Способ модификации древесины

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Болтовский Валерий Станиславович Дудка Ольга Владимировна Игнатенко Аркадий Васильевич Остроух Олег Владиславович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Способ модификации древесины, заключающийся в пропитке древесины фурановым мономером с последующим его термокаталитическим отверждением, отличающийся тем, что в качестве мономера используют фурфурол, а отверждение осуществляют при 120 С в течение 6 ч в присутствии толуолсульфокислоты в качестве катализатора, взятой в количестве 4 от массы фурфурола. Изобретение относится к деревообработке, а именно к способам модификации древесины, и может быть использовано для предотвращения биоповреждения, повышения био-,термостойкости и долговечности древесины, что позволяет использовать ее в качестве строительных конструкций и отделочных материалов, эксплуатируемых в сложных климатических или агрессивных производственных условиях. Известны способы получения модифицированной древесины различными методами с целью улучшения комплекса ее качественных показателей. Модифицированная древесина, как правило, обладает улучшенными свойствами по сравнению с натуральной, поэтому может найти более широкое применение в промышленности и строительстве 1. Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ получения древесного материала, пропитанного фурановым полимером. Древесный материал пропитывают раствором, состоящим из фурфурилового спирта и одного дополнительного соединения (малеинового или фталевого ангидрида) с концентрацией от приблизительно 5 до приблизительно 20 от массы фурфурилового спирта. После этапа пропитывания проводят этап сушки при температуре в интервале от приблизительно 70 С до приблизительно 140 С. Продолжительность сушки зависит от размера материала и типа применяемой сушилки 2. Недостатком способа является использование в качестве компонента пропитывающего раствора фурфурилового спирта, который получают гидрированием фурфурола при высоком давлении и температуре в результате осуществления отдельного технологического процесса. 16076 1 2012.06.30 Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение композиционного древесно-полимерного материала - древесины, модифицированной полимером на основе фурфурола, применяемого в качестве пропитывающего компонента для модификации термохимическим способом. Фурфурол является единственным соединением фуранового типа, которое получают непосредственно из растительного сырья, в то время как для производства фурановых производных, в т.ч. фурфурилового спирта, необходимы значительные дополнительные затраты сырья и энергии. Поставленная задача достигается тем, что способ модификации древесины заключается в пропитке древесины фурановым мономером с последующим его термокаталитическим отверждением и отличается тем, что в качестве мономера используют фурфурол, а отверждение осуществляют при 120 С в течение 6 ч в присутствии толуолсульфокислоты в качестве катализатора, взятой в количестве 4 от массы фурфурола. Новизной заявляемого изобретения является использование для получения композиционного древесно-полимерного материала на основе древесины пропиточного состава на основе фурфурола, содержащего в качестве катализатора процесса отверждения мономера фурфурола в полимер на его основе толуолсульфокислоту, а также предварительное определение оптимальных условий отверждения фурфурола. Сущность изобретения поясняется следующими примерами. Пример 1 Для определения оптимальных условий процесса отверждения фурфурола реализовали эксперимент, результаты которого приведены в табл. 1. Таблица 1 Определение оптимальных условий отверждения фурфурола Температура Количество катаПродолжительПлотность полимера отверждения,лизатора,от ность отвержде- на основе фурфурола,С массы фурфурола ния, ч г/см 3 1 120 8 6 1,0970 2 100 8 6 1,0484 3 120 4 6 1,1487 4 100 4 6 1,0905 5 120 8 5 1,1454 6 100 8 5 0,9784 7 120 4 5 1,0576 8 100 4 5 1,0387 По максимальному значению плотности полученного полимера установили, что наиболее приемлемыми параметрами процесса отверждения фурфурола являются температура 120 С, количество катализатора 4 от массы фурфурола, продолжительность отверждения 6 ч. Пример 2 Пропитку образцов древесины клена в лабораторных условиях проводили в следующей последовательности. Образцы с влажностью 8-12 помещали в пропиточный герметизированный автоклав, для повышения эффективности пропитки создавали вакуум 0,085 МПа в течение 15 мин, затем давление 0,1-0,2 МПа в течение 70 мин. Пропитку осуществляли фурфуролом, содержащим в качестве катализатора толуол-сульфокислоту в количестве 4 от массы фурфурола. Затем производили разгерметизацию автоклава, выгрузку образцов, слив пропиточного раствора. Сушку и термообработку образцов проводили в сушильном шкафу при температуре 120 С в течение 6 ч. После чего производили постепенное охлаждение образцов до комнатной температуры. Номер опыта 16076 1 2012.06.30 После пропитки определяли количество пропиточного состава, поглощенного каждым образцом. После термообработки, кроме визуального осмотра, определяли содержание полимера и равномерность распределения его по длине образца, биостойкость и термостойкость образцов модифицированной древесины. Результаты представлены в табл. 2. Остальные примеры выполнены аналогично примеру 2 и также представлены в табл. 2. Таблица 2 Основные характеристики древесины, модифицированной полимером на основе фурфурола Порода Степень Содержание полимера,Биостойдревесины пропитки,низкомолекулярный продукт сшитый полимер кость, балл Сосна 32,60 13,70 86,30 Ель 81,20 1,71 98,29 2 Клен 77,60 8,19 91,81 0 На основании термогравиметрического анализа установлено, что модифицированная древесина обладает повышенной термостойкостью. Образование в процессе модификации композиционного материала подтверждено результатами ИК-спектроскопии. Древесина клена, модифицированная полимером на основе фурфурола, приобретает в результате модификации значительную биостойкость (0 баллов по ГОСТ 9.049) по сравнению с натуральной древесиной (5 баллов по ГОСТ 9.049). Преимущество предлагаемого способа модификации древесины заключается в применении в качестве мономера для ее термокаталитической модификации не фурфурилового спирта, а фурфурола, который в качестве компонента пропиточного состава обеспечивает большее содержание полимера в образце кленовой древесины (91,81 ) по сравнению с прототипом (68 ), что влечет за собой повышение биостойкости и термостойкости полученного композиционного материала. Способ получения модифицированной древесины может быть реализован в деревообрабатывающей промышленности. Источники информации 1. Модификация древесины. Зарубежный опыт / Е.В. Матюшенкова // ЛесПромИнформ. - 2009. -4 (62). - С. 125-127. 2.2275298. Шнейдер Марк Х. Древесный материал, пропитанный фурановым полимером, способ его получения и применение такого древесного материала // Бюл.12. 2006 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3