FI71512B - Komposition foer modifiering av virke - Google Patents

Description

Puuaineksen modifiointikoostumus 71 5 1 2 Käsiteltävänä oleva keksintö koskee yleisesti puun-työstöteollisuutta ja erityisesti puuaineksen modifiointi-5 koostumusta.

Tässä ehdotetulla koostumuksella modifioitua puuainesta voidaan käyttää korrodoivassa ympäristössä esimerkiksi jääh-dytystornien, tuuletushormien, mineraalilannoitevarastojen, karjanhoitorakennusten ja muiden rakennus- ja konstruktiokoh-10 teiden rakennusmateriaalina, maaperän kanssa kosketukseen joutuvissa rakenteissa ja tuotteissa kuten puumuoteissa, valu-malleissa, viinitarhakepeissä, ratapölkyissä ja maanteiden lumiaidoissa, koneenrakennuksessa ja mekaanisessa teollisuudessa, rauta- ja ei rautametallien korvaajana, parketin ja 15 suksien valmistuksessa ja vastaavilla teollisuusaloilla, arvokkaampien kovempien lehtipuulajien korvaajana, urheiluvälineiden valmistuksessa, erityisesti matkamuistoartikkelien koristeellisena pinta- ja viimeistelyaineksena jne.

Viime ainoana mielenkiinto puuaineksen modifioimiseen 20 on kasvanut huomattavasti puun saannon vähennyttyä tuntuvasti monissa maissa ja koska halutaan parantaa puutuotteiden kestävyyttä erityisesti olosuhteissa, joissa ympäristölämpötila on korkea ja kosteus suuri. Haluttaessa yleensä monipuolistaa puusta saatavien ainesten käyttöä, lisätä pehmeämpien lehti-25 puulajien käyttöä ja laajentaa puun käyttöä eri teollisuusaloilla eräänä päälinjana on ollut puuaineksen modifiointi synteettisillä hartseilla ja monomeereillä, jotka lisätään nestemuodossa ja kovetetaan sitten lämmön ja kemiallisten reagenssien avulla.

30 Tunnetaan suuri määrä puuaineksen modifiointikoostumuksia, jotka perustuvat polymeroituviin ja polykondensoituviin hart-seihin. Näiden koostumusten tiedetään huomattavassa määrin parantavan luonnon lähtöaineen fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia. Tällä tavoin modifioitu puuaines muuttuu lähes 35 täysin monikomponenttikoostumukseksi, joka muodostuu lämmössä kovettuvasta synteettisestä polymeeristä ja natiiveista suuri-molekyylisistä yhdisteistä. Pitkällisessä käytössä tällaisen systeemin ominaisuudet riippuvat ensisijaisesti ilman hapen.

2 71512 ympäristökosteuden ja ympäristölämpötilan vaihteluiden aiheuttamasta hapettavasta pilkkoutumisesta, joka lähinnä kohdistuu synteettisiin polymeereihin. Siten polymeereihin käytön aikana kohdistuva hapettavan pilkkoutumisen vähentäminen tai eliminoi-5 minen on ensisijaisen tärkeää.

Tekniikan tasolla tunnetaan puuaineksen modifiointikoostu-mus (vrt. SU-Keksijän todistus 321 366, Int. Cl. B 27K 3/34), joka koostuu fenoli-furfuraali-formaldehydihartsista, happo-katalysaattorista ja orgaanisesta liuottimesta. Puu kylläste-10 tään mainitulla koostumuksella autoklaavissa tyhjöpuristusmene-telmän avulla. Sitten kyllästettyä puuta lämpökäsitellään kuivauskammioissa, jolloin happokatalysaattorin ja korotetun lämpötilan kovettamasta fenoli-furfuraali-formaldehydihartsiasta muodostuu kiinteä kertamuovi. Käyttöolosuhteissa fenoli-furfu-15 raali-formaldehydihartsiin perustuvalla polymeerillä modifioidun puun käyttökelpoisuus on rajoitettu, koska polymeeri ympäristölämpötilan ja -kosteuden vaihdellessa pilkkoutuu.

