СОСТАВ ДЛЯ БИО- И ОГНЕЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ Российский патент 1995 года по МПК B27K3/52 B27K3/30 

Изобретение относится к био-огнезащитной обработке древесины и древесных материалов, может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности, а также в строительстве с профилактическим действием защиты сухой древесины.

Известны составы (1) для защиты древесины от биопоражений на основе пентахлорфенолята натрия и фторсодержащих соединений (кремнефтористого аммония или фтористого натрия). Основными недостатками этих составов являются:
высокая экологическая опасность (препараты 1 класса опасности);
слабая способность к диффузии, вымываются из антисептированной древесины;
обладают незначительными антипиренными свойствами;
эффективны только для поверхностной защиты древесины от синевы и плесени;
корродируют металлы;
имеют запах хлорированных фенолов;
высокая щелочность препарата приводит к снижению механической прочности поверхностной зоны древесины и потере товарного вида.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому составу является антисептик КФА (кремнефторид аммония) (NH₄)₂SiF₆ (2). Данный препарат обладает хорошей способностью защищать древесину от биопоражения, но обладает недостатками:
выделяет газообразный фтористый водород, загрязняющий окружающую среду и отрицательно действующий на организм человека;
корродирует металлы;
хорошо вымывается из антисептированной древесины;
обладает слабыми антипиренными свойствами;
представляет тонко-дисперсный порошок, поэтому распыленные мелкие частицы поступают в воздушную среду. Следствием этого является увеличение реакционной поверхности КФА, что ускоряет его испарение, окисление, абсорбцию, растворение и физиологическую активность частиц порошка в организме человека, особенно в респираторном тракте.

Целью изобретения является снижение экологической опасности препарата, улучшение защищающей способности, технологических и эксплуатационных характеристик препарата.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемый состав для био- и огнезащитной обработки древесины и древесных материалов на основе кремнефтористого аммония дополнительно содержит 50%-ный водный раствор ингибирующего вещества, состоящего из карбамида и фосфорной кислоты при мольном соотношении 2:1, при следующем соотношении компонентов, мас. кремнефтористый аммоний 80-90 ингибирующее вещество Остальное.

П р и м е р 1. Состав для защиты древесины и древесных материалов от биопоражения содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас. кремнефтористый аммоний 80 ингибирующее вещество 20
П р и м е р 2. Состав для защиты древесины и древесных материалов от биопоражения содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас. кремнефтористый аммоний 85 ингибирующее вещество 15
П р и м е р 3. Состав для защиты древесины и древесных материалов от биопоражения содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас. кремнефтористый аммоний 90 ингибирующее вещество 10
Каждый из предлагаемых составов в концентрациях 2, 4, 6% испытывали для определения биологической активности против деревоокрашивающих, плесневых и дереворазрушающих грибов. Испытания проводили на древесине, инфицированной спорами деревоокрашивающих и плесневых грибов. Для инфицирования использовали споры грибов 8 видов:
Pullularia pyllylans (De Bary) Berrkhout,
Phialophora fastigiata (Lag et Mei),
Alternaria huricola Oud,
Cladosporium herbarum Link,
Ponicillium meleagrinum Biourge,
Trichoderma harzianum Harz,
Chaotomium globosum Kunze,
Aspergillus niger V. Thieg.

Для испытаний использовали образцы из свежевыпиленной заболонной сосновой древесины размером 5х15х180 мм и влажностью 80%
Опытные образцы обрабатывались методом погружения в пропиточные растворы и выдерживались в течение 50 сут во влажной камере при температуре 20±2^оС. Влажность образцов поддерживалась постоянной. В течение опыта проводили промежуточные наблюдения за обрастанием образцов грибами с интервалом в 10 сут с момента постановки опыта. Площадь обрастания образцов выражали в процентах к площади всего образца, а затем определяли сохранность образцов.

Результаты микологических испытаний приведены в табл.1.

Микологические испытания пропитанной древесины по отношению к дереворазрушающим грибам проводили методом "открытого грунта". Для испытаний использовали кондиционированные: заболонные сосновые образцы, размером 20х20х5 мм, пропитанные различными составами методом "вакуум-атмосферное давление". Пропитанные образцы взвешивались и помещались в ящики с нестерильной лесной почвой. Инфицирование проводили путем подкладывания под образцы кубиков-инокулянтов с культурой дереворазрушающего гриба Serpula sclerotorum. Температура и влажность при испытаниях поддерживалась постоянной. Одновременно с пропитанными образцами помещали контрольные (непропитанные) образцы. После 16 недель испытаний при разрушении на 50-60% контрольных образцов опыт прекращали, проводили макромикологическое описание образцов, их кондиционирование и взвешивание. По потере массы (в к исходной) оценивали состояние образцов. Полученные результаты представлены в табл.2.

По результатам микологических испытаний можно сделать вывод, что предлагаемый состав обладает более высоким защитным эффектом, хорошей проникающей способностью в древесину по сравнению с прототипом. Повышение защитного эффекта предлагаемого препарата для био- и огнезащиты древесины обусловлено введением в состав препарата ингибирующего вещества, содержащего карбамид и фосфорную кислоту в мольном соотношении 2:1, и придающего препарату комплекс направленного действия:
1. Препарат приобретает гранулированный внешний вид, что уменьшает неблагоприятное воздействие его на человека и окружающую среду.

