Экологически безопасный способ обработки древесины

Экологически безопасный способ обработки древесины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к экологически безопасному способу обработки древесины.

Уровень техники

Деревянные продукты широко используют во множестве применений, включая строительство и мебель. Так как древесина является возобновляемым источником, крайне желательно ее более широкое использование при строительстве зданий и в других применениях. Однако при использовании древесных материалов в строительстве и для наружных применений большой проблемой является присущая им способность к биологическому разложению и низкая огнестойкость. Чтобы предотвратить разложение древесины из-за гниения, грибков и насекомых и/или сделать ее более устойчивой к огню, в деревообрабатывающей промышленности древесину обрабатывают различными химическими веществами. Обычно в качестве антисептиков для древесины используют различные биоциды и пестициды, такие как соли на основе меди (например, хромированный арсенат меди (ХАМ)), соли борной кислоты, каменноугольный креозот и т.п. Подобным образом, обычно используемые в настоящее время различные огнезащитные средства основаны на бромированных соединениях или солях фосфорной кислоты. Однако все эти соединения могут, если они выщелачиваются из древесины, оказывать негативное воздействие на окружающую среду.

По этой причине новые средства защиты древесины притягивали внимание исследователей в течение последних десятилетий. Кремний является одним из наиболее распространенных в природе элементов, и, являясь по своей сути экологически безопасным веществом, он завоевал популярность во многих применениях. По этой причине была широко изучена обработка древесины силикатами щелочных металлов. Огнезащитные свойства древесины, обработанной силикатами щелочных металлов, были известны с 19-го века (см., например, патент US 63618). В течение последних двух десятилетий также было проведено несколько исследований свойств силикатов щелочных металлов в качестве антисептика для древесины, защищающего от распространения грибков (для обзора см. Mai С. and Militz, 2004, Modification of wood with silicon compounds, inorganic silicon compounds and sol gel systems: a review, Wood Sci. Technol., 37, pp.339-348). Однако большую проблему при использовании силикатов щелочных металлов в качестве антисептиков для древесины составляла их растворимость в воде. В частности, силикат натрия (обычно известный как жидкое стекло) сильно растворяется в воде. При воздействии внешних явлений, таких как дождь, или при помещении в воду силикат натрия растворяется и выщелачивается из обработанной древесины.

Современные исследования в данной области поэтому были направлены на решение проблемы выщелачивания. Средство сделать силикат натрия нерастворимым состояло в полимеризации мономеров силиката натрия в длинные полимерные цепи. Эта реакция легко протекает, когда подкисляют растворы силиката натрия. Было разработано несколько способов, в которых древесину сперва обрабатывали силикатом натрия, а затем подвергали воздействию кислого раствора (см., например, Furuno Т. and Y. Imamura, 1998, Combinations of wood and silicate, Part 6. Biological resistance of wood-mineral composites using water glass-boron compound systems, Wood Sci. Technol., 23, pp.161-170; патенты US 1900212, 4612050, 5205874). Другой способ состоял в способствовании образованию комплексов мономеров силиката натрия и многовалентных ионов. В частности, использовали соли борной кислоты, алюминий, кальций и магний. Аналогично случаю с кислыми растворами, применяли двухстадийный подход, в котором древесные материалы сперва подвергали воздействию силикатного раствора, а затем обработке раствором, содержащим комплексное связующее (см., например, патент US 3974318, заявку на патент US 2005/0129861 А1).

Однако, даже несмотря на то, что свойства силиката натрия в качестве антисептика для древесины были давно известны, более широкое признание в промышленности не было достигнуто. Основная причина состоит в высокой стоимости, связанной с многостадийными нанесениями. В широкомасштабных промышленных нанесениях, таких как пропитка древесины способом вакуум-давление, стоимость способа необходимо поддерживать на минимальном уровне. Описанный выше двухстадийный способ поэтому является сложным и неэкономичным способом, так как древесину необходимо высушить между двумя стадиями, что дорого.

