Производные перфторированных карбоновых кислот в качестве противопожарного антисептика древесины

Изобретение относится к области защиты древесины и изделий из нее от биоповреждений и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности, строительстве и других областях для получения материалов с повышенной антисептической активностью и пожарной безопасностью. В качестве антисептика древесины используются сложные эфиры перфторкарбоновых кислот в виде 15-20%-ного раствора их в низших алифатических спиртах. Указанные производные перфторированных карбоновых кислот обладают наряду с повышенными антисептическими свойствами при обработке древесины также и высокими противопожарными свойствами.

 

Изобретение относится к области защиты древесины и материалов на ее основе от биоповреждений и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности, строительстве и других областях для получения материалов, не подверженных гниению, с повышенной антисептической активностью и пожарной безопасностью.

Известны антисептические составы для защиты древесины на основе различных масел, например антраценового и поглотительного (Химические товары. Справочник, ч.1, М., Госхимиздат, 1961, с 263). Указанные антисептики обладают высокой фунгицидной токсичностью, однако содержат в своем составе до 25% нафталина, кристаллы которого загрязняют пропиточное оборудование и, вымываясь из древесины, уходят в сточные воды.

Известен антисептический состав для пропитки древесины (промышленное название «Биосфер»), включающий каменноугольное поглотительное масло и содержащий в качестве основного фунгицидного компонента смолу электрофильтров, являющуюся отходом производства искусственного графита (Авт. св. СССР №1518122). Этот антисептик характеризуется высокой фунгицидной активностью, однако содержание в нем фенола в пределах 4-6% отрицательно сказывается на санитарно-гигиенических условиях производства и экологии окружающей среды.

Известен состав для защиты древесины от биоповреждений, включающий смолу электрофильтров и масло, в качестве масла содержит терпеновое масло, полученное при производстве экстракционной осветленной модифицированной канифоли и эфиров канифоли, при следующем соотношении компонентов, мас. смола электрофильтров 5-50, терпеновое масло 50-95 (Пат. РФ №2056276).

Состав обладает высокими антисептическими свойствами, не содержит летучих и водорастворимых веществ, что позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия его производства и экологию окружающей среды без удорожания продукта. Однако использование указанных компонентов ограничено их малодоступностью.

Для биозащитного покрытия древесины, придающего древесине грибостойкость, влагостойкость, атмосферостойкость и повышенную прочность, используют композицию, содержащую кремнийорганический лак на основе полиметилфенилсилоксана или полидиметилфенилсилоксана в количестве 1,5-10,0 мас.% в пересчете на сухой остаток, полифенилсилоксановую или полиметилфенисилоксановую смолу, или тетраэтоксиксилан, или этилсиликат в количестве 3,0-24,0 мас.% в пересчете на сухой остаток, сополимер на основе бутилметакрилата и метакриловой кислоты или ее эфира в количестве 5,0-10,0 мас.% и остальное - органический растворитель (Пат. РФ №2375399). Указанный состав включает малодоступные компоненты и, кроме того, не обладает противопожарной опасностью.

В качестве антисептиков и фунгицидов для защиты древесины от биоразрушения и дезинфицирующих средств, обладающих противопожарными свойствами, известны производные борной кислоты, например, циклические борные эфиры многоатомных спиртов, обладающие токсичностью по отношению к грибам и бактериям (Эрмуш Н.А. Борсодержащие антисептики и антипирены для защиты древесины. Обзорная информация. Рига, ЛатНИИНТИ, 1988, с.63).

Повышенной биологической активностью при пониженной пожароопасности обладает композиция, содержащая смесь водорастворимых циклических борных эфиров полиолов С₅-С₆, среди которых преобладают эфиры 3-метилпентатриола-1,3,5 и 2-5% Катамина АБ. (Пат. РФ №2052460, №2052461, №2183973).

Недостатком известной композиции является ограниченная сырьевая база для ее получения, поскольку для получения входящих в ее состав водорастворимых и стойких к гидролизу циклических эфиров многоатомных спиртов требуется предварительная химическая переработка (этерификация исходного продукта - легкой фракции высококипящих побочных продуктов, полученных при синтезе 4,4-диметил-1,3-диоксана из изобутилена и формальдегида - с последующим гидролизом легкой фракции).

Задачей изобретения является создание нового защитного состава, обеспечивающего высокую эффективность биозащиты древесины и изделий из нее, и обладающего одновременно противопожарными свойствами. Указанная задача решается при использовании производных перфторированных карбоновых кислот в растворе низших алифатических спиртов.

