Способ формирования защитно-декоративного покрытия на древесине хвойных пород
Владельцы патента RU 2614817:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) (RU)
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к формированию защитно-декоративных покрытий на деревянных поверхностях. Наносят подготовительный пропиточный состав с последующей сушкой в течение суток на воздухе при комнатной температуре и его шлифовкой. Затем вторым слоем наносят защитно-декоративное покрытие, которое просушивают в течение 30 минут. Окончательная сушка проходит в течение суток на воздухе при комнатной температуре. В качестве основы для формирования защитно-декоративного покрытия используют композицию, которую синтезируют с помощью золь-гель технологии на основе воска, растворенного в гидролизованном эфире ортокремниевой кислоты. Повышается прочность, биостойкость и влагостойкость деревянной поверхности. 5 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к разработке способа формирования защитно-декоративных покрытий на деревянных поверхностях, подвергающихся атмосферным и эксплуатационным воздействиям. Изобретение может найти применение для защиты древесины от грязи, пыли, дождевой воды при отделке внутренних и наружных конструкций помещений.
Известен способ обработки конструкций из древесины, заключающийся в нанесении на поверхность древесины защитного состава (см., например, книгу М.Д. Бывших, Н.И. Федоров. Защитная обработка древесины. М.: Лесная промышленность, 1981). Недостатком этого способа является низкая защищенность от биоразрушений и высокое водопоглощение.
Из патента №2377119 известен способ обработки конструкций из древесины, в частности коттеджей, заключающийся в том, что сначала обрабатывают поверхность древесины окислительно-восстановительным составом в случае необходимости удаления очагов биоразрушений древесины, затем наносят консервирующий состав, после чего осуществляют выдержку нанесенного состава до момента улетучивания избытка влаги и для обеспечения возможности впитывания последующего наносимого фиксирующего состава, при этом в качестве консервирующего состава используют смесь, содержащую олигоорганосилоксан, алюмоборофосфатное связующее, соль хромовой кислоты и растворитель - воду или этиловый спирт при следующем соотношении входящих компонентов, мас. %: олигоорганосилоксан - 2-10, алюмоборофосфатное связующее - 1-5, соль хромовой кислоты - 0,1-2, указанный растворитель - остальное, в качестве фиксирующего состава используют полиорганосилсесквиоксан, растворенный в ацетоне или бензоле, в качестве окислительно-восстановительного состава используют перхлорат натрия или перекись водорода.
Недостатком этого способа является нецелесообразность использования дорогостоящего полиорганосилсесквиоксана, комплекс ценных свойств которого не был использован, для достижения заявленных в патенте характеристик может быть выбран более простой органосилоксан.
Из патента РФ №2068865 известен состав для чистки и полировки лакокрасочных покрытий из воска, уайт-спирита, парафина, жира шерстного, стеариновой кислоты, полиметилсилоксановой жидкости, 25%-ного раствора аммиака, аэросила, поливинилового спирта и воды, используют для получения материалов защиты лакокрасочных покрытий, нанесенных на деревянные поверхности изделий, подвергающихся атмосферным и эксплуатационным воздействиям. Однако недостатками указанного состава являются низкие защитные свойства, обусловленные недостаточной адгезионной способностью к поверхности изделий, недостаточная жизнеспособность покрытия, легкость вымывания из него части диспергаторов. Покрытия не обладают антистатическими, антиокислительными и антикоррозионными свойствами, повышающими долговечность защитных пленок, обладают специфическим неприятным запахом в бытовых условиях. Эти недостатки устраняют усовершенствованием состава: помимо восковой основы, уайт-спирита и воды, добавляют смесь 4-метил-2,4 дименилпентена-1,2 и 1,1,3-триметил-3-фенилиндана, диэтиленгликоль, изопропиловый спирт, оксиэтилированные жирные спирты, четвертичную аммонийную соль на основе природных жирных кислот и триметилдипропилентриамина и отдушку.
