CC BY
61
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
МОДИФИЦИРОВАНИЕ НАТУРАЛЬНОЙ И ФАУТНОЙ ДРЕВЕСИНЫ МЯГКИХ ПОРОД СОЕДИНЕНИЯМИ ФОРМАЛЬДЕГИДА И КАРБАМИДА
И.Н. МЕДВЕДЕВ, асп. каф. древесиноведения ВГЛТА
Из древесины мягколиственных пород во всех развитых странах мира и в России получают полноценный заменитель древесины твердых лиственных и экзотических ценных пород путем химико-механического модифицирования, включающего операции пропитки и прессования [1]. Для модифицирования используется лишь здоровая древесина, имеющая диаметр заготовки до 25 см. Древесина ольхи, осины, тополя, березы при большем диаметре имеет в центральной зоне трубку из гнили диаметром от 5 до 12 см. Объем древесины, пораженной центральной гнилью (при диаметре 25-35 см), составляет в Воронежской области для осины 92 %, тополя - 83 %, ольхи - 70 %, березы - 51 %.
Для получения железнодорожных шпал из модифицированной древесины диаметр бревна должен составлять не менее 25 см и не иметь гнили. Для вовлечения фаутной древесины в процессы модифицирования необходимо было увеличить прочность такой древесины как минимум до прочности здоровой древесины при сохранении показателей формоизменяемости (формостабильности).
В качестве модификатора древесины мягких лиственных пород нами выбраны соединения формальдегида и карбамида как наиболее дешевые и широко применяемые в деревообработке. В древесину вводились: исходные мономеры формальдегид и карбамид; олигомер карбамидофор-мальдегидный конденсат (КФК); водный раствор полимера - готовой смолы КФ-Ж. Карбамид технической марки Б и формалин имели стандартные характеристики.
Предполагалось, что при использовании мономеров, олигомера и водного раствора полимера получим соединения, имеющие в модифицированной древесине химические связи с компонентами древесного комплекса, способные увеличить формостабильность прессованной древесины до уровня здоровой древесины, как это отмечалось в работах В.А. Шамаева [1] и Г.М. Шутова [2].
Для получения формостабильной древесины проводились испытания образцов фаутной березы и осины, а также здоровой березы.
Основные требования при выборе стабилизатора: достижение равенства величины разбухания прессованной древесины и натуральной; влаго- и водопоглощение должны быть приведены к значениям здоровой древесины. Фаутную древе си-ну березы и осины, а также здоровую березу для получения повышенной прочности пропитывали стабилизаторами, выбор которых определялся экономическими и экологическими показателями. Первая серия брусков пропитывались смесью мономеров (37 %-ный р-р формалина, карбамида и воды), вторая - форконденсат карбамидофор-мальдегидным олигомером (КФК); третья - кар-бамидоформальдегидной смолой (КФ-Ж).
Бруски, размерами пресс-формы (50 х 50 х х 90 мм), пропитывались вышеуказанными стабилизаторами до 30 % сухого остатка от массы абсолютно сухой древесины. Далее их прессовали одноосным прессованием (степень прессования 35 %) и высушивали при температуре 110 °С в течение 6-8 ч до влажности 12 %. Из полученных брусков вырезались по ГОСТ 9629-85 образцы размером 15 х 15 х 22,5 мм и помещались в эксикатор (верхние образцы над водой, для определения влагопоглощения и линейного разбухания при влагопоглощении; нижние образцы находились в воде, для определения водопоглощения и линейного разбухания при водопоглощении) на 1, 3, 6, 10, 30 суток.
Таблица
Предел прочности при сжатии вдоль волокон древесины различных марок
Порода Контроль предела прочности, МПа Предел прочности при сжатии для модификатора, МПа
форма- лин КФК КФ-Ж
Береза здоровая 54,0 87,6 106,2 70,6
Береза фаутная 16,1 23,5 65,7 46,2
Осина фаутная 14,6 14,6 46,5 45,62
Береза здоровая (прессованная) 75,8 - - -
Береза фаутная (прессованная) 31,3 - - -
Осина фаутная (прессованная) 29,2 - - -
Осина натуральная 43 - - -
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
129
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
0 1 3 6 10 30
Время, сутки
Береза фаутная
10
30
Время, сутки
Время, сутки
0
1
3
6
Время, сутки
---Формалин + карбамид + вода---КФК КФ-Ж
Рис. 1. Водопоглощение модифицированной древесины
---Формалин + карбамид + вода---КФК КФ-Ж
Рис. 2. Объемное разбухание модифицированной древесины при влагопоглощении
На рис. 1 представлены кривые водопоглощения модифицированной здоровой березы и фаутной березы и осины. Здоровая береза имеет наименьшее водопоглощение при пропитке стабилизатором КФК и составляет 60 %. Водопоглощение фаутной осины - 89,1 %, фаутной березы для стабилизатора КФК - 75,1 %, а линейное водопоглощение - 73,8 % для стабилизатора КФ-Ж.
Объемное разбухание при влагопоглощении показано на рис. 2. Наименьшее объемное разбухание для здоровой березы составляет
37,3 %, осины фаутной - 31,1 %, получены при пропитке формалин + карбамид + вода, а для фаутной березы объемное разбухание - 30,6 % при пропитке стабилизатором КФК.
Результаты испытаний предела прочности при статическом сжатии вдоль волокон представлены в таблице.
Наилучшие результаты получены для стабилизатора КФК для всех испытанных пород древесины. Показатель прочности фаутной древесины достигает при пропитке стабилизатором КФК прочности натуральной древесины, для березы
фаутной 65,7 МПа, а осины фаутной 46,5 МПа, для березы здоровой - 106,2 МПа.
Выводы
1. Стабилизация прессованной древесины модификаторами: формалин + карбамид; форкон-денсат, карбамидо-формальдегидного олигомера; карбамидо-формальдегидная смола - КФ-Ж в количестве 30 % от массы абсолютно сухой древесины позволяет снизить водопоглощение до 60-70 % и объемное разбухание при водо- и влагопоглощении соответственно до 45-55 % и 35-45 %.
2. Обработка древесины форконденсатом карбамидо-формальдегидного олигомера позволяет увеличить статическую прочность при сжатии вдоль волокон фаутной древесины до прочности натуральной древесины.
Библиографический список
1. Шамаев, В.А. Химико-механическое модифицирование древесины / В.А. Шамаев. - Воронеж: Воронеж. гос. ле-сотехн. академ., 2003. - 260 с.
2. Шутов, Г.Н. Основы модифицирования древесины термохимическим способом: автореф. дис. ... д-р тех. наук / Г.Н. Шутов - М.: МГУЛ, 1982. - 33 с.
130
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
