Способ определения оптимального содержания компонентов состава вещества для биозащиты строительных изделий и конструкций и огне- и биозащиты древесных материалов и вещество с оптимально подобранным соотношением компонентов

Способ определения оптимального содержания компонентов состава вещества для биозащиты строительных изделий и конструкций и огне- и биозащиты древесных материалов и вещество с оптимально подобранным соотношением компонентов

Реферат

Изобретение относится к области био- и огнезащиты объектов и предназначено для предотвращения возникновения и развития биологических повреждений и повышения огнестойкости, в частности строительных изделий и конструкций.

Известны вещества для био- и огнезащиты материалов, содержащих сочетания различных взаимосвязанных компонентов, например, в виде изобретений, защищенных охранными документами РФ №№390036, 2011512 и 2061589.

Известно также вещество для био- и огнезащиты материалов, став которого представляет собой смесь компонентов крахмала, ортофосфорной кислоты, амилового спирта, диметилфосфита, диметилформамида, малеиновой кислоты, этиленгликоля и воды [Патент РФ №2254228, МПК В27К З/52, 13.11.2003 г. - ближайший аналог].

Недостатком известных веществ является их неоптимизированный в достаточной степени состав в отношении использования наиболее рационального сочетания содержания, входящих в них компонентов, и в результате этого недостижение наиболее высоких значений биоцидных свойств и огнестойкости обрабатываемых объектов. Настоящим изобретением решается поставленная задача наиболее рациональной оптимизации содержания компонентов вещества для био- и огнезащиты материалов для достижения тем самым технического результата в отношении повышения биоцидных свойств и огнестойкости обрабатываемых объектов.

Указанный технический результат обеспечивают с помощью способа определения оптимального содержания компонентов состава вещества для биозащиты строительных изделий и конструкций и огне- и биозащиты древесных материалов, содержащего компонент C₁ - кислые эфиры фосфористых кислот, компонент С₂ - легкококсующиеся углеводные компоненты, компонент С₃ - активный газообразователь, компонент С₄ - гомогенизирующий и взаимосвязывающий компонент, в котором содержание (вес.%) компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот и компонента С₂ - легкококсующихся углеводных компонентов взаимосвязано соотношением

0,053≤(α₁C₁+α₂C₂)/C₁<2,1,

где α₁ - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от устойчивости к биоповреждению обрабатываемой поверхности объектов в пределах 0,051≤α₁≤1,3,

α₂ - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от огнестойкости обрабатываемой поверхности объектов в пределах 0,012≤α₂≤1,1, а содержание компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот, компонента C₂ - легкококсующихся углеводных компонентов и компонента С₃ - активного газообразователя взаимосвязано соотношением

0,62≤(α₁C₁+α₂C₂+βC₃)/C₁≤6,1,

где β - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от температуры активного разложения газообразователя в пределах 0,715≤β≤2,2, при этом содержание компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот, компонента C₂ - легкококсующихся углеводных компонентов, компонента С₃ - активного газообразователя и компонента С₄ - гомогенезирующего и взаимосвязывающего компонента в их суммарном количестве, не превышающем 100 вес.% взаимосвязано соотношением

1,7≤(α₁C₁+α₂C₂+βC₃+C₄)/(C₁+C₂)≤12,

где γ - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от заданной степени однородности вещества в пределах 0,93≤γ≤1,08,

и веществом для биозащиты строительных изделий и конструкций, и огне- и биозащиты древесных материалов с оптимально подобранным соотношением компонентов его состава согласно вышеописанному способу.

Вещество может содержать например в качестве компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот - диметилфосфит, или диэтилфосфит, или метилпропилфосфит, в качестве компонента С₂ - легкококсующихся углеводных компонентов - крахмал или лигнин, или их смесь, в качестве компонента С₃ - активного газообразователя - диамид адипиновой кислоты или диамид щавелевой кислоты, в качестве компонента С₄ - гомогенезирующего и взаимосвязывающего компонента - воду или метиловый или этиловый спирты.

Указанный технический результат обеспечивают также с помощью модификации вещества для био- и огнезащиты вышеуказанных объектов, в котором выбраны в качестве: компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот - диметилфосфит, в качестве компонента С₂ - легкококсующихся углеводных компонентов - крахмал и/или лигнин, в качестве компонента С₃ - активного газообразователя - амиды дикарбоновых кислот, в качестве компонента С₄ - гомогенезирующего и взаимосвязывающего компонента - вода.

При детальном описании предложенного вещества целесообразно охарактеризовать важнейшие его свойства и особенности изготовления, обеспечивающие достигаемый с его помощью технический результат. Описывать свойства и особенности предложенного вещества, известные из опубликованных источников, нет необходимости, а детально целесообразно остановиться только на его отличительных характеристиках.