Ympäristölämpötila- ja -kosteusvaihtelut aiheuttavat modifioidun polymeerin vetysiltojen pilkkoutumisen ja myös poly-20 meerin ja puukompleksin välisten vetysiltojen pilkkoutumisen.

Ympäristötilan ja -kosteuden vaihdellessa tapahtuu lisäksi itse puukompeksissa hapettava pilkkoutuminen, joka synnyttää vapaita radikaaleja.

Kaikki yllä mainitut syyt aiheuttavat modifioidun puuainek-25 sen fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien huononemisen lyhentää siten sen käyttöikää.

Käsiteltävänä olevan keksinnön tarkoituksena oli aikaansaada puuaineksen modifiointikoostumus, joka mahdollistaa vaih-televan ympäristölämpötilan ja -kosteuden aiheuttamien erilais-30 ten hajottavien prosessien stabiloinnin. Tämä tarkoitus saavutetaan koostumuksella, joka sisältää fenoli-furfuraali-formal-dehydihartsia, katalysaattoria ja orgaanista liuotinta ja joka lisäksi sisältää keksinnönmukaisesti stabilointiainetta.

Keksinnölle on tunnusomaista, että puuaineksen modifiointi-35 koostumus lisäksi sisältää fenoli-furfuraali-formaldehydihart-sia, katalysaattoria ja orgaanista 1iuotinta.

3 71512

Stabiloimisaine sitoo kemiallisesti polymeerin hapet-tavasssa pilkkoutumisessa syntyvät reaktiokykyiset ytimet estäen pilkkovien prosessien jatkumisen. Tämän seurauksena modifioidun puun fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet 5 säilyvät vaihtelevassa ympäristölämpötilassa ja -kosteudessa .

Stabiloimisaineen lisäysmäärä, joka on alle 0,5 paino-%, ei pysty tehokkaasti stabiloimaan modifioidun puun ominaisuuksia käytön aikana. Mainitun stabiloimisaineen liu-10 koisuus modifiointikoostumukseen määrää sen pitoisuuden ylärajan 1,5 paino-%:ksi.

Suositeltava stabiloimisaine on ferroseeni.

Puun modifiointikoostumukseen lisättynä suuren reaktio-kyvyn omaava ferroseeni osallistuu samanaikaisesti sekä ioni-15 mekanismin että vapaaradikaalimekanismin kautta reaktioihin estäen siten hapettavan pilkkoutumisen, joka johtaa modifioidun puun vanhenemiseen, ja ylläpitäen luonnonaineksen ominaisuudet käytön aikana.

Tällaisen puun modifiointikoostumuksen tunnusmerkkinä 20 on viskositeetti, joka mahdollistaa puun tasaisen kyllästymisen .

Ehdotetussa puun modifiointikoostumuksessa myös sopiva stabilisoimisaine on monoasetyyliferroseeni.

Monoasetyyliferroseeni osallistuu reaktioihin sekä 25 ionimekanismin että vapaaradikaalimekanismin kautta ja reagoi fenoli-furfuraali-formaldehydihartsin kanssa yhdisteeksi, joka oletettavasti on kaavaa

/TT\ OH H OH

30 \wy~CH~CH^ 1 A.

xy ^°-rn— f —rVH2°H+H2o 35 4 71512 Tällaisen yhdisteen on havaittu suojaavan ympäristö-lämpötila- ja kosteusvaihtelujen aiheuttamalta hapettavalta pilkkoutumiselta.

On myös suositeltavaa, stabiloimisaine on ferroseenin 5 ja monoasetyyliferroseenin seos.

Tällainen stabilisoimisaine mahdollistaa modifioidun puun, jolle on ominaista ominaisuuksien pysyvyys vaihtele-vassa ympäristölämpötilassa ja -kosteudessa.

Seuraava yksityiskohtainen kuvaus selventää käsitel-10 tävänä olevan keksinnön toteuttamista.