Известен состав для покрытия металлических и неметаллических материалов (патент РФ №2159261), предназначенный для повышения грибостойкости покрытий в условиях повышенных температур и относительной влажности (расширение спектра подавляемых микроорганизмов) и снижения стоимости покрытия. Состав, включающий нефтяной воск, полиэтиленовый воск ПВ-300, синтетические жирные кислоты фр. С17-С20, аммиак водный 25%-ный, уайт-спирит нефрас С4 150/200; амины первичные, воду, характеризуется тем, что он дополнительно содержит в качестве модифицирующей добавки бихромат калия, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Нефтяной воск | 14,0-16,0 |
| Полиэтиленовый воск ПВ-300 | 2,0-3,0 |
| Синтетические жирные кислоты фр. С17-С20 | 3,0-4,0 |
| Аммиак водный, 25%-ный | 2,5-4,0 |
| Уайт-спирит нефрас С4 150/200 | 15,0-18,0 |
| Амины первичные | 0,2-0,5 |
| Бихромат калия | 0,3-0,4 |
| Вода | остальное |
Недостатком данного технического решения, принятого нами в качестве прототипа, равно как и других известных защитных покрытий, является применение дополнительного оборудования (например, автоклавов и гомогенизаторов), техническая сложность получения пропиточного состава при использовании сложных полимеров, дороговизна полученного защитного состава, недолговечность заявляемых защитных характеристик, а также высокая токсичность и канцерогенность K2Cr2O7.
Решаемая изобретением техническая проблема заключается в следующем. Традиционно в качестве защитно-декоративных покрытий на дереве используют лакокрасочные материалы, пленки и пластики. Отвечая современным требованиям экологии и экономичности, наиболее перспективны покрытия на восковой основе. Воск образует на поверхности эластичное, воздухопроницаемое покрытие и защищает от воздействия внешней среды. При этом сохраняется рисунок структуры древесины и усиливается ее гладкость, однако восковые покрытия не прочны, быстро стираются и подвержены биоразрушению.
Особенностью хвойных пород является наличие смоляных ходов, образующих единую смолоносную систему. При разрушении ходов смола со временем выступает на поверхность. Перед нанесением покрытия необходимо изолировать смолу внутри массива, потому что она при колебании температуры может нарушать сплошность покрытия и даже вызывать его деформацию. Для предотвращения растрескивания часто используются изолирующие составы - обессмоливающие неионогенные ПАВ. При формировании покрытия происходит поглощение поверхностными слоями древесины наносимых на нее композиций, что может сопровождаться ее набуханием и вызвать поднятие ворса. Поэтому необходимо нанесение нескольких слоев сопровождать обязательной промежуточной сушкой и шлифованием.
Задачей изобретения является получение защитно-декоративных покрытий на деревянных поверхностях, подвергающихся атмосферным и эксплуатационным воздействиям (грязь, пыль, дождевая вода, биоповреждения, внешнее воздействие). При этом полученное покрытие придает поверхности древесины благородный эстетический внешний вид, полуматовый блеск и осязаемую шелковистость, не скрывает природную структуру деревянного спила. Для получения защитно-декоративных покрытий используются реактивы только российского производства, поэтому разработанные композиции могут являться заместителями импортной продукции аналогичного применения.
Сущность изобретения, как технического решения задачи, заключается в следующей совокупности существенных признаков.
Способ формирования защитно-декоративного покрытия, включающий нанесение защитно-декоративного покрытия на защищаемую деревянную поверхность, характеризуется тем, что наносят подготовительный пропиточный состав с последующей сушкой в течение суток на воздухе при комнатной температуре и его шлифовкой, после чего вторым слоем наносят защитно-декоративное покрытие, которое просушивают до степени 3 в течение 30 мин, окончательная его сушка проходит в течение суток на воздухе при комнатной температуре, при этом в качестве основы для формирования защитно-декоративного покрытия используют композицию, которую синтезируют с помощью золь-гель технологии на основе воска, растворенного в гидролизованном эфире ортокремниевой кислоты (ТЭОС).
Для достижения ряда дополнительных факультативных признаков заявленное техническое решение дополняется наличием следующих компонентов (% масс):
| поливиниловый спирт (ПВС) в количестве | 0,04-0,07 |
| изопропиловый спирт (ИПС) в количестве | 0,08-0,12 |
| порошок диоксида титана в количестве | 0,08-0,12 |
| борную кислоту в количестве | 0,04-0,08 |
| четвертичную аммониевую соль в количестве | 0,04-0,07 |
Технический результат, достигаемый при использовании заявленной совокупности существенных признаков заявленных решений, заключается в том, что заявленные защитно-декоративные покрытия обладают высокими гидрофобными свойствами, низким водопоглощением, достаточной механической прочностью, атмосферостойкостью, повышенной био- и влагозащитой поверхностью при сохранении естественной структуры дерева, сохраняет прочность и сортность древесины. Растворенный в гидролизованном ТЭОС воск глубоко проникает в массив древесины и заполняет поры, надолго их консервируя, улучшая антисептические свойства, придавая поверхности полуматовый блеск.
Заявленный способ реализуют следующим образом.
Для формирования подготовительного пропиточного слоя с помощью золь-гель технологии синтезируют следующий состав (в массовом соотношении): С2Н5ОН:ТЭОС:HCI:H2O=2:1:0,006:0,08.