Практика использования подтвердила, как было кратко охарактеризовано выше, что указанный технический результат может быть обеспечен, в частности, с помощью предложенного способа определения оптимального содержания компонентов вещества для био- и огнезащиты объектов, содержащего компонент C₁ - кислые эфиры фосфористых кислот, компонент С₂ - легкококсующиеся углеводные компоненты, компонент С₃ - активный газообразователь и компонент С₄ - гомогенезирующий и взаимосвязывающий компонент, в котором содержание (вес.%) компонента С₁ - кислых эфиров фосфористых кислот и компонента С₂ - легкококсующихся углеводных компонентов взаимосвязано соотношением

0,053≤(α₁C₁+β₂C₂)/C₁≤2,1,

где α₁ - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от устойчивости к биоповреждению обрабатываемой поверхности объектов в пределах 0,051≤α₁≤1,3, α₂ - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от огнестойкости обрабатываемой поверхности объектов в пределах 0,012≤α₂≤1,1.

Здесь целесообразно отметить, что концепция формирования состава заявляемого вещества основана на том, что сначала подбирают соотношение главных компонентов, определяющих основные свойства вещества в отношении повышения биоцидных свойств и огнестойкости обрабатываемых объектов, а затем и в зависимости от выбора главных компонентов уточняется содержание активного газообразователя и затем гомогенезирующего и взаимосвязывающего компонентов. Таким образом, для оптимизации состава вещества содержание каждого нового компонента в веществе выбирают с учетом и в зависимости от фактического или задаваемого содержания предшествующих компонентов. В связи с этим содержание компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот, компонента С₂ - легкококсующихся углеводных компонентов и компонента С₃ - активного газообразователя взаимосвязано соотношением

0,62≤(α₁C₁+α₂C₂+βC₃)/C₁≤6,1,

где β - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от температуры активного разложения газообразователя в пределах 0,71≤β≤2,2, а содержание компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот, компонента С₂ - легкококсующихся углеводных компонентов, компонента С₃ - активного газообразователя и компонента C₄ - гомогенезирующего и взаимосвязывающего компонента в их суммарном количестве, не превышающем 100 вес.% взаимосвязано соотношением

1,7≤(α₁C₁+α₂C₂+βC₃-γС₄)/(C₁+C₂)≤12,

где γ - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от заданной степени однородности вещества в пределах 0,93≤γ≤1,08.

Таким образом может быть сформирован ряд модификаций вещества для био- и огнезащиты объектов, например, могут быть выбраны в качестве: компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот - диметилфосфит, компонента С₂ - легкококсующихся углеводных компонентов - крахмал и/или лигнин, компонента С₃ - активного газообразователя - амиды дикарбоновых кислот, компонента С₄ - гомогенезирующего и взаимосвязывающего компонента - вода. Однако указанные соединения, конкретизирующие выбор основных компонентов предложенного вещества, а именно: кислых эфиров фосфористых кислот, легкококсующихся углеводных компонентов, активного газообразователя и гомогенезирующего и взаимосвязывающего компонентов, могут выбраны и другими, в связи с чем в основном пункте формулы изобретения указаны их более общие названия.

Предложенное вещество для био- и огнезащиты объектов можно изготовить путем выбора любых значений параметров в пределах испрошенных притязаний, отраженных в формуле изобретения, и гомогенного смешения выбранных компонентов, а использование его возможно путем применения любых известных методов нанесения, например, жидких препаратов на поверхности обрабатываемых объектов. Высокую гомогенность распределения в веществе компонентов целесообразно поддерживать любыми известными методами не более 1-5%, что означает его гомогенизацию до уровня, когда возможность отклонения содержания любого из компонентов в любой точке объема вещества не превышает отклонения в указанных пределах от усредненного значения содержания этого компонента в веществе. Учитывая использование ряда аналитических соотношений следует отметить, что испрошенные притязания распространяются и для практической реализации выбирают их значения из множеств, удовлетворяющих аналитические соотношения значений параметров в заявленных пределах, только реально применимые и технически допустимые, исключая отрицательные и другие практически невоспроизводимые или абсурдные, например, в виде комплексных или трансцендентных чисел, которые естественно исключаются из правовой охраны.

При практическом изготовлении и использовании вещества для био- и огнезащиты объектов целесообразно принимать во внимание следующие аспекты, учитывая, в частности, тенденции прогрессирующего роста биодеструкции строительных конструкций зданий и сооружений, ее влиянии на экологию городской среды, трудности борьбы с ней. Предложенное вещество предотвращает развитие биофлоры на обрабатываемой поверхности в зависимости от внешних условий, способствующих ее возникновению (биопоражаемости). По механизму своего воздействия на микроорганизмы и возможностям повышения огнезащиты материалов, содержащих, например, целлюлозу, предложенный состав является веществом нового поколения. Он может использоваться для защиты от биологической коррозии бетона, кирпича, белого камня, древесины и др. Разработанный состав, в частности, обладает биоцидным и фунгицидным действием. При обработке поверхности конструкций, на которых находятся споры или гифы любых плесневых, разрушающих грибов, мха, лишайника, происходит полное разрушение (лизинг) микроорганизмов. При обработке этим составом конструкций из новых материалов не происходит их заражения микроорганизмами.