Было выполнено несколько исследований, чтобы решить эту проблему. Например, в патенте US 7297411 описывают способ, в котором древесные материалы обрабатывают силикатом натрия, затем древесину сушат при повышенной температуре, чтобы сделать силикат натрия нерастворимым. Однако при использовании этого способа требуются очень высокие температуры (более 200°С), чтобы сделать весь силикат натрия нерастворимым, что делает данный способ дорогим и энергозатратным. В международной патентной заявке WO 02/078865 описывают способ, в котором борную кислоту и силикат натрия смешивают в одном растворе. По изобретению количество борной кислоты, добавляемое к силикату натрия, устанавливают на уровне, при котором состав имеет длительный срок хранения (не образует гель или осадок), но начинает полимеризацию, когда обработанную древесину сушат.

Однако борная кислота является биоцидом и, таким образом, вредит экосистеме. Поэтому использование нетоксичных органических кислот (как, например, лимонная кислота, винная кислота и т.п.) для того, чтобы сделать нерастворимым силикат щелочного металла, было бы намного более экологически безопасным решением. Согласно патенту US 4612050 силикат натрия, лимонную кислоту и глину смешивают в одном растворе. Количество лимонной кислоты, добавляемой к силикату натрия, устанавливали на том уровне, при котором сохраняется состав при условии, описанном как условие начального гелеобразования. Когда раствор наносят на древесину, часть силиката натрия полимеризуется и, таким образом, становится нерастворимой. Однако, несмотря на то, что некоторая часть силиката натрия в обработанной древесине становится нерастворимой после обработки этим раствором, большая часть силиката натрия все еще является растворимой и может быть вымыта под воздействием воды.

Как описано в данном документе, существует множество способов решения технической проблемы, связанной с растворимостью в воде силикатов щелочных металлов. Однако все еще отсутствует промышленно целесообразный, полностью экологически безопасный способ применения силиката натрия в качестве антисептика для древесины. Все еще существует потребность в промышленном способе использования антисептика для древесины, содержащего силикат натрия, который придает древесному материалу хорошую стойкость к воде, а также в способе, в котором антисептик для древесины не выщелачивается из обработанной древесины.

Цель изобретения

Изобретение относится к новому экологически безопасному, промышленно целесообразному способу обработки древесины и к древесным материалам, обработанным с помощью данного способа.

В частности, изобретение относится к способу обработки древесины, который является промышленно целесообразным и полностью экологически безопасным, и при этом антисептик для древесины не выщелачивается из обработанной древесины.

Древесина, обработанная с помощью способа по изобретению, также отличается тем, что обладает свойствами стойкости к воздействию термитов, грибков и огня.

Сущность изобретения

В настоящем изобретении описывают способ обработки древесины для улучшения огнезащитных свойств, а также стойкости к гниению, грибкам, плесени и насекомым древесного материала. Способ обработки древесины по изобретению включает стадии:

а) предоставления древесного материала и предоставление состава на водной основе, который является устойчивым при комнатной температуре или при температурах от 15 до 35°С, и

б) предоставления состава на водной основе по изобретению, который по существу состоит из силиката щелочного металла, воды и понижающего растворимость агента, который выбирают из органической кислоты, неорганической кислоты или неорганического многовалентного иона, добавляемого в количестве, более низком, чем количество понижающего растворимость агента, необходимое для того, чтобы состав достиг точки гелеобразования, и

в) нанесения состава на водной основе на древесный материал, и

г) сушки древесного материала, обработанного указанным составом на водной основе при любой данной температуре для удаления избытка воды, и

д) отверждения высушенного древесного материала при повышенной температуре для понижения растворимости силиката щелочного металла.

