RU2812711C2 - Композиция консерванта для древесины на основе модифицированного лигнина - Google Patents
Композиция консерванта для древесины на основе модифицированного лигнина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812711C2 RU2812711C2 RU2020142114A RU2020142114A RU2812711C2 RU 2812711 C2 RU2812711 C2 RU 2812711C2 RU 2020142114 A RU2020142114 A RU 2020142114A RU 2020142114 A RU2020142114 A RU 2020142114A RU 2812711 C2 RU2812711 C2 RU 2812711C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wood
- acid
- lignin
- preservative composition
- modified lignin
- Prior art date
Links
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 title claims abstract description 71
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 239000003171 wood protecting agent Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims abstract description 88
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 21
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 16
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 12
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052793 cadmium Chemical group 0.000 claims abstract description 7
- -1 salt anion Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 7
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical group [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical group [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical group [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- UZEDIBTVIIJELN-UHFFFAOYSA-N chromium(2+) Chemical group [Cr+2] UZEDIBTVIIJELN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000010876 untreated wood Substances 0.000 claims description 22
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 21
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 14
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 claims description 11
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 5
- 241000222354 Trametes Species 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 230000002538 fungal effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 229910004835 Na2B4O7 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 56
- 230000008569 process Effects 0.000 description 19
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 241000219927 Eucalyptus Species 0.000 description 10
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 10
- 239000001739 pinus spp. Substances 0.000 description 8
- 239000011122 softwood Substances 0.000 description 8
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 7
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 description 7
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002655 kraft paper Substances 0.000 description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 6
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 5
- 235000012570 Pinus sp Nutrition 0.000 description 5
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 5
- 229930015698 phenylpropene Natural products 0.000 description 5
- QROGIFZRVHSFLM-UHFFFAOYSA-N prop-1-enylbenzene Chemical compound CC=CC1=CC=CC=C1 QROGIFZRVHSFLM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 5
- 241000894007 species Species 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 241000256602 Isoptera Species 0.000 description 4
- 241000218602 Pinus <genus> Species 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241001149422 Ganoderma applanatum Species 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 3
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 3
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 229920005611 kraft lignin Polymers 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 230000002633 protecting effect Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- PORQOHRXAJJKGK-UHFFFAOYSA-N 4,5-dichloro-2-n-octyl-3(2H)-isothiazolone Chemical compound CCCCCCCCN1SC(Cl)=C(Cl)C1=O PORQOHRXAJJKGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- 241001070941 Castanea Species 0.000 description 2
- 235000014036 Castanea Nutrition 0.000 description 2
- RUPBZQFQVRMKDG-UHFFFAOYSA-M Didecyldimethylammonium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCC[N+](C)(C)CCCCCCCCCC RUPBZQFQVRMKDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 244000080545 Eucalyptus sp Species 0.000 description 2
- 235000006914 Eucalyptus sp Nutrition 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000218657 Picea Species 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003139 biocide Substances 0.000 description 2
- WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+) Chemical compound [Cd+2] WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229940030341 copper arsenate Drugs 0.000 description 2
- RKYSWCFUYJGIQA-UHFFFAOYSA-H copper(ii) arsenate Chemical compound [Cu+2].[Cu+2].[Cu+2].[O-][As]([O-])([O-])=O.[O-][As]([O-])([O-])=O RKYSWCFUYJGIQA-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 229960004670 didecyldimethylammonium chloride Drugs 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 230000000855 fungicidal effect Effects 0.000 description 2
- LHGVFZTZFXWLCP-UHFFFAOYSA-N guaiacol Chemical compound COC1=CC=CC=C1O LHGVFZTZFXWLCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000000956 methoxy group Chemical group [H]C([H])([H])O* 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000007655 standard test method Methods 0.000 description 2
- JLHMJWHSBYZWJJ-UHFFFAOYSA-N 1,2-thiazole 1-oxide Chemical group O=S1C=CC=N1 JLHMJWHSBYZWJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KLSLBUSXWBJMEC-UHFFFAOYSA-N 4-Propylphenol Chemical compound CCCC1=CC=C(O)C=C1 KLSLBUSXWBJMEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000208140 Acer Species 0.000 description 1
- 235000018185 Betula X alpestris Nutrition 0.000 description 1
- 235000018212 Betula X uliginosa Nutrition 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000726768 Carpinus Species 0.000 description 1
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 1
- 241000218631 Coniferophyta Species 0.000 description 1
- 244000301850 Cupressus sempervirens Species 0.000 description 1
- 244000002627 Eucalipto Species 0.000 description 1
- 240000000731 Fagus sylvatica Species 0.000 description 1
- 235000010099 Fagus sylvatica Nutrition 0.000 description 1
- 241000222336 Ganoderma Species 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 1
- 206010061217 Infestation Diseases 0.000 description 1
- 241000961787 Josa Species 0.000 description 1
- 240000007049 Juglans regia Species 0.000 description 1
- 235000009496 Juglans regia Nutrition 0.000 description 1
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- VUEGXHXUMOZKKN-UHFFFAOYSA-N Lilac alcohol Chemical compound OCC(C)C1CCC(C)(C=C)O1 VUEGXHXUMOZKKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007182 Ochroma pyramidale Species 0.000 description 1
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- 235000005205 Pinus Nutrition 0.000 description 1
- 241000219000 Populus Species 0.000 description 1
- 241000219492 Quercus Species 0.000 description 1
- 235000016976 Quercus macrolepis Nutrition 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XNKLLVCARDGLGL-JGVFFNPUSA-N Stavudine Chemical compound O=C1NC(=O)C(C)=CN1[C@H]1C=C[C@@H](CO)O1 XNKLLVCARDGLGL-JGVFFNPUSA-N 0.000 description 1
- 240000002871 Tectona grandis Species 0.000 description 1
- 241000222355 Trametes versicolor Species 0.000 description 1
- 241000227645 Triplaris cumingiana Species 0.000 description 1
- 241001106462 Ulmus Species 0.000 description 1
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000001479 atomic absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000513 bioprotective effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Chemical group 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- BFGKITSFLPAWGI-UHFFFAOYSA-N chromium(3+) Chemical compound [Cr+3] BFGKITSFLPAWGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UUMMHAPECIIHJR-UHFFFAOYSA-N chromium(4+) Chemical compound [Cr+4] UUMMHAPECIIHJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- CLZJMLYRPZBOPU-UHFFFAOYSA-N disodium;boric acid;hydrogen borate Chemical compound [Na+].[Na+].OB(O)O.OB(O)O.OB(O)O.OB(O)O.OB(O)O.OB(O)O.OB(O)O.OB([O-])[O-] CLZJMLYRPZBOPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 235000020774 essential nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229960001867 guaiacol Drugs 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 description 1
