СРЕДСТВО ДЛЯ БИОЗАЩИТЫ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК B27K3/50 C07C211/63 

Изобретение относится к средствам органического происхождения, которые применяются для биохимической защиты целлюлозосодержащих материалов от грибов синевы и плесени древесины в период атмосферной ее сушки или транспортирования с влажностью выше транспортной, и может быть использовано в лесопильной и деревообрабатывающей промышленности.

Известно средство органического происхождения для защиты древесины в виде пентахлорфенолят натрия (ПХФН) [1].

Указанное средство имеет следующие недостатки:
- обладает малой проникающей способностью; оно адсорбируется на глубину до 0,5 мм и тем самым не уничтожает грибы, глубоко проникающие в древесину;
- требует применения специальных и индивидуальных защитных средств, поскольку оно токсично для людей и окружающей среды (относится к 1-му классу опасности);
- не находит за рубежом и в отечественной промышленности широкого применения.

Также известно средство органического происхождения, которое обладает биозащитным свойством по отношению к целлюлозосодержащим материалам, в виде 4,5,6-трихлорбензоксазолинона [2].

Это средство обладает широким спектром действия, но относится к категории очень токсичных веществ; концентрированные растворы этого средства, при попадании на кожу вызывают сильнейшие ожоги, расширение кровеносных капилляров и сокращение гладкой мускулатуры. Используют это соединение очень ограниченно.

Наиболее близким аналогом к описываемое изобретению и принятому заявителем в качестве прототипа, является известное средство органического происхождения на основе соединений четвертичного аммония и аминов, в частности алкилдиметилбензиламмонийхлорид, имеющее структурную формулу

где R - насыщенный углеводородный радикал нормального строения, содержащий 10-18 атомов углерода [1].

Вещество по прототипу относится к поверхностно-активным веществам (ПАВ) и получают его путем конденсации алкилдиметиламина и бензилхлорида. Алкилдиметилбензиламмонийхлорид способен адсорбироваться из водных растворов на поверхности раздела фаз (жидкость - твердое тело) и понижать их поверхностную энергию. Такое свойство обусловлено тем, что молекула этого соединения имеет дифильное строение, включающее полярные (функциональные) гидрофильные группы и неполярные - углеводородные радикалы.

Недостатком известного средства является то, что оно имеет низкую проницаемость по древесным капиллярам (молекулярная растворимость его невелика, а поверхностное натяжение водного раствора сравнительно высокое). Сохранность образцов хвойных и лиственных пород заболонной части против деревоокрашивающих и плесневых грибов после выдержки до 50 сут составляет не более 70%. Это средство проявляет в основном бактериостатическое действие; задерживает развитие или размножение микробов. Соединение токсично, относится к веществам второго класса опасности (водные растворы его обладают кожно-раздражающим и выраженным кожно-резорбтивным действием, вызывая дерматиты).

Предлагается соединение для биозащиты целлюлозосодержащих материалов, которое хорошо растворимо в воде и обладает одновременно бактерицидными и фунгицидными свойствами по отношению к деревоокрашивающим и дереворазрушающим грибам синевы и плесени. Его активность не снижается во времени, оно менее безопасно для человека и окружающей среды, чем средство по прототипу. Предложенное соединение относится к новым производным известных соединений четвертичного аммония и аминов и представляет собой алкилбензиламмонийхлорид, имеющий структурную формулу

Технология промышленного синтеза предлагаемого средства для биозащиты целлюлозосодержащих материалов включает конденсацию алкиламина и хлористого бензила. Процесс идет по следующей реакции:

Наряду с основной реакцией имеют место и побочные

Условия процесса: температура 140-150^oC, давление около 1,6 МПа, молярное соотношение амин к ClCH₂C₆H₅ равно 3:1 и продолжительность реакции 3-4 ч.

Конечный продукт представляет собой массу в виде прозрачного раствора, которая при охлаждении до 20^oC превращалась в пастообразную массу от желтого до красноватого цвета.

В процессе производства алкилбензиламмонийхлорида потери составляют не более 0,3%.

Идентификацию промышленных образцов предлагаемого соединения проводят методом инфракрасной спектроскопии на приборе Perkin Elmer 1720 по известной методике.

Полученный спектр позволяет судить о наличии соли амина, о чем свидетельствует присутствие полос валентных колебаний группы аммония в области полос поглощения 2800-2200 см^-1, а также деформационных колебаний групп в области 1642 см^-1.

По спектрам идентифицируется присутствие воды и группы не связанных водородной связью.

