Композиционный состав для гидрофобизации и консервирования древесины
COMPOSITION FOR HYDROPHOBIZATION AND PRESERVATION OF WOOD

Изобретение относится к области деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано для гидрофобизации и консервирования древесины и изделий из нее.
Древесина представляет собой сложный природный полимерный материал, подверженный воздействию воды и влаги из-за наличия в ее структуре большого количества гидроксильных групп. В результате воздействия воды происходит изменение физико-механических свойств древесины, снижение формоустойчивости и, как следствие, сокращение срока службы изделий из нее. Кроме того, воздействие воды и влаги значительно увеличивает возможность образования дереворазрушающих грибов и микроорганизмов, существенно снижающих целостную структуру древесины.
Традиционно гидрофобизацию древесины осуществляют за счет блокировки гидроксильных групп путем наполнения капиллярно-пористой структуры древесины. Поэтому одним из возможных способов устранения данных недостатков древесины как конструкционного материала является ее пропитка специальными композиционными гидрофобизирующими составами.
Известен композиционный состав для гидрофобизации древесины (Пат. РФ №2729741; МПК B27K 3/34; опубл. 11.08.2020), включающий битум нефтяной, отработанное моторное минеральное масло, полученное из базового дистиллятного масла, технический парафин.
Данный композиционный состав имеет относительно высокую глубину пропитки древесины, обеспечивает высокие показатели водостойкости, придает стойкость к основным видам дереворазрушающих грибов и микроорганизмов. Однако указанный состав имеет существенный недостаток: он содержит отработанное моторное минеральное масло, позволяющее значительно увеличить глубину пропитки, но использование данного компонента не позволяет применять получаемые изделия в жилых помещениях, что значительно сужает область применения состава.
Известна гидрофобизирующая композиция (Пат. РФ №2621116; МПК C09K 3/18, B27N 1/00, B27N 3/00, С04В 24/38, C08L 61/06, C08L 91/06, C08L 97/00, C08L 97/02, C09D 7/12, D21C 9/00, D21H 21/16; опубл. 31.05.2017), состоящая из лигносульфоновой кислоты и ее соли, гидрофобизирующего агента, жидкой среды. Гидрофобизирующий агент композиции включает канифоль, парафиновые масла и другие компоненты. Данное изобретение позволяет снизить поглощение воды и придать прессованной древесине формоустойчивость.
Существенным недостатком указанной гидрофобизирующей композиции является многокомпонентность, усложняющая
производственный процесс ее получения. Кроме того, в состав данной композиции входят имеющие третий класс опасности и высокую горючесть органические соединения (изопропанол, н-бутанол, втор-бутанол, изобутанол, трет-бутанол), что сказывается на экологичности и огнестойкости композиции.
Известен способ пропитки древесины и лесоматериалов под давлением (Пат. РФ №2414346; МПК B27K 3/08, B27K 3/34, B27K 3/50, C09D 15/00; опубл. 20.03.2011) неочищенным растительным талловым маслом, смолой и/или выделенными из нее жирными кислотами.
Недостатками данного способа являются использование неочищенного растительного таллового масла, приводящего к низкой способности пропитывающего состава защищать древесину от гниения, а также его неприятный запах, который возникает во время кислотной обработки. Еще одним недостатком способа является значительное просачивание пропитывающего состава через поверхность древесины, что отрицательно сказывается на удобстве ее использования.
Известен консервант для древесины (Пат. РФ №2422265; МПК B27K 3/50, B27K 3/34, B27K 3/52, С11В 13/00; опубл. 27.06.2011), включающий растительное масло, содержащее ненасыщенные жирные кислоты: олеиновую, стеариновую, линоленовую, линолевую, пальмитиновую. В качестве растительного масла применяют растительное талловое масло после удаления из него нейтральных компонентов, выступающих в роли источника питания для гнилостных грибков, и соединений, вызывающих прохождение реакций этерификации. Принят за прототип.
Данный пропиточный состав, вследствие удаления источников для питательных сред дереворазрушающих микроорганизмов, является эффективным гидрофобизатором (антисептиком), однако в процессе проведения экстрагирования нейтральных компонентов происходит удаление и полезных веществ (монотерпенов, дитерпенов, фенолов), способных придавать древесине стойкость к гнилостным микроорганизмам. Также на стадии омыления при удалении нейтральных компонентов используются растворы щелочей (KOH, NaOH, LiOH), которые после проведения омыления удаляются как отход, что снижает экономическую целесообразность процесса. Многостадийный процесс очистки проводится при относительно высоких температурах (до 200°С), что дополнительно усложняет процесс получения очищенного растительного таллового масла для пропитки древесины.
Заявляемый композиционный состав для гидрофобизации и консервирования древесины получается путем смешивания основных компонентов состава без их дополнительной очистки. Простота получения и использования композиционного состава расширяет области его возможного применения.
Целью данного изобретения является разработка композиционного состава для гидрофобизации и консервирования древесины, обеспечивающего высокие показатели водостойкости и влагостойкости, а также низкие значения кинематической вязкости при пропитке, положительно влияющие на пропитываемость древесины.