- 230000000749 insecticidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 235000019357 lignosulphonate Nutrition 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 150000003138 primary alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000001012 protector Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 150000003333 secondary alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 150000003509 tertiary alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 150000003852 triazoles Chemical class 0.000 description 1
- BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N trisodium borate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]B([O-])[O-] BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000020234 walnut Nutrition 0.000 description 1
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к средствам и материалам для обработки древесины. Способ получения композиции консерванта для древесины предусматривает стадии: a) смешивания лигнина и раствора Na2B4O7 или NaNO3 при перемешивании; b) добавления при перемешивании соли металла, содержащей ион М2+, причем М выбран из хрома (II), меди (II), цинка (II) и кадмия (II); c) фильтрации твердого вещества, полученного на стадии b), которое представляет собой модифицированный лигнин; d) суспендирования модифицированного лигнина в воде с получением композиции консерванта для древесины, конечная концентрация модифицированного лигнина в составе консерванта древесины составляет от 0,1 до 30% по массе. Предпочтительно добавляют основание, выбранное из NaOH и КОН, для обеспечения рН от 7 до 13 и добавляют кислоту, выбранную из борной кислоты, уксусной кислоты, серной кислоты и соляной кислоты, для получения рН около 7. Анион соли металла представляет NO3 2-. Композиция консерванта для древесины содержит: 0,1-30% мас. по отношению к общей массе консервирующей композиции модифицированного лигнина, полученного на стадиях а), b) и с) способа, основание, выбранное из NaOH и КОН, и кислоту, выбранную из борной кислоты, уксусной кислоты, серной кислоты и соляной кислоты, для получения рН около 7; и вода - остальное. Композицию консерванта для древесины используют в способе консервации древесины, которую применяют вне помещения. Предлагаемый консервант древесины предотвращает разложение древесины из-за питающихся древесиной грибковых агентов, обеспечивает гигроскопичность и огнестойкость. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 табл., 10 ил., 13 пр.
Description
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к композиции консерванта для древесины на основе модифицированного лигнина согласно настоящему изобретению с целью защиты древесины от питающихся древесиной и грибковых агентов и для улучшения некоторых ее свойств, таких как гигроскопичность и огнестойкость.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
С целью защиты окружающей среды в настоящее время делают попытки в отношении разработки процессов и экологически более чистых технологий для производства продуктов, которые вносят меньший загрязняющий вклад, и обеспечения рационального использования ресурсов путем повторного использования отходов и минимизации использования материалов. По этой причине обработки, которые повышают срок использования древесины, очень важны для окружающей среды в отношении предотвращения в некоторой степени вырубки лесов. В течение всего ее срока использования древесина может подвергаться разложению из-за воздействия питающихся древесиной агентов, которое изменяется в зависимости от породы и внешних условий использования.
Древесина подвергается различным факторам разрушения, как биотическим, так и абиотическим. Эти процессы необходимы в природе для пополнения питательных веществ в почве, но когда древесина используется для целей строительства или конструирования мебели, целесообразно замедлять эти процессы разрушения насколько это возможно. Таким образом, древесина, используемая в секторах лесной и деревообрабатывающей промышленности, в промышленностях, обеспечивающих продукты с более высокой добавочной стоимостью, имеет ряд ограничений в своих применениях, как вне помещения, так и в помещении, в частности в отсутствие консервирующих обработок (например, ССА, хроматированный арсенат меди). Этот нежелательный эффект означает, что древесина часто замещается альтернативными материалами, которые не всегда дешевле или имеют лучшее качество. Тем не менее, древесина является возобновляемым материалом, широко потребляемым во всем мире, поэтому необходимо использовать способы, которые повышают промышленную ценность древесины, предотвращая ограничения в некоторых применениях. Таким образом, обработанная или консервированная древесина имеет увеличенный срок использования, и, следовательно, потребление и отходы древесины снижаются, и сокращается процесс вырубки лесов.
Химическую защиту древесины проводят, помимо прочего, посредством биоцидов, содержащих консерванты для древесины. Их наносят или вводят в древесину с целью образования барьера для действия гнилостных грибов и насекомых.
Следует подчеркнуть, что некоторые виды обработки, содержащие мышьяк, в настоящее время запрещены, такие как ССА (хроматированный арсенат меди), среди тех, которые наиболее широко используются во всем мире, который является растворимым в воде консервантом, с фунгицидной и инсектицидной функцией. Из-за возможного риска для окружающей среды при использовании консервантов, содержащих мышьяк, эти компоненты классифицируются как опасные отходы в Европейском Союзе.
При защите древесины использование металлов, таких как медь и хром, было известно множество лет. Медь эффективна для защиты древесины, в частности от действия грибков, и ее использование относительно безопасно по сравнению с другими типами консервантов, например, органическими консервантами. Тем не менее, медь имеет значительный недостаток: она не остается связанной в древесине и, таким образом, имеет склонность к выщелачиванию во внешнюю среду; однако, при помощи комбинации меди и хрома эта проблема была решена. Хром IV известен своей канцерогенной природой, по причине чего его использование запрещено для многих применений, тогда как хром (III) рассматривается важным питательным веществом для людей.
Также существуют другие доступные неметаллические консерванты, такие как октаборат динатрия и другие бораты (SBX), органические биоциды/пестициды, такие как триазолы, синтетические перитроиды, четвертичные соли хлорталонила, дидецилдиметиламмония хлорид (DDAC), и изотиазолон, и 4,5-дихлор-2-октил-4-изотиазолин-3-он (DCOIT); или комбинации металлических и неметаллических консервантов, такие как, например, композиция, описанная в документе US2007/0151476A1. Хотя включение карбоновых кислот с 6 или более атомами углерода, по-видимому, улучшает связывание меди в древесине, несколько снижая выщелачивание меди до такой же степени, что и ранее упомянутые композиции меди и хрома, эта проблема устранена не полностью.
Из-за этого необходимо разработать новые продукты-консерванты для древесины, которые преодолевают упомянутые проблемы, принимая во внимание экологические соображения и минимизируя вредное воздействие для людей. В этом контексте использование лигнина, который является широко распространенным полимером, присутствующим в природе в растениях и деревьях и имеющим биозащитное действие, другими словами, природным протектором растения против агрессивного воздействия микроорганизмов и вредителей, представляют как хороший вариант для обеспечения нового биоконсерванта, который является эффективным и экологически безопасным.
Использование растительной биомассы в качестве базового первичного материала включает переход от экономики на основе использования ископаемых и не возобновляемых топлив с ограниченными запасами к биоэкономике на основе использования возобновляемых, органических природных ресурсов со сбалансированными циклами регенерации и добычи.
