автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Автоклавная технология глубокого крашения древесины хвойных пород

На правах рукописи

¿¿¿я*0/'

СОКОЛОВ ВЛАДИСЛАВ ЛЬВОВИЧ

АВТОКЛАВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ГЛУБОКОГО КРАШЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ ХВОЙНЫХ ПОРОД

Р Г Б ОД

1 -I 0£3 с7:]

Специальность 05.21.05-«Технология и оборудование деревообрабатывающих производств, древесиноведение»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск 2000

Работа выполнена на кафедре технологии композиционных материалов Сибирского государственного технологического университета.

Научные руководители: кандидат технических наук, доцент Ермолин В. Н.;

Ведущая организация — ОАО «СибНИИЛП», г. Красноярск.

Защита диссертации состоится «28 » февраля 2000 г. в « 10 » часов на заседании диссертационного совета К 063.83.02 в Сибирском государственном технологическом университете, в ауд._

Ваши отзывы на автореферат (обязательно в двух экземплярах с заверенными подписями) просим направить по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82, СибГТУ, Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «27» января 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук,

доктор химических наук, профессор Беляев Е. Ю.

Официальные оппоненты: - доктор химических наук,

Лоскутов С. Р.; - кандидат технических наук, Ермолович А. Г.

доцент

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Сохраняющаяся в течение последних лет тенденция увеличения использования массивной древесины при изготовлении мебели, дверей, окон, покрытий полов и элементов интерьера предъявляет особые требования к ее декоративным свойствам. Ввиду того, что запасы ценных лиственных пород в России крайне ограничены, в деревообработке в основном используется хвойная древесина, обладающая сравнительно низкими декоративными свойствами.

Одним из направлений улучшения декоративных свойств является глубокое (сквозное) крашение, представляющее собой пропитку древесины окрашивающими составами. В качестве последних наиболее * часто применяются растворы синтетических красителей. Данный способ позволяет проявить или завуалировать текстурный рисунок, придать желаемый цвет, при этом прокрашенная древесина по декоративным свойствам не уступает ценным породам. Кроме того, при удалении поверхностного слоя в ходе обработки или эксплуатации изделия прокрашенная древесина не теряет свои декоративные свойства.

Вместе с тем, известные технологии глубокого крашения, хорошо зарекомендовавшие себя при облагораживании легкопропитываемых лиственных пород (береза, бук, липа и др.), не могут быть использованы применительно к хвойной древесине. Это обусловлено тем, что все хвойные породы являются ядровыми либо спелодревесными. При этом основной объем сортиментов, в том числе и пиленых, составляет именно ядровая и спелая древесина, которые, при использовании известных технологий, практически не пропитываются. Кроме того, растворы синтетических красителей не могут быть использованы для глубокого крашения хвойной древесины, что обусловлено особенностями ее капиллярной структуры.

В связи с тгнм, чнбор темы исследований, связанной с разработкой технологии глубокого крашения древесины хвойных пород является актуальным.

Цель работы заключается в разработке научных основ технологии глубокого крашения древесины хвойных пород.

Научная новизна. В работе впервые получены следующие научные результаты:

- на основании анализа явлений переноса в капиллярной структуре хвойной древесины и ее химического состава разработаны общие требования к окрашивающим составам, которые могут быть использованы для ее глубокого крашения;

- впервые установлена возможность применения гидразинов и диазосоединений в процессах крашения древесины, разработаны методы крашения древесины соединениями указанных классов;

- получены математические модели процесса пропитки древесин хвойных пород по способу с использованием переменного жидкостног давления;

- исследованы основные показатели качества окрасок, полученных пр обработке древесины растворами соединений следующих классо! анилины, аминофенолы, фенилендиамины, гидразины и гидроксиламш ди- и многоатомные фенолы и диазосоединения;

- изучено влияние параметров красильного раствора (показател кислотности (рН), концентрация, температура) на интенсивност получаемых окрасок.

Практическая ценность.

- Предложены новые способы крашения (Заявка № 99107425/04 разработаны рецептуры для глубокого крашения древесины хвойны пород, позволяющие получить окраски широкой цветовой гаммы с светло-желтого до темно-коричневого и черного. Определен) показатели светопрочности полученных окрасок;

- получены уравнения регрессии, позволяющие разработать режим] пропитки, обеспечивающие прокраску древесины в требуемый цвет н заданную глубину.

Научные положения, выносимые на защиту:

- основные требования к окрашивающим составам для обеспечени глубокого крашения ядровой (спелой) древесины хвойных пород;

- схемы образования окрашенных соединений, полученных пр обработке древесины водными растворами реагентов;

- математические зависимости интенсивности цвета получаемых окрасо древесины от характеристик красильного раствора;

- математические модели процесса пропитки древесины хвойных поро по способу с использованием переменного жидкостного давления.

Апробация работы. Основные результаты и некоторые научны положения, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались:

- на научно-практических конференциях "Проблемы химико-лесног комплекса" (Красноярск, 1998, 1999), " Перспективные материалы технологи и конструкции" (Красноярск, 1999);

- на международном симпозиуме "Лиственница -98" (Красноярск), н международной научно-практической конференции "Социально-экономически и экологические проблемы химико-лесного комплекса" (Екатеринбург, 1998).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ Получен патент «Способ крашения древесины».

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа имеет объе! _198 страниц машинописного текста, содержит 37 рисунков. 26 _ таблщ список литературных источников (190 наименований) и состоит из введения, глав, общих выводов и приложений.

Основное содержание работы

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, определена цель исследований.

В первой главе проведен анализ состояния исследуемого вопроса, а именно: методы крашения древесины, ее проницаемость жидкостями, технологии пропитки и способы их интенсификации, определены задачи исследований.

Анализ литературных источников показал, что в настоящее время существуют два основных направления крашения древесины. Первое основано на использовании растворов синтетических красителей и применяется для глубокого крашения кряжей, заготовок и шпона из древесины березы, бука, липы и т.д. Второе заключается в использовании веществ, способных образовывать окрашенные соединения с компонентами древесины. К ним относятся ароматические амины, фенолы, соли металлов.

Синтетические красители являются сравнительно дорогими веществами, последнее объясняется многостадийностью процесса их производства. Это делает применение реагентов экономически предпочтительным. Кроме того, красители не проникают в хвойную древесину, отфильтровываясь на ее поверхности. Таким образом, единственным решением проблемы глубокого крашения древесины хвойных пород является использование растворов реагентов. Однако последовательных и широких исследований по подбору реагентов для крашения хвойной древесины, а также по разработке режимов глубокого крашения до настоящего времени не проводились.

