RU2710171C1 - Method of producing modified wood - Google Patents
Method of producing modified wood Download PDFInfo
- Publication number
- RU2710171C1 RU2710171C1 RU2018142934A RU2018142934A RU2710171C1 RU 2710171 C1 RU2710171 C1 RU 2710171C1 RU 2018142934 A RU2018142934 A RU 2018142934A RU 2018142934 A RU2018142934 A RU 2018142934A RU 2710171 C1 RU2710171 C1 RU 2710171C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wood
- urea
- temperature
- content
- dry
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
- B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
- B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
- B27K5/04—Combined bleaching or impregnating and drying of wood
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Forests & Forestry (AREA)
- Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки древесины, в частности, к способам производства заготовок из модифицированной древесины высокой формостабильности.The invention relates to the field of wood processing, in particular, to methods for the production of blanks from modified wood with high mold stability.
Известен способ получения модифицированной древесины, включающий пропитку древесины водным 40%-ным раствором карбамида до концентрации карбамида 10-15% от массы сухой древесины, содержащим 6% уротропина (гексаметилентетрамина) от массы сухого карбамида, сушку при температуре 90-120°С с одновременным прессованием до плотности 800-1200 кг/м3. Максимальное объемное разбухание такой древесины составляет 22-25%. (Пат. РФ №2131351; МПК В27К 3/50; опубл. 10.06.99).A known method of producing modified wood, comprising impregnating wood with an aqueous 40% urea solution to a concentration of urea of 10-15% by weight of dry wood containing 6% urotropine (hexamethylenetetramine) by weight of dry urea, drying at a temperature of 90-120 ° C with simultaneous pressing to a density of 800-1200 kg / m 3 . The maximum volumetric swelling of such wood is 22-25%. (Pat. RF №2131351; IPC V27K 3/50; publ. 10.06.99).
Недостатком данного способа является недостаточная формостабильность модифицированной древесины и токсичность получаемого материала, так как уротропин в процессе высокотемпературной сушки частично разлагается с выделением формальдегида и аммиака.The disadvantage of this method is the insufficient form stability of the modified wood and the toxicity of the material obtained, since urotropin in the process of high-temperature drying is partially decomposed with the release of formaldehyde and ammonia.
Известен способ получения модифицированной древесины, включающий пропитку древесины водным 40%-ным раствором карбамида, содержащим 10-12% карбамидоформальдегидного олигомера (КФО) от массы сухого карбамида и карбамидоформальдегидную смолу ПКП-52 в количестве 21-25% от массы КФО, сушку, прессование, обработку импульсным магнитным полем и термообработку при температуре 140-160°С. Получаемая модифицированная древесина имеет объемное разбухание 7-9%. (Пат. РФ №2401195; МПК В27К 3/50, В27К 3/04, В27К 5/04, В27К 5/06, В27К 7/00; опубл. 20.04.2010).A known method of producing modified wood, comprising impregnating wood with an aqueous 40% urea solution containing 10-12% urea-formaldehyde oligomer (UFO) by weight of dry urea and PKP-52 urea-formaldehyde resin in an amount of 21-25% by weight of UFO, drying, pressing processing by a pulsed magnetic field and heat treatment at a temperature of 140-160 ° C. The resulting modified wood has a bulk swelling of 7-9%. (Pat. RF №2401195; IPC V27K 3/50, V27K 3/04, V27K 5/04, V27K 5/06, V27K 7/00; published on 04/20/2010).
Недостатком известного способа является ограниченность его применения, так как обработку заготовок древесины импульсным магнитным полем можно проводить только протягиванием через катушку диаметром до 85 мм, следовательно, заготовки должны иметь сечение не более 60×60 мм или диаметр до 80 мм. Кроме того, материал является токсичным из-за выделения формальдегида из карбамидоформальдегидного олигомера и может использоваться только для производства подшипников и шахтной крепи.The disadvantage of this method is its limited application, since the processing of wood blanks by a pulsed magnetic field can only be carried out by pulling through a coil with a diameter of up to 85 mm, therefore, the blanks should have a cross section of not more than 60 × 60 mm or a diameter of up to 80 mm. In addition, the material is toxic due to the release of formaldehyde from the urea-formaldehyde oligomer and can only be used for the production of bearings and shaft supports.