В качестве производных перфторированных карбоновых кислот используют соединения общей формулы:

,

где R_F=CF₃-CF₂-, CF₃-CF₂-CF₂-О-CF(CF₃)-;

R=CH₃-, C₂H₅-, н-C₃H₇-, i-С₃Н₇-, н-C₄H₉-, i-С₄Н₉-, н-C₅H₁₁-, i-С₅Н₁₁-, н-C₆H₁₃-, н-C₁₀H₂₁-, С₆Н₁₁- (циклогексил), C₆H₅-CH₂-, С₆Н₅-СН₂-СН₂-.

R=i-Pr (изопропиловые эфиры)

R=н-Bu (н-бутиловые эфиры)

R=i-Bu (изобутиловые эфиры)

R=н-C₅H₁₁ (н-амиловые эфиры)

R=i-C₅H₁₁ (изоамиловые эфиры)

R=н-C₆H₁₃ (н-гексиловые эфиры)

R=н-C₁₀H₂₁ (н-дециловые эфиры)

R=C₆H₁₁ (циклогексиловые эфиры)

R=CH₂-Ph (бензиловые эфиры)

R=(CH₂)₂-Ph (β-фенилэтиловые эфиры)

Указанные вещества, включающие фтор(например, нормальный октадециловый эфир перфторполиоксаполипропиленкарбоновой кислоты) впервые бьши получены нами путем этерификации при взаимодействии эквимолярных количеств нормального октадецилового спирта и перфторполиоксаполипропиленкарбоновой кислоты (Пат. РФ №2170630) и использовались в качестве поверхностно активных веществ в составе моющих средств (Пат. РФ по заявке №2008115812). Неожиданно нами установлено, что указанные производные (сложные эфиры) перфторированных карбоновых кислот обладают одновременно антисептическими и противопожарными свойствами при обработке древесины и изделий из нее.

Для пропитки древесины используют 15-20%-ный раствор F-содержащего вещества в растворе этанола или изопропанола.

При необходимости допускается введение в состав в качестве пигмента красителей органических серии Тиразоль (ТУ 6-00-5763441-86-93). Перед нанесением предлагаемого антисептика поверхность очищают от грязи и пыли. На обрабатываемую поверхность антисептик наносят краскораспылителем, кистью или валиком вдоль волокон древесины. После высыхания первого слоя при температуре окружающей среды (до -30°С) наносят второй слой.

Для испытания на биостойкость (по ГОСТ 9.048-89, метод 1) деревянные образцы с нанесенным на них в два слоя антисептика сушат при комнатной температуре. После этого образцы заражают суспензией с концентрацией 1-2 млн/мл спор грибов Serpula lacrimans BKM F-465, Antrodia sinuosa BKM F-1741, Coniophora Cerebella, Penicillium granulatum, Aspergillus fumigatus.

Контролем служили деревянные образцы без пропитки. Образцы, зараженные суспензией грибов, помещали в открытой чашке Петри в эксикатор и выдерживали в условиях, оптимальных для роста грибов, при температуре 27-28°С и влажности 98% в течение 28 суток. Результаты испытаний, определяемые визуально и под микроскопом, показали, что на образцах с пропиткой прорастания спор и конидий не обнаружено, в то время как на образцах без пропитки развитие грибов обнаружено на 30% поверхности.

Испытание фунгицидной токсичности проводили по методу «земля + древесина» на культуре дереворазрушающего гриба Coniofora Cerebella по ГОСТ 16712-71.

Проникающая способность предлагаемого вещества вглубь древесины ограничивалась молекулами применяемого вещества. Пожарная безопасность предлагаемого антисептика проверялась в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. «Пожарная безопасность. Общие требования». Параметры горючести следующие: прирост горючести - прирост температуры 30°С, потеря массы образца - не более 10%, продолжительность горения - не более 3-х секунд (самогашение), что полностью соответствует требованиям огнестойкости, предъявляемым к современным материалам.

Промышленная применимость предлагаемых веществ в качестве эффективного антисептика, обладающего противопожарными свойствами, была проверена в течение 3-х лет на предприятиях Ленинградской и Калининградской областей при обработке железнодорожных шпал Выборгской и Приморской дистанции Октябрьской железной дороги, полов производственных помещений и структурных подразделений Военно-Медицинской Академии г.Санкт-Петербурга.

Производные перфторированных карбоновых кислот общей формулы
,
где R_F=CF₃-CF₂-, CF₃-CF₂-CF₂-О-CF(CF₃)-;
R=CH₃-, C₂H₅-, н-C₃H₇-, i-С₃Н₇-, н-C₄H₉-, i-С₄Н₉-, н-C₅H₁₁-, i-С₅Н₁₁-, н-C₆H₁₃-, н-C₁₀H₂₁-, С₆Н₁₁- (циклогексил), C₆H₅-CH₂-, С₆Н₅-СН₂-СН₂-,
в качестве противопожарного антисептика древесины.