Силоксансодержащие алкоксипроизводные титана в качестве гидрофобизатора целлюлозусодержащих материалов, способ их получения и состав для гидрофобизации

 

Использование: гидрофобизация целлюлозусодержащих материалов. Сущность: силоксансодержащие алкоксипроизводные титана общей формулы , где R - алкил C₂- C₄ ; Rʹ и Rʺ - одинаковые или разные алкилы C₁- C₉ , где арил, трифторипропил; Rʹʹʹ, ; N = 1 - 7; y = 1 - 3; x = 1 - 3. Получают гетерофункциональной конденсацией 2 молей алкоксипроизводных титана формулы , где R - алкил ; C₂-C₄ - OR, , , с 1 - 3 молями кремнийорганического диола формулы HO[Si(RʹRʺ)O]_nH , где Rʹ и Rʺ - одинаковые или разные алкилы C₁-C₉ , арил, трифторпропил; n = 1 - 7. Состав включает, % : силоксансодержащие алкоксипроизводные титана 20 - 70; органический растворитель 30 - 80. 4 табл.

Изобретение относится к новым химическим соединениям, а именно к силоксансодержащим алкоксипроизводным титана общей формулы (OR)_x-[OSi(RʹRʺ)]_nO-OR)_x, где R - алкил С₂-С₄; R' и R'' - одинаковые или разные алкилы С₁-С₉, арил, трифторпропил; Rʺʹ- -O-, -O-; n= 1-7; y= 1, 2, 3; x=1, 2,3, к способу их получения и к составу для гидрофобизации, содержащему указанное соединение и органический растворитель, и может быть использовано в деревообрабатывающей и строительной отраслях промышленности для гидрофобизации целлюлозусодержащих материалов (дерева, ДСтП, ДВП, фанеры, бумаги, шпона и изделий на их основе).

Известно использование для гидрофобизации материалов огранического происхождения соединения формулы R₁--R₃,где R₁, R₂, R₃ - одинаковые или разные алкоксигруппы с С₁-С₆ -алкильным радикалом, а R₄ может быть как R₁R₂R₃, так и замещенный алкил или циклоалкил с С₁-С₆ или арил, аралкил или органофункциональный радикал (1). Однако результат гидрофобизации материалов органического происхождения составами на основе таких соединений малоэффективен из-за длительной пропитки и последующей сушки в течение 1-2 недель или в течение суток при 80^оС, а главное недостаточного гидрофобного эффекта. Кроме того, использование таких соединений предусмотрено в сочетании с катализаторами, что дополнительно усложняет процесс необходимостью дозировки и двухупаковочной раздельной транспортировки компонентов к объекту применения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является алкоксикремнийорганическое соединение формулы RʹSiO(OR) , где R - СН₃, - С₂Н₅-, - С₃Н₇-, - С₄Н₉; R'-СН₃, - С₆Н₅; х = 0,2-2,99; n = 1,12-9,3, используемое для пропитки (гидрофобизации) целлюлозусодержащих материалов в составе, содержащем это соединение, тетрабутоксититан или полибутилтитанат (катализатор) и органический растворитель (2).

Недостатками этого соединения является низкий гидрофобизирующий эффект состава на его основе и многокомпонентность состава.

Целью изобретения является повышение гидрофобизирующего эффекта (водостойкости) целлюлозусодержащих материалов.

Указанная цель достигается силоксансодержащими алкоксипроизводными титана общей формулы (OR)_x-[OSi(RʹRʺ)]-OR)_x, где R - алкил С₂-С₄; R' и R'' - одинаковые или разные алкилы С₁-С₉, арил, трифторпропил; Rʺʹ= -O, -O; n = 1-7, y = 1,2,3,x=1, 2, 3, получаемыми гетерофункциональной конденсацией алкоксипроизводных титана формулы R_m'''Ti(OR)_n-m, где R - алкил С₂-С₄; R''' - OR ,-O , -O- с кремнийорганическим диолом формулы НО[Si(R'R'')O] _nH, где R' и R'' - одинаковые или разные алкилы С₁-С₉, арил, трифторпропил; n = 1-7; при молярном соотношении алкоксипроизводных титана и кремнийорганического диола 2:(1-3).