Таким образом, полученные данные спектра позволяют сделать вывод о том, что формула предложенного биозащитного средства для целлюлозосодержащего материала

соответствует конечному продукту синтеза.

Алкилбензиламмонийхлорид имеет следующие качественные показатели:
Агрегатное состояние - однородная пастообразная масса от желтого до красноватого цвета, а при 50^oC превращается в жидкость.

Содержание основного вещества, %, не менее - 48-50
Молекулярная масса - 346-376
Плотность раствора, г/см³ - 0,96-0,97
Вязкость, сП, при 20^oC - 140-150
pH водного раствора - 6,6-7,0
Содержание примесей смол, %, не менее - 3
Содержание хлористоводородной соли вторичного амина, не более - 1,2-1,5
Содержание простого эфира, %, не более - 3
Содержание третичного амина, %, не более - 0,5
Критическая концентрация мицеллообразования - 0,065
Содержание железа, не более - 0,001
Поверхностное натяжение, дин/см - 32-35
Пенообразующая способность по Росс-Майлсу, мм - 200
Коэффициент рефракции - 1,429-1,431
Температура самовоспламенения, ^oC - 356
Вспышки, ^oC - 95
Токсичность LD₅₀ для белых мышей, мг/кг живого веса - 350
Предложенное средство имеет следующие свойства:
- эффект по защите древесины наступает при обработке ее водными растворами 5-7%-ной концентрации, в то время как по известному этот же эффект достигается при 8%-ной концентрации;
- средство оказывает мгновенное биозащитное действие, а известное - пролонгированное;
- за счет снижения поверхностного натяжения водного раствора проницаемость древесины увеличивается до 3 мкм;
- биозащитное средство менее вязко, чем известное, хорошо растворимо в воде, обладает бактерицидными и фунгицидными действиями, причем эти свойства не меняются во времени (активность действия на древесину сохраняется до 90 дней с защитой до 98%);
- средство экологически чистое, менее токсично для людей, чем известное;
- относится ко 2-му классу опасности;
- древесина после обработки не окрашивается;
- физико-химические свойства древесины во времени не меняются и она легко подвергается обработке.

Биозащитное действие алкилбензиламмонийхлорида на древесину изучали следующим образом.

Испытания проводили в лабораторных условиях на образцах из заболони сосны.

Образцы с влажностью 80 - 120% и размерами 5х15х180 (последний размер по длине волокна) обрабатывали (методом окунания) пропиточным раствором на 30 с.

В качестве растворителя использовали дистиллированную воду.

Образцы, обработанные биозащитным средством, после подсушивания до такой степени, чтобы на поверхности не было капель, инфицировали суспензией спор.

Инфицирование образцов осуществляли также методом окунания в суспензию спор грибов, выращенных в пробирках на сусло-агаровой среде.

Образцы обрабатывали биозащитным средством и инфицировали суспензией спор с выдержкой в ней 30 с. Далее образец высушивают до первоначальной влажности 80-120%, закладывают в стерилизованные емкости, в которых поддерживали влагосодержание на начальном уровне. На 10-е, 20-е, 30-е, 40-е и 50-е сутки проводят визуальный осмотр и оценивают обрастание поверхности образцов деревоокрашивающими и плесневыми грибами в процентах от общей площади. Кроме того, оценивали распределение биозащитного средства по сечению древесины после ее пропитки.

Выявлено, что средство проникает внутрь образцов на глубину более 5 мм в зависимости от условий пропитки, при этом характер распределения его - диффузионный.

В качестве контрольных образцов, последние пропитывали средством по прототипу. В результате определено, что показатели сохранности поверхности образцов через различное время значительно выше при пропитке предложенным средством, чем при пропитке известным (по прототипу) при равных условиях исследований.

Алкилбензиламмонийхлорид может быть использован как самостоятельное биоцидное средство, так и в сочетании с другими добавками, т.е. может быть использовано как компонент сложных составов для защиты целлюлозосодержащих материалов. Предложенное средство является эффективным и перспективным биозащитным соединением против грибов синевы и плесени целлюлозосодержащих материалов.

Изобретение относится к средствам для биохимической защиты целлюлозосодержащих материалов от грибов синевы и плесени и может быть использовано в лесопильной и деревообрабатывающей промышленности. В качестве биозащитного средства предложено использовать алкилбензиламмонийхлорид структурной формулы
н

Алкилбензиламмонийхлорид структурной формулы

как биоцидное средство защиты целлюлозосодержащих материалов от поражения их деревоокрашивающими и плесневыми грибами.