В другом воплощении настоящего изобретения описывают способ обработки древесины для улучшения огнезащитных свойств, а также стойкости к гниению, грибкам, плесени и насекомым древесного материала. Способ обработки древесины по изобретению включает стадии:

Способ пропитки под давлением для обработки древесных материалов для улучшения огнезащитных свойств, а также стойкости к гниению, грибкам, плесени и насекомым древесного материала, в котором древесный материал обрабатывают составом на водной основе, включающий стадии:

а) предоставления древесного материала, помещение древесного материала внутрь сосуда пропитки способом вакуум-давление,

б) предоставления состава на водной основе, который является устойчивым при комнатной температуре или при температурах от 15 до 35°С и по существу состоит из:

- силиката щелочного металла,

- воды,

- понижающего растворимость агента, который выбирают из органической кислоты, неорганической кислоты или неорганического многовалентного иона, добавляемого в количестве, более низком, чем количество понижающего растворимость агента, необходимое для того, чтобы состав достиг точки гелеобразования, и

в) нанесения состава на водной основе на древесный материал путем добавления указанного состава на водной основе в сосуд пропитки под давлением, и

г) подвергания указанного сосуда пропитки и его содержимого воздействию более чем 90%-ного вакуума в течение 10-40 минут,

д) подвергания указанного сосуда пропитки и его содержимого воздействию давления от 600 кПа до 1,6 МПа (от 6 до 16 бар) в течение промежутка времени от 20 минут до 12 часов,

е) подвергания указанного сосуда пропитки и его содержимого воздействию более чем 90%-ного вакуума в течение 10-40 минут,

ж) сушки древесного материала, обработанного указанным составом на водной основе, при любой данной температуре для удаления избытка воды, и

з) отверждения высушенного древесного материала при повышенной температуре для понижения растворимости силиката щелочного металла.

Дополнительные воплощения

Воплощения изобретения дополнительно включают возможные сочетания нижеуказанного:

Способ обработки древесины, в котором массовая процентная доля силиката щелочного металла по отношению к общей массовой процентной доле состава на водной основе может составлять от 1 мас.% до 50 мас.%, более предпочтительно от 5 мас.% до 30 мас.% и наиболее предпочтительно от 10 мас.% до 20 мас.%.

Способ обработки древесины, в котором молярное отношение щелочного металла, например натрия или калия, к силикату ( M + : S i O 4 4 − ) в составе на водной основе находится в диапазоне от 0,1:1 до 2:1, более предпочтительно от 0,5:1 до 0,8:1 или наиболее предпочтительно молярное отношение составляет 0,6:1 (что соответствует массовому отношению SiO₂ к Na₂O, составляющему 3,22).

Способ обработки древесины, в котором понижающий растворимость агент является органической кислотой с молекулярной массой, составляющей, например, от 40 до 500 г/моль или от 40 до 300 г/моль.

Способ обработки древесины, в котором понижающий растворимость агент является органической кислотой, выбранной из уксусной кислоты, миндальной кислоты, лимонной кислоты, винной кислоты, аспарагиновой кислоты, глютаминовой кислоты, муравьиной кислоты, пропионовой кислоты, масляной кислоты, валериановой кислоты, щавелевой кислоты, малеиновой кислоты, янтарной кислоты или глутаровой кислоты, метансульфоновой кислоты (или мезиловой кислоты, CH₃SO₃H), этансульфоновой кислоты (или эзиловой кислоты, CH₃CH₂SO₃H), бензолсульфоновой кислоты (или безиловой кислоты, C₆H₅SO₃H), п-толуолсульфоновой кислоты (или тозиловой кислоты, CH₃C₆H₄SO₃H) или трифторметансульфоновой кислоты (или трифлатной кислоты, CF₃SO₃H).

Способ обработки древесины, в котором понижающий растворимость агент является неорганической кислотой, например минеральной кислотой, выбранной из любого из галогенидов водорода: соляной кислоты (HCl), бромистоводородной кислоты (HBr), йодистоводородной кислоты (Hl), или из оксокислот галогенов: хлорноватистой кислоты, хлорноватой кислоты, хлорной кислоты, йодной кислоты и соответствующих соединений брома и йода, или из любой из таких кислот, как серная кислота (H₂SO₄), фторсерная кислота, азотная кислота (HNO₃), фосфорная кислота (H₃PO₄), фторсурьмяная кислота, фторборная кислота, гексафторфосфорная кислота, хромовая кислота (H₂CrO₄) или борная кислота (H₃BO₃).