Определяющее влияние на результаты глубокого крашения оказывает способность древесины проводить жидкости. Изучению основных закономерностей проницаемости древесины посвещены труды В. А. Баженова, Н. А. Оснача, Е. В. Харук, А. Стамма и др. Установлено, что ядровая (спелая) древесина хвойных пород характеризуется низкой, а в некоторых случаях нулевой проницаемостью. Вместе с тем, именно эта древесина составляет большую часть объема пиленых сортиментов, предназначенных для пропитки. Существующие технологии позволяют пропитывать ее на глубину от 2 до 5 мм.

Анализ литературных источников показал, что пропитка ядровой (спелой) древесины хвойных пород на глубину, превышающую действующие нормы, может быть достигнута только в двух случаях: после предварительной обработки древесины (насверловка и накалывание) и при пропитке с использованием переменного жидкостного давления. Применение первого способа связано с нарушением целостности древесины, что делает невозможным применение пропитанной древесины в производстве мебели, строительных и отделочных материалов. Таким образом, при пропитке ядровой (спелой) древесины хвойных пород наиболее перспективным является способ с использованием переменного жидкостного давления. Его сущность заключается в том, что в процессе пропитки происходит чередование

статического и переменного давления. Описанный способ позвол: значительно увеличить глубину пропитки. Вместе с тем, в настоящее время еще мало изучен.

Исходя из анализа состояния изученного вопроса, были сформулирова основные задачи исследований:

- на основании анализа явлений переноса в хвойной древесине и химического состава осуществить подбор реагентов для ее глубои крашения, провести комплекс исследований по изучению основн свойств получаемых окрасок (равномерность, светопрочное интенсивность);

- определить влияние технологических факторов на интенсивно! получаемых окрасок;

- провести комплекс исследований по совершентсвованию структу режимов пропитки с использованием переменного жидкостн< давления и получить математические модели, адекватно описывакш данный процесс;

- определить экономическую эффективность предлагаемой технолог глубокого крашения древесины хвойных пород.

Во второй главе на основании анализа явлений переноса жидкосга древесине и химических аспектов образования окрашенных соединег сформулированы основные требования к окрашивающим растворам ) глубокого крашения хвойной древесины.

Глубокое крашение представляет собой пропитку древеси окрашивающими составами. Главным требованием, предъявляемым красильным растворам, является способность его проникать вглубь древеси по порам и полостям клеток и системе микрокапилляров клеточной стенки. Г несоблюдении первого условия весь краситель будет отфильтровываться поверхности древесины, при несоответствии второму условию - окраше будут лишь полости клеток.

Проникновение пропиточной жидкости поперек волокон происхо; главным образом по сердцевинным лучам. Согласно модели древесины ] объекта пропитки, разработанной В. Н. Ермолиным, жидкость проникает полости клеток сердцевинных лучей (лучевые трахеиды) через по] расположенные на тангенциальных поверхностях, после чего расп проникает в полости вертикальных трахеид через окаймленные по] расположенные на радиальных стенках в местах их контакта. Таким образ! определяющее влияние на проницаемость древесины оказывают разме капилляров в маргинальной зоне окаймленных пор лучевых трахеид.

Известно, что растворы синтетических красителей, хоро зарекомендовавшие себя при глубоком крашении лиственных пор представляют собой коллоидные системы. Сопоставив размеры част красителя с размерами капилляров маргинальной зоны, сделан вывод

невозможности применения растворов синтетических красителей для глубокого крашения древесины хвойных пород.

Это подтверждается данными проведенных нами экспериментов по пропитке хвойной древесины водными растворами синтетических красителей. Величина их проникновения, даже в легкопропитываемую древесину заболони сосны не превышала 1-2 мм, при этом образцы пропитывались на всю глубину.

Таким образом, единственным решением проблемы глубокого крашения ядровой (спелой) древесины является применение истинных растворов, в качестве последних могут быть использованы растворы реагентов, способных образовывать окрашенные соединения с составляющими древесины. Сущность подхода заключается в том, чтобы рассматривать древесину в качестве одного из реагентов, в результате взаимодействия которых образуются окрашенные соединения (красители). Поэтому основной задачей является подбор второго реагента.

Красители представляют собой сопряженные системы двойных связей. Молекулы большей части синтетических красителей содержат замкнутые системы сопряженных двойных связей - ароматические ядра. Из компонентов древесины ароматическую природу имеют лигнин и часть экстрактивных веществ. Рассматривая эти соединения как исходные вещества для синтеза красителей, следует отметить, что в их состав входят следующие функциональные группы: гидроксильная, карбоксильная и альдегидная. "Нарастить" сопряженный фрагмент с целью создания красителя с помощью гидроксильной и карбоксильной групп в результате простых реакций не представляется возможным, что же касается карбонильной группы альдегида либо кетона, то она является реакционноспособной. Таким образом, следует подбирать реагенты, способные вступать в реакции с карбонильными группами с образованием сопряженных систем, имеющих окраску.

В случае обработки растворами ароматических аминов в древесине должна протекать конденсация по карбонильной группе альдегида либо кетона:

Я

/ Н+ Др - С = О + Я1 - Аг - ЫН2 -*-Др - СЯ = N - Аг- Л1 + Н20;

при обработке гидразинами:

Я

Я

Н+ /

->- Др - С = N - Ш'Я2 + Н20;

/

Др - С = О + 1ЧН2 - N11'^

При обработке диазососединениями происходит реакция азосочетания с фенолпропановой структурой древесины. Подтверждением этому являются

работы А. Ф. Гоготова, который показал, что лигнин количественно вступает реакции азосочетания с ароматическими диазосоединениями.

В связи с тем, что реакции конденсации карбонильной группы аминогруппой является кислотнокатализируемой, крашение реагентами долж осуществляться в слабокислой среде.

В описанных выше реакциях цвет окраски зависит от вида заместителя ( Л1), изменяя который можно получить широкую гамму цветов окраски.

В качестве реагентов могут применяться и соли металлов, часть которых выступают в качестве окислителей (Ыа2Сг207, РеСЬ, СиЯО.) и д[ другие, будут участвовать в реакциях комплексообразования. Значение перв] при крашении достаточно велико ввиду того, что хвойная древесина содерж достаточно много экстрактивных веществ, способных к окислению.

Таким образом, качество прокрашивания при применении реагент« главным образом зависит от распределения лигнина и экстрактивных вещее Данные о их распределении позволяют ожидать равномерное прокрашиван древесины.

В третьей главе приводится описание пропиточной установки, метод проведения экспериментов, подготовки образцов.

Конструкция установки и система регулирования позволяют осуществи процесс пропитки в автоклаве при статическом и переменном давлении заданному режиму. Система контроля позволяет получать все необходим данные о ходе процесса.