Lisätään happokatalyyttiä, esimerkiksi bentseenisulfo-nihappoa määränä 0,8-1,5 paino-% orgaaniseen liuottimeen, esimerkiksi asetoniin, johon on liuotettu 5-25 paino-% fenoli-furfuraali-formaldehydihartsia. Muodostunutta liuosta se-15 koitetaan perusteellisesti ja sitten lisätään sekoittaen ferroseeniä, monoasetyyliferroseeniä tai ferroseenin ja mono-asetyyliferroseenin seosta määränä 0,5-1,5 paino-%. Sitten muodostuneen systeemin viskositeetti mitataan viskosimetrillä B3-4, jonka alue on 12,0-12,5 s.

20 Muodostuneen koostumuksen kovettuessa muodostuu ke- taali- ja semiketaalityyppisiä yhdisteitä. Tämä reaktio tapahtuu sekä happamassa että emäksisessä väliaineessa karbo-nyyliryhmään α-asemassa sitoutuneiden elektronihakuisten ryhmien ansiosta. Kondensaatiossa muodostuu polymeeriyhdisteitä, 25 jotka sisältävät kiinnittyneitä ferroseeni- tai monoasetyyli-ferroseenimolekyylejä, jotka puolestaan estävät pilkkovat prosessit ja siten modifioidun puun vanhenemisprosessin käyttö-olosuhteissa .

Tässä ehdotetulla koostumuksella modifioitua puuta tes-30 tattiin nopeutetun vanhentamismenetelmän avulla, joka suoritettiin seuraavasti. Modifioitua puuta pidettiin veteen upotettuna kolme vuorokautta lämpötilassa 19-23°C ja kuivattiin sitten neljä vuorokautta siten, että jokaisena vuorokautena kuivattiin 8 tuntia lämpötilassa 105-107°C ja loput 16 tun-35 tia lämpötilassa 15-23°C.

Saadut testiarvot osoittivat ehdotetun puun modifiointi-koostumuksen olevan erittäin pysyvän. Puristuslujuuden väheneminen 24:än puristusjakson jälkeen kuitujen suunnassa oli li 5 71512 25,5 % fenoli-furfuraali-formaldehydihartsiin perustuvalla, tunnetulla koostumuksella modifioidulla puulla ja 14,6 % luonnonlähtöaineksella. Puulla, joka oli modifioitu fenoli-furfuraaliformaldehydihartsiin perustuvalla, ehdotetulla koos-5 tumuksella, johon oli lisätty ferroseeniä, puristuslujuuden väheneminen oli 9.7 % ja lisäaineen ollessa monoasetyyli-ferroseeni tämä arvo oli 9,5 %.

Käsiteltävänä olevalla koostumuksella modifioidun puun painohukka väheni vanhentamistestissä n. 30 %:illa.

10 Niinpä ehdotettu puun modifiointikoostumus mahdol listaa puun sisältämän modifioivan polymeerin stabiloimis-efektin parantamisen 2,6-kertaisesti.

Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä lisää.

Esimerkki 1 15

Lisättiin 0,8 paino-% katalyyttinä toimivaa bentsee-nisulfonihappoa asetoniin, johon on liuotettu 72,0 paino-% fenoli-furfuraali-formaldehydihartsia. Saatua liuosta sekoitettiin perusteellisesti ja siten lisättiin jatkuvasti sekoit-2q taen 0,5 paino-% ferroseeniä.

Muodostuneen kyllästyssysteemin viskositeetti mitattuna viskosimetrillä B3-4 oli 12,3 s.

Esimerkki 2

Lisättiin 0,8 paino-% katalyyttinä toimivaa bentsee-25 nisulfonihappoa orgaaniseen liuottimeen, johon oli liuotettu 84,0 paino-% fenoli-furfuraali-formaldehydihartsia. Muodostunutta liuosta sekoitettiin perusteellisesti ja sitten liuokseen lisättiin sekoittaen 1,0 paino-% ferroseeniä.

Muodostuneen kyllästyssysteemin viskositeetti mitattuna ^ viskosimetrillä B3-4 oli 12,45 s.

Esimerkki 3

Lisättiin 1,5 paino-% katalyyttinä toimivaa bentseeni-sulfonihappoa orgaaniseen liuottimeen, johon oli liuotettu 35 94,0 paino-% fenoli-furfuraali-formaldehydihartsia. Näin saatua liuosta sekoitettiin perustellisesti ja sitten liuokseen lisättiin sekoittaen 1,5 paino-% monoasetyyliferroseeniä.

