ТРУДНОВЫМЫВАЕМЫЙ ВОДОРАСТВОРИМЫЙ ПРЕПАРАТ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ
HARDLY WASHABLE WATER-SOLUBLE PREPARATION FOR WOOD PROTECTION

Изобретение относится к области защиты древесины и древесных материалов, а именно к препаратам для защиты древесины и древесных материалов от биологического разрушения (например, низшими грибами) в наиболее тяжелых условиях службы (IX-XIII классов службы по ГОСТ 20022.2 Защита древесины. Классификация), а именно в условиях контакта с грунтом, осадками, грунтовыми водами и т.д. Может быть применено во всех отраслях народного хозяйства, где применяется древесина и изделия из нее, например, в деревообрабатывающей и деревоперерабатывающей промышленности, строительстве, особенно применение актуально для защиты деревянных опор ЛЭП и связи, а так же шпал, шахтной крепи, мостовых переводов и т.д.
Для целей защиты древесины и материалов на ее основе в наиболее тяжелых условиях известны составы полученные при нефтепереработке: RU 2050268/С1, RU 2377121/С2, RU 2303522/С1. Основными недостатками этих рецептур является: Их взрыво- и пожароопасность; Необходимость пропитки при повышенных температурах (до 80°С), для снижения вязкости пропиточного раствора; Сильный специфический запах не позволяющий использовать пропитанные детали в населенных пунктах и местах контакта с людьми, например в метро.
Так же для целей защиты древесины используются водорастворимые фторсодержащие антисептики, например: RU 2022786 (фтористый натрий и борная кислота), RU 2538256 (фторид натрия или калия), RU 1794055 (смесь бифторида аммония и борной кислоты). К недостаткам этих составов относится их высокая вымываемость, что не позволяет их использовать для выше указанных целей.
Кроме того, известны ГОСТированные составы, используемые для этих целей:
1. ГОСТ 23787.9 Растворы антисептического препарата ХМФ. Технические требования, требования безопасности и методы анализа. К недостаткам этой рецептуры можно отнести низкую растворимость фтористого натрия (до 4%), что приводит к тому, что не возможно приготовить высококонцентрированные растворы, а это особенно важно при транспортировке антисептиков с заводов изготовителей на мачтопропиточные и шпалопропиточные заводы.
2. ГОСТ 23787.1 Растворы антисептического препарата ХМК. Технические требования, требования безопасности и методы анализа. К недостаткам этой рецептуры, так же можно отнести еще более низкую растворимость кремнийфтористого натрия (см. п. 1).
3. ГОСТ 28815 Растворы водные защитных средств для древесины. Технические условия. Состав ХМФ-БФ так же содержит фтористый натрий.
Все указанные выше рецептуры содержат в своем составе 3 максимум 4% ионов фтора. Поднять их содержание, невозможно из-за низкой растворимости фторсодержащих соединений, а именно фториды являются фунгицидной составляющей этих композиций, а приготовление сухих смесей для последующего растворения невозможно из-за технологических особенностей.
Кроме указанных выше составов применяются для этих целей, известны хром, медь мышьяк содержащие составы: RU 2414347, RU 2278782. И наиболее близкий из применяемых в промышленности по назначению и достигаемому эффекту является состав (RU 2148493) который содержит соединения мышьяка:хрома:меди в соотношении 1:(0,6-1,5):(0,3-0,8) в пересчете на As(V):Cr(VI):Cu(II). В ГОСТ 20022.0 «Защита древесины. Параметры защищенности» этот состав известен как «Элемсепт» (в более ранней редакции «Ултан»). Наилучшим образом зарекомендовал себя в странах с тропическим климатом для защиты от термитов, которые как известно в России не водятся. Эта рецептура может быть, как солевой (состоящей из солей бихромата, купороса и окиси мышьяка), так и окисной (по способу приготовления из окислов мышьяка, хрома и меди).
4
3
3
4
4
Наиболее близкий по составу и достигаемому результату является рецептура (патент RU 2654874 (13) С2). В состав препарата, содержащего Хром- и Медь-соединения, введены фторсодержащие соединения следующей формулы ElFm*nHF, где: El - элемент периодической системы, позволяющий добиться растворимости более 10%, например, KF*HF, NHF*HF, BF*HF; BF*2HF, SiF*2HF; SiF*3HF; m - степень окисления El; n - 1 или 3. При следующем соотношении компонентов: (0,4-1,3):(0,6-1,5):(0,3-0,9) в пересчете на Фтор F(I):Хром Cr(VI):Медь Cu(II). В частности, составы фторсодержащие компоненты BF3*HF (бор тетрафтористоводородную кислоту); SiF4*2HF (кремний гексафтористоводородную кислоту).
Недостатками указанного состава является:
1. Склонность к гидролизу, протекающему по формулам:
4
2
3
3
2HBF+6HO=2HBO+8HF
2
6
2
2
HSiF+HO=SiO+6HF
2. Очень низкие рН (существенно ниже 1) и повышенное содержание свободных кислот.
3. Скорость расконсервации.
2
4
7
2
4
4
4
4
2
3
Технический результат достигается тем, что в состав, содержащий, помимо соединений хрома и меди, борфтористоводородную кислоту, вводится тетраборат натрия или калия NaBO*10НО, а в содержащий кремнийфтористоводородную кислоту вводится орто- или метасиликаты натрия или аммония Na(NH)SiO или Na(NH)SiO.
