Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОРЦЕВЫХ ШАШЕК ДЛЯ ПАРКЕТА

Изобретение относится к производству строительных материалов, позволяет квалифицированно рекуперировать отходы переработки древесины и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленности.

Другие способы

Известен способ изготовления торцевой шашки для паркетных щитов или настенных панелей из древесины хвойных и мягколиственных пород, включающий сушку древесины, получение заготовок в виде торцевых шашек, придание формы их внешнему контуру и пропитку синтетическим каучуком олигопипериленовым с мол. м. 12000-30000 в виде 30-50%-ного раствора в нефрасе (Патент №2096171, заявка №94031039, RU С1, кл. B27М 3/04, В27К 3/34,1997).

Олигопипериленовый каучук представляет собой линейный низкомолекулярный полимер, химическая природа которого обусловлена звеньями изопрена, что обусловливает проявление олигопипериленовым синтетическим каучуком пластоэластических свойств, характерных для каучуков. В силу отмеченной особенности, несмотря на эффект упрочнения древесины, данному пропитывающему составу присущ недостаток, связанный с низкой жесткостью полимера, и, как следствие, снижение эксплуатационных показателей паркета, а именно таких важных свойств, как твердость, истираемость.

Известен способ изготовления торцевой шашки для паркетных щитов или настенных панелей из древесины хвойных и мягколиственных пород, включающий сушку древесины, получение заготовок в виде торцевых шашек, придание формы их внешнему контуру и пропитку 30-50%-ным раствором в нефрасе сополимера олигомеров бутадиена со стиролом с мол. м. 3000-10000 (Патент №2118928, RU, заявка N 97112601 2118928 С1, кл. B27М 3/04, 1998).

Синтетический сополимер олигомеров бутадиена со стиролом является линейным низкомолекулярным полимером с большим содержанием связанного стирола (≈65-75% масс.) и присутствием кратных связей, благодаря которым происходит термоокислительное структурирование в порах древесины. Однако данный вид структурирования наиболее эффективно протекает только на поверхности древесной заготовки, где присутствует в достаточном количестве необходимый для этих целей кислород воздуха. При этом трудно ожидать образование прочной "сшитой" сетки как внутри полимерной фазы, так и на границе с древесинным веществом, в межфибриальном и межклеточных пространствах древесины. Присутствие стирольных фрагментов в составе сополимера придает ему повышенную жесткость, которая определяется трудностью вращения отдельных сегментов макромолекулы относительно оси вдоль σ - связи из-за стерического эффекта бензольного кольца. Поэтому данный сополимер, сочетая в себе высокую проникающую способность вследствие низкой молекулярной массы, способность к термоокислительному структурированию за счет высокой ненасыщенности, обладает также эффектом усилителя жесткости за счет присутствия полистирольных фрагментов в макромолекуле. Однако указанные положительные моменты данного модификатора являются препятствием к образованию привитой, плотно "сшитой" структуры в межфибриальном и межклеточных пространствах древесины и тем самым ограничивают уровень достигаемых таким образом физико-механических показателей пропитанных древесных заготовок.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления торцевой шашки для паркетных щитов или настенных панелей из древесины хвойных и мягколиственных пород, включающий сушку древесины, получение заготовок в виде торцевых шашек, придание формы их внешнему контуру и пропитку 30-50%-ным раствором в нефрасе низкомолекулярного сополимера 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом с мол. м. 600-1500 - полученным на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства бутадиенового каучука (Патент №2327559, RU, заявка №2006136740, МПК В27М 3/04, В27К 3/34 С1, 2008).

Получаемый эффект от использования данного пропитывающего материала основан на применении синтетического сополимера (СВМ), содержащего ангидридные реакционные группы, способные в присутствии влаги переходить в карбоксильные, которые далее взаимодействуют с катионами металла сиккативного комплекса с образованием «сшитой» структуры сополимер - древесина, обеспечивающей достаточно высокие показатели торцевых шашечных элементов.

Однако для данного способа присущи следующие недостатки.

Низкая функциональность, определяемая содержанием максимум одной гидроксильной и одной карбоксильной группы на макромолекулу сополимера СВМ. То есть для двух функциональных соединений существует реальная возможность образования только линейных, вытянутых в цепочку структур, между которыми способны возникать силы притяжения исключительно физической природы без образования каких-либо химических связей, что не обеспечивает необходимый уровень структуризации, в том числе с компонентами древесного вещества, который бы обеспечил комплексный эффект повышения физико-механических свойств сочетании с высоким показателем водостойкости.

