Способ огнебиозащитной обработки древесины
Владельцы патента RU 2496634:
Общество с ограниченной ответственностью "Прогресс плюс" (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация "ИПИ" (RU)
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности. Способ огнебиозащитной обработки древесины представляет собой температурную пропитку водным раствором, включающим азотсодержащий компонент и буру, в качестве азотсодержащего компонента используется карбамид, при следующем соотношении компонентов, мас.%: бура - 10-1, карбамид - 10-15, вода - остальное, и дополнительно вводится известь в количестве - 20-30% по отношению к количеству воды. Способ предусматривает насыщение древесины ароматизаторами путем впрыска последних в закрытую камеру с древесиной из расчета 1-2 г на 1 м3 древесины и выдержки ее в течение 24 часов. Способ повышает качество, создавая равномерный огне- и биозащитный слой, что увеличивает срок службы изделий из древесины. 2 з.п. ф-лы, 4 табл.
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, а именно к способам пропитки древесных заготовок защитными составами, для получения негорючих, не подверженных гниению материалов и конструкций.
Существует большое количество способов защиты изделий из древесины с целью увеличения срока их службы и качества, содержащих различные приемы, с использованием разнообразных составов растворов.
Известны способы огнебиозащитной защиты древесины, включающие обработку составами, содержащими кальцинированную соду, борную кислоту и фторид натрия в мас.%, соответственно: 1-15, 1-5,2, вода остальное, ОСТ 13-135-82. «Средства защитные для древесины». Растворы огнебиозащитных препаратов ФБС и БС-13. Технические требования. Мин. лесной и целлюлозно-бумажной промышленности СССР.
Недостатком данных способов является применение составов, обладающих высокой токсичностью, обусловленной использованием фторида натрия.
Известен также способ огнезащитной пропитки древесины (№2307736, В27К 3/52, опубл. 10.10.2007) составом, содержащим водный раствор ортофосфорной кислоты и карбамида, пленкообразующий спиртовой раствор тетраэтоксисилана с ультрадисперсным порошком (УДП), выбранным из порошка алюминия или фторопласта, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Ортофосфорная кислота | 20-30 |
| Карбамид | 15-25 |
| Тетраэтоксисилан | 1,2-2,5 |
| Спирт одноатомный | 12,5-13,0 |
| УДП | 0,06-0,08 |
| Вода | Остальное |
Недостатками способа пропитки древесины известным составом являются длительность обработки, т.к. пропиточный состав наносится в 2-3 слоя, время сушки каждого слоя при комнатной температуре составляет 2 часа и значительное количество компонентов состава.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ обработки древесины, заключающийся в последовательной пропитке деревянных конструкций при температуре 10-60°C двумя водными растворами, представляющими собой огнебиозащитные составы для первичной и повторной (вторичной) пропитки. Раствор для первичной пропитки содержит неорганические соли, обладающие огне- и биозащитными свойствами: дигидрофосфат аммония, семиводный сульфат магния, буру, поверхностно-активное вещество (ПАВ) и воду в следующих соотношениях, мас.%: дигидрофосфат аммония 11,0-12,0, семиводный сульфат магния 23,0-25,0, бура 5,0-6,0, поверхностно-активное вещество 1,0-1,5, вода 55,0-60,0.
Раствор для повторной (вторичной) пропитки 18,0-21,0%-ный водный раствор хлорида кальция (№2200088, В27К 3/52, опубл. 10.03.2003).
Недостатками известного способа являются его сложность, трудоемкость, длительность в технологическом исполнении, а также наличие энергозатрат при его выполнении.
Технической задачей настоящего изобретения является способ получения качественной огнебиозащищенной древесины при снижении энергозатрат, токсичности, трудоемкости и длительности процесса производства, упрощение технологии и удешевление конечного продукта.
Технический результат достигается тем, что в способе огнебиозащитной обработки древесины, представляющем собой температурную пропитку водным раствором, включающим азотсодержащий компонент и буру, в отличие от прототипа, в качестве азотсодержащего компонента используется карбамид, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Бура - 10-15
Карбамид - 10-15
Вода - Остальное,
и дополнительно вводится известь в количестве 20-30% по отношению к количеству воды.