Это достигается тем, что композиционный состав для гидрофобизации и консервирования древесины, включающий растительное масло, содержащее ненасыщенные жирные кислоты: олеиновую, стеариновую, линоленовую, линолевую, пальмитиновую, согласно изобретению, дополнительно содержит гидрофобизирующий агент - сиккатив, например, НФ-1, и муку древесины хвойных пород, в качестве растительного масла применяют отработанное растительное подсолнечное масло, при следующем соотношении компонентов состава, масс. %: отработанное растительное подсолнечное масло - 95, сиккатив - 1-4, мука древесины хвойных пород - 1-4.
Присутствие сиккатива, например, НФ-1, имеющего класс опасности 4, в композиционном составе способствует ускорению процесса его высыхания, увеличивает адгезию состава к древесине, а также повышает декоративные свойства получаемых изделий. Сиккатив смешивается с отработанным растительным подсолнечным маслом, образуя при этом гомогенную смесь. Мука древесины хвойных пород увеличивает гидрофобизирующие свойства состава благодаря присутствию смоляных кислот, а также позволяет обеспечить необходимую кинематическую вязкость композиционному составу.
Пропитку древесины осуществляли в горячей ванне при влажности древесины не более 25% (ГОСТ 20022.6-93). В пропиточную жидкость, разогретую до температуры 115-125°С, помещали образцы древесины березы размером (ГОСТ 16483.20-72), требуемым для испытаний на водо-, влагопоглощение и разбухание в тангенциальном и радиальном направлениях, и выдерживали в течение 20 минут. Оценку пропиточного состава осуществляли по следующим показателям: водопоглощение за 30 суток нахождения в дистиллированной воде (ГОСТ 16483.20-72), разбухание в тангенциальном и радиальном направлениях, объемное разбухание (ГОСТ 16483.35-88), влагопоглощение (ГОСТ 16483.19-72). Для определения каждого из показателей использовали не менее 5 образцов. Кинематическую вязкость определяли на вискозиметре ВПЖ-4 (ГОСТ 33768-2015) при температуре 20 и 120°С. Краевой угол смачивания древесины дистиллированной водой измеряли методом лежащей капли на собранном в лаборатории гониометре с использованием программы HIview 10. Каплю дистиллированной воды наносили на поверхность древесины микрошприцом объемом 0,01 мл. Изображение регистрировали с помощью портативной камеры микроскопа Digital Microscope (Ruihoge, Китай) и фиксировали в течение 1, 30, 60, 90 с.
Приведенные примеры показывают различные варианты получения заявляемого композиционного состава для гидрофобизации и консервирования древесины. Во всех описываемых примерах композиционный состав включает отработанное растительное подсолнечное масло, содержащее в своем составе ненасыщенные жирные кислоты (олеиновую, стеариновую, линоленовую, линолевую, пальмитиновую), гидрофобизирующий агент - сиккатив НФ-1 и муку древесины хвойных пород.
Пример 1
Композиционный состав содержит, масс. %:
Отработанное растительное подсолнечное масло - 95;
Сиккатив - 1;
Мука древесины хвойных пород - 4.
Присутствие в композиционном составе большего количества муки древесины хвойных пород позволяет обеспечить приемлемые показатели водостойкости при высокой формоустойчивости, а также снизить расход пропиточного состава увеличением его кинематической вязкости.
Пример 2
Композиционный состав содержит, масс. %:
Отработанное растительное подсолнечное масло - 95;
Сиккатив - 2;
Мука древесины хвойных пород - 3.
Увеличение процентного содержания сиккатива положительно влияет на водостойкие показатели, при этом повышается гидрофобизация поверхности обработанной древесины. Однако в то же время происходит незначительное снижение формоустойчивости вследствие уменьшения концентрации муки древесины хвойных пород.
Пример 3
Композиционный состав содержит, масс. %:
Отработанное растительное подсолнечное масло - 95;
Сиккатив - 3;
Мука древесины хвойных пород - 2.
В данном примере композиционный состав содержит 3 масс. % сиккатива, что значительно увеличивает содержание пропиточного состава в древесине относительно примеров 1 и 2, а также повышает водостойкость древесины.
Пример 4
Композиционный состав содержит, масс. %:
Отработанное растительное подсолнечное масло - 95;
Сиккатив - 4;
Мука древесины хвойных пород - 1.
Наибольшее количество сиккатива в композиционном составе положительно сказывается на его содержании относительно примеров 1-3, а также увеличивает формоустойчивость пропитанной древесины. При этом, за счет меньшего количества муки древесины хвойных пород, происходит снижение кинематической вязкости и увеличение краевого угла смачивания древесины водой.
Показатели древесины, пропитанной заявляемым композиционным составом для гидрофобизации и консервирования древесины, для примеров 1-4 представлены в таблицах 1-6.
Разработанный композиционный состав для гидрофобизации и консервирования древесины преимущественно состоит из дешевого компонента - отработанного растительного подсолнечного масла, содержащего в своем составе ненасыщенные жирные кислоты (олеиновую, стеариновую, линоленовую, линолевую, пальмитиновую), который позволяет придать древесине высокие показатели водо- и влагостойкости, формоустойчивости. Введение в композиционный состав сиккатива способствует ускорению процесса высыхания состава, увеличивает адгезию состава к древесине. Пропитка данным композиционным составом позволит надежно защитить древесину от воды и влаги, что расширит возможности применения древесных материалов в условиях негативного воздействия окружающей среды и применять полученные изделия в жилых помещениях.