Лигнин с номером по CAS 9005-53-2 представляет собой макромолекулярный комплекс в отношении его структуры и гетерогенности. По этой причине невозможно описать точную структуру лигнина; однако, было предложено множество моделей, представляющих его структуру. Тем не менее, известно, что он образует часть клеточной стенки растений, выступает как цемент между клетками и защищает целлюлозные волокна, обеспечивая им улучшенные механические свойства, придавая эластичность и прочность материалу. Он главным образом сосредоточен в межклеточном веществе. Это аморфная трехмерная молекула, образованная звеньями кислородосодержащего фенилпропена, связанного С-С-связями или связями эфирного типа. Предшественники лигнина, которые могут быть образованы из D-глюкозы, представляют собой п-гидроксифенилпропан (Н), гваякол (G) и сиреневый спирт (S), что посредством сложных реакций дает конифериловый, синапиловый и паракумариловый спирты, что является причиной, почему лигнин характеризуется повышенной молекулярной массой, что приводит к связыванию различных кислот и фенилпропиловых спиртов. Случайное соединение этих радикалов приводит к трехмерной аморфной структуре, характерной для лигнина.
Структурная основа лигнина представляет фенилпропен, переменное число гидроксильных и метоксильных групп, связанных с бензольным кольцом. Метоксильные группы (-ОСН3) являются наиболее характерными функциональными группами для лигнина, и приблизительно 90% метоксильных групп древесины являются лигнином.
Гидроксильные группы (ОН), присутствующие в лигнинах, составляют приблизительно 10% его массы (1,1/звено фенилпропена) для деревьев хвойных пород. Эти группы, в общем, имеют фенольную или спиртовую природу (первичных, вторичных и третичных спиртов).
Другие функциональные группы присутствуют в лигнине, среди которых различаются карбоксильные группы (СООН) приблизительно 0,05/звено фенилпропена и карбоксильные группы (СО), 0,1-0,2%/звено фенилпропена.
Хотя структура лигнина сложная и переменная, она легко получается в промышленности. Но известно, что существуют различия между лигнином в его природном состоянии и лигнином, который выделен другими способами. Из-за его сложной структуры при его выделении из клеточных стенок лигнин подвергается структурным модификациям, что предотвращает получение лигнина, являющегося в точности таким, как в растениях, когда лигнин выделяют из его связи с клеточной стенкой, происходит разрушение сшивок лигнина с полисахаридами и снижение молекулярной массы.
Существуют различные способы выделения лигнина, но только два типа коммерчески доступного лигнина: сульфонированные лигнины и крафт-лигнины. В настоящем изобретении используют крафт-способ и способ «органосольв».
Способ, известный как «органосольв», представляет процесс, в котором используют органические растворители (такие как, например, ацетон, метанол, этанол, бутанол, этиленгликоль, муравьиная кислота и уксусная кислота), смешанные с водой в качестве среды для кипячения, иногда может осуществляться в присутствии кислотного или основного катализатора. Это процесс, который имеет меньшее воздействие на окружающую среду, поскольку система для извлечения отходов проще, и посредством дистилляции можно извлекать органические растворители, что не так просто в обычных процессах. В этом процессе биомасса реагирует с органическими растворителями на ОН-группах лигнина, таким образом выделяя спиртовой лигнин. Способ «органосольв» не имел сильного успеха при его промышленной реализации из-за повышенного рабочего давления, необходимого для экстракции, а также повышенной пожароопасности, поскольку основная масса используемых растворителей является очень летучей.
Крафт-процесс является наиболее важным промышленным процессом для получения целлюлозных пульп, поскольку он представляет приблизительно 90% целлюлозы, что характеризуется пригодной для любого типа древесины и лесных видов деревьев. Другой важный фактор состоит в том, что химические продукты неорганического процесса можно извлекать и эффективно повторно использовать. Посредством крафт-процесса в мире получают приблизительно 130 миллионов тонн целлюлозы в год. Однако объем отходов, создаваемых при получении крафт-целлюлозы, затрагивает окружающую среду, являются необходимыми новые использования и продукты на основе отходов, создаваемых в крафт-процессе, такие как, например, выделенный крафт-лигнин.
Таким образом, вследствие всех его признаков и его значительного производственного потенциала лигнин будет очень подходящим компонентом для продукта-консерванта для древесины.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что модификация лигнина посредством бората или нитрата натрия, а затем солями хрома (II), меди (II), кадмия (II) или цинка (II) обеспечивает защитный эффект против агентов разложения древесины и улучшает некоторые ее свойства, такие как гигроскопичность и огнестойкость.
Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения композиции консерванта для древесины, предусматривающему модификацию лигнина при помощи Na2B4O7 или NaNO3, а затем при помощи соли хрома (II), меди (II), кадмия (II) или цинка (II), например, нитратов металлов (Cr(NO3)2, Cu(NO3)2, Cd(NO3)2, Zn(NO3)2); в консервант, получаемый посредством этого способа; и к способу консервации древесины; и к консервированной древесине согласно настоящему изобретению. Консервант настоящего изобретения предотвращает разрушение из-за питающихся древесиной и грибковых агентов, а также улучшает некоторые свойства древесины и гигроскопичность и огнестойкость.
Краткое описание фигур
Фиг. 1 показывает возможную конструкцию цилиндра, используемого для пропитки древесины.
Фиг. 2 показывает график, отражающий поведение краевого угла смачивания в зависимости от времени для образцов древесины, обработанной различными видами обработки, в продольном тангенциальном сечении.
Фиг. 3 показывает график, отражающий поведение неподвижной капли в зависимости от времени для образцов древесины Pinus spp., обработанных различными видами обработки, в продольном тангенциальном сечении.
Фиг. 4 показывает график, отражающий эффект различных обработок лигнином в результатах, наблюдаемых для твердости образцов.
Фиг. 5 показывает график, отражающий поведение образцов древесины, обработанных различными видами обработки, в отношении сопротивления адгезии.
Фиг. 6 показывает график, отражающий поведение потери массы в образцах древесины, обработанных различными видами обработки, в отношении огнестойкости при прямом воздействии.
Фиг. 7 показывает график, отражающий поведение образцов древесины, обработанных различными видами обработки, в отношении огнестойкости при прямом воздействии в течение 2 минут.
Фиг. 8 показывает место расположения поля разложения в эвкалиптовом лесу.
Фиг. 9 показывает график, отражающий поведение образцов древесины Pinus spp. с различными видами обработки согласно настоящему изобретению, подвергнутых ускоренному состариванию в камере воздействия атмосферных условий.
