КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ ОБРАБОТКИ Российский патент 2020 года по МПК C09D183/02 C09D183/04 C09D1/02 B27K3/20 B27K3/50 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к композициям для нанесения покрытия и к способу обработки целлюлозных материалов.

Уровень техники

Защита деревянных изделий очень важна, например, если деревянные изделия используют в качестве строительных материалов.

Важно защищать дерево от образования плесени, атак насекомых и т.д., а также дерево желательно защищать от гниения. Кроме того, желательно повышать огнеупорность деревянных изделий.

В данной области техники известна обработка целлюлозных изделий в целом, например изготовленных из дерева, с помощью силикатов щелочных металлов. Целью такой обработки является придание обработанным изделиям структуры, напоминающей структуру окаменелого дерева, так как известно, что окаменелое дерево очень стабильно в течение продолжительных периодов времени.

Однако, при обычных способах обработки дерева силикатами натрия, силикатное покрытие легко смывается водой. Это особенно неблагоприятно, если, например, деревянные изделия используются в условиях повышенной влажности, например, в случае деревянных изделий, используемых в морских условиях.

Кроме того, некоторые обычные способы обработки дерева силикатами обеспечивают образование покрытия на поверхности дерева. Для обработки деревянных изделий это неблагоприятно, так как желательным является проникновение покрытия вглубь обрабатываемого изделия, что обеспечивает лучшие свойства обработанного деревянного изделия.

Таким образом, желательно предложить такое силикатное покрытие для целлюлозных изделий, которое трудно смывается водой, обладает водоотталкивающими свойствами, и лучше проникает в обрабатываемое изделие.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение относится к системе композиций для нанесения покрытия и способу обработки целлюлозных изделий силикатом, обеспечивающим водоустойчивое силикатное покрытие, а также водоотталкивающий продукт с улучшенным проникновением.

Было неожиданно обнаружено, что обработка комбинацией (i) силиката калия, (ii) алкоксисиланового соединения и/или силоксана, и (iii) агента, способствующего проникновению, очень эффективна для обеспечения желаемой обработки дерева.

Цель настоящего изобретения - предложить систему композиций для нанесения покрытия, включающую первую и вторую водную композицию.

В настоящем изобретении предлагается первая водная композиция для обработки целлюлозных изделий, характеризующаяся значением рН не менее 10 и содержащая калий, в которой силикат калия содержится в количестве от 1,5% до 32% по весу, и молярное отношение кремния (Si) к калию (K) в упомянутом силикате калия составляет 1,2-2,1.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, молярное отношение Si к K в упомянутом силикате калия в первой водной композиции составляет 1,2 - 1,8, и более предпочтительно 1,3 - 1,8.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, значение рН в первой водной композиции составляет по меньшей мере 10, например по меньшей мере 10,5 или по меньшей мере 10,8.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, количество силиката калия в первой водной композиции составляет 4% - 30% по весу.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения первая водная композиция содержит агент, способствующий проникновению, выбираемый из спиртов, сложных эфиров, простых эфиров, аминов, и их комбинаций.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения агент, способствующий проникновению, является полиолом, предпочтительным образом выбираемым из группы, включающей диол, триол, тетрол и сахарный спирт и любые их комбинации.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения полиол выбирают из ацетиленовых спиртов, алкиловых спиртов и ариловых спиртов, и любых их комбинаций.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, агент, способствующий проникновению, является простым эфиром, предпочтительно полиэфиром, предпочтительно, выбираемым из группы, включающей полиэтиленгликоль (ПЭГ), полипропиленгликоль (ППГ), политетраметиленгликоль (ПТМГ), политетраметиленгликольный эфир (ПТМЭГ), полифениловый эфир (ПФЭ) и поли(р-фениленоксид) (ПФО), и любые их комбинации.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения первая водная композиция также содержит поверхностно активное вещество, выбираемое из неионных поверхностно активных веществ, канифольной кислоты, абиетиновой кислоты и их солей, и любых их комбинаций, предпочтительным образом неионные поверхностно активные вещества выбирают из спиртовых этоксилатов, алкилфенольных этоксилатов, фенольных этоксилатов, амидных этоксилатов, глицеридных этоксилатов (этоксилатов масла соевых бобов и касторового масла), этоксилатов жирных кислот, этоксилатов аминов жирных кислот, и любых их комбинаций.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, в зависимости от применения, первая водная композиция также содержит агент против вспенивания, выбираемый из содержащих или не содержащих кремний агентов против вспенивания.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, целлюлозные изделия выбирают из группы, содержащей изделия из дерева, картона, оргалита, бумаги, живого дерева, хлопка, вискозы, зонтичной ткани, и любых их комбинаций. Дерево выбирают из твердых и мягких пород дерева. Мягкое дерево выбирают из сосны, ясеня, пекана, бука, березы, красного дерева, канадской ели, сосны, ели, кедра и хвойных пород.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения целлюлозные изделия выбирают из группы, содержащей термически обработанное дерево и дерево твердых пород; предпочтительным образом дерево твердых пород с высоким содержанием дубильной кислоты, предпочтительным образом выбираемое из группы, содержащей дуб, каштан, красное дерево, тик, клен, орех, и лиственницу.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, первая водная композиция также содержит силикат натрия, предпочтительным образом в отношении молярных концентраций натрия и калия до 9, более предпочтительным образом до 5, и наиболее предпочтительным образом до 3.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, первая водная композиция также содержит краситель и/или пигмент, предпочтительным образом выбираемый из группы, содержащий растительные пигменты, оксид титана и оксид железа, предпочтительным образом выбираемый из диоксида титана, оксида железа II и оксида железа III.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, упомянутая первая водная композиция также содержит по меньшей мере одну добавку, выбираемую из группы, состоящей из растительного масла, лигнина, целлюлозы и любых их комбинаций; содержащуюся в упомянутой первой композиции в количестве от 0 до 10% по весу.

Одной целью настоящего изобретения является предложение системы композиций для нанесения покрытия для обработки целлюлозных изделий, включающей:

по меньшей мере первую водную композицию в соответствии с приведенным здесь описанием, и

по меньшей мере вторую водную композицию, включающую эмульсию: алкоксисиланового соединения с общей формулой I:

при этом

R₁ выбирают из группы, состоящей из линейных и разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами;

R₂ и R₃ независимо являются линейной или разветвленной алкоксигруппой; и

R₄ является линейной или разветвленной алкоксигруппой или выбирается из группы, состоящей из линейных и разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами;

и/или

силоксанового соединения с общей формулой II:

при этом

R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄, R₁₅ и R₁₆, независимо выбирают из группы, состоящей из линейных или разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами; и