6 71512

Muodostuneen kyllästyssysteemin viskositeetti mitattuna viskosimetrillä B3-4 oli 12,27 s.

Esimerkki 6 t- Lisättiin 0,8 paino-% katalyyttinä toimivaa bentseeni- sulfonihappoa asetoniin, johon oli liuotettu 84,0 paino-% fenoli-furfuraali-formaldehydihartsia ja näin saatua liuosta sekoitettiin sitten perusteellisesti ja liuokseen lisättiin jatkuvasti sekoittaen 1,0 paino-% monoasetyyliferroseeniä.

Näin saadun kyllästyssysteemin viskositeetti mitattuna viskosimetrillä B3-4 oli 12,15 s.

Esimerkki 7

Lisättiin perusteellisesti sekoittaen 1,5 paino-% katalyyttinä toimivaa bentseenisulfonihappoa orgaaniseen liuotti-15 meen, johon oli liuotettu 72,0 paino-% fenoli-furfuraali-for-maldehydihartsia ja sitten lisättiin sekoittaen 0,5 paino-% ferroseenin ja monoasetyyliferroseenin seosta suhteessa 1:1.

Näin saadun kyllästyssysteemin viskositeetti mitattuna viskosimetrillä B3-4 oli 12,35 s.

20

Esimerkki 8

Lisättiin perusteellisesti sekoittaen 1,5 paino-% katalyyttinä toimivaa bentseenisulfonihappoa orgaaniseen liuotti-meen, johon oli liuotettu 84,0 paino-% fenoli-furfuraali-for-25 maldehydihartsia ja sitten liuokseen lisättiin sekoittaen 1,0 paino-% ferroseenin ja monoasetyyliferroseenin seosta suhteessa 1:1. Näin saadun kyllästyssysteemin viskositeetti mitattuna viskosimetrillä B3-4 oli 12,42 s.

Näin saadun kyllästyssysteemin viskositeetti mitattuna 30 viskosimetrillä B3-4 oli 12,42 s.

Esimerkki 9

Lisättiin jatkuvasti sekoittaen 1,5 paino-% katalyyttinä toimivaa bentseenisulfonihappoa orgaaniseen liuottimeen, johon oli liuotettu 94,0 paino-% fenoli-furfuraali-formalde-35 hydihartsia. Sitten liuokseen lisättiin sekoittaen 1,5 paino-% ferroseenin ja monoasetyyliferroseenin seosta suhteessa 1:1.

Il 7 71512

Muodostuneen kyllästyssysteemin viskositeetti mitattuna viskosimetrillä B3-4 oli 12,47 s.

Käsiteltävänä olevan keksinnön etuna on, että ehdotetulla koostumuksella modifioidun puun käyttöikä pitenee, 5 mikä puurakenteiden määräaikaishuollon modifioidun puun käyttöikä pitenee, mikä puurakenteiden määräaikaishuollon yhteydessä merkitsee pienempää puuaineksen kulutusta ja korjaustoimien vähenemistä.

Kuvattaessa yllä olevissa esimerkeissä käsiteltävänä 10 olevan keksinnön erilaisia toteuttamismuotoja on selvyyden vuoksi käytetty erikoisterminologiaa rajoitetusti. On kuitenkin selvää, että käsiteltävänä oleva keksintö ei millään tavoin rajoitu tässä käytettyyn terminologiaan ja että jokainen käytetty termi sulkee sisäänsä vastaavudet, jotka liittyvät 15 samoihin toimintoihin ja joita voidaan käyttää samojen ongelmien ratkaisemiseksi.

Joskin käsiteltävänä olevaa keksintöä on tässä kuvattu suositeltavien, tyypillisten toteuttamismuotojen avulla, ammattimiehelle on selvää, että käsiteltävänä olevan keksinnön puun 20 modifiointikoostumukseen voidaan tehdä pieniä muutoksia. Kaikkien tällaisten muutosten ja poikkeamien katsotaan oheisissa patenttivaatimuksissa määritellyllä tavalla olevan keksinnön hengen mukaisia ja kuuluvan sen patenttisuojapiiriin.