Фиг. 10 показывает график, отражающий удержание в образцах древесины, обработанных различными видами обработки, представленными в настоящем изобретении.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Согласно первому аспекту настоящее изобретение относится к способу получения композиции консерванта для древесины, который предусматривает стадии:
a) смешивания лигнина и раствора Na2B4O7 или NaNO3 при перемешивании;
b) добавления при перемешивании соли металла, содержащей ион М2+, причем М представляет собой элемент, выбранный из групп 6, 11 или 12 Периодической таблицы элементов;
c) фильтрации твердого вещества, полученного на стадии b), которое представляет собой модифицированный лигнин;
d) суспендирования модифицированного лигнина в воде с получением композиции консерванта для древесины.
Используемый лигнин может быть любым лигнином, полученным из различных процессов (крафт-процесс и органосольв), и предпочтительно любым коммерчески доступным лигнином.
Добавление Na2B4O7 или NaNO3, проводимое на стадии а), модифицирует главным образом карбоксильные и гидроксильные группы лигнина, обеспечивая взаимодействие этих ионов М2+, добавленных на стадии b), с молекулой лигнина. Группа 6 Периодической таблицы элементов включает, помимо прочих элементов, хром и молибден; группа 11 включает медь, серебро и золото; группа 12 включает цинк и кадмий.
М предпочтительно выбирают из группы, образованной хромом, медью, цинком и кадмием, причем катион соли металла является одним из группы, образованной Cr (II), Cu(II), Zn(II) и Cd(II).
Предпочтительно анион соли металла выбирают из группы, образованной NO3 2-, например, нитратами металлов (Cr(NO3)2, Cu(NO3)2, Cd(NO3)2, Zn(NO3)2) или Zn(NO3)2).
Предпочтительно с целью получения композиции, которая является однородной, насколько это возможно, на стадии d) предыдущего способа вода, в которой суспендировано твердое вещество, содержит основание с целью обеспечения рН от 7 до 13, а затем добавляют кислоту, чтобы получить в конечном итоге рН приблизительно 7.
Указанное основание предпочтительно выбирают из группы, образованной NaOH и КОН, хотя другие основания, известные специалисту в данной области, можно использовать, а кислоту предпочтительно, хотя и не ограничено ими, выбирают из группы, образованной борной кислотой, уксусной кислотой, серной кислотой и соляной кислотой.
Конечная концентрация модифицированного лигнина в композиции консерванта может изменяться от 0,1 до 30 масс. % относительно общей массы раствора консерванта. Согласно конкретным вариантам осуществления конечная концентрация может составлять, например, более 0,5 масс. %, или более 1 масс. %, или более 3 масс. %, или более 5 масс. %, или более 7,5 масс. %, или более 10 масс. %, и может составлять, например, менее 23 масс. %, или менее 21 масс. %, или менее 19 масс. %, или менее 18 масс. %, или менее 16 масс. %, или менее 15 масс. %. Все более низкие и более высокие указанные значения можно комбинировать друг с другом. Предпочтительно диапазон будет составлять от 5 до 18%.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения то же самое относится к композиции консерванта для древесины на основе модифицированного лигнина, получаемого посредством процесса, подробно описанного ранее. Аналогично, он относится к композиции консерванта для древесины на основе модифицированного лигнина, получаемой посредством указанного способа настоящего изобретения.
Другой аспект настоящего изобретения относится к композиции, содержащей лигнин (CAS 9005-53-2), модифицированный при помощи Na2B4O7 или NaNO3 и ионов металла М2+, таких как определено ранее. Все определенные типичные или предпочтительные варианты осуществления, указанные ранее, применимы к этой композиции.
Согласно дополнительному аспекту настоящее изобретение относится к способу консервации древесины, который предусматривает пропитку древесины, которую необходимо консервировать, получаемой композицией консерванта или композицией консерванта, получаемой согласно настоящему изобретению.
Пропитку можно проводить при помощи любого способа пропитки, известного в данной области, например, помимо прочего, метода Бетелла или процесса погружения, способов, обычно используемых на практике в деревообрабатывающей промышленности, при помощи раствора, содержащего лигнин, модифицированный согласно настоящему изобретению.
Другой аспект настоящего изобретения представляет консервированную древесину, получаемую посредством способа консервации настоящего изобретения при помощи композиции консерванта, содержащей модифицированный лигнин, ранее подробно описанной. Древесина, которую необходимо консервировать, может быть любым типом древесины, от древесины твердых пород до древесины мягких пород.
Древесина твердых пород представляет собой древесину, которая получается из медленно растущих деревьев, таким образом, она плотнее и естественным образом выдерживает разрушение в атмосферных условиях с течением времени лучше, чем древесина мягких пород, даже хотя она не подвергалась никакой консервирующей обработке. Эти виды древесины обычно получаются из лиственных деревьев, но могут также получаться из вечнозеленых деревьев, для которых достижение степени зрелости, достаточной для вырубки и возможности использования при получении мебели или балок для больших домов или домов для одной семьи, занимает десятилетия, даже столетия. Они намного более дорогие, чем древесина мягких пород, из-за того факта, что их медленный рост вызывает их дефицит, но намного более привлекательно конструировать мебель из них. Примеры деревьев, рассматриваемых как дающие древесину твердых пород, представляют, например, бук, дуб, ореховое дерево, клен, граб, тик, муравьиное дерево и пр. Каштан часто также относят к древесине твердых пород из-за его твердости. Хотя консервация древесины твердых пород, возможно, не является настолько обязательной, как для древесины мягких пород, учитывая их высокую цену, рекомендуется также подвергать их консервирующей обработке с целью еще большего увеличения срока их службы.
Древесина мягких пород, в свою очередь, включает древесину деревьев, относящихся к роду хвойных и других быстрорастущих деревьев. Значительное преимущество, которое они имеют относительно древесины твердых пород, состоит в их легком весе и их намного более низкой стоимости. Тем не менее, их срок службы не настолько длинный, как у древесины твердых пород. Работа с ними намного проще, хотя и имеет недостаток, заключающийся в получении большего количества стружки. Некоторые примеры древесины мягких пород, которые широко используются, представляют сосну, вяз, ель, березу, тополь, кипарис, бальзу и пр. Каштан часто также классифицируют как древесину мягкой породы из-за его гибкости.
Настоящее изобретение особенно подходит для консервации древесины мягких пород, повышая ее твердость и стойкость, при этом сохраняя ее доступную цену, например, широко используемой древесины сосны или ели.