Известен способ склеивания модифицированной древесины, при котором в клей добавляется нанокристаллическая целлюлоза (НКЦ) в количестве 9,5-10% от массы клея, проводятся обработка клея ультразвуком и последующая обработка склеенных заготовок импульсным магнитным полем (Пат. РФ №2454444; МПК C09J 5/00, C09J 161/24, В82В 1/00; опубл. 27.06.2012).A known method of bonding modified wood, in which nanocrystalline cellulose (NCC) is added to the glue in an amount of 9.5-10% by weight of the glue, is carried out by ultrasonic treatment of the glue and subsequent processing of the glued workpieces by a pulsed magnetic field (Pat. RF No. 2454444; IPC C09J 5 / 00, C09J 161/24, B82B 1/00; published on June 27, 2012).
Недостатком данного способа является то, что он не позволяет получить саму модифицированную древесину, так как активированная ультразвуком и импульсным магнитным полем нанокристаллическая целлюлоза упрочняет только клей и клеевой шов.The disadvantage of this method is that it does not allow to obtain the modified wood itself, since nanocrystalline cellulose, activated by ultrasound and a pulsed magnetic field, hardens only glue and an adhesive joint.
Известен способ получения модифицированной древесины, включающий пропитку заготовок древесины 30-40%-ным намагниченным водным раствором карбамида, содержащим форконденсат карбамидоформальдегидного олигомера в количестве 12% от массы раствора и 18% 2%-ного водного раствора нанофибриллярной целлюлозы (НФЦ) от массы карбамидоформальдегидного олигомера, сушку при температуре 120°С, прессование и термообработку при 140°С. (Пат. РФ №2476311; МПК В27К 3/50, В27К 3/02, В27К 3/34, B82Y 99/00; опубл. 27.02.2013). Принят за прототип.A known method of producing modified wood, including the impregnation of wood blanks with a 30-40% magnetized aqueous urea solution containing a precondensate of urea-formaldehyde oligomer in an amount of 12% by weight of the solution and 18% of a 2% aqueous solution of nanofibrillar cellulose (NFC) by weight of the urea-formaldehyde oligome , drying at a temperature of 120 ° C, pressing and heat treatment at 140 ° C. (Pat. RF №2476311; IPC V27K 3/50, V27K 3/02, V27K 3/34, B82Y 99/00; published on 02.27.2013). Adopted for the prototype.
Недостатком известного способа является то, что, хотя он и позволяет в 2 раза снизить степень прессования в сравнении с древесиной, не содержащей наноцеллюлозу, объемное разбухание в воде достигает 30-32%. Кроме того, такая древесина является токсичной из-за выделения формальдегида из карбамидоформальдегидного олигомера при сушке и термообработке.The disadvantage of this method is that, although it allows 2 times to reduce the degree of pressing in comparison with wood that does not contain nanocellulose, volumetric swelling in water reaches 30-32%. In addition, such wood is toxic due to the release of formaldehyde from the urea-formaldehyde oligomer during drying and heat treatment.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, - получение нетоксичной модифицированной древесины высокой формостабильности и низкой токсичности.The technical problem to which the invention is directed is the production of non-toxic modified wood of high form stability and low toxicity.
Для решения этой задачи в способе получения модифицированной древесины, включающем пропитку заготовок раствором карбамида, сушку, прессование и термообработку, согласно изобретению, пропиточный раствор готовят с добавлением в 2%-ный гидрогель нанокристаллической целлюлозы 20% сухого карбамида, полученным раствором пропитывают заготовки древесины до содержания карбамида в древесине 8-10% и содержания нанокристаллической целлюлозы 1% от массы сухой древесины, после этого заготовки высушивают при давлении 0,8 МПа и температуре 100-120°С до влажности 6-8% и проводят термообработку при температуре 160-170°С в течение 3-4 часов.To solve this problem, in a method for producing modified wood, comprising impregnating the preforms with a urea solution, drying, pressing and heat treating according to the invention, an impregnating solution is prepared by adding 20% dry carbamide to a 2% hydrogel of nanocrystalline cellulose; urea in wood 8-10% and the content of nanocrystalline cellulose 1% by weight of dry wood, after which the workpiece is dried at a pressure of 0.8 MPa and a temperature of 100-120 ° C to wet 6-8% spine and heat-treated at a temperature of 160-170 ° C for 3-4 hours.