R₁₇ и R₁₈ являются функциональными группами, независимо выбираемыми из группы, состоящей из гидроксигруппы или аминогруппы; и

n имеет значение 0-20

и/или

силоксанового соединения с общей формулой III

при этом

R₂₁, R₂₂, R₂₃, R₂₄, R₂₅, R₂₆, R₂₇ и R₂₈ независимо выбирают из группы, состоящей из линейных или разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами. В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения R₁ является разветвленной или линейной, насыщенной или ненасыщенной С_1-8-алкильной группой, предпочтительным образом С_4-12-алкильной группой.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения R₂, R₃ и R₄ независимо являются линейной или разветвленной С_1-6-алкоксигруппой.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄, R₁₅, и R₁₆ независимо являются разветвленной или линейной, насыщенной или ненасыщенной C_1-6-алкильной группой, предпочтительным образом C_1-3-алкильной группой.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения R₂₁, R₂₂, R₂₃, R₂₄, R₂₅, R₂₆, R₂₇ и R₂₈ независимо являются разветвленной или линейной, насыщенной или ненасыщенной C_1-6-алкильной группой, предпочтительным образом С_1-6-алкильной группой.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения рН упомянутой второй композиции имеет значение по меньшей мере 5, предпочтительным образом по меньшей мере 7, более предпочтительным образом 7-10, например 7-8.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения рН упомянутой второй композиции имеет значение 4-11, предпочтительным образом 5-10 и наиболее предпочтительным образом 6-9,5.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения упомянутая вторая композиция содержит упомянутое алкоксисилановое соединение и/или силоксановое соединение (соединения) в количестве от 0,1 до 60% по весу, предпочтительным образом от 0,3 до 20% по весу, предпочтительным образом от 0,3 до 18% по весу, предпочтительным образом от 0,4 до 15% по весу, предпочтительным образом от 1 до 13% по весу, предпочтительным образом от 2 до 12% по весу, и предпочтительным образом от 2,5 до 12% по весу, от второй композиции.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения упомянутое алкоксисилановое соединение и/или силоксановое соединение (соединения) выбирают из группы, состоящей из (три)алкоксисилана и алкилсилоксанов; предпочтительным образом выбирают из триэтоксиоктилсилана, диметил силоксана, и октаметилциклотетрасилоксана, и любых их комбинаций.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения вторая водная композиция также содержит виниловое соединение; предпочтительным образом винил акрилат.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, виниловое соединение содержится во второй водной композиции в количестве не более 20% по весу от второй водной композиции, предпочтительным образом не более 10% по весу, и более предпочтительным образом не более 7% по весу от второй водной композиции.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, вторая водная композиция может также содержать связующие вещества, которые могут помочь силанам, которые не являются особенно реакционоспособными, и другим компонентам прикрепляться к поверхности целлюлозного изделия. Связующие вещества имеют или могут образовывать по меньшей мере два реакционных центра.

Одной целью настоящего изобретения является предложение способа обработки целлюлозных изделий, включающего следующие стадии:

предложение целлюлозного изделия;

предложение системы композиций для нанесения покрытия в соответствии с настоящим изобретением, включающей первую и вторую водную композицию; и последовательное нанесение на упомянутое целлюлозное изделие первой водной композиции и второй водной композиции из упомянутой системы композиций для нанесения покрытия.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, первое водное покрытие из системы композиций для нанесения покрытия наносится с помощью способа, выбираемого из импрегнирования под давлением, обработки кистью, замачивания, протравливания, впрыска и нанесения валиком.

Одной целью настоящего изобретения является предложение использования набора частей для обработки целлюлозных изделий, упомянутый набор включает систему композиций для нанесения покрытия в соответствии с настоящим изобретением.

Одной целью настоящего изобретения является предложение целлюлозного изделия, включающего систему композиций для нанесения покрытия в соответствии с настоящим изобретением или обработанного в соответствии со способом по настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение предлагает композиции для нанесения покрытия, улучшающие свойства покрытий на целлюлозных материалах. Данная система композиций для нанесения покрытия представляет собой набор композиций, которые можно применять для обработки целлюлозных изделий.

Для обработки композициями по настоящему изобретению подходят такие целлюлозные изделия, как например, не ограничиваясь этим, изделия из дерева, фибролита, бумаги, картона, и других подобных целлюлозных материалов. Также композициями по настоящему изобретению можно обрабатывать живые растения, например саженцы деревьев.

При обработке, например, деревянного изделия первой композицией, меняется внутренняя структура дерева, и силикат калия кристаллизуется внутри и снаружи клеточных стенок. Силикат калия обеспечивает защиту дерева от гниения, образования плесени и атак насекомых, а также делает дерево более огнеупорным, приводя к искусственному окаменению дерева. Кристаллы силиката калия, образованные таким образом, тем не менее до определенной степени являются водорастворимыми, и при интенсивном смывании водой могут вымываться. Однако, в дополнение к окремнению целлюлозного изделия, обработка силикатом калия открывает структуру целлюлозного изделия, например дерева.

Первая композиция способна лучше проникать в обрабатываемое ею целлюлозное изделие. Данная композиция способна создавать покрытие с лучшей адгезией, долговременным эффектом и внешним видом, чем известные композиции для нанесения покрытия. Необходимо также отметить, что целлюлозные материалы, на которые обычно очень трудно нанести покрытие в достаточной мере и удовлетворительным образом, можно покрыть композицией по настоящему изобретению с очень хорошим результатом в отношении проникновения и долговременной адгезии.

Кроме того, данная композиция уменьшает или предотвращает взаимодействие между кремнийсодержащими мономерами композиции, или их полимеризацию. Первая композиция включает химикаты с водород-связывающими свойствами. Мономеры силиката связаны водородными связями с агентами, способствующими проникновению, тем самым понижая количество силикатных ионов, взаимодействующих друг с другом. Образующийся комплекс, связанный водородными связями, проникает в дерево и связывается водородными связями с целлюлозой.

Если в первой композиции содержатся поверхностно-активные вещества, то они могут понижать поверхностное натяжение и/или способствовать эмульгации гидрофобной и гидрофильной фаз первой композиции. Для этой цели предпочтительным образом используют неионные поверхностно-активные вещества. Также это может способствовать меньшей скорости седиментации.

Сильное ценообразование может влиять на вид конечного продукта, поэтому в составе первой композиции можно использовать противовспенивающие агенты. Использование противовспенивающих агентов может быть особенно интересным для промышленного нанесения покрытий.

В первой и/или второй композиции можно использовать загустители. Если они используются в первой композиции для нанесения покрытия, проникновение в целлюлозный материал становится хуже, но количество наносимого на целлюлозный материал покрытия в расчете на одну обработку может увеличиться, тем самым обеспечив лучшую защиту.

Соотношение кремния к калию в силикате калия предпочтительным образом довольно низкое. Это способствует проникновению композиции в целлюлозное изделие. Настоящая композиция имеет увеличенное количество доступного мономера. Также, количество основных материалов способствует более открытой пористой структуре целлюлозного материала и способствует проникновению силикатов.

Первая водная композиция может содержать пигменты. Эти пигменты могут быть неорганическими и/или органическими. Примерами пигментов являются оксиды титана и железа. Примерами служат ТiO₂, FeOOH, Fе₂О₃, Fе₃O₄ и любые их комбинации. В одном варианте реализации настоящего изобретения, предпочтительным является диоксид титана с очень малым размером частиц, например с размером частиц не более 400 нм, предпочтительным образом не более 350 нм в диаметре.

Состав первой композиции ориентирован на уменьшение или устранение образования пузырьков в порах целлюлозного материала.