В частности, древесина, консервированная согласно настоящему изобретению, имеет потерю массы из-за воздействия грибка Trametes versicolour, измеренную согласно стандарту ASTM D2017-94, по меньшей мере на 75% меньше, чем потеря массы необработанной древесины, предпочтительно по меньшей мере на 80% меньше, более предпочтительно по меньшей мере на 85% меньше и еще более предпочтительно по меньшей мере на 90% меньше.
В настоящем описании, когда ссылка сделана на стандарт ASTM, ссылка сделана на American Society for Testing and Materials. ASTM D-1413 (2007): standard test method for wood preservatives by laboratory soil-block cultures. Philadelphia, 2007, 8p.
- ASTM D - 2017(1994): Standard Method Of Accelerated Laboratory Test Of Natural Decay Resistance Of Wood. Annual Book of ASTM Standards, San Diego, v. 410, 1994, 4p.
- ASTM D3165-07(2014), Standard Test Method for Strength Properties of Adhesives in Shear by Tension Loading of Single-Lap-Joint Laminated Assemblies, Annual Book of ASTM Standards, San Diego, PA, 2014, 3p.
Аналогично, древесина, консервированная согласно настоящему изобретению, характеризуется твердостью по Бринеллю по меньшей мере на 40% больше, чем у необработанной древесины, предпочтительно по меньшей мере на 60% больше, более предпочтительно по меньшей мере на 75% больше и еще более предпочтительно по меньшей мере на 90% больше.
Кроме того, древесина, консервированная согласно настоящему изобретению, характеризуется потерей массы при испытании на огнестойкость при прямом воздействии по меньшей мере на четыре процентные точки ниже, чем у необработанной древесины, предпочтительно по меньшей мере на 5 процентных точек.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно на основе ряда примеров; однако, эти примеры не должны ни в коем случае рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения, который определен приложенной формулой изобретения.
Примеры
Получение композиций консерванта согласно настоящему изобретению
Пример 1: Получение композиции консерванта на основе лигнина, модифицированного при помощи NaNO3 и Cu(NO3)2
5 г лигнина добавляли в 2 л раствора, содержащего 1,6998 г NaNO3, прикладывая постоянное и энергичное перемешивание. На второй стадии 1,546 г Cu(NO3)2 добавляли в суспензию, содержащую лигнин, предварительно модифицированный при помощи NaNO3. Через 1 ч постоянного перемешивания раствор фильтровали через 0,45-микронный полиамидный фильтр. Полученное твердое вещество, которое представляет собой лигнин, модифицированный согласно настоящему изобретению, сушили в печи при 50°C в течение 24 ч.
Лигнин, модифицированный медью, полученный ранее, использовали для получения композиций консерванта согласно настоящему изобретению; для этого указанный модифицированный лигнин добавляли в различных концентрациях, которые могут варьироваться от 0,1 до 30 масс. %, в 0,1% раствор NaOH при перемешивании в течение 5 минут. Сразу после этого кислоту (3% серную кислоту или 6,8% борную кислоту) добавляли с получением рН приблизительно 7 (приблизительно 100 миллилитров), поддерживая перемешивание в течение 5 минут. Наконец, объем доводили до 1 литра.
Пример 2: Получение композиции консерванта на основе лигнина, модифицированного при помощи Na2B4O7 и Cu(NO3)2
5 г каждого образца лигнина добавляли в 2 л раствора, содержащего 4,024 г Na2B4O7, прикладывая постоянное и энергичное перемешивание. Сразу после выдерживания в течение 2 ч при температуре окружающей среды рН доводили до 7 путем добавления 98% кислоты H2SO4 перед добавлением ионов металлов. 6,30 г Cu(NO3)2 добавляли в суспензию, содержащую предварительно модифицированный лигнин, и измеряли значения проводимости и рН. Через 1 ч постоянного перемешивания раствор фильтровали через 0,45-микронный полиамидный фильтр. Полученное твердое вещество, которое представляет собой лигнин, модифицированный согласно настоящему изобретению, сушили в печи при 50°C в течение 24 ч.
Лигнин, модифицированный медью, полученный ранее, использовали для получения композиций консерванта согласно настоящему изобретению; для этого указанный модифицированный лигнин добавляли в различных концентрациях, которые могут варьироваться от 0,1 до 30 масс. %, в 0,1% раствор NaOH при перемешивании в течение 5 минут. Сразу после этого кислоту (3% серную кислоту или 6,8% борную кислоту) добавляли с получением рН приблизительно 7 (приблизительно 100 миллилитров), поддерживая перемешивание в течение 5 минут. Наконец, объем доводили до 1 литра.
Пример 3: Получение композиции консерванта на основе лигнина, модифицированного при помощи NaNO3 и Cd(NO3)3
5 г лигнина добавляли в 2 л раствора, содержащего 1,6998 г NaNO3, прикладывая постоянное и энергичное перемешивание. На второй стадии 0,987 г Cd(NO3)3 добавляли в суспензию, содержащую лигнин, предварительно модифицированный при помощи NaNO3.
Через 1 ч постоянного перемешивания использовали такие же способы, что и в примере 1. Этот модифицированный лигнин использовали для получения композиции консерванта согласно настоящему изобретению.
Применение композиций консерванта согласно настоящему изобретению при обработке древесины
Пример 4: Обработка древесины композицией консерванта, полученной в примерах 1, 2 и 3
В этом исследовании проверяли эффективность применения композиции консерванта настоящего изобретения, в частности, композиции, полученной в предшествующих примерах 1 и 3. Указанную эффективность проверяли при помощи 5 деревьев Pinus spp. и Eucalyptus spp., полученных из однородной популяции; первое бревно с диаметром, взятым на высоте груди (DBH, приблизительно 1,30 метров), срезали у всех деревьев, кусок, из которого были высушены образцы для различных анализов, и помещали в камеру искусственного климата при 20°C и относительной влажности 65% с целью стабилизации содержания влаги.
Древесину обрабатывали композицией консерванта настоящего изобретения согласно модифицированному стандарту ASTM D-1413-07. Обработку проводили в цилиндре для обработки и вакуумном насосе (см. фиг. 1) посредством способа, подобного обработке Бетелла для деревянных стоек. Образцы помещали во внутреннюю часть цилиндра, исходный вакуум 600 мм рт.ст. прикладывали в течение 30 минут, под вакуумом раствор высвобождался в цилиндр, а затем давление 6 бар прикладывали в течение 60 минут. Конченый вакуум в течение 30 минут прикладывали для удаления избыточного раствора из образцов. Как только обработка завершалась, обработанные образцы удаляли и сразу же после этого их взвешивали для определения абсорбции композиции консерванта, для определения средней емкости удержания (кг/м3) при каждой обработке. Наконец, образцы помещали в камеру искусственного климата при 20°C и относительной влажности 65% для стабилизации содержания влаги для выполнения последующих анализов.