Сначала на дно резервуара укладывается слой извести, затем над ним устанавливается штабель древесины, далее подается вода, а бура и карбамид добавляются спустя 20-30 минут после начала реакции воды с известью.
Способ предусматривает насыщение древесины ароматизаторами, путем впрыска последних в закрытую камеру с древесиной, из расчета 1-2 г на 1 м3 древесины и выдержки ее в течение 24 часов.
Способ реализуется следующим образом.
На дно резервуара укладывают слой негашеной извести (ГОСТ 9179-77) из расчета 230-240 кг на м3 воды, далее над ним устанавливают штабель древесины, закрепленный на сетке.
Резервуар закрывают крышкой и заполняют его водой. В результате экзотермической реакции между известью и водой состав начинает кипеть:
СаО+H2O-Са(ОН)2+63,7 кДж/моль.
Известь реагирует с водой, образуя гашеную известь Ca(ОН)2. При температурном и химическом воздействии раствора на древесину вся микрофлора в вегетативной стадии инактивируется.
Далее, спустя 20-30 минут на каждый м3 воды подают буру (ГОСТ 8429-77) из расчета 90-100 кг и карбамид (ГОСТ 2081-92) - 90-100 кг. При температуре пропитывающего раствора 100-60°C, древесину выдерживают 60 минут. Далее штабель поднимают над резервуаром, и после того, как свободный раствор стечет, штабель перемещают в склад для сушки.
Способ предусматривает насыщение древесины ароматизаторами путем впрыска последних в закрытую камеру с древесиной из расчета 1-2 г на 1 м3 древесины и выдержки ее в течение 24 часов.
Использование негашеной извести позволяет поднять температуру раствора без привлечения других источников энергии и в течение всего периода насыщения поддерживать оптимальную температуру (100-60°С), благодаря чему, поры древесины расширяются, раствор глубже проникает в них, погибают все вредные насекомые, их личинки и гнилостные микроорганизмы, и в дальнейшем обработанная по предлагаемому способу древесина становится для них неприемлемым материалом. Такой материал может с гарантией десятилетия использоваться в строительстве.
Опытным путем было найдено оптимальное количество извести, необходимое для соблюдения временных и температурных режимов обработки древесины, и установлено, что бура оказывает некоторое ингибирующее действие в отношении процесса гашения извести и что увеличение процентного содержания буры в растворе ухудшает полноценное протекание химической реакции.
Данные проведенных испытаний приведены в Таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||||
| Процентное содержание составляю-щих в растворе | Бура - 20%; Мочевина - 20%; Вода - ост. (Известь - 20,0% от количества воды) |
Бура - 15%; Мочевина - 15%; Вода - ост. (Известь - 20% от количества воды)т |
Бура - 10%; Мочевина - 10%; Вода - ост. (Известь - 20% от количества воды) |
Бура - 5%; Мочевина - 5%; Вода - ост. (Известь - 20% от количества воды) |
Бура - 3%; Мочевина - 3%; Вода-ост. (Известь - 20% от количества воды) |
Бура-10% Мочевина---; Вода - ост. (Известь - 20% от количества воды) |
Бура-; Мочевина - 10%-; Вода - ост. (Известь - 20,0% от количества воды) |
Бура - 1,0-2,0%; Мочевина - 9,0-10%; Вода - ост. (Известь - 20% от количества воды) |
| Протекание реакции гашения извести | не протекает | протекает | бурное протекание | бурное протекание, низкий прирост солей | бурное протекание, низкий прирост солей | бурное протекание | бурное протекание | бурное протекание, низкий прирост солей |
Для проверки огнебиозащитной эффективности предлагаемого способа обработки заготовок из древесины проводились испытания на огнезащитную эффективность и на стойкость к биодеградации.
Были подготовлены 10 образцов из древесины сосны в виде прямоугольных брусков, поперечным сечением 30×60 мм и длиной волокон 150 мм (согласно ГОСТ 16363-98) для пропитки по разработанной технологии и проведения испытаний на огнезащитную эффективность.