Способ обработки древесины, в котором понижающий растворимость агент является неорганическим многовалентным ионом, выбранным из Al³⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Са²⁺, Ва²⁺, или с противоионами CaCl₂, MgCl₂, FeCl₂, или их сочетаниями.

Способ обработки древесины, в котором древесные материалы выбирают из ели, сосны, березы, дуба, красного дерева, кедра или композиционных материалов, таких как клееная фанера, древесно-волокнистые плиты, ДСП, или материалов на целлюлозной основе, таких как картон, гофрированный картон, гипсокартон, специальной бумаги или бумажного литья. Способ обработки древесины, в котором понижающий растворимость агент является органической кислотой и силикат щелочного металла является силикатом натрия.

Способ обработки древесины, в котором понижающий растворимость агент является органической кислотой и подходящие молярные отношения органической кислоты к силикату натрия могут составлять от 1:18 до 1:100.

Способ обработки древесины, в котором понижающий растворимость агент является органической кислотой и подходящие молярные отношения органической кислоты к силикату натрия могут составлять от 1:18 до 1:100, и силикат натрия имеет молярное отношение Na⁺ к S i O 4 4 − , составляющее 0,6:1, и указанный состав имеет рН выше 11.

Способ обработки древесины, в котором используемое количество понижающего растворимость агента по меньшей мере на 10 мас.% ниже, чем количество понижающего растворимость агента, необходимое для достижения составом на водной основе точки гелеобразования.

Способ обработки древесины, в котором используемое в составе на водной основе количество понижающего растворимость агента выбирают или устанавливают в зависимости от кислотности подлежащего обработке древесного материала, при этом при более высокой кислотности древесного материала требуется меньшее количество понижающего растворимость агента в составе.

Способ обработки древесины, в котором древесный материал после стадии сушки имеет степень высушивания 70% или более до поступления на стадию отверждения при обработке древесины.

Способ обработки древесины, в котором устойчивый состав является составом, который имеет срок хранения более 1 месяца при комнатной температуре или ниже или при температурах от 15 до 35°С.

Способ обработки древесины, в котором стадию сушки выполняют при комнатной температуре или ниже, или при немного повышенной температуре, такой как 15-70°С, особенно при 20-50°С.

Способ обработки древесины, в котором стадию отверждения выполняют при температуре 40°С или более, или от 50°С до 250°С, или в диапазоне от 70°С до 120°С, или в диапазоне от 75°С до 100°С.

Способ обработки древесины, в котором стадию отверждения выполняют в течение 10-60 минут.

Способ обработки древесины, в котором состав на водной основе наносят на древесный материал путем вымачивания в составе или погружения древесины в состав, опрыскивания, нанесения состава кистью или щеткой на древесные поверхности или пропитки древесного материала составом с применением вакуума и/или давления согласно обычным правилам пропитки с применением способа вакуум-давление.

Способ обработки древесины, в котором состав на водной основе также включает смачивающий агент в концентрации от 0,05 мас.% до 5 мас.% и/или модификатор реологических свойств в концентрации от 0,05 мас.% до 5 мас.%.

Древесный материал с улучшенным огнезащитными свойствами, а также улучшенной стойкостью к гниению, грибкам, плесени и насекомым, обработанный способом по изобретению.

Способ по изобретению, в котором состав на водной основе имеет более высокую вязкость, чем вода.

Способ по изобретению, в котором указанный сосуд для пропитки и его содержимое подвергают воздействию давления менее 10 кПа (0,1 атм).

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показана диаграмма, на которой изображена температура отверждения и остающийся после повторного растворения продукт для различных неорганических понижающих растворимость агентов или понижающих растворимость агентов на основе многовалентных ионов.