Устойчивость окрасок к свету определялась в условиях сертификационн лаборатории АО "Шелен" согласно требованиям ГОСТ 10761-75.

Результаты экспериментов обрабатывались на ЭВМ при помощи паи прикладных программ 81а1{р"арЬюз.

В четвертой главе приведены результаты исследований по подбо окрашивающих составов для древесины сосны, лиственницы и ели.

Для проверки положений, изложенных во второй главе диссертации, бы проведены исследования по изучению возможности применения различи классов реагентов для крашения древесины.

Одними из основных критериев, характеризующих качество получаем окрасок, является их равномерность и светопрочность. Поэтому при отбе реагентов на данном этапе исследований были выбраны именно эти показатех

Для предварительных исследований использовались образцы из ял сосны, для последующих ядровая древесина лиственницы и спелая древеси ели. Были выбраны следующие группы реагентов: анилины, фенилендиаминь аминофенолы, гидразины и гидроксиламин, ди- и многоатомные фенол диазосоединения и соли металлов. Оценка показателей качества крашен производилась после высушивания образцов. Результаты предварительн: исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1-Результаты крашения древесины сосны (ядро)

Марки- Вещество Цвет окраски Свето-

ровка прочность,

балл

1 2 3 4

Анилины

1 п-Анизидин солянокислый Красновато-желтый 2

2 Анилин солянокислый Ярко-желтый 2

4 Кислота сульфаниловая Желтый 3-4

20 2,4-Динитроанилин Желтый лимонный 2

21 м-Нитроанилин Светло-желтый 2

22 п- Нитроанилин Ярко-желтый 2

15 п- Толуидин Красновато-коричневый 2

16 м-Толуидиндиам и н 2

17 о-Толуидин Бледно-желтый 2

Фенилендиамины и аминофенолы

3 Метол Ярко-желтый 2-3

7 о-Аминофенол Красновато-желтый 2

8 п-Аминофенол Коричневый 2-3

9 о-Фенилендиамин Светло-желтый 4-5

основание

12 п-Фенилендиам ин Малиновый 2

дигидрохлорид

Гидразины и гидроксиламин

5 Гидразин сернокислый Оранжевый 2

6 Ти осем икарбазид Светло-желтый 2-3

14 Гуанидин гидрохлорид сс 2-3

23 Сем икарбазид Желто-коричневый 4-5

солянокислый

30 2,4- Темно-оранжевый 2

Динитрофенилгидразин

24 п-Нитрофенилгидразин Ярко-оранжевый 2

Ди - и многоатомные фенолы

10 Оксигидрохинон Серо-коричневый 2

11 Гидрохинон Нет окраски -

Соли металлов

13 Хлорид кобальта( 11) Серо-коричневый 2

27 Нитрит натрия Светло-коричневый 4

28 Сульфат хрома Коричневый 2

33 Хлорид железа (111) Зеленовато-серый 4

36 Бихромат натрия Серовато-коричневый 4

Продолжение таблиц!

1 2 3 4

Диазосоединения

Д-1 Солянокислый 4- темно-коричневый 3-4

нитробензолдиазоний

Д-2 Солянокислый 2- красновато-коричневый 4-5

нитробензолдиазоний

д-з Солянокислый 4- светло-коричневый 3

сульфобензолдиазоний

Д-4 Солянокислый 3- коричневый 2-3

карбоксибензолдиазоний

Д-5 Солянокислый 2- 4-5

карбоксибензолдиазоний

Д-6 Хлорид 4-метил 2- красновато-коричневый 2

нитробензолдиазоний

Д-7 Солянокислый 4- коричневый 2

карбоксибензолдиазоний

Д-8 Солянокислый 3- красно-коричневый 2

нитробензолдиазоний

Д-9 Солянокислый 4- темно-коричневый 2

ацетобензолдиазоний

Д-Ю Солянокислый 3-нитро 4- желтовато-коричневый 2

сульфобензолдиазоний

Как видно из таблицы 1 при использовании реагентов были получе выкраски в цвета от светло-желтого до темно-коричневого и вишневого. Ц1 окраски как и предполагалось зависит ог реагента. Светопрочность окрасок " же зависит от применяемого реагента и колеблется от 2 до 5 баллов.

Для дальнейших исследований по крашению древесины лиственницы ели использовались реагенты, при применении которых были- получе окраски со светопрочностью свыше 2 баллов, так же были допущены реаген давшие выкраски в наиболее интересные цвета. Результаты экспериме] приведены в таблице 2.

Таблица 2-Результаты крашения древесины ели и лиственницы

Марки- Вещество Цвет окраски на древесине

ровка

ели лиственницы

] 2 3 4

Анилины

4 Кислота сульфаниловая Красновато-желтый Коричневый

Продолжение таб

1 2 3 4

16 м-Толуидиндиам и н Красновато- Темно-

коричневыи коричневыи

Фенилендиамины и аминофенолы

3 Метол Желтый Желтый

8 п-Аминофенол Коричневый Коричневый

9 о-Фенилендиамин Светло-желтый Светло-

основание коричневыи

12 п-Фенилендиамин Красновато- Темно-

дигидрохлорид коричневыи коричневыи

Гидразины и гидроксиламин

6 Тиосемикарбазид Светло-желтый Желтый

14 Гуанидин гидрохлорид Желто-

коричневыи

23 Семикарбазид Светло- Коричневый

солянокислый коричневыи

30 2,4- Тем но-оранжевы й Красно-

Динитрофенилгидразин коричневый

Ди - и многоатомные фенолы

10 Оксигидрохинон Серо-коричневый Тем но-

коричневыи

Соли металлов

27 Нитрит натрия Светло- Коричневый

коричневыи

33 Хлорид железа (111) Зеленовато-серый Зеленовато-серый

36 Бихромат натрия Серо-коричневый Зеленовато-

коричневыи

Диазосоединения

Д-1 Солянокислый-4- коричневый темно-

нитробензолдиазо н и я коричневый

Д-2 Солянокислый -2- красновато- темный красно-

нифобензолдиазония коричневый коричневый

Д-3 Солянокислый -4- светло- коричневый

сульфобензолдиазония коричневый

Д-4 Солянокислый -3- коричневый красновато-

карбоксибензолдиазоиия коричневый

Д-5 Солянокислый -2- " коричневый

карбоксибензолдиазония

Анализ данных таблиц 1 и 2 показал, что цвет окраски зависит не толы от вида реагента, но и от породы обрабатываемой древесины

В пятой главе приводятся результаты исследований влияния основны> технологических факторов на показатели качества крашения.

Основными характеристиками качества глубокого крашения янляюто интенсивность окраски и равномерность ее распределения по глубине пропитанной зоны.