При следующем соотношении компонентов:
(0,4-1,3):(0,6-1,5):(0,3-0,9) в пересчете на Фтор F(I):Хром Cr(VI):Медь Cu(II).
Дополнительно содержат соответствующие соли (тетрабораты, орто- и метасиликаты в зависимости от анионного состава) в количестве от 0,3% до 4%.
Препарат получают смешением компонентов.
Примеры составов (общая концентрация около 10%) приведены в таблице 1.
1. Склонность к гидролизу.
Скорость и степень гидролиза снижается за счет введения в раствор, содержащий борфтористористоводородную кислоту солей тетраборной кислоты, которые в кислой среде (рН менее 2) трансформируются в соль ортоборной кислоты по формуле:
2
4
7
2
3
3
+
-
NaBO+7HO→2Na+2ОН+4НВО;
При этом происходит частичная нейтрализация повышенной кислотности и образовавшаяся борная кислота препятствует гидролизу борфторидов и образованию повышенных концентраций ионов фтора, которые могут вызывать выпадение осадков (растворимость фтористого натрия при 20°С 4,08% или 1,52% по ионам фтора) и приводить к засорению коммуникаций при автоклавной пропитке.
При использовании кремний фторидов и ортосиликата натрия (аналогичные процессы протекают с солями аммония):
4
4
2
2
2
2
3
NaSiO+2HO=4NaOH+SiO*HO (NaSiO);
Или метасиликата натрия:
2
3
2
2
2
NaSiO+HO=2NaOH+SiO*HO (коллоидный раствор при высоких концентрациях).
2
2
При этом происходит частичная нейтрализация повышенной кислотности и образовавшийся гидрозоль SiO*nHO препятствует гидролизу гексафторкремневой кислоты и образованию повышенных концентраций ионов фтора, которые будут вызывать выпадение осадков и засорению коммуникаций при автоклавной пропитке.
2. Низкие значения рН и высокое содержание свободных кислот.
Как известно, длительное воздействие свободных кислот при низких значениях рН (менее 1) приводит к снижению физико-механических характеристик и даже может приводить к частичной деструкции древесины.
2
2
7
2
3
4
2
4
2
4
7
2
3
3
При использовании борфтористоводородной кислоты и солей тетраборной кислоты. Например, в 10% растворе с соотношением компонентов хром:медь:фтор 2:2:1 содержится: 4 г бихромата натрия (NaCrO*10HO) или 2,7 г оксида хрома (CrO); 4 г медного купороса (CuSO*5HO); 1 г (HBF) и 1,33 г буры (NaBO*10HO) которая в ходе гидролиза в кислой среде трансформируется (при полном гидролизе) в 0,28 г гидроксида натрия (NaOH) и 0,92 г (HBO). Образовавшийся гидроксид натрия частично нейтрализует свободную борфтористоводородную кислоту, как наиболее сильную (рК=-0,2). Увеличивая содержание буры можно добиться нейтрализации свободной тетрафторборной кислоты (рК дихромовой кислоты по первой ступени 1,64). Борная кислота будет подавлять гидролиз борфторидов.
2
2
7
2
3
4
2
2
6
4
4
4
4
2
2
Аналогичная ситуация при использовании кремнийфтористоводородной кислоты. Например, в 10% растворе с соотношением компонентов хром:медь:фтор 2:2:1 содержится: 4 г бихромата натрия (NaCrO*10НО) или 2,7 г оксида хрома (CrO); 4 г медного купороса (CuSO*5HO); 1,13 г (HSiF) и 0,3 г ортосиликата аммония ((NH)SiO), который в ходе полного гидролиза в сильнокислой среде даст 0,26 г NHOH и 0,11 г SiO*HO. Образовавшийся гидроксид аммония частично нейтрализует свободную кремнийфтористоводородную кислоту, как наиболее сильную (рК=1,19). Гидраты оксида кремния подавляют гидролиз гексафторсиликатов.
3. Скорость расконсервации.
Скорость расконсервирования определялась с использованием ГОСТ 18610. Испытания проводили на образцах древесины квадратного сечения размерами: малые (6×6×220)±0,5 мм и средние (15×15×220)±1 мм. Образцы пропитывали растворами защитных средств и сушили в условиях, обеспечивающих их минимальное растрескивание. Испытания проводили на ровной площадке в натуральной (биологически активной) почве в условиях открытого полигона. Учет состояния образцов проводили через год.
Степень разрушения образца характеризуют индексом состояния, определяемом по средней глубине гнили в зоне ее максимального развития с учетом ее площади.
Для определения средней глубины гнили образцы извлекали из земли. Глубину гнили измеряли щупом четырехкратно с погрешностью не более 1 мм.
Индекс состояния древесины определяли по таблице 2.
Испытаниям подверглись растворы: известный 1, известный 2, раствор 1 и 3.
3
Раствор 1 содержащий соли тетраборной кислоты и борфтористоводородную кислоту сравнивается с известным 1, а известный 2 с раствором 3. Для испытаний пропитывались малые и средние образцы с одинаковым поглощением 9±0,4 кг/м.
Скорость расконсервации древесины, пропитанной растворами составов 1 и 2 меньше чем у известных аналогов. Результаты представлены в таблице 3.