Технический результат состоит в следующем. Нанофибриллярная целлюлоза используется после активации, в основном, для упрочнения древесины, формоустойчивость модифицированной НФЦ древесины увеличивается незначительно. Нанокристаллическая целлюлоза также требует активации ультразвуком, импульсным магнитным полем и т.д. (Пат. РФ №2454444; МПК C09J 5/00, C09J 161/24, В82В 1/00; опубл. 27.06.2012).The technical result is as follows. Nanofibrillar cellulose is used after activation, mainly for hardening wood; the form stability of modified NFC wood does not increase significantly. Nanocrystalline cellulose also requires activation by ultrasound, pulsed magnetic field, etc. (Pat. RF No. 2454444; IPC C09J 5/00, C09J 161/24, B82B 1/00; published on June 27, 2012).
Как установлено, при термической обработке карбамида при температуре 160°С в течение 4 часов или при температуре 170°С в течение 3 часов практически весь карбамид расплавляется и переходит в продукт термораспада - изоциануровую кислоту. При этих режимах термообработки нанокристаллическая целлюлоза активируется и вступает в реакцию с изоциануровой кислотой, образуя трехмерные полимерные продукты, увеличивающие формостабильность модифицированной древесины по формуле:It was found that during the heat treatment of urea at a temperature of 160 ° C for 4 hours or at a temperature of 170 ° C for 3 hours, almost all urea melts and passes into the thermal decomposition product - isocyanuric acid. Under these heat treatment conditions, nanocrystalline cellulose is activated and reacts with isocyanuric acid, forming three-dimensional polymer products that increase the form stability of modified wood according to the formula:
где Cell-ОН - нанокристаллическая целлюлоза.where Cell-OH is nanocrystalline cellulose.
Кроме того, активированная НКЦ также способствует частичному взаимодействию изоциануровой кислоты с компонентами древесины, т.е. лигнином, целлюлозой и гемицеллюлозами, что также увеличивает формостабильность модифицированной древесины.In addition, activated NCC also promotes the partial interaction of isocyanuric acid with wood components, i.e. lignin, cellulose and hemicelluloses, which also increases the form stability of modified wood.
Способ осуществляют следующим образом. Берется 2%-ный гидрогель нанокристаллической целлюлозы, выделенной из водной дисперсии «WHISKERS» методом сублимационной сушки с размером частиц 100-400 мкм. Гранулы карбамида размалываются до размера частиц 0,1-0,2 мм и растворяются в гидрогеле НКЦ путем интенсивного перемешивания до концентрации карбамида 20%, т.е. в полученном гидрогеле содержание НКЦ будет 2%. Полученным раствором пропитывают заготовки древесины до содержания карбамида в древесине 8-10% и содержания НКЦ 1% от массы сухой древесины.The method is as follows. A 2% hydrogel of nanocrystalline cellulose isolated from a WHISKERS aqueous dispersion by freeze-drying with a particle size of 100-400 microns is taken. Urea granules are ground to a particle size of 0.1-0.2 mm and dissolved in the NCC hydrogel by vigorous stirring to a urea concentration of 20%, i.e. in the resulting hydrogel, the NCC content will be 2%. The resulting solution is impregnated with wood preforms until the urea content in the wood is 8-10% and the NCC content is 1% by weight of dry wood.
После этого заготовки высушивают под механическим давлением 0,8 МПа и температуре 100-120°С до влажности 6-8% и проводят термообработку при температуре 160-170°С в течение 3-4 ч.After that, the preforms are dried under a mechanical pressure of 0.8 MPa and a temperature of 100-120 ° C to a moisture content of 6-8% and heat treatment is carried out at a temperature of 160-170 ° C for 3-4 hours.
Поскольку устойчивый гидрогель НКЦ не может содержать НКЦ более 2%, то возникает необходимость добавлять сухой карбамид в гидрогель в количестве 20% от массы гидрогеля. Концентрация в гидрогеле НКЦ карбамида не может превышать 20%, т.к. при превышении этого количества НКЦ выпадает в осадок.Since the NCC stable hydrogel cannot contain NCC more than 2%, it becomes necessary to add dry urea to the hydrogel in an amount of 20% by weight of the hydrogel. The concentration of carbamide in the NCC hydrogel cannot exceed 20%, because when this amount is exceeded, NCC precipitates.
Режим термообработки выбирается из следующих соображений. Температурная активация НКЦ начинается со 160°С. При температуре выше 170°С древесина резко начинает терять прочность. Время термообработки 3-4 часа выбирается из условия термораспада карбамида до изоциануровой кислоты.The heat treatment mode is selected from the following considerations. NCC temperature activation starts at 160 ° C. At temperatures above 170 ° C, wood sharply begins to lose strength. The heat treatment time of 3-4 hours is selected from the condition of thermal decomposition of urea to isocyanuric acid.