На Фиг.2 показана диаграмма, на которой изображена концентрация и остающийся после повторного растворения продукт.

На Фиг.3 показана диаграмма, на которой изображено влияние отверждения на выщелачивание.

На Фиг.4 показана диаграмма, на которой изображена температура отверждения и остающийся после повторного растворения продукт.

На Фиг.5 показана диаграмма, на которой изображена температура отверждения и выщелачивание.

На Фиг.6 показана диаграмма, на которой изображена температура отверждения и выщелачивание для различных составов.

На Фиг.7 показано влияние на остающийся продукт после повторного растворения составов на основе силиката калия по изобретению при различных температурах отверждения.

Подробное описание изобретения

Изобретение относится к новому экологически безопасному способу обработки древесных материалов и к древесным материалам, обработанным с помощью данного способа. В частности, изобретение относится к способу обработки древесины, в котором состав на водной основе, содержащий силикат щелочного металла и понижающий растворимость агент, применяют для обработки древесного материала полученным в одном реакторе составом.

Способ обработки древесины для обработки древесного материала, в котором древесный материал обрабатывают составом на водной основе для улучшения огнезащитных свойств, а также стойкости к гнили, грибкам, плесени и насекомым древесного материала, включающий стадии предоставления древесного материала и затем предоставления состава на водной основе с длительным сроком хранения, по существу состоящим из: силиката щелочного металла, воды и понижающего растворимость агента (выбранного из органической кислоты, неорганической кислоты или неорганического многовалентного иона). Для обеспечения того, чтобы состав на водной основе имел длительный срок хранения и был устойчивым (не образуя геля или осадка) в течение транспортировки, хранения и применения на фабрике, понижающий растворимость агент добавляют в меньшем количестве, чем количество понижающего растворимость агента, необходимое для начала гелеобразования силиката щелочного металла в составе на водной основе. Эта точка называется точкой гелеобразования.

При необходимости состав на водной основе по изобретению может содержать смачивающий агент и/или модификатор реологических свойств.

Состав на водной основе по изобретению наносят на древесный материал путем вымачивания в составе или погружения древесного материала в состав или путем опрыскивания, нанесения состава кистью или щеткой на древесные поверхности или пропитки древесного материала составом с применением вакуума и/или давления согласно обычным правилам пропитки с применением способа вакуум-давление, затем путем сушки обработанного древесного материала при любой данной температуре для удаления избытка воды, затем путем последней стадии, включающей отверждение обработанного древесного материала при повышенной температуре, для того, чтобы сделать нерастворимым силикат щелочного металла внутри или на поверхности обработанного древесного материала.

Древесные материалы, обработанные с помощью способа по изобретению, отличаются тем, что обладают свойствами стойкости к термитам, грибкам, плесени и огню. Силикат щелочного металла в композиции для обработки древесины в высокой степени нерастворим в воде после того, как он был нанесен на древесный материал с использованием способа обработки древесины по изобретению, и, таким образом, его трудно вымыть из древесины. Способ обработки древесины по изобретению придает древесине долговечные свойства стойкости к термитам, грибкам и огню, даже если обработанный материал используют вне помещения или во влажных средах. Водостойкость силикатов щелочных металлов, нанесенных на древесные материалы согласно способу по изобретению, является достаточно высокой, другими словами выщелачивание силикатов щелочных металлов из древесного материала является достаточно низким, так что древесные материалы сохраняют свои свойства стойкости к термитам, грибкам и огню, несмотря на то, что обработанный древесный материал подвергается воздействию воды или используется вне помещения. Древесные материалы, обработанные с использованием способа по изобретению, являются стойкими к разложению под воздействием гнили, грибков и термитов. Древесные материалы также устойчивы к огню и обладают свойствами против плесени.