Оценка эффективности композиций консерванта согласно настоящему изобретению
Проводили определение характеристик древесины, обработанной различными композициями консерванта, полученными согласно настоящему изобретению (таблица 1). Это определение характеристик является очень важным для определения эффективности композиций и их возможных применений. Определяли фунгицидную активность при воздействии грибка Trametes versicolour и Ganoderma applanation: потерю массы, химическую модификацию, гигроскопичность, зеркальный блеск и твердость.
Пример 5: Потеря массы из-за воздействия грибка
Стойкость каждого из образцов, обработанных консервантом настоящего изобретения, определяли согласно стандарту ASTM D 2017-94. Стандарт использовали для оценки стойкости древесных изделий или других органических материалов, подвергнутых разложению грибками, которые разрушают древесину, такими как Trametes versi colour и Ganoderma applanatum.
Полученные результаты указаны в таблице 2; образцы, показавшие наилучший результат, были обработаны обработкой III (EOLcd), где использовали органосольв-лигнин, модифицированный кадмием, с меньшим процентом потери массы, когда на него действовал грибок Trametes versicolour в течение периода воздействия 48 недель. Эти образцы классифицировали согласно стандарту ASTM D2017-94 как имеющие длительный срок службы (очень стойкие). Необработанные образцы показали большую потерю массы, при этом их классифицировали согласно стандарту ASTMD-2017-94 как имеющие умеренный срок службы (умеренно стойкие). Все обработки композициями согласно настоящему изобретению имели лучшие результаты, чем необработанные образцы, следовательно, они пригодны в качестве консерванта для древесины для увеличения стойкости к грибкам Т. versicolour и G.applanatum.
Пример 6: Определение гигроскопичности
На фиг. 2 показаны результаты образцов, обработанных различными обработками с консервантом настоящего изобретения. Можно наблюдать, что при всех обработках есть улучшение гигроскопичности древесины, она становится более гидрофобной по сравнению с необработанной древесиной. Эффективность химических консервантов главным образом заключается в их гигроскопичности, поскольку снижение содержания влаги в древесине ингибирует рост грибков. Обработка, которая показала наилучшие результаты, представляла собой древесину, обработанную обработкой III (EOLcd), показывающей средние значения 86,56° при угле неподвижной капли через 180 секунд воздействия, что является большим значением, чем среднее для необработанной древесины (64,74°), в значениях после воздействия неподвижной капли (начальный момент), как можно увидеть на фиг. 3.
Пример 7: Определение твердости по Бринеллю
Твердость (по Бринеллю) была больше при обработках консервантом настоящего изобретения по сравнению с необработанной древесиной; древесина, обработанная обработкой IV (EOLZn), для пород Pinus показала повышение приблизительно на 98% твердости по Бринеллю по сравнению с необработанной древесиной. Результаты показывают снижение твердости обработок III (EOLCd) и VI (EKLCd) для пород Pinus по сравнению с другими проводимыми обработками, но самые низкие средние значения твердости для различных обработок показали увеличение на 41% по сравнению с необработанной древесиной, как можно увидеть на фиг. 4. Известно, что твердость имеет различные влияние, такое как плотность древесины, но можно наблюдать в этом испытании, что обработка лигнином, модифицированным металлами, влияет на изменение твердости в образцах обоих пород.
Для образцов Pinus sp. обработка EKLCd показала максимальные значения для твердости по Бринеллю. Однако образцы древесины Eucalyptus sp., подвергнутые такой же обработке, показали более низкие значения твердости. Результаты показали, что обработки при помощи EOLCu и EOLCd снижали твердость древесины для образцов Pinus sp.
Пример 8: Определение сопротивления адгезии
В этом исследовании оценивали различные обработки согласно настоящему изобретению, изученные в процессе сопротивления адгезии древесины (фиг. 5).
Средние значения сопротивления срезу древесины Eucalyptus spp. повышались при помощи обработок согласно настоящему изобретению, за исключением обработки III (EOLCd), которая показывала снижение прочности на сдвиг 4,5% относительно необработанной древесины. Этот факт можно объяснить за счет сниженной гигроскопичности древесины, что при обработке стала более гидрофобной. Это означает, что проникающая способность адгезива снижалась, но все еще показывала результаты в соответствии со стандартом ASTM D-3165-07, ABNT 790, который предусматривает то, что продукты-консерванты для древесины должны гарантировать долговечность и биологическую защиту без влияния на адгезию адгезива.
ABNT является сокращением для Бразильской ассоциации по техническим стандартам. NBR 16202: Postes de eucalipto preservado para redes de distribuicao. Rio de Janeiro, 2013. 65 p.
Результаты в отношении сопротивления срезу видов древесины, обработанных согласно настоящему изобретению (фиг. 5), по сравнению с необработанной древесиной показали, что древесина Pinus spp. имела худшее поведение относительно обработки.
Пример 9: Огнестойкость в течение коротких периодов
Это исследование оценивало различные обработки консервантом настоящего изобретения в отношении воздействия на древесину, находящуюся в контакте с открытым пламенем в течение двух минут; затем в отсутствие огня наблюдали, как долго продолжались потеря массы и возгорание, пламя и тлеющие угли. Все обработки, проводимые с консервантами настоящего изобретения, вызывали снижение потери массы относительно необработанной древесины в обеих породах (фиг. 6), за исключением обработки EKL, которая показывала такое же значение, что и необработанная древесина Pinus spp.
На фиг. 7 можно наблюдать, что обработка III (EOLCd) сохранялась в течение более короткого времени в пламени и тлеющих углях; при всех других обработках образцы показывали более длительное время, чем необработанный образец. Фиг. 7 показывает, что обработка при помощи EOLCd показывала самое длительное время воспламенения для Pinus spp., в 32,8 секунд, что представляет увеличение на 144% относительно необработанных образцов.
Также на фиг. 7 наблюдали, что время существования тлеющих углей короче в древесинах пород Eucalyptus, чем в породах Pinus. В древесине Eucalyptus только обработка EOLZn показывала более длительное время существования тлеющих углей по сравнению с необработанной древесиной. Для Eucalyptus spp. ни одна из оцененных обработок не показывала снижение для времени существования тлеющих углей по сравнению с необработанной древесиной. Этот факт означает, что обработка усложняла проникание пламени через поверхность древесины для достижения ее внутренней части; по этой причине снижение потери массы (фиг. 6) образцов возникало при воздействии пламени.
Результаты показали, что обработки показывают очень интересное поведение в контакте с пламенем, что показывает эффективность различных композиций консерванта настоящего изобретения в качестве огнезащитного средства.