В первой и/или второй водной композиции для нанесения покрытия могут содержаться золи кремниевой кислоты. Силикатные золи стабильны и содержат по существу сферические, дискретные, неагломерированные плотные частицы аморфного кремнезема (SiO₂). В первой и/или второй композиции могут содержаться силикатные золи с диаметром частиц приблизительно 2-200 нанометров (нм), например 3-100 нм или 4-40 нм. Применение золей в композициях для нанесения покрытия приводит к образованию более твердого и стойкого покрытия целлюлозного изделия. Одним специфическим видом силикатных золой, которые можно применять, являются силикатные золи с органическим веществом (веществами), присоединенным к гидроксигруппам (-ОН) на поверхности золя. Такие золи можно обнаружить на поверхности покрытия (покрытий). Предпочтительным образом золи связаны и заключены в покрытие, например с помощью применения второй водной композиции для нанесения покрытия.

В одном варианте реализации настоящего изобретения силикатные золи основаны на полимеризованных силикатах. На поверхности таких золей гидроксигруппы могут прореагировать, например, с силанами или другими материалами. Однако, такие материалы могут быть рН-чувствительными и при слишком высоком рН эти золи могут по меньшей мере частично растворяться, и/или группы, присоединенные к этим золям с помощью реакции, отсоединяются путем обратной реакции. Это приводит к повышению вязкости. Таким образом, силикатные золи, чувствительные к высоким значениям рН, могут предпочтительным образом использоваться во второй водной композиции для нанесения покрытия. Введение силикатных золей во вторую композицию для нанесения покрытия способствует усилению защиты покрытия от загрязнения.

На второй стадии вторая водная композиция, включающая эмульсию алкоксисилана и/или силоксана, наносится на изделие, обработанное силикатом калия. Так как обработка силикатом калия открывает структуру, алкоксисилановое соединение способно диффундировать в обработанное изделие в большей степени, чем в необработанное изделие. При контакте с кристаллами силиката алкоксисиланы могут полимеризоваться, образуя большие полисилановые сетевые структуры с выступающими алкоксигруппами. Эти не полимеризованные алкоксигруппы затем реагируют, предположительно путем реакции конденсации, с гидроксильными группами молекул (например, с гидроксильными группами целлюлозы и силикатов) деревянного изделия. Образующаяся полисилановая сетевая структура обладает сильными водоотталкивающими свойствами, тем самым приводя к внедрению по меньшей мере частично ковалентно связанной воды в дерево. Далее, образовавшаяся сетевая структура полисиланов, образованная из второй композиции, физически (стерически) запирает силикаты из первой композиции в структуре дерева, защищая результат силикатной обработки от вымывания. Таким образом, вариант применения двух водных композиций (т.е. первой композиции с силикатом калия и второй композиции с силаном) обеспечивает синергетический эффект, при котором (i) силан глубоко проникает в дерево благодаря открытию структуры дерева после силикатной обработки, обеспечивая качественную водостойкость деревянного изделия; (ii) образующаяся силановая сетевая структура закрепляет силикат в структуре дерева, в результате чего результат силикатной обработки не может быть легко вымыт из дерева; и (iii) силикат образует твердую структуру на поверхности, закрепляющую силановую сетевую структуру на поверхности. Силаны активируются щелочью и реагируют с образованием связей на частицах кремнезема и на целлюлозной поверхности. В результате с помощью силикатной обработки целлюлозное изделие стабилизируется и приобретает водостойкие свойства в отношении жидкой воды. Пар, содержащий воду в газообразной форме, который может содержаться в воздухе, может свободно проходить через любые покрытия по настоящему изобретению. Молярное соотношение Si:K является важным и определят, находится ли силикат преимущественно в форме мономера, димера, тримера, или в более крупной форме, при этом низкое соотношение свидетельствует в пользу мономерной формы, а высокое соотношение говорит в пользу более крупных форм. Мономерная форма силиката является физически самой маленькой возможной формой силиката.

Согласно настоящему изобретению, предпочтительным является высокое содержание мономерной формы силикатов, которая, как было обнаружено, обладаетлучшими проникающими свойствами в структуру древесины, и лучшей способностью к образованию силикатных кристаллов внутри или рядом со стенками клеток деревянной структуры, что обеспечивает лучший результат силикатной обработки.

Вторая композиция содержит связывающую структуру на основе кремния. Полимеры и мономеры на основе кремния взаимодействуют с образованием сетевой структуры. Вторая композиция может включать дополнительные компоненты для дальнейшего усиления свойств второй композиции и/или для придания им дополнительных свойств.

Вторая композиция содержит силаны и/или силоксаны, которые могут полимеризоваться. Эти соединения способны создавать поверхностное покрытие, которое в некоторых аспектах можно считать пористым и позволяет определенным компонентам проникать через покрытие.

Вторая композиция для нанесения покрытия способна обеспечивать водоотталкивающий эффект, в том числе сразу же после ее нанесения. Структура второй композиции создает покрытие с гидрофобными органическими остатками на поверхности. Это покрытие должно быть проницаемым для воды в газообразной, но не в жидкой форме. Таким образом, это покрытие позволяет целлюлозному материалу дышать, или регулировать содержание влаги, и одновременно предотвращает проникновение через слой покрытия других более крупных компонентов, таких как вода в форме жидкости.

Вторая композиция может содержать дополнительное полимерное связующее вещество, которое помогает покрытию лучше присоединяться к поверхности. Таким дополнительным связующим веществом может быть виниловое соединение. Виниловое соединение делает второе покрытие немного менее проницаемым для пара, то есть газообразной воды. Поэтому является важным не добавлять слишком много винилового соединения, чтобы покрытие не стало слишком плотным, не пропускающим газообразную воду. Однако, применение винилового соединения повышает связывание покрытия и приводит к образованию более долговечной и легко очищающейся поверхности.

Вторая композиция для нанесения покрытия может содержать биоциды для увеличения срока хранения и продолжительности эксплуатации композиции и нанесенного покрытия.

Вторая композиция для нанесения покрытия также способна фиксировать частицы целлюлозы и других материалов, если они содержатся во второй композиции или находятся в контакте со второй композицией.

Во вторую композицию также могут быть включены пигменты, например такие как указанные в описании первой композиции. Во вторую композицию предпочтительным образом включают такие пигменты, как диоксид титана с очень малым размером частиц, так как такой пигмент также укрепляет поверхность и обеспечивает защиту от УФ-излучения. Подходящим размером частиц является размер не более 400 нм, например не более 350 нм, или не более 300 нм в диаметре.

Пигменты, содержащиеся во второй композиции для нанесения покрытия, могут способствовать лучшему нанесению покрытия.

Одной целью настоящего изобретения является предложение первой водной композиции для обработки целлюлозных изделий, имеющей значение рН не менее 10 и содержащей силикат калия, при этом силикат калия содержится в количестве от 1,5 до 32% по весу, молярное отношение кремния (Si) к калию (K) в упомянутом силикате калия составляет 1,2-2,1.

Молярное отношение Si:K может быть не более 2,1, например не более 1,8, не более 1,65, или не более 1,6.