Выщелачивание силикатов щелочных металлов из обработанного древесного материала вычисляют путем измерения количества силиката щелочного металла, которое удаляется, когда древесину подвергают воздействию воды. Это выполняют экспериментально путем взвешивания обработанного древесного материала до обработки, после обработки и после нахождения обработанного древесного материала в водяной ванне. Для вычисления используют следующую формулу (в которой М = масса):

Невыщелоченный силикат щелочного металла (%) = ((М _{древесины после выщелачивания} - М _{древесины до обработки})/(М _{древесины после обработки} - М _{древесины до обработки}))×100

М _{после обработки} = сухая масса древесного материала, обработанного с помощью способа по изобретению

М _{после выщелачивания} = сухая масса древесного материала, обработанного с помощью способа по изобретению после того, как он был подвергнут описанной выше процедуре выщелачивания

М _{до обработки} = сухая масса древесного материала до того, как он был обработан с помощью способа по изобретению

Невыщелоченный силикат щелочного металла (%) = количество силиката щелочного металла (%), которое остается в обработанном древесном материале после того, как он был подвергнут процедуре выщелачивания.

Всегда требуется, чтобы процентная доля невыщелоченного силиката щелочного металла была настолько большой, насколько это возможно. Высокие значения процентной доли невыщелоченного силиката щелочного металла означают, что силикат щелочного металла остается в обработанном древесном материале. Желательно, чтобы более 70% силикатов щелочных металлов оставалось в древесном материале (процентная доля невыщелоченного силиката щелочного металла выше 70%) после того, как он был подвергнут воздействию воды.

Состав на водной основе, используемый в способе по изобретению, обычно состоит из силиката щелочного металла и понижающего растворимость агента, который может усиливать полимеризацию силиката щелочного металла или другими способами делать его нерастворимым после нанесения на древесный материал. Понижающий растворимость агент способствует тому, чтобы сделать силикат щелочного металла нерастворимым и водостойким. Примерами подходящих силикатов щелочных металлов являются силикат натрия и силикат калия. Примерами понижающих растворимость агентов являются органические кислоты, неорганические кислоты и неорганические многовалентные ионы.

В следующем подробном описании изобретения и в соответствующих примерах объясняют способ по изобретению и его соответствующие материалы.

Подробное описание способа

Предоставление древесного материала

Подходящие древесные материалы могут представлять собой, но не ограничиваются перечисленным, плотную древесину, такую как ель, сосна, береза, дуб, красное дерево, кедр и другие, или композиционные материалы, такие как клееная фанера, древесно-волокнистые плиты, ДСП или другие композиционные материалы. По изобретению полученные из древесины материалы, такие как материалы на целлюлозной основе, например картон, гофрированный картон, гипсокартон, специальная бумага, например фильтровальная бумага или типографская бумага, бумажное литье или другие материалы на основе целлюлозы, также определяют как древесные материалы и их также можно обрабатывать данным составом.

Состав на водной основе

Способ обработки древесины по изобретению включает предварительное изготовление состава на водной основе или композиции, изготовленной путем смешивания силиката щелочного металла, воды и понижающего растворимость агента в однородный раствор на водной основе. Состав на водной основе может, при необходимости, также содержать смачивающий агент и модификатор реологических свойств. Отношение понижающего растворимость агента к силикату щелочного металла в композиции может находиться только в узком определенном диапазоне, и количество понижающего растворимость агента, добавляемого в раствор, должно быть ниже, чем количество, требуемое для начала гелеобразования силиката щелочного металла. Количество понижающего растворимость агента должно быть достаточным для усиления гелеобразования силиката щелочного металла после того, как древесный материал был обработан раствором, но не настолько большим, чтобы процесс гелеобразования начался до нанесения состава на водной основе на древесный материал. Путем тщательного выбора отношения понижающего растворимость агента к силикату щелочного металла можно получить состав с длительным сроком хранения, который становится нерастворимым после обработки им древесных материалов, последующей сушки и отверждения древесины.