В качестве показателя интенсивности (насыщенности) окрасю использовалась величина диффузного отражения пучка света, направленного н; окрашенную поверхность. Наиболее интенсивная окраска характеризуете; меньшей величиной диффузного отражения. Измерение данного но казахе л; производилось при помощи фотоблескомера ФБ - 2. Так как величине диффузного отражения сильно зависит от шероховатости поверхности и вид; разреза, показания снимались с простроганных и шлифованных радиальпы? поверхностей образцов. Фоновые значения параметра определялись ш неокрашенной поверхности.

Результаты процесса крашения с использованием реагентов в основное, зависят от следующих факторов, влияющих на протекание химически? реакций: температура красильного раствора, показатель кислотности (рН) \ концентрации реагента в растворе. Так как окраска возникает в результате химического взаимодействия реагентов, содержащих ограниченное числс функциональных групп, возникает необходимость в определении оптимальногс соотношения количества компонентов в реакции. В виду того, чте окрашиваемая древесина имеет определенный химический состав, влиять н; соотношение реагентов можно изменяя расход (поглощение) и концентрации красильного раствора. Превышение оптимальной концентрации оказывает н< значительное влияние на интенсивность окраски и приводит к повышении расхода реагента.

Для изучения совместного влияния основных показателей красильногс раствора на интенсивность окраски был поставлен трехфакторньн эксперимент, реализованный согласно плана Бокса м=3. Значения факторо! варьировались в следующих пределах:

- температура 20-90 °С;

- концентрация реагента в растворе 0,1-1%;

- показатель кислотности (рН) 1-7.

Для проведения эксперимента из каждой группы реагентов выбирались т< вещества, при обработке которыми были получены лучшие результаты. Дл: изготовления образцов использовали ядровую древесину сосны. В результат! обработки экспериментальных данных были получены следующие уравнени: регрессии:

При использовании сульфаниловой кислоты

1=68,76-3,73*рН-0,06*И7,85*С+0,35*рН2+0,02*рН*1-0,08*1*С+10,49С2

При использовании п-аминофенола

I = 69,91-4,84*рН-0,37"Ч + 30,33*С + 0,79*рН2 + 0,14*1*С + 53,70*С2

При использовании о-фенилендиамина I = 77,06 - 10,64*рН + 0,05*1 - 8,78*С + 1,39*рН2 При использовании оксигидрохинона 1 = 52,10 - 8,415*рН - 0,04П - 7,88*С + 1,04*рН2 При использовании семикарбазида солянокислого I = 79,43 - 10,08*рН + 0,05*1 - 16,62*С + 1,26*рН2 +0,14Ч*С Из полученных данных следует, что интенсивность окраски древесины, полученной при ее обработке растворами реагентов, в большей степени зависит от температуры красильного раствора и показателя кислотности (рН). Причем нелинейный характер зависимости данного показателя от рН (прогиб вниз) является подтверждением того, что окрашенное соединение образуется именно в ходе реакции конденсации. Последняя, как известно, является кислотнокатализируемой.

Другим важным показателем при глубоком крашении древесины является равномерность распределения окраски по глубине материала. Для изучения этого параметра были проведены следующие исследования: образцы из ядра сосны, лиственницы и спелой древесины ели пропитывались растворами сульфаниловой кислоты и бихромата натрия при переменном давлении. После пропитки снимались показатели диффузного отражения, как на поверхности, так и послойно через каждые 2 мм пропитанной зоны. Диаграммы распределения интенсивности окраски по глубине пропитанной зоны приведены на рисунках 1 и 2.

Анализ распределения окраски по глубине пропитанной зоны позволяет выделить на экспериментальных кривых три основных участка. Первый участок -«поверхностный слой» характеризуется самой насыщенной окраской и составляет в толщину 1-2 мм. Второй слой составляет основной объем пропитанной зоны и характеризуется достаточно равномерным распределением окраски по его толщине. Третий слой является переходным между древесиной с интенсивной окраской и не прокрашенной древесиной. Как правило, толщина этого слоя не превышала 2-4 мм.

Наличие описанных выше участков объясняется неравномерностью распределения окрашивающего состава по глубине пропитанной зоны. Очевидно, что первая зона характеризуется высокой степенью насыщенности, третья - более низкой. Более насыщенный слой образуется в результате заполнения красильным раствором микротрещин и полостей вертикальных трахеид, перерезанных при выпиливании образцов. В данном случае имеет место продвижение окрашивающего состава вдоль волокон. Заметим, что при пропитке образцов, полученных выкалыванием, данный слой практически отсутствовал. Кроме того, продвижение красильного раствора может происходить и через поры на радиальных стенках вертикальных трахеид.

Очевидно, что интенсивность окраски при использовании растворов с постоянной концентрацией реагента зависит от количества введенного в древесину красильного раствора, т.е. от чистого поглощения. Следовательно,

I I I — - сосна -- --«--лиственница --ель Г "" ' I

> / ✓ г*

_____

/ ф- ■ и*"

сГ ^в - -в

5 10 15 20 25 Глубина проникновения, мм

30

о

Рисунок 1 - Распределение интенсивности окраски по глубине пропитанной зоны при крашении раствором сульфаниловой кислоты

со

1__

--- г" /

/ /

/

-а*

. Г* 1 - чй - а' *

— - сосна --■--лиственница --ель

—1-1-1-

5 10 15 20 25 Глубина проникновения, мм

30

Рисунок 2 - Распределение интенсивности окраски по толщине пропитанной зоны при крашении раствором бихромата натрия

величина чистого поглощения каждого из слоев уменьшается при движении от поверхности образна к его центральной части.

На рисунках 1 и 2 видно, что кривые распределения окраски по глубине пропитанной зоны для сосны, лиственницы и ели имеют различный характер. Объяснением этому, па наш взгляд, служат данные по анатомическому строению сердцевинных лучей древесины данных пород. Так перечисленные выше породы по количеству рядов лучевых трахеид в сердцевинных лучах могут быть расположены в следующий ряд: сосна > лиственница > ель.

На распределение окраски может также влиять и воздействие переменного жидкостного давления Очевидно, что продвижение раствора по полостям лучевых трахеид будет несколько опережать процесс насыщения полостей, сопряженных с ними вертикальных трахеид. Последнее объясняет наличие третьей переходной зоны. Уменьшить толщину, которой, как показывает опыт, можно используя дополнительную выдержку при статическом давлении в конце цикла пропитки.

Реакции конденсации карбонильных групп, содержащихся в компонентах древесины, с аминогруппами, вводимых реагентов является кислотно-катализируемой. Очевидно, что применение красильных растворов, имеющих кислую среду приведет к некоторому снижению прочностных свойств древесины в результате химической деструкции компонентов последней.