В одном варианте реализации настоящего изобретения молярное отношение Si к K в упомянутом силикате калия в первой водной композиции составляет по меньшей мере 1,2, например по меньшей мере 1,3. Так, отношение Si к K в силикате калия может быть 1,2-2,1, например 1 1,2-2,0, 1,2-1,9, 1,2-1,8, 1,3-1,8, 1,2-1,65, 1,3-1,65, 1,2-1,6 или 1,3-1,6.

При низких отношениях ниже 1,2 проникновение покрытия в целлюлозный материал будет высоким, но было обнаружено, что этому сопутствует значительное негативное воздействие на древесину. Лигнин в этих условиях окисляется при реакции с кислородом воздуха аналогично процессу кислородного отбеливания, т.е. такому, какой применяется в целлюлозной промышленности. Щелочная реакция покрытия способствует растворению окисленного лигнина. Часть этого лигнина поддерживала целостность волокон целлюлозного материала, и таким образом, будет происходить потеря волокон с поверхности. Вторая композиция для нанесения покрытия способствует защите целлюлозного материала от воды на его поверхности, т.е. водоотталкивающему эффекту, но этот эффект также будет потерян или ухудшится, если покрытие будет нанесено на поврежденные волокна. Потеря волокон влияет на действие всей системы нанесения покрытия. Таким образом, отношение ниже 1,2 нежелательно в соответствии с настоящим изобретением.

Указанные соотношения основаны только на силикате калия. В целом, первая водная композиция может содержать другое молярное соотношение между кремнием и калием, например в результате добавления других соединений, содержащих Si или K. В варианте реализации настоящего изобретения, молярное отношение Si:K в первой водной композиции, в целом, может быть не более 3, например не более 2,5, не более 2,1, не более 1,65, или не более 1,6.

Силикат калия может содержаться в первой водной композиции в виде раствора, так как специалисту в данной области известно, что при отношении Si:K не более 2, образуется раствор. Форма также может в некоторой степени зависеть от концентрации силиката калия в композиции. Силикат калия в растворе существует в форме мономеров, димеров, тримеров, или в более крупных формах (при этом мономером является одна единица SiO₂ на одну единицу K₂О, а тримером - три единицы SiO₂ на одну единицу K₂О). Молярное соотношение Si:K влияет на относительное соотношение этих форм и более низкое соотношение соответствует большему количеству мономеров.

Значение рН в первой водной композиции составляет по меньшей мере 10, например по меньшей мере 10,3, по меньшей мере 10,5, или по меньшей мере 10,8. Значение рН в первой водной композиции может иметь максимальное значение рН не более 13, например не более 12,9 или 12,8. Таким образом, интервал значений рН может быть приблизительно 10-13, 10,5-12,9 или 10,5-12,8. Такие высокие значения рН предотвращают гелеобразование в первой композиции и помогают поддерживать композицию в виде стабильного раствора во время хранения, избегая гелеобразования. Кроме того, при желательных значениях рН, определенные необязательные компоненты в композиции, например лигнин и смолы, являются легко растворимыми, способствуя проникновению таких компонентов в обрабатываемое изделие. Желательные высокие значения рН обеспечивают подходящие условия реакции и способствуют реакции прочих компонентов, например реакции и возможной полимеризации силанов и/или силоксанов, содержащихся во второй водной композиции.

Первая водная композиция содержит силикат калия в количестве 1,5-32% по весу, например 1,5-30% по весу, 4-30% по весу, 10-30% по весу 2-20% по весу, или 2-18% по весу от первой водной композиции. При концентрациях ниже этого интервала не может быть достигнуто адекватное проникновение силана из второй композиции. В случае концентраций выше этого интервала не может быть достигнуто адекватное проникновение силиката калия. Необходимо заметить, что для некоторых задач первая водная композиция содержит силикат калия в количестве приблизительно 2-7% по весу от первой водной композиции; и для некоторых задач первая водная композиция содержит силикат калия в количестве приблизительно 8-20% по весу от первой водной композиции.

Первая водная композиция может содержать агент, способствующий проникновению, выбираемый из спиртов, сложных эфиров, простых эфиров, аминов, и любых их комбинаций.

Агент, способствующий проникновению, в первой водной композиции является предпочтительным образом соединением, способным к образованию водородных связей с кремнеземом. При соединении с помощью водородных связей с кремнеземом, количество мономеров кремнезема, содержащихся в композиции, увеличивается, так как до определенной степени уменьшается полимеризация и перекрестное сшивание кремнеземных мономеров, что в свою очередь приводит к лучшему проникновению материала в целлюлозное изделие.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, если агент, способствующий проникновению в первой водной композиции является спиртом, он предпочтительным образом является полиолом. Подходящие полиолы можно выбрать из группы, включающей диолы, триолы, тетролы и сахарные спирты, и любые их комбинации. Конкретные спирты, упомянутые ниже, могут использоваться одни, или в любой их комбинации.

В одном варианте реализации настоящего изобретения полиол можно выбирать из ацетиленовых спиртов, алкиловых спиртов, ариловых спиртов, и любых их комбинаций.

Диолы можно выбирать из группы, включающей ацетиленовые диолы, алкиловые спирты, ариловые спирты, и любые их комбинации. Примерами подходящих диолов служат диолы, выбираемые из группы, включающей бисфенол А, этандиол, пропандиол, бутандиол, пентандиол и любые их комбинации. Конкретные диолы можно выбирать из группы, включающей 2-метил-2-пропил-1,3-пропандиол, 3-окса-1,5-пентандиол, 2,4,7,9-тетраметил-5-дециндиол (ТМДД), 1,2-этандиол, 1,3-пропандиол, 1,2-пропандиол, 2,2-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол.

Триолы можно выбирать из группы, включающей глицерол, тригидроксибутан и триоксибензол.

Сахарные спирты можно выбирать из группы, включающей глицерол, эритриол, треитол, арабитол, ксилитол, бибитол, маннитол, сорбитол, галактитол, фуктиол, идитол, иноситол, волемитол и гидрогенированные гидролизаты крахмала (ГГК) и любые их комбинации.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, когда агент, способствующий проникновению, в первой водной композиции является простым эфиром, он предпочтительным образом является полиэфиром. Полиэфир можно выбирать из группы, включающей полиэтиленгликоль (ПЭГ), полипропиленгликоль (ППГ), политетраметиленгликоль (ПТМГ), политетраметиленгликольный эфир (ПТМЭГ), полифениловый эфир (ПФЭ) и поли(р-фениленоксид) (ПФО), и любые их комбинации.

Первая водная композиция может содержать агент, способствующий проникновению, в эквимолярном количестве по отношению к количеству низкомолекулярного кремнезема, т.е. мономеров кремнезема.

Первая водная композиция может содержать агент, способствующий проникновению, в количестве не менее 0,01% по весу, например 0,05-30% по весу, 0,1-25% по весу, 0,1-15% по весу, 0,01-5% по весу, 0,02-5% по весу, 0,01-1% по весу, 0,025-1% по весу или 0,01-0.025% по весу от первой водной композиции.