Силикаты щелочных металлов

Массовая доля силиката щелочного металла по отношению к общей массе состава на водной основе может составлять от 1 мас.% до 50 мас.%, более предпочтительно от 10 мас.% до 40 мас.% и наиболее предпочтительно от 10 мас.% до 25 мас.%. Примерами подходящих силикатов щелочных металлов являются силикат калия и силикат натрия. По экономическим соображениям силикат натрия является предпочтительным выбором для состава.

Силикат натрия с общей формулой X N a + S i O 4 4 − является предпочтительным выбором силиката щелочного металла по изобретению. Силикат натрия получают путем реакции Na₂O с SiO₂ с образованием X N a + S i O 4 4 − . Молярное отношение натрия к силикату ( N a + : S i O 4 4 − ) можно изменять в любом заданном диапазоне молярного отношения, однако предпочтительно оно находится в пределах от 0,1;1 до 2:1, более предпочтительно от 0,5:1 до 0,8:1 или наиболее предпочтительно составляет 0,6:1 (что соответствует массовому отношению SiO₂ к Na₂O, составляющему 3,22). Все упомянутые в данном документе молярные отношения имеют высокую растворимость в воде, что важно для сохранения низкой вязкости состава для эффективной пропитки древесины.

Молярные отношения, такие же, как упомянуты выше, можно применять для силикатов калия. Молярное отношение калия к силикату ( X К + : S i O 4 4 − ) можно изменять в любом заданном диапазоне молярного отношения, однако предпочтительно оно находится в пределах от 0,1:1 до 2:1 или более предпочтительно от 0,5:1 до 0,8:1.

Вообще, молярное отношение щелочного металла (ХМ⁺) к силикату ( S i O 4 4 − ) в составе на водной основе по изобретению можно изменять в любом заданном диапазоне молярного отношения, однако предпочтительно оно находится в пределах от 0,1; 1 до 2:1.

Понижающие растворимость агенты

Под понижающими растворимость агентами понимают вещества, которые могут усиливать полимеризацию или образование комплексов силикатов щелочных металлов.

Подходящими для изобретения понижающими растворимость агентами являются все вещества, которые могут усиливать полимеризацию или гелеобразование силикатов щелочных металлов, или любыми другими средствами, делающими их нерастворимыми в воде, например, путем облегчения образования комплексов мономеров силикатов щелочных металлов. Полимеризация или гелеобразование силикатов щелочных металлов происходит, когда рН понижают ниже определенного уровня путем добавления кислоты или кислого соединения в раствор на водной основе, содержащий силикаты щелочных металлов, или путем добавления неорганического многовалентного иона, который может облегчить образование комплексов мономеров силикатов щелочных металлов.

Примерами понижающих растворимость агентов являются органические кислоты, неорганические кислоты или неорганические многовалентные ионы.

Органическими кислотами, используемыми в качестве понижающих растворимость агентов по изобретению, являются, например, органические кислоты с низкой молекулярной массой или с молекулярной массой, составляющей, например, 40-500 г/моль или 40-300 г/моль. Органические кислоты выбирают, например, из любой из карбоновых кислот, уксусной кислоты, миндальной кислоты, лимонной кислоты, аспарагиновой кислоты, глютаминовой кислоты, винной кислоты, муравьиной кислоты, пропионовой кислоты, масляной кислоты, валериановой кислоты, щавелевой кислоты, малеиновой кислоты, янтарной кислоты или глутаровой кислоты или их сочетаний. Органические кислоты также могут быть выбраны из любой сульфоновой кислоты с низкой молекулярной массой, например из метансульфоновой кислоты (или мезиловой кислоты, CH₃SO₃H), этансульфоновой кислоты (или эзиловой кислоты, CH₃CH₂SO₃H), бензолсульфоновой кислоты (или безиловой кислоты, C₆H₅SO₃H), п-толуолсульфоновой кислоты (или тозиловой кислоты, CH₃C₆H₄SO₃H) или трифторметансульфоновой кислоты (или трифлатной кислоты, CF₃SO₃H).