Для того, чтобы оценить влияние показателя кислотности (рН) раствора реагента на прочность древесины был поставлен однофакторный эксперимент. Пропитка образцов из ядровой древесины сосны осуществлялась водными растворами с показателем рН от 1 до 7 при температуре 20°С и статическом давлении Рст=0,4 МПа в течение 120 мин. В качестве контрольных использовались образцы, пропитанные водой (рН=7).

Для того, чтобы спрогнозировать величину потери прочности древесины при эксплуатации изделия, нами был интенсифицирован процесс деструкции. Для этого образцы в эксикаторе помещались в сушильный шкаф и выдерживались в течение 100 часов при температуре 100°С.

В качестве показателя механических свойств нами был выбран предел прочности при сжатии вдоль волокон. В результате обработки экспериментальных данных нами была получена следующая зависимость предела прочности при сжатии вдоль волокон от показателя кислотности среды (рН) (рисунок 3):

(ст12 ]= 0,063*рН3- 0,413*рН2- 0,934*рН + 31,394

Анализ экспериментальных данных показывает, что величина снижения предела прочности при рН = 4 составляет 18%, при рН раствора, равном 121,1%.

Рисунок 3- Влияние показателя кислотности пропиточного раствора (рН) на придел прочности при сжатии вдоль волокон

В шестой главе приведены результаты исследований способа глубоко! пропитки древесины с использованием переменного жидкостного давлени:

(ПД).

Процесс глубокого крашения представляет собой пропитю окрашивающим раствором. По этому результаты крашения определяютс; показателями качества пропитки (глубина пропитки и поглощение) Единственным способом, позволяющим пропитывать ядровую (спелую древесину является способ с использованием ПД, который в настоящее врем: еще мало исследован. В связи с этим, для разработки режимов глубокой крашения хвойной древесины необходимо его дальнейшее изучение.

При пропитке с ПД древесина испытывает циклические силовы воздействия (всестороннее сжатие), а так же действие повышенно] температуры, которые могут влиять на ее прочность. Для оценки данноп влияния проведены специальные исследования. В качестве показателе) механических свойств были выбраны пределы прочности при статическо' изгибе и сжатии вдоль волокон. Исследования проводились согласно полном факторному плану. В качестве варьируемых факторов были использованы температура (20-90°С), амплитуда переменного давления (0-0,8МПа) продолжительность процесса (60-180мин). При пропитке использован структура режима, принятая в ранее проводимых исследованиях. Переменно давление с частотой 7 Гц создавалось от уровня избыточного статической: равного 0,5 МПа. Были получены следующие уравнения регрессии:

для статического изгиба [а112=37,75- 0,067*Т-0,005*т-0,464*А; для сжатия вдоль волокон [а ]12= 48,53-0,043*Т-0,004*т-0,08*А.

Из полученных зависимостей следует, что основное влияние на механические свойства древесины оказывает температура пропиточной жидкости, а так то ччплитуда ПД и число циклов нагружения (продолжительность). С целью уменьшен,,» продолжительности воздействия ПД в структуру ранее принятого режима пропитки Ьыл» —,„Г(!||Ы изменения При этом были учтены результаты исследований кинетики пои.и^,,,,,, пропиточной жидкости при использовании ПД. Данные показывают, что при воздействии ПД в течение первых 2-3 минут наблюдается всплеск скорости поглощения, после чего она снижается и стабилизируется. Таким образом, использование ПД наиболее эффективно именно в течение данного интервала.

В дальнейших исследованиях воздействие переменного давления производилось в течение 3 мин., продолжительность цикла пропитки при статическом давлении составляла 5 мин. В конце каждых 43 мин. производилась выдержка при статическом давлении в течение 17 мин.

Для получения математических моделей процесса пропитки при выбранной структуре режимов был реализован трехфакторный эксперимент согласно плану Бокса м=3. Исследования проводились на образцах ядровой (спелой) древесины сосны, лиственницы и ели. Показателями качества пропитки являются: Ьср- глубина пропитки в направлении поперек волокон (мм) и <Зоб - общее поглощение (кг/м3).

Температура варьировалась в интервале от 20 до 90 °С, время пропитки -60-180 минут, амплитуда переменного давления - 0,2-0,8 МПа.

В результате обработки результатов получены следующие уравнения регрессии:

для сосны

<3=94,9719+3,0157=4-2,5786*Т+83,2698*А-0,0302*Т2+0,0081*1*Т+ +0,0119*Т2+0,6667"Ч*Л

Ь = 0,2108+0,2392*1 -0,0349*Т+22,0524*А+0,2181*Т*А для лиственницы

(3 = 44,8906+0,0297* (+0,6189*Т+78,0317А+0,0067*1*Т+0,7222*1*А Ь = 4,7351+0,1571*1 -0,092*Т-9,5079*А+0,1069Т*А для ели

О = 57,7568-0,3816*1 +0,5442*Т+216,206*А Ь = 4,7351+0,1571*1 -0,092*Т-9,5079*А+0,1069Т*А

Полученные модели являются основой для режимов глубокого крашения ядровой (спелой) древесины хвойных пород по способу с использованием ПД.

В седьмой главе приведен расчет экономической эффективности технологии глубокого крашения.

Расчет экономической эффективности включал определение затрат на прокраску 1 м3 пиломатериалов из древесины хвойных пород.

Результаты расчетов показали, что затраты на прокраску 1м3 пиломатериалов из древесины сосны и лиственницы соответственно 532-

879руб и 531-864руб. Таким образом, прокрашенная древесина хвойных поро; в 2,0-4,5 раз дешевле, чем древесина ценных пород, таких как ясень, бук, клен I орех.

выводы

1. Растворы синтетических красителей не могут быть использовань применительно к глубокому крашению древесины хвойных Единственным решением данной проблемы является применение истинных растворов реагентов, способных образовывать окрашенные соединения в результате химического взаимодействия с компонентами древесины.

2. Химический состав древесины, в частности лигнин и экстрактивные вещества, позволяют синтезировать окрашенные соединения при обработке растворами реагентов следующих классов: ариламины, гидразины и гидроксиламин, ди- и многоатомные фенолы, диазосоединения. Цвет окраски и ее светопрочность зависят от применяемого реагента.

3. Установлены закономерности влияния основных технологических факторов (показатель кислотности рН, концентрация, температура) нг интенсивность получаемых окрасок. Большее влияние на интенсивносп окраски оказывает температура раствора и рН раствора.

4. Нелинейный характер зависимостей интенсивности получаемы? окрасок от показателя кислотности (рН) является одним и: доказательств протекания кислотнокатализируемой реакции конденсации карбонильных групп, содержащихся в компонента? древесины с аминогруппами вводимых реагентов.

