Исследование крашения древесины. 1. Крашение водными растворами аминов

Химия растительного сырья. 1998. № 3. С. 55-57

УДК (630.813+667.273):678.044.213

ИССЛЕДОВАНИЕ КРАШЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ. 1. КРАШЕНИЕ ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ АМИНОВ

© Е. Ю. Беляев, А. П. Суходолова, В. Л. Соколов, В. Н. Ермолин

Сибирский государственный технологический университет, Красноярск

Изучена возможность крашения древесины растворами ароматических аминов в присутствии кислот с целью замены ими синтетических красителей. В зависимости от вида амина древесина приобретала цвет от желтого до желто-коричневого цвета. Светостойкость полученных окрасок составляла 2-3 балла.

Введение

Рассматривая возможные методы крашения древесины, следует отметить два принципиальных пути. Первое направление заключается в том, что окраска древесины осуществляется с помощью красителей, которые вводятся в древесину. Этот путь является общепринятым. Второй путь предусматривает введение в древесину реагентов, которые в результате химического взаимодействия с компонентами последней образуют красители. При реализации обоих направлений возникают различные трудности. Во-первых, готовые красители, молекулы которых имеют достаточно большие размеры, могут быть применены только при крашении лиственных пород, таких как береза, бук и т.д. Древесина хвойных пород, в силу особенностей водопроводящей системы, является не пригодной для данного вида крашения. Краситель плохо проникает в древесину, практически полностью отфильтровываясь на ее поверхности. Кроме того, красители являются достаточно дорогими веществами, что объясняется сложностью технологического процесса их синтеза. В этой связи второй подход кажется нам более перспективным в плане реализации его в процессах крашения древесины хвойных пород. Основная концепция этого

подхода заключается в том, что древесина рассматривается в качестве органического соединения, которое в результате реакции со вторым вводимым реагентом образует краситель. Решение проблемы таким путем имеет ряд преимуществ. Молекула вводимого в древесину реагента имеет небольшие размеры, что в основном и обуславливает возможность ее легкой диффузии. Такие вещества являются менее дорогими по отношению к готовым красителям, что делает их применение экономически целесообразным. Проникновение реагента в глубь древесины позволит осуществить синтез красителя, который будет распределен по всему объему пропитанной древесины.

Таким образом, задача сводится к тому, чтобы рассматривать древесину как органическое соединение, которое должно вступить в реакцию с вводимым реагентом в результате чего образуется краситель.

Красители представляют собой сложные молекулы, имеющие значительную сопряженную систему. Для того чтобы подобрать второй реагент, а это и является основной задачей, следует рассмотреть некоторые вопросы химии основных компонентов древесины.

Основу древесины составляют целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин. Рассматривая эти соеди-

нения как исходные вещества для синтеза красителей, следует отметить, что в их состав входят следующие функциональные группы: гидроксильная, карбоксильная и альдегидная. “Нарастить” сопряженный фрагмент к макромолекулам компонентов древесины с целью создания красителя с помощью гидроксильной и карбоксильной групп в результате простых реакций не представляется возможным. Что же касается карбонильной груп-

н

^ ^ _______ Дг _

Проведение этой реакции позволяет получить сопряженную систему. Как известно, азометины -это окрашенные вещества. В таком случае, варьируя характер заместителя Я и Аг, можно влиять на окраску, которую приобретет древесина.

Приведенный анализ позволяет считать, что обработка древесины ароматическими реагентами типа Я—Аг—КН2, например, аминами, может рассматриваться как возможный способ крашения древесины.

Экспериментальная часть

Крашение древесины осуществлялось путем обработки образцов водными растворами реагентов, причем концентрация растворов составляла

пы альдегида, то она является реакционноспособной и содержится в компонентах древесины. Так, в лигнине находятся 0.21 моля карбонильных групп на одну фенилпропановую единицу [1]. Учитывая то, что реакция не должна требовать особых условий, то следует обратить внимание на азометины, которые легко образуются из альдегидов и ароматических аминов. В таком случае в древесине должна протекать конденсация:

>-сн=ы-р +

1.5-2 %. Учитывая, что амины легко растворимы в кислотах, они использовались в виде солей, либо водный раствор подкислялся. Кроме того, кислота необходима для ускорения реакции конденсации аминов с карбонильными соединениями. Известно, что реакции последних являются кислотно-катализируемыми.

Для обработки использовалась древесина березы, сосны (заболонь и ядро), лиственницы (ядро). После высушивания окрашенные поверхности образцов подвергались испытаниям на светопроч-ность (табл.). Метод испытания устойчивости окраски к свету проводился согласно ГОСТ 9733.183 “Материалы текстильные. Методы испытания устойчивости окраски к свету”.

Таблица

Показатели качества крашения древесины сосны

Вещество Глубина проникновения, мм Цвет Равномерность окраски Светостойкость, балл

Анилин сернокислый 3.0 светло -желтый + 3

Анилин солянокислый 3.0 светло -желтый + 3

Орто-фенилендиамин 2.0 желтый + 2

п-аминофенол 1.5 желтый + 2

о-аминофенол 2.0 желтый + 2

п-анизидин солянокислый 1.5 светло -желтый + 2

Метол 2.5 желто-коричневый + 3

Кислота сульфаниловая 2.0 оранжевый + 3

Обсуждение результатов

Приведенные в таблице данные свидетельствуют о том, что обработка древесины реагентами строения Я—Аг—КН2 приводит к окрашиванию древесины, причем окраска зависит от строения реагента. Этот факт не является удивительным, поскольку еще в 1950 г. Г.Я. Ванаг опубликовал работу [2], в которой было показано, что амины в растворе 0.1 н соляной кислоты с лигнином образуют окрашенные соединения. В связи с тем, что лигнин является компонентом древесины, может наблюдаться аналогия во взаимодействии с реагентами для лигнина и древесины. Поскольку основной задачей настоящего исследования является оценка качества образующихся в древесине красителей и, в частности, их светостойкость, рассмотрим данные табл.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что светостойкость красителей составляет 23 балла. Если учесть, что светостойкость красите-

лей, используемых для крашения древесины [3], таких как кислотный желтый, кислотный алый, темно-коричневый для дерева № 9 и др. составляет 3-4 балла, то можно сделать вывод о том, что некоторые красители, образующиеся при взаимодействии аминосоединений (11-Аг-ЫН2) с древесиной, близки по световой стойкости к красителям, используемым для крашения древесины. Дальнейшие исследования будут направлены на поиск таких реагентов, которые бы в реакциях с компонентами древесины (лигнин, целлюлоза и др.) приводили к образованию окрашенных во-единений, в большей мере соответствующих пока-затилям качества крашения.

Список литературы

1. Рязанова Т.В., Чупрова Н.А., Исаева Е.В. Химия древесины. Красноярск. 1996. С. 260.

2. Ванаг Г.Я. Журнал аналитической химии. 1950. № 5. Т. 110.

3. Кушнирская М.Ц. Крашение древесины в производстве мебели. М., 1973. С. 31.

Поступило в редакцию 08.07.98