Агент, способствующий проникновению, способствует диффузии композиции внутрь изделия.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, первая водная композиция также содержит поверхностно активное вещество, выбираемое из неионных поверхностно активных веществ, канифольной кислоты, абиетиновой кислоты и их солей, и любых их комбинаций. Подходящие неионные поверхностно активные вещества можно выбирать из спиртовых этоксилатов, алкилфенольных этоксилатов, фенольных этоксилатов, амидных этоксилатов, глицеридных этоксилатов (этоксилатов масла соевых бобов и касторового масла), этоксилатов жирных кислот, этоксилатов аминов жирных кислот, и любых их комбинаций. Конкретные спиртовые этоксилаты можно выбирать из алкильных спиртовых этоксилатов с длиной цепочки не менее 6 атомов углерода (С6), например С6-С20, С8-С18, С10-С18 или С12-С16. Предпочтительным образом этиленоксидная часть (ЕО) алкильных спиртовых этоксилатов имеет 2-12 ЕО, например 3-10 ЕО, 4-10 ЕО. Спиртовые этоксилаты можно выбирать из С6-С20 с 2-12 ЕО. Предпочтительным образом используют не токсичные и дружественные к окружающей среде поверхностно активные вещества.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, можно добавлять добавки, такие как эмульгирующие агенты, например сульфаты (например 2-гексилдецилсульфат) и сульфонаты.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, первая водная композиция может также включать агент против вспенивания, выбираемый из содержащих или не содержащих кремний агентов против вспенивания.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, целлюлозные изделия можно выбирать из группы, включающей изделия из дерева, картона, оргалита, бумаги, живого дерева и любых их комбинаций. Целлюлозные изделия можно выбирать из группы, включающей термически обработанное дерево и дерево твердых пород; предпочтительным образом дерево твердых пород с высоким содержанием дубильной кислоты, предпочтительным образом выбираемое из группы, содержащей дуб, каштан, красное дерево, тик, орех, и лиственницу.

Термически обработанное дерево может быть подвергнуто нагреванию по разным причинам. Термическую обработку можно проводить для частичной пастеризации с целью уменьшения количества или устранения живых организмов в дереве, или с целью контролируемого уменьшения влажности дерева, например для уменьшения искривления.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, первая водная композиция также содержит другие силикаты, например силикат натрия. Если в композиции содержатся другие силикаты, кроме силиката калия, их количество может быть различно.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, по меньшей мере 70% по весу, например по меньшей мере 80% по весу, по меньшей мере 90% по весу, или по меньшей мере 95% по весу от содержания щелочного силиката составляет силикат калия.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, первая водная композиция может в дополнение к силикату калия содержать силикат натрия, предпочтительным образом в соотношении молярных концентраций натрия к калию равном 0 к 9, более предпочтительным образом 0 к 5 и наиболее предпочтительным образом 0 к 3. Например, отношение натрия к калию может быть по меньшей мере 0,001, например 0,02 или 0,04. Таким образом это отношение может быть 0,001-9, 0,002-5, 0,004-3, 0,001-0,5, 0,002-0,1, или 0,002-0,006.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения первая водная композиция может также содержать краситель и/или пигмент. Его можно выбирать из группы, включающей оксид титана и оксид железа, предпочтительным образом из диоксида титана, оксида железа II и оксида железа III. Можно использовать растительные пигменты. Красители или пигменты могут содержаться в упомянутой первой композиции в количестве от 0 до 10% по весу.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, упомянутая первая водная композиция также содержит по меньшей мере одну добавку, выбираемую из группы, состоящей из растительного масла, лигнина и целлюлозы. Эта добавка может содержаться в упомянутой первой композиции в количестве от 0 до 10% по весу. Такие добавки усиливают эффект силикатной обработки целлюлозных изделий первой композицией.

Лигнин в комбинации с силикатом калия обеспечивает окаменение структуры древесины. Мелко измельченная целлюлоза и/или (растительные) пигменты увеличивают активную площадь внутри целлюлозного изделия с нанесенным покрытием.

Одной целью настоящего изобретения является предложение системы композиций для нанесения покрытия для обработки целлюлозных изделий, включающей:

по меньшей мере первую водную композицию в соответствии с настоящим изобретением, описанную выше и

по меньшей мере вторую водную композицию, включающую эмульсию:

алкоксисиланового соединения с общей формулой I:

при этом

R₁ выбирают из группы, состоящей из линейных и разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами;

R₂ и R₃ независимо являются линейной или разветвленной алкоксигруппой; и R₄ является линейной или разветвленной алкоксигруппой или выбирается из группы, состоящей из линейных и разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами

и/или

силоксанового соединения с общей формулой II:

при этом

R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄, R₁₅ и R₁₆, независимо выбирают из группы, состоящей из линейных или разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами; и

R₁₇ и R₁₈ являются функциональными группами, независимо выбираемыми из группы, состоящей из гидроксигруппы или аминогруппы; и

n имеет значение 0-20

и/или

силоксанового соединения с общей формулой III

при этом

R₂₁, R₂₂, R₂₃, R₂₄, R₂₅, R₂₆, R₂₇ и R₂₈ независимо выбирают из группы, состоящей из линейных или разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, R¹ является разветвленной или линейной, насыщенной или ненасыщенной C_1-18-алкильной группой, предпочтительным образом С_4-12-алкильной группой. Группа R₁ играет главную роль в степени гидрофобности образующейся полисилановой сетевой структуры. Таким образом, предпочтительно, чтобы R₁ была гидрофобной группой, например С_4-12-алкильной группой, например С₈. Такие алкилы могут быть необязательно замещенными ароматическими группами, например фенильной группой; атомами галогена, например F, Cl, Br, I; гетероатомами, например О, N, S, Р; и другими функциональными группами, известными специалистам в данной области.