Например, бетон, кирпич, белый камень являются неорганическими материалами, а древесина же является природным горючим полимером. Поэтому предложенное вещество в соответствии с заявленными модификациями может быть сформировано преимущественно для защиты от биоповреждений и огнезащиты древесных материалов, или преимущественно для защиты от биоповреждений новых или старых материалов из бетона, кирпича и белого камня. Грибостойкость обработанных предложенным веществом материалов при ускоренных испытаниях по ГОСТ 9.050 - оказалась наивысшая. Фунгицидность при ускоренных испытаниях по ГОСТ 9.048 - также наивысшая. Испытания в натурных условиях показали, что предложенное вещество уничтожает и грамположительные бактерии.

Предложенное вещество при поверхностной обработке древесины, конструкций из нее, фанеры, древопластиков с расходом 300-350 г/м² придает следующие свойства обработанным материалам. Защищенность от распространения пламени является важнейшей характеристикой материала для зданий и сооружений из деревянных конструкций. Испытания образцов древесины, защищенной веществом, по ГОСТ 121.044-89 п.4-19 показало, что среднее значение индекса распространения пламени составляет 7,3, т.е., в отличие от незащищенной древесины, материал стал относится к медленно распространяющим пламя по поверхности. Разработка рецептуры и испытания производились совместно с АНО «Обеспечение пожарной безопасности» и АГПС МЧС России.

Долговечность защитного действия предложенного вещества на обработанных объектах подтверждена климатическими испытаниями. Проверялось предложенное вещество для придания биоцидности и фунгицидности конструкциям из бетона, кирпича, белого камня с расходом 250-350 г/м² на их поверхности и температуре воздуха при нанесении 10-25°С. При ремонте фасадов зданий на поверхность конструкций, обрабатываемых предложенным составом, можно наносить отделочные лакокрасочные составы как на водной, так и на органической основе. Исследования влияния климатических факторов на долговечность таких композиционных покрытий (предложенный состав, затем лакокрасочное покрытие) по бетонному основанию и кирпичу по ГОСТ 90401-91 показало, что образцы выдержали более 90 циклов, что соответствует не менее 10 годам эксплуатации. Испытания проводились лабораториями НИИ Мосстроя. Разработанные некоторые модификации предложенного вещества имеют сертификат соответствия №75РОСС RU. KK01.0000 и санитарно-эпидемиологическое заключение №77.01.03.243.Т. 18259.06.09.

Предложенный состав прошел успешную апробацию на объектах Свято-Троицкой Сергиевой Лавры (подклет Трапезного храма, крипта Троицкого собора) и при защите строительных конструкций Сетуньских палат Новодевичьего монастыря. При обработке пораженных конструкций наблюдалось быстрое уничтожение плесневых образований. Последующий микологический анализ показал отсутствие биоразрушителей на обработанных поверхностях строительных конструкций. Таким образом, применение разработанного состава устраняет те проблемы, с которыми сегодня приходится сталкиваться производителям реставрационных работ, эмоционально выраженные участниками реставрации Пашкова дома: «С грибком боролись целый год. Эти работы адовые» (газета «Известия» 26.07.2004, с.8).

Биологические поражения конструкций и изделий наблюдаются как в старых, так и в новых постройках. Поэтому риск возникновения и развития биологических повреждений должен быть исключен на самой ранней стадии строительства и предусмотрен при проектировании строительных изделий и конструкций. Технологическая простота, высокая эффективность биологической защиты широкого круга материалов, ее долговечность и низкая стоимость (в несколько раз ниже зарубежных и наиболее удачных отечественных антисептиков) позволяют широко применять разработанный состав для защиты объектов строительного комплекса города от прогрессирующей биологической деструкции и способствовать созданию здоровой среды жизнедеятельности его населения.

Достигаемый технический результат, как показали данные экспериментов, может быть реализован только взаимосвязанной совокупностью всех существенных признаков заявленного объекта, отраженных в формуле изобретения. Для доказательства достижения технического результата в дополнение к вышеизложенному и в качестве дополнительных сведений, подтверждающих возможность осуществления изобретения, целесообразно привести примеры практического выполнения вещества, при описании которых нецелесообразно многократно излагать информацию, общую для каждого из примеров и уже трижды с разной степенью подробности отраженную в формуле и описании изобретения. Целесообразно привести только количественную информацию, отличающую один пример от другого, которая для удобства сведена в таблицу.