Способ получения модифицированной древесины может быть осуществлен по указанным примерам.A method of obtaining a modified wood can be carried out according to the specified examples.
Пример 1.Example 1
Готовится пропиточный раствор путем добавления в 2%-ный гидрогель НКЦ 20% сухого измельченного карбамида и перемешивания в течение 15 мин. Брус из осины сечением 100×100 мм длиной 1 м пропитывается полученным раствором с торца под давлением в течение 2 ч. В результате содержание в древесине карбамида составило 8%, а содержание НКЦ - 0,8% по отношению к массе абсолютно сухой древесины. Пропитанный брус высушивался при температуре от 100°С (начальная) до 120°С (конечная) до влажности 4% в течение 46 ч с одновременным уплотнением при давлении 0,8 МПа. После этого давление сбрасывается до 0,1 МПа, и проводится термообработка при температуре 160°С в течение 4 ч. Плотность модифицированной древесины составила 850 кг/м3, предельное объемное разбухание в воде - 8%.An impregnation solution is prepared by adding 20% dry crushed urea to a 2% NCC hydrogel and mixing for 15 minutes. An aspen timber with a cross section of 100 × 100 mm, 1 m long, is impregnated with the resulting solution from the end under pressure for 2 hours. As a result, the urea content in the wood was 8% and the NCC content was 0.8% with respect to the weight of absolutely dry wood. The impregnated timber was dried at a temperature of 100 ° C (initial) to 120 ° C (final) to a moisture content of 4% for 46 hours with simultaneous compaction at a pressure of 0.8 MPa. After that, the pressure is released to 0.1 MPa, and heat treatment is carried out at a temperature of 160 ° C for 4 hours. The density of the modified wood was 850 kg / m 3 , the maximum volumetric swelling in water was 8%.
Пример 2.Example 2
Готовится пропиточный раствор по примеру 1. Оцилиндрованное бревно из древесины березы диаметром 26 см и длиной 3 м пропитывается с торца под давлением до содержания карбамида 10% и гидрогеля НКЦ 1% по отношению к массе абсолютно сухой древесины в течение 1,5 ч. Пропитанное бревно разрезается на брус сечением 120×120 мм длиной 3 м и сушится при температуре от 100°С (начальная) до 120°С (конечная) в течение 49 ч до влажности 4% с одновременным уплотнением при давлении 0,8 МПа. После этого давление сбрасывается до 0,1 МПа, и проводится термообработка при температуре 170°С в течение 3 часов. Плотность модифицированной древесины составила 900 кг/м, предельное объемное разбухание в воде - 9%.An impregnating solution is prepared according to Example 1. A round log made of birch wood with a diameter of 26 cm and a length of 3 m is impregnated from the end under pressure to a urea content of 10% and NCC hydrogel 1% with respect to the mass of absolutely dry wood for 1.5 hours. The impregnated log cut into a beam with a section of 120 × 120 mm 3 m long and dried at a temperature of from 100 ° C (initial) to 120 ° C (final) for 49 hours to a moisture content of 4% with simultaneous compaction at a pressure of 0.8 MPa. After that, the pressure is released to 0.1 MPa, and heat treatment is carried out at a temperature of 170 ° C for 3 hours. The density of the modified wood was 900 kg / m, the maximum volumetric swelling in water was 9%.
В результате получается экологически чистая модифицированная древесина, так как карбамид, изоциануровая кислота и НКЦ относятся к четвертому классу опасности. Выделяющийся при разложении карбамида аммиак улетучивается из древесины вместе с парами воды. Свойства модифицированной древесины в сравнении с прототипом представлены в таблице 1.The result is environmentally friendly modified wood, as urea, isocyanuric acid and NCC belong to the fourth hazard class. Ammonia released during the decomposition of urea escapes from the wood along with water vapor. The properties of the modified wood in comparison with the prototype are presented in table 1.