5. Установлено, что глубина равномерной окраски на всех используемы? породах на 2-3 мм меньше общей глубины проникновения красильногс раствора и составляет до 90% зоны пропитки.

6. Определены зависимости влияния режимных параметров процесс; пропитки при переменном давлении на механические свойств; древесины. Основное влияние на прочность оказывает температур; пропиточной жидкости.

7. Предложена новая структура построения режимов пропитки пр! переменном давлении:

-выдержка при избыточном давлении Рст=0,5 МПа в течение 15-31 мин.;

-чередование интервалов воздействия переменного жидкостной давления с частотой 7 Гц продолжительностью 3 мин. с пропиткой пр] постоянном давлении Рст=0,5 МПа в течение 5 мин; -через каждые 43 мин. выдержка в течение 17 мин.

8. Получены математические модели процесса пропитки ядровой (спелой) древесины сосны, лиственницы и ели при переменном давлении, которые являются основой для разработки режимов глубокого крашения хвойной древесины.

9. Затраты на глубокое крашение 1 м3 паркетных заготовок из древесины лиственницы и сосны в зависимости от вида реагента составили соответственно 532-879руб и 531-864руб. соответственно. Таким образом, прокрашенная древесина хвойных пород в 2-4,5 раз дешевле, чем древесина ценных пород таких как ясень, бук, клен и орех.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Соколов В. Л., Ермолин В. Н., Беляев Е. Ю. Крашение древесины хвойных пород ариламинами// Проблемы химико-лесного комплекса: Сб. тез. докл. науч. практ. конф./ Сибирск. госуд. технолог, университ- Красноярск: СибГТУ, 1998. - С127.

2. Ермолин В. Н., Деревянных Д. Н., Соколов В. Л. Интенсификация процесса пропитки древесины лиственницы// Лиственница-98: Сб. тез. докл. междунар. симпозиума/ Инстит. леса им. В. Н. Сукачева-Красноярск, 1998,-С. 33.

3. Соколов В. Л., Беляев Е. Ю., Ермолин В. Н. Крашение древесины водными растворами ароматических аминов// Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса: Сб. тез. докл. междунар. науч,-технич. конф./ Екатеринбург, госуд. лесотехн. акад.- Екатеринбург: УГЛТА,1999.-С. 101.

4. Беляев Е. Ю., Ермолин В. Н, Суходолова А. П., Соколов В. Л. Исследование крашения древесины. 1. Крашение водными растворами аминов// Химия растительного сырья. 1998. № 3. С. 55- 57.

5. Беляев Е. Ю., Мелешко А. В., Ермолин В. Н., Соколов В. Л. Крашение древесины. Обзор// Химия растительного сырья. 1999. №2. С.5-18.

6. Беляев Е. Ю., Мелешко А. В., Соколов В. Л. Исследование крашения древесины. 2. Крашение водными растворами гидразинов// Химия растительного сырья. 1999. №4. С. 13-16.

7. Соколов В. Л., Беляев Е. Ю., Ермолин В. Н., Шрейдер А. Э. Отделочные и компазиционные строительные материалы из облагороженной древесины хвойных пород// Сб. науч. тр. .XVIII регион, научн.-техн. конф / Краснояр. госуд. архитектур.-строит, акад.-Красноярск: КрасГАСА, 1999. С. 116-117

8. Ермолин В. Н., Беляев Е. Ю., Соколов В. Л. Основы автоклавной технологии глубокого крашения древесины хвойных пород// Переспективные материалы, технологии, конструкции: Сб. тез. докл. всеросийск. науч,-технич. конф./ Краснояр. госуд. академ. цвети, мет. и золота - Красноярск: КГАЦМЗ, 1999. 340-342 С.

9. Беляев Е. Ю., Дегилевич С. Н., Жуков А. И., Кабаков В. Г., Ковригин Ю. А Мелешко А. В., Скобелев В. В., Соколов В. Л. Способ крашения древесинь Заявка №99107425 от 20. 04. 99г. с положительным решением формально) экспертизы.

Подписано в печать 25. 01. 2000 Сдано в производство 26. 01. 2000 Объем 1 печ. л.

Тираж 100 экз. Заказ № Изд. № 325

Лицензия ЛР № 020346 27.01.1997 г._

Типография СибГТУ 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82.

Красноярск 2000

1Л Л „ Крашение древесины растворами синтетических

крашения

2 А Влияние параметров красильного раствора на

3=4. Методика определения устойчивости окраски к свету

4. Подбор реагентов для глубокого крашения древесины хвойных 4. 1. Предварительные исследования по подбору реагентов для

крашения хвойной древесины 4.2= Исследования крашения древесины ели и лиственницы

растворами реагентов Выводы по четвертой главе

5. Исследования влияния технологических факторов

на интенсивность получаемых окрасок 5о2, Исследования распределения окраски

по глубине пропитанной зоны 53. Влияние показателя кислотности красильного раствора

на прочностные свойства древесины Выводы по пятой главе 6„ Исследования способа глубокой пропитки древесины с использованием переменного жидкостного давления 6. I. Влияние технологических параметров процесса пропитки

на прочностные свойства древесины б„2о Исследования влияния параметров пропитки

с использованием переменного жидкостного давления на показатели качества пропитки Выводы по шестой главе 7, Расчет экономической эффективности технологии

Введение

Актуальность темы. Сохраняющаяся в течение последних лет тенденция увеличения ■ использования массивной древесины при изготовлении мебели, дверей, окон, покрытий полов и элементов интерьера предъявляет особые требования к ее декоративным свойствам. Ввиду того, что запасы ценных лиственных пород в России крайне ограничены, в деревообработке в основном используется хвойная древесина, обладающая сравнительно низкими декоративными свойствами»

Одним из направлений улучшения декоративных свойств является глубокое (сквозное) крашение, представляющее собой пропитку древесины окрашивающими составами. В качестве последних наиболее часто применяются растворы синтетических красителей. Данный способ позволяет проявить или завуалировать текстурный рисунок, придать желаемый цвет, при этом прокрашенная древесина по декоративным свойствам не уступает ценным породам. Кроме того, при удалении поверхностного слоя в ходе обработки или! эксплуатации изделия прокрашенная древесина не теряет свои декоративные свойства.

Вместе с тем, известные технологии глубокого крашения, хорошо зарекомендовавшие себя при облагораживании легкопропитываемых лиственных пород (береза, бук, липа и др.), не могут быть использованы применительно к хвойной древесине. Это обусловлено тем, что все хвойные породы являются ядровыми либо спелодревееными. При этом основной объем сортиментов, в том числе и пиленых, составляет именно ядровая и спелая древесина, которые, при использовании известных технологий, практически не пропитываются. Кроме' того,' растворы синтетических красителей не могут быть использованы для глубокого крашения хвойной древесины, что обусловлено особенностями ее капиллярной структуры.