Обычно, R₁ является негидролизуемой группой, т.е. группой, которая не может быть отделена атомом кремния в результате гидролиза. Хорошие результаты были получены для R₁ являющейся n-октилом. Группа R₁ также может быть на следующей стадии использована для связывания других химических соединений, например для связывания с изделием красок и лаков. Для облегчения такого связывания группа R₁ может далее быть замещена функциональной органической группой, например аминовой, бензиламиновой, метакрилатной, винилбензиламиновой, эпоксидной, хлорпропиловой, меламиновой, виниловой, уреидной, меркаптановой, дисульфидной и тетрасульфидной группой. Предпочтительным образом, такая функциональная группа располагается возле или в конце группы R₁ вдали от атома Si. Например, краска или лак на основе акрилата являются подходящими для использования на таком силане, имеющем R₁-группу, замещенную аминогруппой, метакрилатной группой или эпоксигруппой. Другие комбинации красок/лаков и R₁-функциональности хорошо известны специалистам в этой области.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения R₂, R₃ и R₄ независимо являются линейными или разветвленными C_1-6-алкоксигруппами. Примеры групп, обозначаемых R₂, R₃ или R₄ включают линейные или разветвленные алкоксигруппы, т.е. алкильные группы, связанные с атомом Si через атом кислорода (Si-O-Алкил). Группы R₂, R₃ и R₄ могут быть выбраны независимо друг от друга, т.е. R₂ может отличаться от R₃ и или R₄. Примеры R_2-4 групп, подходящих для использования согласно настоящему изобретению включают например линейные и разветвленные C_1-6-алкильные группы, например C_1-4-алкильные группы, их ненасыщенные разновидности, алкильные группы, необязательно замещенные ароматическими группами, например фенильной группой; атомами галогенов, например F, Cl, Br, I; гетероатомами, например О, N, S, Р; и другими функциональными группами, известными специалистам в данной области. Хорошие результаты были достигнуты при использовании этильной группы в качестве R_2-4. Во время процесса полимеризации алкоксигруппы высвобождаются в форме спиртов. Так как среда реакции является водным раствором, высвобождаемые спирты предпочтительно должны хорошо растворяться в воде. Таким образом является предпочтительным, чтобы R₂, R₃ и R₄ были, например, метоксигруппой (образующей метанол), этоксигруппой (образующей этанол) или пропоксигруппой (образующей пропанол). Также R₄ можно выбирать из групп, описанных выше для R₁. В одной и той же композиции могут содержаться два или более различных силановых соединения, соответствующих общей формуле (I). В одном примере первый силан формулы (I) в котором R₂, R₃ и R₄ группы независимо являются алкоксигруппами, может быть смешан со вторым силаном формулы (I), в котором Ri и R₄ группы выбирают из групп, описанных также для R₂, a R₃ выбирают из группы, состоящей из линейных и разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных групп, необязательно замещенных ароматическими группами, галогенами и/или гетероатомами. В такой смеси силанов первый силан преимущественно обеспечивает прочное связывание с гидроксильными группами целлюлозного изделия для связывания силана с изделием, тогда как второй силан обеспечивает эффект, обусловленный R₁ и R₄ группами, например водоотталкивающий эффект. Соотношение между первым и вторым силаном выбирают на основе желаемых свойств для обрабатываемого целлюлозного изделия.

В качестве примера, изделие, обработанное силаном, содержащим аминофункциональную R₁-группу, хорошо подходит для окраски краской на акриловой основе. Акриловые полимеры, содержащиеся в краске, образуют ковалентные связи с аминогруппами силанов. Так как силаны, в свою очередь, ковалентно связываются с силикатом калия и целлюлозой, акриловое покрытие будет хорошо держаться на изделии. Другие подобные комбинации компонентов покрытия и функциональных органических групп являются очевидными для специалистов в данной области.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, группы R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄, R₁₅, и R₁₆ упомянутого силоксана, соответствующего Формуле II, могут независимо быть линейными или разветвленными, насыщенными или ненасыщенными C_1-6-алкильными группами, предпочтительным образом С_1-3-алкильными группами. Примерами могут являться метальная группа, этильная группа, этенильная группа, этинильная группа, пропильная группа, пропенильная группа и пропинильная группа.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, n может иметь значение в интервале 0-15, например 0-10, 0-8, 0-5, 1-8, или 1-5.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, группы R₂₁, R₂₂, R₂₃, R₂₄, R₂₅, R₂₆, R₂₇ и R₂₈ независимо являются разветвленными или линейными, насыщенными или ненасыщенными C_1-6-алкильными группами, предпочтительным образом C_1-3-алкильными группами. Примерами могут являться метильная группа, этильная группа, этенильная группа, этинильная группа, пропильная группа, пропенильная группа и пропинильная группа.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, рН упомянутой второй композиции имеет значение по меньшей мере 5, например по меньшей мере 7 или по меньшей мере 9.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, упомянутая вторая композиция содержит по меньшей мере одно из упомянутых алкоксисилановых соединений, соответствующих Формуле I, силоксановых соединений, соответствующих Формуле II, и силоксановых соединений, соответствующих Формуле III, и любых их комбинаций, в количестве от 0,1 до 60% по весу, например 0,3-20%, 0,3-18%, 0,4-15%, 1-13%, 2-12%, или 2,5-12% по весу от второй композиции.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, упомянутая вторая водная композиция содержит по меньшей мере одно из упомянутых алкоксисилановых соединений, соответствующих Формуле I, силоксановых соединений, соответствующих Формуле II, и силоксановых соединений, соответствующих Формуле III, которые можно выбирать из группы, включающей (три)алкоксисиланы и алкилсилоксаны, например триэтоксиоктилсилан, диметилсилоксан, октаметилциклотетрасилоксан.

Алкоксисиланы и силоксаны в соответствии с настоящим изобретением можно выбирать из полимеризованных, полимеризуемых и не полимеризуемых соединений.

Применение не полимеризуемых силанов или силоксанов может привести к усилению водозащитного эффекта, обеспечиваемого второй композицией. При нанесении на целлюлозное изделие, не полимеризуемые алкоксисиланы и/или силоксаны образуют защитный поверхностный слой, немедленно обеспечивающий гидроизоляцию изделию. Так как реакция внутри изделия (т.е. полимеризация силановой и/или силоксановой сетевой структуры и конденсация с ковалентным связыванием силановой и/или силоксановой сетевой структуры с целлюлозой) является медленной реакцией, протекающей при температуре окружающей среды, важно обеспечить немедленную гидроизолирующую защиту, позволяющую формирование силан-целлюлоза-силикатных структур.

n-Октилтриэтоксисилан можно использовать для дальнейшего усиления водоотталкивающих свойств предпочтительным образом в количестве 0,5-15% по весу, например 0,5-12% по весу, 5-15% по весу, 2-12% по весу, 3-11% по весу, или 7-12% по весу от второй водной композиции.

Примеры силоксанов, которые можно использовать во второй композиции, можно выбирать из группы, включающей n-октил силсесквиоксаны с этокси- и гидроксигруппами на концах; и диметилсилоксан с аминоэтиламинопропил силсесквиоксаном, с гидроксигруппами на концах.

Примеры силанов, которые можно использовать во второй композиции, можно выбирать из группы, включающей триэтоксиоктилсилан и метоксиоктилсилан.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, вторая водная композиция также содержит виниловое соединение, предпочтительным образом винил акрилат. Такие дополнительные компоненты повышают водозащитный эффект, обеспечиваемый второй композицией.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, виниловое соединение добавляют во вторую водную композицию в меньшем количестве, чем количество алкоксисиланового соединения общей формулы I и/или силоксанов формул II и III во второй водной композиции.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, виниловое соединение добавляют во вторую водную композицию в количестве не более 20% по весу от второй водной композиции, например не более 10% или не более 7% по весу от второй водной композиции.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, основная часть (т.е. более чем 50%, например более чем 70%, или более чем 90%) растворителя в действующих композициях (первой или второй водной композиции) является водой.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, растворитель, который может являться в основном водой, содержится в действующих композициях (первой и/или второй водной композиции) в количестве приблизительно 50-94% по весу от водной композиции, которая может быть первой или второй композицией. Обе композиции могут содержать схожее количество растворителя.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, вторая водная композиция может содержать воск. Воск может содержаться в количестве приблизительно 0-10%, например 0,5-7%, по весу от второй композиции.

Необходимо отметить, что вторая водная композиция в одном варианте реализации настоящего изобретения не содержит силикатов. Вторая водная композиция является относительно стабильной в форме эмульсии при нормальных условиях хранения.