Полученная по заявляемому способу модифицированная древесина отличается нетоксичностью, высокой формостабильностью и может найти широкое применение в качестве полноценного заменителя ценной древесины дуба, ясеня, грецкого ореха в товарах народного потребления, например, при производстве террасной доски, наружных окон, дверей, бань, беседок и т.п.Obtained by the claimed method, modified wood is non-toxic, highly form-stable and can be widely used as a full-fledged substitute for valuable wood of oak, ash, walnut in consumer goods, for example, in the manufacture of terrace boards, exterior windows, doors, bathhouses, gazebos, etc. .P.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142934A RU2710171C1 (en) | 2018-12-04 | 2018-12-04 | Method of producing modified wood |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142934A RU2710171C1 (en) | 2018-12-04 | 2018-12-04 | Method of producing modified wood |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2710171C1 true RU2710171C1 (en) | 2019-12-24 |
Family
ID=69022774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018142934A RU2710171C1 (en) | 2018-12-04 | 2018-12-04 | Method of producing modified wood |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2710171C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771676C1 (en) * | 2021-11-08 | 2022-05-11 | Владимир Александрович Галкин | Composition for preparing solution for wood impregnation, solution for wood impregnation and method for using this solution |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4552885A (en) * | 1981-12-24 | 1985-11-12 | Ciba Geigy Corporation | Stabilized fungicide compositions |
| CN101549508B (en) * | 2009-03-20 | 2011-05-25 | 北京林业大学 | Technical method for lumber functionality improvement |
| RU2454444C1 (en) * | 2011-02-01 | 2012-06-27 | Закрытое акционерное общество "ЭФКО-НТ" (ЗАО "ЭФКО-НТ") | Method of cementing modified timber |
| RU2476311C1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная лесотехническая академия" | Method of timber modification |
| RU2511302C2 (en) * | 2012-08-07 | 2014-04-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Device for impregnation of wood under pressure from wood end |
-
2018
- 2018-12-04 RU RU2018142934A patent/RU2710171C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4552885A (en) * | 1981-12-24 | 1985-11-12 | Ciba Geigy Corporation | Stabilized fungicide compositions |
| CN101549508B (en) * | 2009-03-20 | 2011-05-25 | 北京林业大学 | Technical method for lumber functionality improvement |
| RU2454444C1 (en) * | 2011-02-01 | 2012-06-27 | Закрытое акционерное общество "ЭФКО-НТ" (ЗАО "ЭФКО-НТ") | Method of cementing modified timber |
| RU2476311C1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная лесотехническая академия" | Method of timber modification |
| RU2511302C2 (en) * | 2012-08-07 | 2014-04-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Device for impregnation of wood under pressure from wood end |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771676C1 (en) * | 2021-11-08 | 2022-05-11 | Владимир Александрович Галкин | Composition for preparing solution for wood impregnation, solution for wood impregnation and method for using this solution |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2004520976A5 (en) | ||
| CA2005468C (en) | Cellulosic fibrous aggregate and a process for its preparation | |
| FI97034C (en) | Cellulose fiber assemblies and process for making the same | |
| WO2015072437A1 (en) | Adhesive composition for wood materials | |
| Sahin et al. | Mechanical and thermal properties of particleboard manufactured from waste peachnut shell with glass powder | |
| CA2760232A1 (en) | Lignocellulosic material and modification of lignocellulosic material | |
| CN108501164B (en) | Method for manufacturing a wood composite material and wood composite material obtainable by the method | |
| CA2244667C (en) | Bonding agent composition, its use as well as a process for the production of particle board | |
| RU2712521C1 (en) | Method of producing modified wood | |
| WO1998035800A1 (en) | Method of forming ligno-cellulosic composite particle products with lignin as an adhesive | |
| EP2740768A1 (en) | Condensed tannin-containing composition which is cured by application of heat and pressure | |
| CA2616336A1 (en) | Method for the production of wood material articles with low emissions of chemical compounds | |
| Nicollin et al. | Fast pressing composite using tannin-furfuryl alcohol resin and vegetal fibers reinforcement | |
| RU2710171C1 (en) | Method of producing modified wood | |
| CA2996566A1 (en) | Process for the manufacture of thermally curable resins as well as resins obtainable by the process | |
| US2664377A (en) | Method of impregnating and laminating fibrous materials with lignin | |
| RU2476311C1 (en) | Method of timber modification | |
| AU670702B2 (en) | A method of producing a wood-derived material | |
| RU2401195C2 (en) | Method of producing modified timber | |
| US6503638B1 (en) | Impregnation of a lignocellulosic material | |
| JP2010248309A (en) | Method for reducing formaldehyde release amount from molded product containing resol-type phenol resin | |
| JP3979705B2 (en) | Manufacturing method of wooden board | |
| RU2605752C2 (en) | Method of producing modified wood | |
| Rowell et al. | Dimensional stability of particleboard made from vapor phase acetylated pine wood chips | |
| RU2694748C2 (en) | Method for production of plate materials based on vegetable raw materials and bifunctional synthetic binders |