Присутствие выше обозначенных функциональных групп (карбоксильных и гидроксильных в составе СВМ и гидроксильной в составе древесины) позволяет получить при их взаимодействии простые и сложноэфирные связи как между макромолекулами СВМ, так и между макромолекулой СВМ и целлюлозной компонентой древесины. При этом как минимум половина приходится на сложноэфирные связи, которые в сравнении с простыми эфирными связями являются менее устойчивыми в экстремальных условиях эксплуатации. Главной особенностью простых эфиров является их химическая инертность. В отличие от сложных эфиров они не гидролизуются и не разлагаются водой на исходные спирты. Сложные эфиры легко гидролизуются с образованием кислоты и спирта (реакция омыления). Восстановление сложных эфиров приводит к образованию спиртов.

Негативным моментом данного способа является также использование адсорбционной влаги в микрокапиллярах для структурирования СВМ. В этом случае происходит перевод молекул воды из связанного состояния в свободное, что резко увеличивает их активность, которая проявляется в способности модифицированной древесины поглощать, сорбировать влагу из вне, понижая, таким образом, физико-механические свойства и главным образом формоустойчивость, связанную напрямую с водопоглощением и разбуханием.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение физико-механических показателей, главным образом формоустойчивость заготовок для паркета из древесины хвойных или мягколиственных пород.

Для решения этой задачи в известном способе изготовления заготовок для паркета, включающем сушку древесины, получение заготовок, придание формы их внешнему контуру и пропитку низкомолекулярным полимером в растворе, в качестве низкомолекулярного сополимера используют низкомолекулярную эпоксидную смолу марки ЭП-20 и отвердитель гексаметилентетраамин (ГМДА) в виде раствора в ацетоне.

Таким образом, в предлагаемом способе путем использования эпоксидной смолы с более высокой функциональностью, чем СВМ, способностью целенаправленно осуществлять процесс структурирования ЭС введением определенного количества отвердителя (полиэтиленполиамина - ПЭПА), исключающего необходимость в остаточной сорбционной влаге и в переводе воды из связанного в свободное состояние достигается более высокий уровень физико-механических показателей стабилизированной древесной заготовки для торцового паркета вследствие снижения водопоглощения и, соответственно, разбухания модифицированной заготовки.

Способ осуществляется следующим образом. Лесоматериалы, представляющие собой отходы рубок ухода или целевую древесину, раскраивают деревообрабатывающим оборудованием на торцевые или продольные заготовки, которым с помощью фрезы придается форма внешнему контуру. В дальнейшем заготовки поступают в пропиточную ванну с раствором 30-50%-ной концентрации в ацетоне низкомолекулярной эпоксидной смолы с мол. м. 600-1500, содержащей в качестве отвердителя 10 масс. ч. гексаметилендиамина (ГМДА) на 100 масс. ч смолы. После пропитки в течение 0,5-1,5 ч заготовки сушатся в термошкафу при температуре 100-120°C в течение 1-3 ч до полного удаления летучих компонентов.

В результате получают заготовки для паркета, обладающие высокими физико-механическими показателями, в частности повышенными величинами водостойкости, а также твердости и истираемости.

Получаемый эффект от использования данного пропитывающего материала можно пояснить следующим.

Формостабильность в случае древесины требует плотной упаковки олигомерных макромолекул в капиллярах клетки, ответственной за изменение размеров древесного образца в целом. На стадиях адсорбции и десорбции молекулы воды, проникая на клеточный уровень, в основном через торцевую поверхность по многочисленным водопроводящим капиллярам различного рода и благодаря высокой гидрофильности целлюлозной составляющей насыщают капилляры клеточной стенки, приводя к увеличению ее размеров.

Поэтому только плотная упаковка олигомера даже на клеточном уровне не способна придать древесному изделию достаточную формоустойчивость. Только олигомеры, содержащие реакционноспособные функциональные группы, способные при определенных условиях к реакциям превращения, в том числе с функциональными группами древесинного вещества, обеспечивают образование единого структурированного, сшитого комплекса олигомера и древесины на основе прочных ковалентных связей и повышение гидрофобных свойств получаемого древеснополимерного композита.