2. Придает высокий защитный эффект предлагаемому препарату путем ингибирования эмиссии фтористого водорода в окружающую среду. Снижаются потери фтористого водорода и максимальное его количество идет на защиту древесины от биопоражения. Действие предлагаемого препарата не деревоокрашивающие, плесневые грибы и дереворазрушители сводится к следующему:
Кремнефтористый аммоний в присутствии воды гидролизуется с образованием аммиака, фтористого водорода, двуокиси креминя и кремнефтористоводородной кислоты по реакции:
2(NH₄)₂SiF₆+2H₂O ______→ 4NH + SiO₂+H₂SiF₆___→
Выделяющиеся в результате реакции аммиак и фтористый водород являются основными токсичными продуктами реакции, оказывающими подавляющие действия на грибы. Введение в предлагаемый состав препарата хорошо усвояемых грибами групп азота и фосфора, содержащихся в ингибирующем веществе, повышает токсичность препарата. Источниками азота являются ионы аммония HOH + NH₃ -> NH₄⁺ + OH^- и аминный азот, находящийся в составе NH₂-группы. Конечным продуктом жизнедеятельности грибов являются аммиак и мочевина, выделяющиеся во внешнюю среду и более не участвующие в процессах метаболизма. В период спороношения грибов, азот содержится в них в очень небольших количествах. Избыток в питании грибов азота приводит к созданию щелочной среды в клетках из-за накопления в них аммиака, за счет которого наступает отравление клетки и задерживается рост гриба. Выделяющийся фтористый водород обладает высокой реакционной способностью из-за сильно электроотрицательного фтора и образует водородные и координационные связи с химическими соединениями древесины, оказывая токсическое действие на ферменты грибов. Дереворазрушающие грибы оказывают прежде всего разрушающее действие на целлюлозу, вызывают деструктивную гниль и снижают прочность древесины. Под воздействием ферментов дереворазрушающего гриба происходит гидролиз целлюлозы до глюкозы, затем она реагирует с кислородом воздуха и в присутствии энзимов разлагается на углекислый газ и воду по реакциям:
C₆H₁₀O₅+ H₂O ____→ C₆H₁₂O₆
C₆H₁₂O₆+ 6O₂ ____→ 6CO₂+ 6H₂O
Ингибирующее вещество реагирует с глюкозой, предотвращает ее разложение и образование деструктивной гнили.

В результате реакции образуются координационные связи фтористого водорода с аминогруппой и происходит частичное связывание выделяющегося фтористого водорода.

3. Снижение эмиссии фтористого водорода из антисептированной древесины улучшает санитарно-гигиенические характеристики препарата. Результаты испытаний по определению, выделяющегося НF из антисептиков, приведены в табл. 3.

Данные по частичному связыванию фтористого водорода ингибирующим веществом подтверждаются токсикологическими исследованиями по определению острой токсичности при оральном введении препарата лабораторным животным. Результаты токсикологических испытаний приведены в табл.4.

По результатам санитарно-гигиенических исследований можно сделать вывод, что предлагаемый препарат менее токсичен и более безопасен с точки зрения экологии.

4. Введение в состав препарата ингибирующего вещества уменьшает среднюю скорость и глубину проникновения коррозии. При антисептировании пиломатериалов применяют оборудование, обычно изготавливаемое из углеродистой нелегированной стали. При эксплуатации оборудования вследствие химического и электрохимического взаимодействия стали с водными растворами антисептиков, металл переходит в окисленное состояние, что вызывает порчу оборудования и наносит большой экономический ущерб. Подземная коррозия особенно опасна из-за характера разрушения питтингов и каверн большой глубины. При этом следует учесть, что промплощади большинства деревообрабатывающих предприятий расположены на берегах водоемов, используемых для сплава леса, и характеризуются высоким уровнем и интенсивной миграцией грунтовых вод. Поэтому коррозионный износ ванны представляет большую опасность для экологии.

Результаты определения коррозионной агрессивности водных антисептических растворов после испытания в течение 5 месяцев приведены в табл.5.

5. Увеличивает огнезащитные свойства древесины и древесных материалов за счет применения азотсодержащих соединений в сочетании с фосфорсодержащими. Синергизм системы "азот-фосфор" состоит в следующем: карбамид образует над поверхностью древесного материала газовую преграду из аммиака, затрудняя доступ кислорода и угнетает окисление углерода в газовой фазе, что создает эффект задувания. Взаимодействует с фосфорной кислотой и при нормальных условиях исключает гидролиз древесины. При повышенных температурах фосфорная кислота высвобождается и плавится, покрывая волокна древесины защитной пленкой, предохраняя ее от тления, после прекращения пламенного горения.

Испытания огнезащитных свойств древесины, пропитанной предлагаемым составом, проводили методом "огневой трубы". Поглощение предлагаемого состава для пропитки древесины методом "вакуум-атмосферное давление" составило 60 кг/м³.

Результаты испытаний приведены в табл.6.

По результатам испытания можно сделать вывод, что древесина, пропитанная предлагаемым составом, обладает выраженной огнестойкостью.

Сущность изобретения: предлагаемый состав содержит компоненты в следующем соотношении, мас. % : кремнефтористый аммоний 80 - 90 и 50%-ный водный раствор ингибирующего вещества 10 - 20. Ингибирующее вещество состоит из карбамида и фосфорной кислоты при молярном соотношении 2 : 1. 6 табл.

СОСТАВ ДЛЯ БИО- И ОГНЕЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ и древесных материалов на основе кремнефтористого аммония, отличающийся тем, что, с целью снижения экологической опасности, улучшения защищающей способности технологических и эксплуатационных характеристик, состав дополнительно содержит 50%-ный водный раствор ингибирующего вещества, состоящего из карбамида и фосфорной кислоты при молярном соотношении 2 1, при следующем соотношении компонентов, мас.

Кремнефтористый аммоний 80 90
Ингибирующее вещество Остальное