Применение силана в форме водной эмульсии обладает несколькими преимуществами. Например, использование водной эмульсии существенным образом исключает использование органических растворителей, делая таким образом настоящее изобретение более дружественным к окружающей среде, так как в качестве носителя эмульсии можно использовать воду. Также вода является дешевым растворителем. Когда вторая композиция, содержащая силан и/или силоксан, наносится на целлюлозное изделие, обработанное вышеописанным способом, она контактирует с кристаллизованным силикатом калия. Эти кристаллизованные поверхности действуют как катализатор реакции полимеризации при образовании полисилановой сетевой структуры и/или полисилоксановой сетевой структуры внутри изделия. Без связи с какой-либо конкретной теорией, ниже описывается предполагаемая схема реакции. При гидролизе алкоксигруппы R₂-R₄ отделяются с образованием соответствующих спиртов, при этом образуется реакционоспособный силантриол, R₃-Si(OH)₃. Силантриол полимеризуется путем реакции конденсации. Поверхности (внутренняя и внешняя) целлюлозного изделия покрыты множеством гидроксильных групп, в основном происходящих от целлюлозы и хемицеллюлозы. Эти гидроксигруппы целлюлозы образуют водородные связи со свободными гидроксильными группами полимеризованных силантриолов. При нагревании эти гидроксил-гидроксильные водородные связи превращаются в ковалентные связи между целлюлозой и силановым полимером. Без нагревания эта конденсация проходит достаточно медленно. Образование силановой сетевой структуры в изделии, обработанной силикатом, физически защищает силикат от вымывания из изделия. Как показано, если первая композиция содержит такие добавки, как мелко измельченная целлюлоза, алкоксисилан также присоединяется к целлюлозе, что таким образом еще более способствует укреплению изделия. Вышеописанная схема реакции также действительна для реакции между кристаллизованным силикатом калия и алкоксисиланом. Силикат калия также имеет свободные гидроксигруппы (-ОН) к которым ковалентно присоединяется силан. Таким образом, силикат как ковалентно связывается с силановой сетевой структурой, так и стерически удерживается внутри изделия.

Комбинация силикатной обработки и силановой обработки целлюлозных изделий действительно обладает синергетическим эффектом. Во-первых, силановое соединение само по себе не обладает способностью глубоко проникать в структуры (обычно не более чем на приблизительно 1-1,5 мм в древесину). Однако, силикатная обработка "открывает" структуру и таким образом, силановое соединение получает возможность обеспечить более глубокую эффективную водостойкость (обычно 2-3 мм или более). Так, глубина водостойкой обработки увеличивается на 100 и более процентов. Это имеет преимущество, например, в условиях интенсивной эксплуатации, когда изделие подвергается существенному износу. При такой эксплуатации желательно обеспечить глубокую эффективную защиту, так как недостаточная защита повлечет за собой необходимость слишком частой повторной обработки. Во-вторых, силановые сетевые структуры закрепляют кристаллы в противном случае водорастворимого силиката калия внутри обработанного изделия, что стабилизирует защиту, обеспечиваемую обработкой с использованием силиката калия. Силановая обработка защищает кристаллы силиката калия от воды, то есть от вымывания водой.

Одной целью настоящего изобретения является предложение способа обработки целлюлозных изделий, включающего следующие стадии:

предложение целлюлозного изделия;

предложение системы композиций для нанесения покрытия в соответствии с настоящим изобретением, включающей первую и вторую водную композицию; и

последовательное нанесение на упомянутое целлюлозное изделие первой водной композиции и второй водной композиции из упомянутой системы композиций для нанесения покрытия.

Настоящее изобретение относится к способу обработки целлюлозных изделий, при котором на целлюлозное изделие сначала наносится первое водное покрытие, а затем наносится вторая водная композиция. Обычно, после нанесения первой композиции на целлюлозное изделие, изделие высушивают до определенной степени перед нанесением на его поверхность второй композиции.

В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, первое водное покрытие из системы композиций для нанесения покрытия наносится способом, выбираемым из импрегнирования под давлением, обработки кистью, замачивания, протравливания, напыления, впрыска и нанесения валиком. При использовании кисти или напылении предпочтительно использовать отношение Si:K в пределах 1,2-1,4, например 1,3-1,4, для облегчения проникновения наносимого материала в целлюлозную структуру.

Если первая композиция для нанесения покрытия наносится несколько раз, соотношение Si:K при последующих нанесениях может быть немного больше, например Si:K приблизительно 1,4-2,0, например 1,5-1,9. При использовании импрегнирования под давлением предпочтительно использовать Si:K в отношении например 1,2-1,4, например 1,3-1,4. При каждом последующем нанесении покрытия путем импрегнирования под давлением, соотношение может быть таким же или немного больше, например 1,4-2,0, например 1,5-1,9.

Одной целью настоящего изобретения является предложение использования набора частей для обработки целлюлозных изделий, упомянутый набор включает систему композиций для нанесения покрытия в соответствии с настоящим изобретением.

Одной целью настоящего изобретения является предложение целлюлозного изделия, включающего систему композиций для нанесения покрытия в соответствии с настоящим изобретением.

Одной целью настоящего изобретения является предложение целлюлозного изделия, обработанного в соответствии со способом по настоящему изобретению.

Настоящее изобретение преимущественно предлагает решение для укрепления защиты упомянутого целлюлозного изделия от таких элементов, как вода, ветер и температура. Обработка такого изделия силикатом калия придает изделию ряд свойств, таких как например огнеупорность, устойчивость к росту плесени, предотвращает атаки насекомых, усиливает защиту от УФ-излучения, так как кристаллы абсорбируют и отражают свет в УФ-спектре. Также кристаллы силиката калия защищают от летучих органических соединений.

Примеры

Тесты показали, что уменьшение соотношения приводит к увеличению количества покрытия, проникающего внутрь целлюлозного материала, как показано в Таблице 1 ниже. В этих тестах импрегнированные под давлением доски обрабатывали с помощью первой композиции для нанесения покрытия, в соответствии с настоящим изобретением.

Целлюлозные изделия, подвергнутые импрегнированию под давлением с помощью композиции, включающей медь и другие химикаты, могут быть защищены в результате обработки в соответствии с настоящим изобретением. В результате обработки описанным двухстадийным способом в соответствии с настоящим изобретением, можно достигнуть увеличения продолжительности эксплуатации дерева путем уменьшения утечки меди и других химикатов. Медь часто используется в виде гидроксикарбоната и является щелочной. Неожиданным образом, при комбинации с первой щелочной водной композицией и второй композицией, наблюдалось уменьшение утечки меди в результате описанной обработки.

Дальнейшие тесты показали, что уменьшение соотношения приводит к увеличению количества покрытия, проникающего внутрь целлюлозного материала, как показано в Таблице 2 ниже. В этих тестах использовали необработанную сосновую древесину, на которую с помощью вакуумного импрегнирования наносили первую композицию для нанесения покрытия по настоящему изобретению.

