимости.When producing sleepers, only oily antiseptics are used, such as coal oil, shale oil, liquid toluene condensate (ZHTK), etc. All these antiseptics do not protect the wood from swelling. The introduction into woody antiseptics of the currently used wood stabilizers, such as oligomers of synthetic resins, is impossible because of their incompatibility.

Обработка древесины ультразвуком при мягких режимах (частота 21 кГц, мощность 0,3 кВт) приводит к увеличению проницаемости (Коновалова Н.Н. Установление оптимальных режимов комбинированной обработки древесины дуба ультразвуком и теплом для ускорения созревания коньячных спиртов при их резервуарной выдержке. - Автореф. Дис. Канд. техн. наук. М.: МГУПП, 2004, 28 с). Для древесины шпал обработка ультразвуком при жестких режимах - частота 20 кГц, мощность 4 кВт, приводит к расплавлению отдельных компонентов древесины - гемицеллюлоз и части лигнина в срединной пластинке, что в конечном итоге может привести к снижению прочности древесины. В результате расплавления компонентов древесины происходит сшивка и появление новых трехмерных структур, но уже не за счет внешних химических реагентов, а за счет компонентов самой древесины. Для исключения снижения прочности древесины при обработке ультразвуком его воздействие делают импульсным путем чередования импульсов воздействия и пауз. Длительность импульса ультразвука должна составлять 2,5 мин, чтобы все легкоплавкие компоненты древесины успели расплавиться, и не превышать 3 мин, после чего снижается прочность древесины за счет деструкции целлюлозного скелета. Длительность паузы менее 6 мин нецелесообразна, т.к. древесина после разогрева ультразвуком продолжает по инерции саморазогреваться (эффект термоинерции). Длительность паузы более 6,5 мин ведет к стеклованию реакционной массы и необходимости увеличения длительности воздействия ультразвука.Ultrasound treatment of wood under mild conditions (frequency 21 kHz, power 0.3 kW) leads to an increase in permeability (Konovalova NN Establishment of optimal regimes for combined treatment of oak wood with ultrasound and heat to accelerate the maturation of cognac spirits during their tank aging. - Abstract. Thesis of Candidate of Technical Sciences, Moscow: MGUPP, 2004, 28 s). For hardwood sleepers, ultrasonic treatment under severe conditions - a frequency of 20 kHz, a power of 4 kW, leads to the melting of individual wood components - hemicelluloses and part of the lignin in the middle plate, which ultimately can lead to a decrease in the strength of wood. As a result of the melting of the wood components, cross-linking and the appearance of new three-dimensional structures occur, but not due to external chemical reagents, but due to the components of the wood itself. To eliminate the reduction in the strength of wood during ultrasonic treatment, its effect is made pulsed by alternating the impact pulses and pauses. The duration of the ultrasound pulse should be 2.5 minutes, so that all the fusible components of the wood have time to melt, and not exceed 3 minutes, after which the strength of the wood decreases due to the destruction of the cellulose skeleton. A pause duration of less than 6 minutes is impractical because wood after heating by ultrasound continues to self-heat by inertia (thermal inertia effect). A pause of more than 6.5 minutes leads to the glass transition of the reaction mass and the need to increase the duration of exposure to ultrasound.

Способ осуществляют следующим образом. Сырые заготовки мягких лиственных и хвойных пород помещают в сушильно-пропиточную ванну и закачивают горячий антисептик, например каменноугольное масло. Температуру масла поддерживают 90-100°C, механическое давление 0,8-1,2 мПа в течение 6 часов. Одновременно с сушкой, пропиткой и прессованием в течение всего процесса древесину обрабатывают ультразвуковым полем частотой 20 кГц, мощностью 4 кВт с чередованием воздействия импульса ультразвука 2,5-3 мин и паузы 6-6,5 мин. В результате воздействия ультразвука прессованная древесина приобретает гидрофобные свойства и ее разбухание в воде не превышает 12%, как видно из таблицы.The method is as follows. Raw billets of soft hardwood and conifers are placed in a drying and impregnating bath and hot antiseptics, such as coal oil, are pumped. The oil temperature is maintained at 90-100 ° C, the mechanical pressure is 0.8-1.2 mPa for 6 hours. Simultaneously with drying, impregnation and pressing during the whole process, the wood is treated with an ultrasonic field with a frequency of 20 kHz, a power of 4 kW with alternating exposure to an ultrasound pulse of 2.5-3 minutes and a pause of 6-6.5 minutes. As a result of exposure to ultrasound, pressed wood acquires hydrophobic properties and its swelling in water does not exceed 12%, as can be seen from the table.