При сопоставлении ближайшего из аналогов и экспериментальных примеров использования предложенного вещества с оптимально подобранным соотношением компонентов согласно вышеописанному способу оказалось практически целесообразным использовать в качестве параметров, характеризующих достигаемый технический результат, например, параметр D₁, определяемый как коэффициент уменьшения содержания вредных биокультур на единице поверхности обработанных объектов под воздействием дозированного количества предложенного вещества по сравнению с содержанием вредных биокультур на единице поверхности обработанных объектов при использовании при аналогичных условиях вещества по ближайшему из аналогов, а также параметр D₂, определяемый как отношение огнестойкости единицы поверхности обработанных объектов под воздействием дозированного количества предложенного вещества к огнестойкости единицы поверхности обработанных объектов при использовании при аналогичных условиях вещества по ближайшему из аналогов. Как следует из таблицы, в оптимальном варианте (пример 3 таблицы) достигалось наиболее высокое значение указанного выше результата: D₁=1,9 и D₂=1,7. Заявленные существенные признаки, нижние (пример 1) и верхние (пример 2) значения их пределов и приведенных аналитических соотношений были получены на основе статистической обработки результатов экспериментальных исследований, анализа и обобщения их и известных из опубликованных источников данных, взаимосвязанных условиями достижения указанного в заявке технического результата, а также с использованием изобретательской интуиции, исходя из условия приближения параметров D₁ и D₂ к 1. Остальные примеры таблицы отражают произвольные варианты осуществления заявленного объекта при нахождении значений параметров, характеризующих их существенные признаки, внутри пределов, отраженных в формуле изобретения.

Кроме указанного выше технического результата практическая реализация заявленного объекта позволяет существенно расширить возможности его использования применительно к различным материалам и приводит, например, к увеличению долговечности конструкций и т.п.

Примеры соотношения компонентов некоторых составов в с/о
C1	C2	С3	С4	α1	α2	β	γ	Уравнение связи компонентов состава
10	2			0,051	0,012			0,05≤(α1C1+α2С2)γ/C1≤2,1
								0,053
15	7,2			1,1	1,04			1,6
25	8,2			0,8	0,91			1,1
10	2	7,9		0,051	0,012	0,71		0,62≤(α1C1+α2C2+βС3)/С1≤6,1
25	8,2	47		0,8	0,91	0,8		0,62
								2,6
10	2	7,9	15,46					1,7≤(α1C1+α2C2+βС3+γС4)/(С1+С2)≤12
				0,051	0,012	0,71	0,93	1,7

1. Способ определения оптимального содержания компонентов состава вещества для биозащиты строительных изделий и конструкций и огне- и биозащиты древесных материалов, содержащего компонент C₁ - кислые эфиры фосфористых кислот, компонент С₂ - легкокосующиеся углеводные компоненты, компонент С₃ - активный газообразователь, компонент С₄ - гомогенизирующий и взаимосвязывающий компонент, в котором содержание (вес.%) компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот и компонента С₂ - легкокосующихся углеводных компонентов взаимосвязано соотношением

0,053≤(α₁C₁+α₂C₂)/C₁≤2,1,

где α₁ - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от устойчивости к биоповреждению обрабатываемой поверхности объектов в пределах 0,051≤α₁≤1,3,

α₂ - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от огнестойкости обрабатываемой поверхности объектов в пределах 0,012≤α₂≤1,1, а содержание компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот, компонента C₂ - легкокосующихся углеводных компонентов и компонента С₃ - активного газообразователя взаимосвязано соотношением

0,62≤(α₁C₁+α₂C₂+βC₃)/C₁≤6,1,

где β - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от температуры активного разложения газообразователя в пределах 0,715≤β≤2,2, при этом содержание компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот, компонента С₂ - легкокосующихся углеводных компонентов, компонента С₃ - активного газообразователя и компонента C₄ - гомогенезирующего и взаимосвязывающего компонента в их суммарном количестве, не превышающем 100 вес.% выбрано из соотношения

1,7≤(α₁C₁+α₂C₂+βC₃+C₄)/(C₁+C₂)<12,

где γ - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от заданной степени однородности вещества в пределах 0,93≤γ≤1,08.

2. Вещество для биозащиты строительных изделий и конструкций и огне- и биозащиты древесных материалов с оптимально подобранным соотношением компонентов его состава согласно способу по п.1.

3. Вещество по п.2, отличающееся тем, что в качестве компонента C₁ - кислых эфиров фосфористых кислот содержит диметилфосфит, в качестве компонента С₂ - легкокосующихся углеводных компонентов содержит крахмал и/или лигнин, в качестве компонента С₃ - активного газообразователя - амиды дикарбоновых кислот, в качестве компонента C₄ - гомогенезирующего и взаимосвязывающего компонента содержит воду.