Также провели тесты с применением в составе первой композиции для нанесения покрытия агента, способствующего проникновению. В Таблице 3 ниже показаны результаты, полученные при обработке ели первой композицией для нанесения покрытия, содержащей и не содержащей агент, способствующий проникновению. Количество абсорбированного елью покрытия увеличивалось с применением агента, способствующего проникновению. Молярное отношение силиката калия в первой композиции для нанесения покрытия составляло 1,4. Композицию для нанесения покрытия перед применением смешали с водой. 3 Части воды смешали с 1 частью первой композиции для нанесения покрытия. В качестве агента, способствующего проникновению, использовали диол (2,4,7,9-тетраметил-5-дециндиол (ТМДД)), в количестве 0,7% по весу.

Агент, способствующий проникновению, также улучшает эффект от первой композиции для нанесения покрытия, применяемой к целлюлозному изделию.

Изобретение относится к системе водных композиций для нанесения покрытия для обработки целлюлозных изделий, включающей первую водную композицию со значением рН не менее 10, и содержащую силикат калия и агент, способствующий проникновению, при этом силикат калия содержится в количестве от 1,5% до 32% по весу, и молярное отношение кремния (Si) к калию (K) в упомянутом силикате калия составляет 1,2-2,1; и вторую водную композицию, включающую эмульсию по меньшей мере одного алкоксисиланового и/или силоксанового соединения. Настоящее изобретение также относится к способу обработки целлюлозных изделий и его применению. Изобретение обеспечивает повышение степени проникновения композиции в обрабатываемые целлюлозные изделия. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Система композиций для нанесения покрытия для обработки целлюлозных изделий, включающая

по меньшей мере первую водную композицию, имеющую значение рН не менее 10 и содержащую силикат калия в количестве от 1,5% до 32% по весу, молярное отношение кремния (Si) к калию (K) в упомянутом силикате калия составляет 1,2-1,9, и

по меньшей мере вторую водную композицию, включающую эмульсию алкоксисиланового соединения с общей формулой I:

где

R₁ выбран из группы, состоящей из линейных и разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть необязательно замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами,

R₂ и R₃ независимо являются линейной или разветвленной алкоксигруппой, и

R₄ является линейной или разветвленной алкоксигруппой или выбран из группы, состоящей из линейных и разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами; и/или

силоксанового соединения с общей формулой II:

где

R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄, R₁₅ и R₁₆ независимо выбраны из группы, состоящей из линейных или разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами,

R₁₇ и R₁₈ являются функциональными группами, независимо выбираемыми из группы, состоящей из гидроксигруппы или аминогруппы; и

n имеет значение 0-20,

и/или

силоксанового соединения с общей формулой III:

где

R₂₁, R₂₂, R₂₃, R₂₄, R₂₅, R₂₆, R₂₇ и R₂₅ независимо выбраны из группы, состоящей из линейных или разветвленных, насыщенных и ненасыщенных алкильных и арильных групп, при этом члены этой группы могут быть замещенными ароматическими, галоген- и/или гетероатом-содержащими функциональными группами, и органическими функциональными группами.

2. Система композиций по п. 1, в которой молярное отношение Si к K в упомянутом силикате калия в первой водной композиции составляет от 1,2 до 1,8, предпочтительно 1,2-1,65, и более предпочтительно 1,3-1,65.

3. Система композиций по п. 1 или 2, в которой силикат калия в первой водной композиции составляет 4% - 30% по весу.

4. Система композиций по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащая агент, способствующий проникновению, выбираемый из спиртов, простых эфиров, сложных эфиров и аминов, и любых их комбинаций, предпочтительно полиол, выбираемый из группы, содержащей диолы, триолы, тетролы и сахарные спирты, и любые их комбинации.

5. Система композиций по любому из пп. 1-4, в которой первая водная композиция дополнительно содержит поверхностно-активное вещество, выбираемое из неионных поверхностно-активных веществ, канифольной кислоты, абиетиновой кислоты и их солей, и любых их комбинаций, предпочтительным образом неионные поверхностно-активные вещества выбирают из спиртовых этоксилатов, алкилфенольных этоксилатов, фенольных этоксилатов, амидных этоксилатов, глицеридных этоксилатов (этоксилатов масла соевых бобов и касторового масла), этоксилатов жирных кислот, этоксилатов аминов жирных кислот, и любых их комбинаций.

6. Система композиций по любому из пп. 1-5, в которой первая водная композиция также содержит силикат натрия, предпочтительно в отношении молярных концентраций натрия и калия до 9, более предпочтительно до 5 и наиболее предпочтительно до 3.

7. Система композиций по любому из пп. 1-6, в которой R₁ является разветвленной или линейной, насыщенной или ненасыщенной C_1-18-алкильной группой, предпочтительно С_4-12-алкильной группой.

8. Система композиций по любому из пп. 1-7, в которой R₂, R₃ и R₄ независимо являются линейной или разветвленной C_1-6-алкоксигруппой.

9. Система композиций по любому из пп. 1-8, в которой R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄, R₁₅ и R₁₆ независимо являются разветвленной или линейной, насыщенной или ненасыщенной C_1-6-алкильной группой, предпочтительно С_1-3-алкильной группой.

10. Система композиций по любому из пп. 1-9, в которой R₂₁, R₂₂, R₂₃, R₂₄, R₂₅, R₂₆, R₂₇ и R₂₈ независимо являются разветвленной или линейной, насыщенной или ненасыщенной C_1-6-алкильной группой, предпочтительно C_1-3-алкильной группой.

11. Система композиций по любому из пп. 1-10, в которой упомянутая вторая композиция содержит упомянутое алкоксисилановое соединение и/или силоксановое соединение (соединения) в количестве от 0,1% до 60% по весу, предпочтительно от 0,3% до 20% по весу, предпочтительно от 0,3% до 18% по весу, предпочтительно от 0,4% до 15% по весу, предпочтительно от 1% до 13% по весу, предпочтительно от 2% до 12% по весу, предпочтительно от 2,5% до 12% по весу, от второй композиции.

12. Система композиций по любому из пп. 1-11, в которой упомянутое алкоксисилановое соединение и/или силоксановое соединение (соединения) выбраны из группы, состоящей из (три)алкоксисилана и алкилсилоксанов, предпочтительно выбрано из триэтоксиоктилсилана, диметилсилоксана и октаметилциклотетрасилоксана и любых их комбинаций.

13. Система композиций по любому из пп. 1-12, в которой вторая водная композиция дополнительно содержит виниловое соединение, предпочтительно винил акрилат.

14. Способ обработки целлюлозных изделий, включающий следующие стадии:

обеспечение целлюлозного изделия,

обеспечение системы композиций для нанесения покрытия по любому из пп. 1-13, включающей первую и вторую водную композицию, и

последовательное нанесение на упомянутое целлюлозное изделие первой водной композиции и второй водной композиции из упомянутой системы композиций для нанесения покрытия.

15. Способ по п. 14, в котором первое водное покрытие из системы композиций для нанесения покрытия наносят способом, выбираемым из импрегнирования под давлением, обработки кистью, замачивания, напыления, протравливания, впрыска и нанесения валиком.

16. Применение набора частей для обработки целлюлозных изделий, причем упомянутый набор включает систему композиций для нанесения покрытия по любому из пп. 1-13.

17. Целлюлозное изделие, содержащее систему композиций для нанесения покрытия по любому из пп. 1-13 или обработанное способом по п. 14 или 15.