Указанная цель достигается также и тем, что состав для гидрофобизации целлюлозусодержащих материалов, включающий алкоксикремнийорганическое соединение и органический растворитель в качестве алкоксикремнийорганического соединения содержит указанные силоксансодержащие алкоксипроизводные титана при следующем соотношении компонентов, мас.%: Силоксансодер- жащие алкоксипроиз- водные титана 20-70 Органический растворитель 30-80 П р и м е р 1. Получение ди-(трибутоксититанокси)дифенилсилана (соединение N 1, табл. 2).

В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают 150 мл нормального бутилового спирта и 17,32 г (0,08 моля кристаллического дифенилсиландиола. Смесь при непрерывном перемешивании нагревают до 70-80^оС и термостатируют при данной температуре до полного растворения дифенилсиландиола. После этого в реактор добавляют 54,54 г (0,16 моля) тетрабутоксититана, поднимают температуру до 110^оС и при перемешивании выдерживают в течение 2,5 ч, отгоняют бутиловый спирт, а остаток вакуумируют при данной температуре и давлении 1 мм рт.ст., до постоянной массы 2 ч. В кубе получено 60 г прозрачной желтого цвета вязкой жидкости с n_D²⁰ = 1,5445, по основным характеристикам, соответствующей ди(трибутоксититанокси)дифенилсилану.

Остальные соединения получают аналогично, характеристики используемых кремнийорганических диодов приведены в табл. 1, а характеристики получаемых силоксансодержащих алкоксипроизводных титана приведены в табл. 2.

Для пропитки целлюлозусодержащих материалов используют спиртобутанольные растворы.

Пропитку органических материалов осуществляют по следующей методике:
а) пропитка опытными составами.

В ванну с подогретым до 60^оС (для снижения вязкости и увеличения проникающей способности) пропиточным раствором опускают нагретые до 60-65^оС образцы органических материалов таким образом, чтобы пропиточный раствор полностью их покрывал и выдерживают 120 с. Затем образцы вынимают, дают стечь остатку раствора (до прекращения скапывания) и выдерживают на воздухе 4 ч, для улетучивания основной части растворителя. Часть образцов затем термообрабатывают в термошкафу при 150^оС 4 ч. Часть образцов через сутки после пропитки помещают в эксикатор на полку (на дно которого была налита вода в таком количестве, чтобы расстояние между образцами и водой было не менее 30 мм) и дальнейшее отверждение осуществляют в насыщенной парами воды атмосфере. Через определенное время выдержки образцы вынимают и помещают в дистиллированную воду на 24 ч и испытывают по показателям, приведенным в табл. 4 и достаточно полно характеризующим совокупность свойств;
б) пропитка составом по (2).

Пропитку образцов материалов составом по (2) осуществляют аналогичным образом при той же концентрации используемого гидрофобизатора, что и в опытных составах:
пропиточный состав по (2) имел, мас.%:
Полифенилал- коксисилоксан 44,5 Растворитель (толуол) 55,0
Катализатор (тетрабутоксититан) 0,5
В качестве полифенилалкоксисилоксана использован полифенилметоксисилоксан формулы
[С₆Н₅SiO_0,795 - (ОСН₃)_1,45]_3,19, пропиточный состав на основе которого показал наилучшие результаты по повышению водостойкости.

Синтез данного соединения осуществляют по способу, включающему этирификацию фенилтрихлорсилана метиловым спиртом 94% (по объему) концентрации с одновременной отдувкой выделяющегося хлористого водорода.

Его физико-механические константы следующие:
n_D²⁰ = 1,5200; d_n²⁰ = 1,1320 г/см³; = 42,0 сСт; Мол. м. (э. бул.) = 517; ОСН₃, мас.%: 27,67.

Рецептуры составов приведены в табл. 3. Физико-механические свойства образцов материалов, обработанных пропиточным составом и исходных - в табл. 4.

Номера опытов в табл. 4 соответствуют номерам составов в табл. 3.

Режим пропитки (120 с) и термообработки (150^оС 4 ч). принят как оптимальный по (2). Дополнительно приведены данные по свойствам пропитанных образцов и выдержанных в атмосфере насыщенных паров воды определенное количество суток (т.е. отвержденных при нормальных условиях).