ТаблицаTable Показатели физико-механических свойств модифицированной древесиныIndicators of physical and mechanical properties of modified wood Наименование показателяName of indicator Свойства по способамProperties by Method предлагаемыйproposed прототипprototype 1one 22 33 Плотность, кг/м³ Density, kg / m ³ 800,0800,0 800,0800,0 Влажность, %Humidity% 20,020,0 10,010.0 Предел прочности при сжатии волокон, мПаThe ultimate strength in compression of fibers, MPa 90,390.3 92,292.2 Предельное объемное разбухание приExtreme volumetric swelling at - влагопоглощении, %- moisture absorption,% 8,08.0 16,816.8 - водопоглощении, %- water absorption,% 12,112.1 58,958.9

Примеры конкретного выполнения изобретенияExamples of specific embodiments of the invention

Пример 1. Сырье - осиновые заготовки диаметром 25 см, длиной 275 см помещали в пропиточную ванну с каменноугольным маслом и сушили при температуре 100°C в течение 6 ч с одновременным прессованием под давлением 1,0 мПа. На всем протяжении процесса на древесину импульсно воздействовали ультразвуковым полем частотой 20 кГц, мощностью 4 кВт с чередованием импульса ультразвука 3 мин и паузы 6,5 мин. После завершения процесса сушки, пропитки и прессования получали готовую шпалу сечением 25×18 см плотностью 800 кг/м³, влажностью 20% с предельным объемным разбуханием при водопоглощении 12%.Example 1. Raw materials - aspen blanks with a diameter of 25 cm, a length of 275 cm, were placed in an impregnation bath with coal oil and dried at a temperature of 100 ° C for 6 hours with simultaneous pressing under a pressure of 1.0 MPa. Throughout the process, the wood was pulsed by an ultrasonic field with a frequency of 20 kHz, a power of 4 kW, alternating an ultrasound pulse of 3 minutes and a pause of 6.5 minutes. After completion of the drying, impregnation and pressing process, a finished cross-ties with a cross section of 25 × 18 cm were obtained with a density of 800 kg / m ³ , a humidity of 20%, and an ultimate volumetric swelling with water absorption of 12%.

Пример 2. Сырые заготовки сосны диаметром 23 см, длиной 150 см помещали в пропиточную ванну с маслом ЖТК и сушили при температуре 105°C в течение 5 ч с одновременным уплотнением при давлении 1,1 мПа. На всем протяжении процесса на древесину импульсно воздействовали ультразвуковым полем частотой 20 кГц, мощностью 4 кВт с чередованием импульса ультразвука 2,5 мин и паузы 6 мин. После завершения процесса сушки, пропитки и прессования получали готовую шпалу плотностью 900 кг/м³, влажностью 18% с предельным объемным разбуханием при водопоглощении 12,1%.Example 2. Raw billets of pine with a diameter of 23 cm, a length of 150 cm were placed in an impregnation bath with ZhTK oil and dried at a temperature of 105 ° C for 5 hours with simultaneous compaction at a pressure of 1.1 MPa. Throughout the process, the wood was pulsed by an ultrasonic field with a frequency of 20 kHz, a power of 4 kW, with an alternation of an ultrasound pulse of 2.5 minutes and a pause of 6 minutes. After completion of the drying, impregnation and pressing process, a finished sleeper was obtained with a density of 900 kg / m ³ , a moisture content of 18%, and an ultimate volumetric swelling with water absorption of 12.1%.

Предлагаемый способ позволяет получать шпалы из прессованной древесины мягких лиственных и хвойных пород, по прочности превосходящие древесину дуба, причем разбухание таких шпал после длительного пребывания в воде остается на уровне разбухания натуральной (непрессованной) древесины, т.е. полностью соответствуют ГОСТ 78-2004.The proposed method allows to obtain sleepers from pressed wood of soft hardwood and coniferous species that are superior in strength to oak wood, and the swelling of such sleepers after a long stay in water remains at the level of swelling of natural (unpressed) wood, i.e. fully comply with GOST 78-2004.

Claims

A method of producing modified wood, including simultaneous drying, impregnation and pressing of wood in an oily antiseptic, characterized in that throughout the process, the wood is exposed to a pulsed ultrasonic field with a frequency of 20 kHz, a power of 4 kW, and ultrasound pulses with a duration of 2.5-3 minutes alternate with pauses of 6-6.5 minutes