В связи с этим, выбор темы исследований, связанной с разработкой технологии глубокого крашения древесины хвойных пород является

- впервые установлена' возможность применения гидразинов и диазосоединений в процессах крашения древесины, разработаны методы крашения древесины соединениями указанных классов;

- получены математические' модели процесса пропитки древесины хвойных пород по способу с использованием! переменного жидкостного давления;

- исследованы основные показатели качества окрасок, полученных при обработке древесины растворами соединений следующих классов: анилины, аминофенолы, фенилендиамины, гидразины и гидрокеиламин, ди- и многоатомные фенолы и диазосоединения;

Практическая ценность.

- Предложены новые способы крашения (Заявка № 99107425/04) разработаны рецептуры для глубокого крашения древесины хвойных пород, позволяющие получить окраски широкой цветовой гаммы от

6

положения, изложенные в диссертации, докладывались и ©осуждались:

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных

7

список литературных источников (192 наименования) и состоит из введения, 7 глав, общих выводов и приложений.

я

1= Состояние, вопроса 1.1. Крашение древесины

Одним из способов повышения декоративных свойств древесины является глубокое крашение, которое позволяет придать древесине желаемый цвет, проявить или завуалировать текстурный рисунок, имитировать ценные породы древесины. В настоящее время известны два основных направления при крашении древесины. Первое основано на применении растворов синтетических красителей. Второе - на использовании в качестве окрашивающих составов растворов веществ, способных образовывать окрашенные соединения с компонентами древесины.

1.1.1 Крашение древесины растворами синтетических красителей.

Красителями называются органические соединения, обладающие способностью интенсивно поглощать и преобразовывать энергию электромагнитных излучений (световую энергию) в видимой и ближних ультрафиолетовой. и инфракрасной областях спектра и применяемые для придания (сообщения) этой способности другим телам [130,131].

Хромофорная система красителя в простых случаях представляет собой достаточно длинную ' цепочку сопряженных двойных связей. Основой хромофорных систем большинства синтетических красителей являются замкнутые системы сопряженных двойных связей - ароматические ядра.

Красители закрепляются на волокне с помощью химических связей или сил физического взаимодействия. Способность красителя удерживаться на волокне посредством химических связей называют сродством красителя к

Красители, растворимые в органических средах (жирорастворимые, спирторастворимые, ацетонораетворимые и т. и.). Представляют собой нерастворимые в воде красители, применяемые для окрашивания синтетических волокон в массе, пластических масс, резины.

Красители для дерева представляют собой смеси кислотных красителей [32, 128]. В настоящее время наиболее часто применяются следующие виды красителей: Желто-коричневый для дерева №10, орехово-коричневый для дерева №11 , кислотный-темно-коричневый для дерева, кислотный темно-красный для дерева, красный для дерева №124, кислотный желтый метаниловый, кислотный оранжевый и др. [154]. Для глубокого крашения могут быть использованы так же смеси прямых и кислотных красителей [76,160].

Таблица-1Л Некоторые рецептуры для крашения древесины березы (1¥=15%) по данным [76]

Компоненты красильного раствора Имитируемая порода

Красное дерево Орех Серый клен

Количество компонентов г/л

Кислотный оранжевый 7 з 1

Прямой голубой 3 3 2

Сода кальцинированная 1,25 1,25 1,25

На Московском мебельно-сборочном комбинате №1 разработана следующая рецептура для крашения древесины березы: к 100 г. воды

добавляют 2 г красителя, 0,5 г нигрозина,, 30% уксусной кислоты -5 г и 0,5 г бутанола. Присутствие в растворе уксусной кислоты позволяет увеличить глубину проникновения, добавление бутанола устраняет образующуюся от кислоты пену. Данная рецептура широко применялась при глубоком крашении древесины [81].

В работе [140] приведены результаты исследований возможности повышения декоративных свойств древесины 34 лиственных пород за счет избирательного окрашивания анатомических элементов древесины. Для пропитки по режиму вакуум-атмосферное давление использовали '0.3 % раствор кислотного красителя. Отмечено глубокое проникновение раствора красителя и оригинальный рисунок лишь для одного образца.

Предлагается технология облагораживания шпона красителями с применением пигментов в сочетании с предварительной отбелкой [138]. Отмечена глубина проникновения до 0,2 мм.

Аналогичные исследования проводились и отечественными учеными. На НПО «Научстандартдом» разработана технология пропитки заготовок и шпона мягколиственных пород водорастворимыми красителями, которые фиксируются во время сушки [127]. Пропитка проводилась с чередованием повышенного и нормального давления в течение 20-60 минут. Глубина проникновения составляла 0,5=5,0 мм.

При крашении древесины готовыми синтетическими красителями могут быть использованы органические растворители. Предлагается состав для крашения древесины следующей рецептуры: виниловый мономер 65-97,7%, жирорастворимый краситель 0,01=2%, спирт (с числом атомов С от 1 до 6) -2-30%, водный раствор аммиака (концеытрация=25%) - 0,2 -5% [2].

Синтетические красители широко применяются для глубокого кравпения древесины. Основным недостатком при их использовании является то, что большая часть красителя отфильтровывается на поверхности древесины, и ее окраска получается во много раз интенсивней, чем у прокрашенной

il

древесины [77]. Последнее объясняется коллоидной природой раствора красителя [82, 165, 167]. Кроме того, образовавшийся на поверхности слой красителя является запирающим и препятствует проникновению других частиц вглубь материала. Необходимо заметить, что все классы синтетических красителей применимы для глубокого крашения легкопропитываемой древесины лиственных пород и шпона, имеющего большое количество микротрещин, по которым!, собственно, и происходит проникновение раствора в глубь древесины. Ряд авторов [32, 83,95] отмечает невозможность применения растворов синтетических' красителей для глубокого крашения древесины хвойных пород.

1Л .2 Химические способы -крашения древесины

Поиски методов имитационной отделки древесины начались задолго до того, как в процессах крашения стали использоваться синтетические красители [125, 136, 137]. Одним из таких методов является применение протрав [59, 70, 86, 143, 158, 159].

1$ целом растворы протрав являются истинными и легче проникают в древесину, чем растворы большинства красителей. Окраска в ряде случаев водостойка и достаточно светостойка [34, 84, 85]. Кроме того, синтетические красители являются сравнительно дорогими веществами, что объясняется мношстадийностью процесса их синтеза, последнее обстоятельство делает применение реагентов экономически предпочтительным.