Пример 10: Тест на цвет
В последние годы эстетика приобрела большое значение, и дерево является привлекательным материалом в зависимости от его дизайна, цвета и поверхности. Также необходимо принимать во внимание внешний вид древесины, поскольку это может стать одним из наиболее важных критериев при решении о покупке. С целью количественной оценки изменения цвета образцов сосны, обработанной различными консервантами согласно настоящему изобретению, цвет древесины измеряли при помощи системы CIE L*a*b* (Hunter, Richard Sewall. «Photoelectric Color-Difference Meter». JOSA. 38 (7): 661, 1948). Древесина, обработанная согласно настоящему изобретению, также показывала улучшения в отношении полученного цвета (таблица 3). Обработки IV (EOLZn) и V (EKLcu) давали более темные конечные продукты со снижением средних значений (L*), что показывает светлость древесины. В общем, более темный цвет является более привлекательным и конкурентным, поскольку внешний вид древесины настоящего изобретения приближается к цвету некоторых благородных пород дерева. Координата (а*) для древесины, обработанной согласно настоящему изобретению, характеризуется диапазоном 7-9,00 относительно необработанной древесины с 3,6, другими словами, она показывает интенсификацию цвета по направлению к красному цвету при помощи различных проводимых обработок. Средние значения изменения цвета (ЕΔ*) составляют от 9,39 до 26,52, показывая очень значительное изменение. Это происходит из-за цвета эмульсии, черно-бурой, что дает изменение исходного цвета образцов, видимого человеческим глазом. Угол тональности (Н°) снижался при всех обработках настоящего изобретения.
Пример 11: Природное состаривание в области разложения
Полевые испытания необходимы и представляют важный пункт при оценке возможного использования нового консерванта. Для оценки поведения образцов, обработанных эмульсиями консерванта настоящего изобретения, для древесины в контакте с полем разложения в течение 405 дней воздействия (фиг. 8) в эвкалиптовом лесу оценивали визуально возникновение грибкового и термитного воздействия, определяя скорость зарастания образцов. Значительное разложение образцов необработанной древесины Pinus spp. наблюдали в конце 405 дней воздействия, что классифицировались как интенсивно пораженные грибками через 315 дней воздействия и разложившиеся через 405 дней воздействия. Только 3 необработанных образца во всем эксперименте показали некоторое поражение термитами, оба умеренно пораженные, являясь образцами, полученными в различные время (225, 360 и 405 дней) воздействия.
Образцы Pinus spp., обработанные консервантом согласно настоящему изобретению, были умеренно пораженными грибками через 315 дней воздействия, но без возникновения поражения термитами, за исключением обработки при помощи EOLZn, что была умеренно поражена грибками через 315 дней воздействия.
Необработанные образцы Eucalyptus spp. интенсивно поражались грибками. Касательно образцов с обработками EOLCu и EOLZn, они умеренно поражались, без какого-либо возникновения поражения термитами в течение 405 дней воздействия.
Пример 12: Камера ускоренных атмосферных воздействий
На этой стадии оценивали образцы Pinus sp., обработанные консервантом согласно настоящему изобретению с тремя различными композициями, в частности, эмульсиями крафт-лигнина и органосольв-лигнина, модифицированного хромом, медью и бором (EKLCucrb и EOLCucrb). Все эксперименты сравнивали с необработанной древесиной.
На фиг. 9 можно наблюдать разложение образцов Pinus sp., подвергнутых ускоренному состариванию в камере атмосферных воздействий в течение периода в 1680 часов воздействия, где необработанные образцы показывали трещины в течение всего воздействия. Все обработки показывали более темное окрашивание, чем необработанная древесина. Необработанная древесина показывает большую потерю, 70,6%, чем древесина, обработанная EKLCucrb, EKLCucrb, что показывает эффективность обработки в течение 1680 часов при прямом воздействии ультрафиолетовых лучей. Другие обработки показали результаты потери массы ниже, чем необработанная древесина.
Пример 13: Удержание консерванта согласно настоящему изобретению
Объемный анализ использовали для расчета удержания консервантов согласно настоящему изобретению в образцах древесины (Pinus и Eucalyptus), при помощи количественного метода. Используя результаты атомно-абсорбционной спектроскопии (AAS) рассчитывали проценты активного ингредиента (металла) в консервантах настоящего изобретения, которые использовали для обработки древесины. Они являются следующими: EOLCu, 0,24% Cu; EOLZn, 0,55% Zn, EOLCd, 0,15% Cd, EKLCd, 0,28% Cd, KLCu, 0,47% Cu и, наконец, KLZn, 1,12% Zn. Фиг. 10 представляет удержание консервантов настоящего изобретения. Наблюдали, что образцы с самыми большими удержаниями являются теми, которые обработаны при помощи Zn, и теми, которые показывали наибольшую концентрацию металла. Согласно стандарту NBR 16202 (ABNT, 2013) удержание является количественным параметром, оно рассматривается наиболее важным фактором для оценки качества консервирующей обработки и относится к количеству токсичного продукта, сохраняющегося в заданном объеме древесины, выраженное в кг/м3. В породах Pinus sp., обработанных при помощи EOLZn, достигалось среднее удержание 5,68 кг/м3 эмульсии (фиг. 10). Для пород Eucalyptus sp., обработанных при помощи EOLZn, достигалось среднее удержание 5,2 кг/м3 эмульсии. Рекомендованное удержание для эвкалиптовых стоек составляло приблизительно 5 кг/м3 NBR 16202 (ABNT, 2013).
Claims (15)
1. Способ получения композиции консерванта для древесины, который предусматривает стадии:
a) смешивания лигнина и раствора Na2B4O7 или NaNO3 при перемешивании;
b) добавления при перемешивании соли металла, содержащей ион М2+, причем М выбран из хрома (II), меди (II), цинка (II) и кадмия (II);
c) фильтрации твердого вещества, полученного на стадии b), которое представляет собой модифицированный лигнин;
d) суспендирования модифицированного лигнина в воде с получением композиции консерванта для древесины, конечная концентрация модифицированного лигнина в составе консерванта древесины от 0,1 до 30% по массе; предпочтительно добавляют основание, выбранное из NaOH и КОН, для обеспечения рН от 7 до 13 и добавляют кислоту, выбранную из борной кислоты, уксусной кислоты, серной кислоты и соляной кислоты, для получения рН около 7.
2. Способ по п. 1, в котором анион соли металла представляет NO3 2-.
3. Способ по п. 1, в котором на стадии d) вода, в которой суспендировано твердое вещество, содержит основание, чтобы иметь рН от 7 до 13, а затем добавляют кислоту, чтобы получить рН приблизительно 7.
