Повышение формоустойчивости, стабильности и водостойкости изделий из древесины, модифицированной раствором карбамида

При термохимической модификации сухой древесины пропитывающими составами при повышенных температурах преобладают процессы пропитки и движения пропитывающих веществ под действием капиллярного давления после поглощения состава вглубь древесины, а также под действием избыточного давления в автоклаве. Цель работы – повысить формостабильность, водостойкость и улучшить эксплуатационные свойства изделий из древесины, модифицированной раствором карбамида. При большом значении градиента давления, который наблюдается при модификации, именно на мембранах межклеточных пор происходит образование газовых пузырьков, которые увеличиваются в размере, а затем под давлением лопаются и заполняются раствором. Для стабилизации формы и размеров такой древесины использовали раствор карбамида и пропитывали в автоклаве с ручным управлением при повышенной температуре и давлении. Модификация древесины карбамидом связана с поликонденсационными процессами карбамида, лигнина и легкодоступными фракциями гемицеллюлоз. Карбамид вступает в ассоциацию с гидроксильными группами компонентов древесины с образованием водородных связей. Для получения максимальной плотности, а значит, в дальнейшем, и максимальной прочности содержание влаги в древесине должно быть больше, чем требуется для прохождения реакций, в которых участвует вода. Пропитка древесины раствором карбамида различной концентрации (от массы сухой древесины) с последующей сушкой протекает при соединении карбамида с компонентами древесины, тем самым уплотняя ее, придавая заготовкам повышенную формоустойчивость и водостойкость. Модификация карбамидом происходит в основном за счет проникновения раствора через поры капилляров целлюлозы в клеточных стенках благодаря разнице давлений. Важным для теории и практики является значение механизма переноса влаги в древесине при ее сушке. Данный механизм для свободной и связанной воды различен. В начале процесса сушки поверхностное испарение будет вызывать снижение влажности наружных слоев. После того как свободная влага с поверхности будет частично удалена, между внутренними слоями и поверхностью появляется разность капиллярных давлений, обеспечивающая подсос к поверхности свободной влаги по мере ее испарения. Скорость сушки в этом периоде постоянна и определяется интенсивностью испарения влаги с поверхности. При физическом моделировании процесса пропитки древесины хвойных пород (сосна, ель) жидкость распространяется по трахеидам. При моделировании процесса пропитки древесины лиственных пород (осина) жидкость распространяется в основном по крупным сосудам ранней зоны, перетекая из сосуда в сосуд через поры и лестничную перфорацию.

1. Варанкина Г.С., Чубинский А.Н., Русаков Д.С. Исследование адгезионных свойств модифицированных клеевых композиций // Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса: сб. науч. тр. III Междунар. научно-технической конференции. Кострома: КГТУ, 2015. С. 100–102.

2. Гаврилова Н.Н., Назаров В.В.Анализ пористой структуры на основе адсорбционных данных. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2015. 132 с.

3. Глазков С.С., Снычева Е.В., Альбинская Ю.С., Рудаков О.Б. Физико-механические и энергетические характеристики модифицированной древесины березы // Конденсированные среды и межфазные границы. 2012. Т. 14, № 2. С. 168–174.

4. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость / пер. с англ. А.П. Карнаухова. Изд. 2-е. М.: Мир, 1984. 306 с.

5. Джейкок М., Парфит Д. Химия поверхностей раздела фаз / пер. с англ. В.Ю. Гаврилова, В.Б. Фенелонова; под ред. А.П. Карнаухова. М.: Мир, 1984. 269 с.

6. Ермолин В.П. Основы повышения проницаемости жидкостями древесины хвойных пород. Красноярск: Сиб. ГТУ, 1999. 100 с.

7. Михеевская М.А., Платонов А.Д., Снегирева С.Н., Курьянова Т.К., Киселева А.В., Первакова Е.А. Теоретические основы технологии получения модифицированной древесины // Инженерный вестник Дона, 2018. 2 (49). С. 65–75.

8. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение. М.: МГУЛ, 2007. 351 с.

9. Чубинский А.Н. Формирование клеевых соединений древесины. СПб., 1992. 162 с.

10. Чубинский А.Н. Формирование клееных конструкционных материалов из шпона хвойных пород древесины: автореф. дисс д-ра техн. наук: 05.21.05 /

11. Санкт-Петербургская лесотехн. академия. СПб., 1995. 36 с.

12. Чубинский А.Н., Нуллер Б.М. Теоретические исследования процессов деформирования и пропитки древесины при склеивании // Лесной журнал. 1995. № 1. С. 99–102.

13. Чубинский А.Н., Герасюта С.М., Коваленко И.В. Пористость древесины с учетом ее фрактальной структуры. Строение, свойства и качество древесины // Труды IV Междунар. симпозиума. СПб.: СПбГЛТА, 2004. С. 384–386.

14. Шамаев В.А. Получение модифицированной древесины химико-механическим способом и исследование ее свойств // Лесотехнический журнал, 2015. 5 (20). С. 177–187.

15. Шамаев В.А., Никулина Н.С., Медведев И.Н. Модифицирование древесины. Монография. М.: ФЛИНТА 2013. 448 с.

16. Ravikovitch P.I., Neimark A.V. Calculations of pore size distributions in nanoporous materials from adsorption and desorption isotherms // Stud.Surf. Sci. Catal. 2000. Vol. 129. P. 597–606.

17. Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti R.A., Rouquerol J., Siemieniewska T. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity (Recommendations 1984) // Pure Appl. Chem. 1985. Vol. 57, no. 4. P. 603–619.

18. Stoeckli H.F., Kraehenbuehl F. The external surface of microporous carbons, derived from ad-sorption and immersion studies // Carbon. 1984. Vol. 22, no. 3. P. 297–299.

19. Ugolev B.N. Wood as a natural smart material. Wood Science and Technology // Journal of the International Academy of Wood Science. 2014. Vol. 48, no. 3. P. 553–568. DOI: 10.1007/s00226-013-0611-2.