Для целей модификации шашечного элемента торцевого паркета использована эпоксидная смола марки ЭД-20, относящаяся к наиболее распространенным полимерам данного класса - диановым смолам. Исходными веществами для получения диановых смол являются эпихлоргидрин (1) и дифенилолпропан (2):

В результате двухстадийной реакции, включающей этапы поликонденсации и ступенчатой полимеризации, происходит получение диановых смол, структуру которых можно выразить следующей формулой:

где R обозначает радикал

Для отверждения ЭС используются различные отвердители, которые являются связывающими агентами. Сшивка происходит за счет взаимодействия отвердителя с гидроксильными (-ОН) и эпоксидными группами (). В качестве отвердителей обычно применяют ди- и полиамины, ангидриды дикарбоновых кислот, фенолформальдегидные смолы и другие вещества.

Если обратить внимание на функциональность целлюлозной составляющей древесины, элементарное звено которой представлено ниже:

,

то можно предположить участие целлюлозы в структурных процессах при отверждении ЭС, в основном за счет гидроксила метилольной (наиболее реакционноспособной) группы с образованием следующей структуры полимера и древесины:

В данном случае рассмотрено участие в качестве отвердителя гексаметилендиамина, одного из наиболее доступных и эффективных структурирующих агентов.

Таким образом, эпоксидная смола сочетает в себе высокую проникающую способность вследствие низкой молекулярной массы, способность к химическому структурированию за счет присутствия реакционноспособных функциональных групп в количестве более двух и обладает эффектом отверждения в присутствии отвердителя - ГМДА согласно приведенному выше механизму.

Пример 1 (контрольный, прототип). Лесоматериалы из сосны сушили в паровоздушных камерах периодического действия до влажности 8%. Затем раскраивали с помощью деревообрабатывающего оборудования на торцевые или продольные заготовки, которым с помощью фрезы придавали форму внешнему контуру. Далее заготовки пропитывали 40%-ным раствором в нефрасе низкомолекулярного сополимера 4-винилциклогексена-1 с малеиновым ангидридом (СВМ) с мол. м. 600-1500 течение 40 мин без внешнего давления. В завершение производили сушку заготовок в сушильных шкафах при атмосферном давлении и температуре 110°C в течение 1,5 ч до полного удаления летучей части пропиточного состава.

Пример 2. Лесоматериалы из сосны сушили в паровоздушных камерах периодического действия до влажности 8%. Затем их раскраивали на деревообрабатывающем оборудовании и с помощью фрезы придавали определенную форму заготовкам с продольным или поперечным расположением волокон. Далее заготовки пропитывают 25%-ным раствором в ацетоне низкомолекулярно эпоксидной смолы (ЭД-20) с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Заключительной стадией изготовления заготовок для паркета являлась сушка в сушильных шкафах при атмосферном давлении и температуре 110°C в течение 1,5 ч до полного удаления летучей части пропиточного состава.

Пример 3. Паркетные заготовки из сосны с приданной конфигурацией внешнего контура, изготовленные в соответствии с приведенной в примере 2 методикой, пропитывали 30%-ным раствором в ацетоне ЭД-20 с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Стадия сушки завершает процесс в соответствии с условиями, изложенными в примере 2.

Пример 4. Заготовки, изготовленные в соответствии с приведенной в примере 2 методикой, пропитывали 40%-ным раствором в ацетоне ЭД-20 с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Завершали изготовление сушкой по режиму, изложенному в примере 2.

Пример 5. Заготовки, изготовленные в соответствии с методикой примера 2, пропитывают 50%-ным раствором в ацетоне ЭД-20 с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Завершали изготовление заготовок сушкой по режиму, изложенному в примере 2.

Пример 6. Заготовки, изготовленные по примеру 2, пропитывали 55%-ным раствором в ацетоне ЭД-20 с мол. м. 600-1500 в течение 40 мин при комнатной температуре без внешнего давления. Завершали изготовление заготовок сушкой аналогично примеру 2.

Результаты испытаний паркетных заготовок, изготовленных по приведенным выше примерам, приведены в таблице.

Как следует из представленных в таблице данных, заготовки, изготовленные по предлагаемому способу, существенно превосходят по водостойкости (и следовательно по формоустойчивости) контрольные образцы, а также имеют преимущества по прочности. При этом наблюдается существенное преимущество перед прототипом по таким важным показателям, как водопоглощение и разбухание.

Отмеченные преимущества предлагаемого способа наблюдаются при использовании раствора эпоксидной смолы марки ЭД-20 в ацетоне с концентрацией 30-50% и содержанием отвердителя - гексаметилендиамина 10% от массы смолы (соответствует примерам 3-5 в нижеприведенной таблице).