Необходимо отметить, что термин «протрава» в ряде источников [83, 136, 137] используется только применительно к растворам солей-металлов и газам, не охватывает другие классы соединений. Поскольку. окраска возникает в результате химического взаимодействия компонентов древесины и вводимых веществ, последние, на наш взгляд, более правильно называть

«реагентами». Именно этот термин и будет использоваться нами в данной работе.

Рассмотрение реагентов и композиций на их основе, которые вызывают

появление окраски древесины, приведенное ниже, позволяет оценить

<

практические возможности данного метода.

Анализ литературных источников, посвященных проблеме крашения древесины, позволяет разбить все реагенты на три основные группы (таблица 1.2). В данной классификации не отражена группа способов, основанных на использовании различных экстрактов и отваров из растений, поскольку они в последнее время уже не применяются.

Таблица 1.2 - Классификация реагентов, применяемых для крашения древесины

Реагенты, применяемые для крашения древесины

В газообразном состоянии В качестве растворов,, содержащих два или более компонентов В виде однокомпонентных растворов

неорганические органические

1 .Аммиак 2.Хлор 3. Двуокись азота 1 .Соли металлов 2.Ароматические соединения и их окислители 1 .Кислоты 2.Щелочи 3.Соли металлов 1. Ароматические амины 2.Фенолы

Рассмотрим способы, в которых в качестве красящего реагента используют различные газы. Отмечена возможность крашения древесины сосны в темно-оранжевые тона при выдержке брусковых деталей в атмосфере М02 [5].

Известен также способ окрашивания воздушно сухой древесины, предложенный в авторском свидетельстве [11]. Древесина подвергалась

170°С. Примеры реализации способа приведены в таблице 13.

Таблица 1.3 = Варианты применения способа окрашивания древесины в атмосфере аммиака

Параметр Вариант

1 2 3 4 5

Порода береза береза береза ольха сосна

Температура аммиака,0 С 60 85 ПО 85 85

Количество аммиака по отношению к массе абсолютно сухой древесины, % . 6 10 6 б

Продолжительность обработки аммиаком, час 12 12 12 12 12

Температура термообработки,0 С 130 150 170 150 150

Продолжительность термообработки, час 1 3 5 3 3

Обработка в среде различных газов может быть достаточно эффективно использована при глубоком крашении древесины. Основным недостатком данной группы способов облагораживания является то9 что применяемые при их реализации газы являются токсичными. Поэтому на производстве отказались от крашения в газовой среде.

Описан способ крашения древесины березы и лиственницы [3]. Рецептура раствора приведена в таблице 1.4. Обработка пачки шпона осуществляется в течение 60 минут при температуре водного раствора 80 -90 °€. В результате крашения шпон из лиственницы приобретает мягкий кремовый цвет с четко выраженным рисунком, березовый шпон имитирует светлое ореховое дерево.

Таблица 1.4 = Рецептура раствора для крашения шпона лиственницы и березы

Компоненты раствора Концентрация, %

Натр едкий 0,2- 0,4

ПАВ 0,1 - 0,2

Применяемая древесина лиственница береза

Полученная окраска кремовый цвет с четким рисунком светлое ореховое дерево

Интересным представляется способ окрашивания лиственного шпона в цвет, имитирующий красное дерево [3]. В качестве красящего раствора автор предполагает использовать 5 - 10 % раствор серной кислоты, с добавлением 0,2 = 0,5 % ПАВ. Обработка производится при температуре 80

16

°С в течение 60 минут, после чего шпон промывается водой до нейтральной реакции. Применение щелочной и кислотной обработки шпона с использованием поверхностно-активных веществ позволяет более ясно проявить текстуру древесины.

Недостаток способов крашения древесины с использованием растворов кислот и щелочей заключается в быстром изнашивании оборудования при использовании данных реагентов. Для того, чтобы продлить срок его службы необходимы дополнительные затраты на покрытие поверхностей, контактирующих с раствором химически стойкими материалами. Последнее является основной причиной того, что данные способы не нашли широкого применения. Необходимо отметить, что применение растворов кислот приведет к значительному снижению прочностных свойств древесины, последнее не допустимо при изготовлении несущих элементов строительных конструкций.

В настоящее время известен целый ряд способов, основанных на применении растворов, содержащих два и более компонента. При этом окрашенное вещество, как правило, образуется непосредственно в растворе в результате химического взаимодействия реагентов. Предложен способ окрашивания березового шпона [3]. Обработка производится при температуре красильной ванны 60 - 80 °С в течение 60 минут. Рецептура красильного раствора приведена в таблице 1.5.

Таблица 1.5 - Рецептура красильного раствора для облагораживания березового шпона

Компоненты раствора Концентрация, % Цвет окраски

Двухромовокислый калий 4

Гидрохинон 0,4 под орех

ПАВ 0,2 - 0,5

\1

Таблица 1.6 = Рецептура раствора для крашения древесины [4]

Компоненты раствора Концентрация, % Цвет окраски

первый вариант

Треххлористое железо ОД = 0,2 красный

Роданистый калий или аммоний 0,2 - 0,4

Кислота борная 0,1 - 0,2

второй вариант

Железный купорос 0,25 - 0,47 под орех

Хромокалиевые квасцы 0,15

Пример применения двухкомпонентного раствора для глубокого крашения древесины лиственных пород описан в работе [77]. Авторы использовали темно-окрашенные соединения окисного железа с таннином. Отмечено, что при содержании таннина более 10 г/л и хлорного железа более 4-4,5 г/л выпадает осадок таннинно-железных соединений.

Один из методов крашения с применением органических соединений предложен в авторском свидетельстве [12]. В качестве красящего агента применяется раствор, содержащий сульфат пара-аминофенола в количестве 15 г/л, сернокислой меди - 1г/л и 10% раствор перманганата калия - 1,5 мл. Обработка проводится в три стадии. На первой - нагретую до 50-60 °С древесину погружают в ванну с температурой 20 °С, на второй стадии

Рассмотрим ряд примеров использования в процессах крашения растворов солей металлов. В работе [6] предлагается способ выявления годичных слоев у древесины лиственных пород. Способ заключается в том, что древесина обрабатывается слабым раствором закисной соли железа, который в соединении с дубильными веществами древесины образует окрашенное соединение. Древесина ранней и поздней зоны, имеющие различное содержание в них дубильных веществ, окрашиваются от указанных солей в тона различной интенсивности. Процесс обработки заключается в вымачивании древесины в растворе в течение нескольких минут. Возможные компоненты растворов сведены в таблицу 1.7.

Таблица 1.7 - Закисные соли железа, применяемые в способе выявления

Известен способ крашения букового шпона под орех [32]. В качестве красильного агента применялся 4% раствор хромпика. После обработки способом ок