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором соль металла выбирают из группы, состоящей из Cr(NO3)2, Cu(NO3)2, Cd(NO3)2 и Zn(NO3)2).
5. Композиция консерванта для древесины, характеризующаяся тем, что содержит:
0,1-30% мас. по отношению к общей массе консервирующей композиции модифицированного лигнина, полученного на стадиях а), b) и с) по способу по любому из пп. 1-4;
основание, выбранное из NaOH и КОН, и кислоту, выбранную из борной кислоты, уксусной кислоты, серной кислоты и соляной кислоты, для получения рН около 7; и
остальное - вода.
6. Способ консервации древесины, характеризующийся тем, что осуществляют пропитку древесины композицией консерванта для древесины по п. 5.
7. Консервированная древесина, характеризующаяся тем, что имеет твердость по Бринеллю по меньшей мере на 40% больше, чем у необработанной древесины, потерей массы при испытании на огнестойкость при прямом воздействии по меньшей мере на четыре процентные точки ниже, чем у необработанной древесины, и потерей массы из-за воздействия грибка Trametes versicolour, измеренной согласно стандарту ASTM D2017-94, которая по меньшей мере на 75% ниже, чем потеря массы необработанной древесины, получаемая способом по п. 6.
8. Консервированная древесина по п. 7 для использования вне помещения.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ESP201830613 | 2018-06-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020142114A RU2020142114A (ru) | 2022-06-21 |
| RU2812711C2 true RU2812711C2 (ru) | 2024-02-01 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5246739A (en) * | 1992-01-24 | 1993-09-21 | Lignotech Usa, Inc. | Method for the treatment of wood with metal-lignin salts |
| EP1034903A4 (en) * | 1997-11-26 | 2005-10-12 | Sds Biotech Corp | METHOD FOR TREATING WOOD WITH METALIC TREATMENT AGENT, AND TREATED WOOD TREATED BY THIS METHOD |
| RU2411119C2 (ru) * | 2005-01-04 | 2011-02-10 | Ой Гранула Аб Лтд | Способ обработки древесины |
| WO2015105751A1 (en) * | 2014-01-07 | 2015-07-16 | Liquid Lignin Company, Llc | Wood preservatives and methods for treating wood |
| RU2559111C2 (ru) * | 2010-01-04 | 2015-08-10 | Басф Се | Состав и его применение |
| RU2621798C2 (ru) * | 2011-09-09 | 2017-06-07 | Эвертри | Белоксодержащие адгезивы и их получение и применение |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5246739A (en) * | 1992-01-24 | 1993-09-21 | Lignotech Usa, Inc. | Method for the treatment of wood with metal-lignin salts |
| EP1034903A4 (en) * | 1997-11-26 | 2005-10-12 | Sds Biotech Corp | METHOD FOR TREATING WOOD WITH METALIC TREATMENT AGENT, AND TREATED WOOD TREATED BY THIS METHOD |
| RU2411119C2 (ru) * | 2005-01-04 | 2011-02-10 | Ой Гранула Аб Лтд | Способ обработки древесины |
| RU2559111C2 (ru) * | 2010-01-04 | 2015-08-10 | Басф Се | Состав и его применение |
| RU2621798C2 (ru) * | 2011-09-09 | 2017-06-07 | Эвертри | Белоксодержащие адгезивы и их получение и применение |
| WO2015105751A1 (en) * | 2014-01-07 | 2015-07-16 | Liquid Lignin Company, Llc | Wood preservatives and methods for treating wood |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATRICIA S. B. DOS SANTOS, ARACELI GARCΙA, PEDRO H. G. DE CADEMARTORI, et al. "Study of the use of organosolv lignin as bio-preservative of wood", Conference Paper, July 2012, pages 2-12, табл. 7, URL: file:///C:/Users/tasch/Downloads/IUFRO2012.pdf. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| González-Laredo et al. | Wood preservation using natural products | |
| Singh et al. | A review on natural products as wood protectant | |
| ÖZGENÇ et al. | Wood surface protection against artificial weathering with vegetable seed oils | |
| Shukla et al. | Pressure treatment of rubberwood (Heavea brasiliensis) with waterborne micronized copper azole: Effects on retention, copper leaching, decay resistance and mechanical properties | |
| Darmawan et al. | Radial variation in selected wood properties of Indonesian merkusii pine | |
| Lyon et al. | Effect of an oil heat treatment on the leachability and biological resistance of boric acid impregnated wood | |
| Sivrikaya et al. | Weathering performance of wood treated with copper azole and water repellents | |
| Baar et al. | Effect of hemp oil impregnation and thermal modification on European beech wood properties | |
| Liibert et al. | The fixation of new alternative wood protection systems by means of oil treatment | |
| Candelier et al. | Anti-fungal and anti-termite activity of extractives compounds from thermally modified ash woods | |
| Demirel et al. | Micro-distribution, water absorption, and dimensional stability of wood treated with epoxidized plant oils | |
| RU2812711C2 (ru) | Композиция консерванта для древесины на основе модифицированного лигнина | |
| Feraydoni et al. | Effect of walnut heartwood extractives, acid copper chromate, and boric acid on white-rot decay resistance of treated beech sapwood | |
| Baharuddin et al. | Effect of preservative treatment on physical and mechanical properties of bamboo (Gigantochloa scortechinii) strips | |
| Goktas et al. | Decay resistance and color stability of wood treated with Juglans regia extract | |
| Degirmentepe et al. | Some properties of turkish sweetgum balsam (Styrax liquidus) impregnated oriental beech wood. Part II: decay resistance, mechanical, and thermal properties | |
| Nayeri et al. | Decay resistance of wood impregnated with monoethanolamine and sodium bisulfite pulping black liquors | |
| US20210251222A1 (en) | Preservative composition for wood based on modified lignin | |
| Schauwecker et al. | Performance of wood treated with prospective organic surface protectants upon outdoor exposure: FTIR spectroscopic analysis of weathered surfaces | |
| Hashemi et al. | Effect of boric acid treatment on decay resistance and mechanical properties of poplar wood | |
| Bernardi et al. | Durability of Pinus elliottii wood impregnated with Quebracho Colorado (Schinopsis balansae) bio-protectives extracts and CCA | |
| Stefanowski et al. | Properties of LIGNIA modified wood | |
| Can et al. | The combined effects of copper and oil treatment onwood chemical properties | |
| Humar et al. | Upgrading of spruce wood with ethanolamine treatment | |
| Lyon et al. | Resistance to decay fungi of ammonium borate oleate treated wood |