После нанесения слоя пропитки поверхность дерева подвергают сушке на воздухе при комнатной температуре в течение суток и последующей шлифовке.
Для формирования защитно-декоративного покрытия используют композицию на основе воска, растворенного в гидролизованном эфире ортокремниевой кислоты.
В качестве структурирующих и текстурирующих наполнителей используют поливиниловый спирт - состав «П», изопропиловый спирт - состав «И» и диоксид титана - состав «Т».
Для предотвращения появления древоразрушающих грибов (плесени) или значительного сокращения их количества каждая композиция содержит «мягкую» биоцидную добавку, подобранную исходя из природы основной композиции, совместимую с ним технологически: состав «П» - борную кислоту (Н3ВО3); состав «И» - четвертичную аммониевую соль (C16H36BrN); состав «Т» - диоксид титана в своем составе.
Варианты составов защитно-декоративных покрытий, формируемых на поверхности дерева, предварительно покрытого подготовительной пропиткой, приведены в таблице 1.
Массовое соотношение основных компонентов защитно-декоративных покрытий, формируемых на поверхности дерева, предварительно покрытого подготовительной пропиткой, приведены в таблице 2.
Сформированные покрытия оценивали по декоративным (гладкость, шелковистость, прозрачность) и механическим (твердость, водопоглощение, степень высыхания и гидрофобность) свойствам.
Глубину проникновения подготовительной пропитки измеряли с помощью электронного микроскопа при колорировании пропиточной композиции. Глубина проникновения составила 30÷40 мкм, что свидетельствует о хорошем заполнении пор, их консервации от смолотечения и повышении антисептических свойств.
Твердость оценивалась по ГОСТ 5233-89 - определение твердости лакокрасочных материалов по маятниковому прибору МЭ-3, и составила для полученных защитных покрытий 0,3÷0,4 отн. ед.
Совместимость пропитки и защитного покрытия определяли по краевому углу смачивания пропиточного слоя составом защитного покрытия, который составлял не более 5 градусов.
Степень высыхания защитного покрытия оценивали по ГОСТ 19007-73 - определение времени и степени высыхания лакокрасочных покрытий. Высыхание разработанных защитных покрытий до степени 3 достигается за 30 мин, окончательное высыхание происходит в течение 24 часов.
Краевой угол смачивания защитно-декоративного покрытия каплей воды измеряли с помощью электронного гониометра, он составил 110÷120 градусов. Капля воды не задерживается на поверхности, оставляя ее сухой при скатывании.
Полученные в данной работе композиции на основе воска, растворенного в гидролизованном эфире ортокремниевой кислоты, сохраняют и подчеркивают естественную красоту текстуры и цвет древесины, прозрачны и придают осязаемую шелковистость поверхности. Вводимая добавка «мягкого» биоцида значительно уменьшает или даже предотвращает появление древоразрушающих грибов (плесени) на поверхности, что продлевает срок службы деревянных конструкций.
Кроме того, все используемые материалы российского производства, взятые в перечисленном соотношении, являются нетоксичными и экологичными, это позволяет применять полученные защитно-декоративные покрытия как для наружной, так и для внутренней отделки помещений.
При этом покрытия придают поверхности благородный эстетический внешний вид, полуматовый блеск и осязаемую шелковистость, не скрывают природную структуру деревянного спила. Покрытия обладают полирующими, водоотталкивающими свойствами, достаточной твердостью, стойкостью к атмосферным и эксплуатационным воздействиям.
1. Способ формирования защитно-декоративного покрытия на древесине хвойных пород, отличающийся тем, что наносят подготовительный пропиточный состав с последующей сушкой в течение суток на воздухе при комнатной температуре и его шлифовкой, после чего вторым слоем наносят защитно-декоративное покрытие, которое просушивают до степени 3 в течение 30 мин, окончательная его сушка проходит в течение суток на воздухе при комнатной температуре, при этом в качестве основы для формирования защитно-декоративного покрытия используют композицию, которую синтезируют с помощью золь-гель технологии на основе воска, растворенного в гидролизованном эфире ортокремниевой кислоты (ТЭОС).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в композицию добавляют поливиниловый спирт (ПВС) в количестве 0,05 г.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в композицию добавляют изопропиловый спирт (ИПС) в количестве 0,1 г.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в композицию добавляют порошок диоксида титана в количестве 0,01 г.
5. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что в композицию добавляют борную кислоту в количестве 0,06 г.
6. Способ по пп. 1, 3, отличающийся тем, что в композицию добавляют четвертичную аммониевую соль в количестве 0,05 г.