Перед испытанием обработанные и высушенные образцы древесины кондиционировались в условиях, указанных в 4.1.3, ГОСТ 16363-98, и взвешивались с погрешностью не более 0,1 г. Была собрана установка для определения огнезащитной эффективности покрытий и пропиток по ГОСТ 16363-98.
Результаты испытаний при температуре воздуха 23°C и относительной влажности воздуха 68% представлены в Таблице 2.
| Таблица 2 | |||||||||
| Но- мер образца |
Масса образца, г | Расход рабочего состава | Привес сухого состава | Потеря массы образца | Средняя потеря массы образцов | ||||
| до обработки | перед сжиганием | после сжигания | пропиточного состава, кг/м2 | расход сухого средства огнезащиты, кг/м2 | (г) | (%) | (г) | (%) | |
| 1 | 108 | 115 | 95,45 | 22 | 0,228 | 19,55 | 17 | 18,52 | 15,9 |
| 2 | 111 | 117 | 99,45 | 19 | 0,196 | 17,55 | 15 | ||
| 3 | 110 | 117 | 98,28 | 19 | 0,228 | 18,72 | 16 | ||
| 4 | 109 | 116 | 98,6 | 22 | 0,228 | 17,40 | 15 | ||
| 5 | 109 | 115 | 95,45 | 21 | 0,196 | 19,55 | 17 | ||
| 6 | 111 | 118 | 96,76 | 18 | 0,228 | 21,24 | 18 | ||
| 7 | 108 | 115 | 97,75 | 20 | 0,228 | 17,25 | 15 | ||
| 8 | 110 | 118 | 99,12 | 20 | 0,261 | 18,88 | 16 | ||
| 9 | 110 | 118 | 100,3 | 19 | 0,261 | 17,70 | 15 | ||
| 10 | 108 | 116 | 98,6 | 21 | 0,228 | 17,40 | 15 |
По результатам испытания устанавливается группа огнезащитной эффективности испытанного пропиточного состава при данном способе его применения, согласно ГОСТ 16363-98:
При потере массы образца не более 9% для средства защиты древесины устанавливают I группу огнезащитной эффективности.
При потере массы более 9%, но не более 25%, для средств защиты древесины устанавливают II группу огнезащитной эффективности.
При потере массы более 25% считают, что данное средство не обеспечивает огнезащиты древесины.
Результаты испытаний показали среднюю потерю массы образцов, равную 15%, следовательно, согласно ГОСТ 16363-98, древесине, обработанной по предлагаемому способу, можно присвоить 2-ю группу огнезащитной эффективности.
Испытуемые образцы вместе с контрольными, не подвергавшимися никакой обработке, были проверены на стойкость к биодеградации, в особенности к гниению, вызванному разлагающими древесину грибами и микроорганизмами. Испытания проводились в течение 3-х месяцев. На предварительно взвешенные образцы древесины, размером 20×20×150 мм и влажностью 15%, помещенные в колбы, нанесли грибницу белого домового гриба (Poria vaporaria) и оставили в темном месте при комнатной температуре.
Эффективность испытуемой пропитки осуществлялась по потере образцами своей массы, по мере разложения грибом. Полученные результаты представлены в Таблице 3.
| Таблица 3 | ||||||||
| № п/п | Сосна ядро | Сосна заболонь | Дуб ядро | Дуб заболонь | Сосна ядро (контр.) | Сосна заболон (контр) | Дуб ядро (контр) | Дуб забол. (контр) |
| Заражение образцов белым домовым грибом (за 3 месяца) | ||||||||
| 1 | --- | --- | --- | --- | ||||
| 2 | --- | -++ | --- | --- | ||||
| 3 | --- | --- | --- | --- | ||||
| 4 | --- | --+ | --- | --- | ||||
| 5 | --- | --- | --- | --- | ||||
| 6 | -- | --- | --- | --- | ||||
| 7 |
| Контроль (без обработки) | ||||||||
| 1(3 обр.) | -++ | -++ | --+ | --+ | ||||
| 2(3 обр.) | -++ | +++ | -++ | -++ | ||||
| 3(3 обр.) | -++ | -++ | --- | -++ |
Как видно из Таблицы 3, испытуемые образцы показали хорошую способность противостояния дереворазрушающим грибам при испытании на заражение белым домовым грибом. Так, в конце третьего месяца испытания только единичные образцы (2 шт.) из партии образцов (сосна, заболонь) были подвержены разрастанию на поверхности грибницы белого домового гриба.
