Трудновымываемый водорастворимый препарат для защиты древесины

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к препаратам для защиты древесины. Трудновымываемый водорастворимый препарат для защиты древесины содержит соединения хрома, меди и фтора - борфтористоводородную кислоту или кремнийфтористоводородную кислоту, 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 состав с борфтористоводородной кислотой дополнительно вводится тетраборат натрия Na₂B₄O₇·10H₂O или тетраборат калия, а в состав с кремнийфтористоводородной кислотой дополнительно вводится или ортосиликат натрия Na₄SiO₄ или метасиликат натрия Na₂SiO₃ или ортосиликат аммония (NH₄)₄SiO₄ или метасиликат аммония (NH₄)₂SiO₃, в зависимости от анионного состава препарата в количестве от 0,3% до 4%. Снижается скорость и степень гидролиза, повышаются значения pH, снижается скорость расконсервации древесины. 3 табл.

 

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).

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, NH₄F*HF, BF₃*HF; BF₃*2HF, SiF₄*2HF; SiF₄*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:

2HBF₄+6H₂O=2H₃BO₃+8HF

H₂SiF₆+H₂O=SiO₂+6HF

2. Очень низкие рН (существенно ниже 1) и повышенное содержание свободных кислот.

3. Скорость расконсервации.

Технический результат достигается тем, что в состав, содержащий, помимо соединений хрома и меди, борфтористоводородную кислоту, вводится тетраборат натрия или калия Na₂B₄O₇*10Н₂О, а в содержащий кремнийфтористоводородную кислоту вводится орто- или метасиликаты натрия или аммония Na(NH₄)₄SiO₄ или Na(NH₄)₂SiO₃.

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:

Na₂B₄O₇+7H₂O→2Na⁺+2ОН^-+4Н₃ВО₃;

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):

Na₄SiO₄+2H₂O=4NaOH+SiO₂*H₂O (Na₂SiO₃);

Или метасиликата натрия:

Na₂SiO₃+H₂O=2NaOH+SiO₂*H₂O (коллоидный раствор при высоких концентрациях).

При этом происходит частичная нейтрализация повышенной кислотности и образовавшийся гидрозоль SiO₂*nH₂O 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.

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 (Na₂Cr₂O₇*10H₂O) или 2,7 г оксида хрома (CrO₃); 4 г медного купороса (CuSO₄*5H₂O); 1 г (HBF₄) и 1,33 г буры (Na₂B₄O₇*10H₂O) которая в ходе гидролиза в кислой среде трансформируется (при полном гидролизе) в 0,28 г гидроксида натрия (NaOH) и 0,92 г (H₃BO₃). 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.

Аналогичная ситуация при использовании кремнийфтористоводородной кислоты. Например, в 10% растворе с соотношением компонентов хром:медь:фтор 2:2:1 содержится: 4 г бихромата натрия (Na₂Cr₂O₇*10Н₂О) или 2,7 г оксида хрома (CrO₃); 4 г медного купороса (CuSO₄*5H₂O); 1,13 г (H₂SiF₆) и 0,3 г ортосиликата аммония ((NH₄)₄SiO₄), который в ходе полного гидролиза в сильнокислой среде даст 0,26 г NH₄OH и 0,11 г SiO₂*H₂O. 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.

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/м³.

Скорость расконсервации древесины, пропитанной растворами составов 1 и 2 меньше чем у известных аналогов. Результаты представлены в таблице 3.

Трудновымываемый водорастворимый препарат для защиты древесины, содержащий соединения хрома, меди и фтора - борфтористоводородную кислоту или кремнийфтористоводородную кислоту, 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), отличающийся тем, что в состав с борфтористоводородной кислотой дополнительно вводится тетраборат натрия Na₂B₄O₇⋅10H₂O или тетраборат калия, а в состав с кремнийфтористоводородной кислотой дополнительно вводится или ортосиликат натрия Na₄SiO₄ или метасиликат натрия Na₂SiO₃ или ортосиликат аммония (NH₄)₄SiO₄ или метасиликат аммония (NH₄)₂SiO₃, в зависимости от анионного состава препарата в количестве от 0,3% до 4%.