В качестве образцов для пропитки выбраны следующие:
а) для оценки качества повышения водостойкости древесно-стружечных плит - образцы промышленной трехслойной плиты, плотностью 720 кг/м³, толщиной 16 мм, на карбамидоформальдегидной смоле КФ-МТ, ГОСТ 106-32-79;
для проверки прочности на статический изгиб размером 250 х 50 х 16 мм;
для проверки прочности на сжатие размером 50 х 50 х 16 мм;
для определения водоразбухания и водопоглощения и расхода пропитывающего агента размером (100 х 100 х 16 мм);
б) для оценки качества повышения водостойкости древесно-волокнистых плит использовали промышленные образцы плит марки Т-400, плотностью 1000 кг/м³, изготовленные по ГОСТ 4593-74;
на водопоглощение, водоразбухание и определение расхода пропитывающего агента - образцы размером 100 х 100 х 3,2 мм;
в) для оценки качества повышения водостойкости фанеры - трехслойную фанеру на карбамидоформальдегидном связующем (шпон березовый);
на водопоглощение, водоразбухание, расхода пропитывающего агента - образцы размером 145 х 60 х 3 мм;
г) для оценки качества повышения водостойкости древесины - образцы березового шпона размером 145 х 60 х 1,2 мм;
д) для оценки качества повышения водостойкости бумаги - образцы бумаги белой писчей (ГОСТ 6656-76 артикул 0101 размером 10 х 100 мм).

Во всех случаях эффективность повышения водостойкости целлюлозусодержащих материалов оценивают по прочности образцов на статический изгиб, на сжатие (для ДСтП); по водопоглощению, водоразбуханию и расходу пропитывающего агента (для остальных материалов).

Водопоглощение оценивают по разности в массе образца, пропитанного гидрофобизирующим составом и термообработанного и выдержанного в дистиллированной воде 24 ч при 20^оС, отнесенной к массе исходного образца до набухания и выраженной в процентах.

Аналогичным образом определяют изменение линейных размеров (толщины) гидрофобизированных образцов по разности в толщине после набухания и первоначальной, отнесенных к исходной и выраженной в процентах.

Расход гидрофобизирующего агента определяют по разности в массе образца после пропитки и термообработки и масcой исходного образца, отнесенной к массе исходного образца и выраженной в процентах.

Для образцов древесно-стружечных плит дополнительно определяют прочность на статитический изгиб и прочность на сжатие.

Формула изобретения

1. Силоксансодержащие алкоксипроизводные титана общей формулы
(OR)_x-[OSi(RʹRʺ)]_nO-OR)_x,
где R - C₂ - C₄-алкил;
R' и R'' одинаковые или разные, - C₁ - C₉-алкилы, арил, трифторпропил;
R''' - ,, ;
n = 1 - 7;
y = 1,2,3;
x = 1,2,3,
в качестве гидрофобизатора целлюлозусодержащих материалов.

2. Способ получения силоксансодержащих алкоксипроизводных титана, заключающийся в том, что алкоксипроизводные титана формулы
RTi(OR)_4-m,,
где R - C₂ - C₄-алкил;
R''' - OR, -O, ;
подвергают гетерофункциональной конденсации с кремнийорганическим диолом формулы
HO[Si(RʹR ʹʹ )O]_nH,
где R' и R'' - одинаковые или разные, C₁ - C₉-алкилы, арил, трифторпропил;
n = 1 - 7,
при молярном соотношении алкоксипроизводных титана и кремнийорганического диола 2 : 1 - 3.

3. Состав для гидрофобизации целлюлозусодержащих материалов, включающий алкоксикремнийорганическое соединение и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве алкоксикремнийорганического соединения он содержит силоксансодержащие алкоксипроизводные титана общей формулы
(OR)_x-[OSi(RʹRʺ)]-OR)_x,
где R - C₂ - C₄-алкил;
R' и R'' - одинаковые или разные, C₁ - C₉-алкилы, арил, трифторпропил;
Rʺʹ= -O ,
-O ;
n = 1 - 7;
y = 1,2,3;
x = 1,2,3,
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанное алкоксикремнийорганическое соединение 20 - 70
Органический растворитель 30 - 80

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20