У почти всех, ничем не обработанных, контрольных образцов зафиксирована потеря массы от 68% до полного разрушения.
Защитная активность разработанного способа в обязательном порядке испытывалась против гриба Coniophora puteana.
Об эффективности способа судят по потере массы древесины. Так, при концентрации раствора (бура - 10-15%, мочевина - 10-15%, вода - остальное; + известь - 20-30%) потеря массы древесины составила в среднем 2,83%. Исходя из этого, антисептирующие свойства предлагаемого способа по отношению к дереворазрушающему грибу сосны Coniophora puteana можно считать достаточно эффективными.
Проводилась проверка защиты образцов, обработанных по новому способу против грибов синевы.
Оценку эффективности способа проводили по истечении 5, 10 и 15 суток экспозиции по средней площади поражения грибами поверхности 3-х групп образцов в %, которая на 15-е сутки испытаний оказалась равной 10% у одной из трех групп пропитанных образцов древесины, в то время как все группы контрольных образцов были поражены на 30-40% уже на 5-е сутки испытаний.
Кроме того, проводились «полевые» испытания образцов по методике, рекомендованной европейским стандартом EN 252 для определения эффективности антисептирования древесины. Согласно этой методике были подготовлены образцы, размером 500×50×25 мм, которые были зарыты на глубину 30 см в унавоженную почву сельхозугодий. Результаты после шести месяцев испытаний показали следующую потерю испытуемыми образцами массы, приведенную в Таблице 4:
| Таблица 4 | |
| Испытуемые объекты | Потеря массы, в % |
| Образцы, обработанные по новому способу | 2 (дуб) - 6 (сосна) |
| Контрольные, (необработанные) образцы | 11 (дуб) - 48 (сосна) |
Исследования показали, что предлагаемый способ огнебиозащитной обработки древесины обеспечивает ей 2-ю группу огнезащитной эффективности и оптимальные параметры защиты от дереворазрушающих, деревоокрашивающих грибов и других патогенов, приводящих к повреждению и разрушению продукции из дерева.
Анализ всей серии проведенных испытаний позволяет считать огнебиозащитные свойства, придаваемые заготовкам из древесины предлагаемым способом - следствием экспериментально найденной совокупности компонентов состава и особых технологических приемов введения их в обрабатываемую древесину.
В отличие от прототипа, способ не требует:
- подогрева пропиточного состава, а использует тепло экзотермической реакции взаимодействия извести с водой;
- 2-3-часового перемешивания растворяющихся ингредиентов состава и необходимости применения 2-х составов, а реализуется за один прием.
Способ, согласно настоящему изобретению, эффективен, быстр, прост в техническом исполнении и дешев, обеспечивает древесине 2-ю группу огнезащитной эффективности, уничтожает все имеющиеся в древесине на момент обработки биоформы и предохраняет от нового заражения. Повышает качество, создавая равномерный огне- и биозащитный слой, что увеличивает срок службы изделий из древесины.
Способ может быть легко реализован как в заводских условиях, так и непосредственно на месте строительства.
1. Способ огнебиозащитной обработки древесины, представляющий собой температурную пропитку водным раствором, включающим азотсодержащий компонент и буру, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащего компонента используется карбамид, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Бура | 10-15 |
| Карбамид | 10-15 |
| Вода | Остальное, |
и дополнительно вводится известь в количестве - 20-30% по отношению к количеству воды.
2. Способ огнебиозащитной обработки древесины по п.1, отличающийся тем, что сначала на дно резервуара укладывается слой извести, затем над ним устанавливается штабель древесины, далее подается вода, а бура и карбамид добавляются спустя 20-30 мин, после начала реакции воды с известью.
3. Способ огнебиозащитной обработки древесины по п.1, отличающийся тем, что предусматривает насыщение древесины ароматизаторами путем впрыска последних в закрытую камеру с древесиной, из расчета 1-2 г на 1 м3 древесины и выдержки ее в течение 24 ч.