Неорганическими кислотами, используемыми в качестве понижающих растворимость агентов по изобретению, являются, например, минеральные кислоты, такие как минеральные кислоты, выбранные из любых галогенидов водорода и их растворов, например соляной кислоты (HCl), бромистоводородной кислоты (HBr), йодистоводородной кислоты (Hl), или из оксокислот галогенов: хлорноватистой кислоты, хлорноватой кислоты, хлорной кислоты, йодной кислоты и соответствующих соединений брома и йода, или из любой из таких кислот, как серная кислота (H₂SO₄), фторсерная кислота, азотная кислота (HNO₃), фосфорная кислота (H₃PO₄), фторсурьмяная кислота, фторборная кислота, гексафторфосфорная кислота, хромовая кислота (H₂CrO₄) или борная кислота (H₃BO₃) или их сочетаний.

Для понижения растворимости силикатов щелочных металлов путем образования комплексов можно также применять неорганические многовалентные ионы, такие как Cl²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Са²⁺, Ва²⁺, или с противоионами CaCl₂, MgCl₂, FeCl₂, Концентрация катализатора в составе изменяется в зависимости от концентрации силиката щелочного металла и эффективности понижающего растворимость агента. Если в качестве понижающего растворимость агента используют кислоту, рКа кислоты является достаточным для требуемого количества. Когда применяют кислоты, также необходимо учитывать кислотность самого древесного материала, так как кислоты в древесине добавляются к общему кислотному содержанию состава, когда его наносят на древесину.

Наиболее предпочтительными понижающими растворимость агентами по изобретению по экологическим соображениям являются нетоксичные органические кислоты, и они являются экономической альтернативой при использовании в промышленном масштабе. Силикаты щелочных металлов в водных растворах начинают гелеобразование в определенной точке. Точку гелеобразования и диапазон, в котором не образуется гель, для состава на водной основе можно измерить или регулировать путем регулирования рН состава или путем регулирования молярного отношения понижающего растворимость агента к силикату щелочного металла. Важно, что подходящий интервал молярного отношения понижающего растворимость агента к силикату щелочного металла или подходящий рН регулируют, чтобы удержать состав от гелеобразования до нанесения состава на древесный материал. Например, если используют силикат натрия с молярным отношением Na⁺ к S i O 4 4 − , составляющим 0,6:1, рН состава не должен быть ниже 11, если требуется длительный срок хранения состава.

Подходящие молярные отношения органической кислоты к силикату натрия могут составлять, например, от 1:18 до 1:100 в зависимости от кислотности обработанной деревянной основы и рКа органической кислоты.

Для сохранения длительного срока службы состава на водной основе рН не должен опускаться ниже определенного значения, в противном случае состав образует гель или осадок, если хранится в течение длительного периода времени. Если гелеобразование силиката щелочного металла начинается до нанесения на древесину, он не проникает в твердый древесный материал. Молярное отношение понижающего растворимость агента к силикату щелочного металла также должно находиться в определенном диапазоне так, чтобы обеспечивать нерастворимость силиката щелочного металла при сушке состава на водной основе и отверждения при повышенной температуре. Если количество понижающего растворимость агента является слишком низким, состав силиката щелочного металла не станет нерастворимым после того, как он был нанесен на древесину и подвергнут отверждению.

В зависимости от применяемого понижающего растворимость агента и его образа действия (кислота или многовалентный ион), также необходимо учитывать обработанный древесный материал. Некоторые породы деревьев обладают более высоким уровнем внутренне присущей кислотности по сравнению с другими породами из-за смоляных кислот и других экстрактивных веществ, получаемых из древесины. Другие обладают более высоким уровнем содержания ионов, таких как Са²⁺ или Mg²⁺. При принятии решения о надлежащем молярном отношении понижающего растворимость агента к силикату щелочного металла необходимо учитывать различные уровни содержания внутренне присущих веществ.

Если, например, при обработке древесного материала с большей внутренне присущей кислотностью и древесного материала с меньшей кислотностью применяют одинаковые уровни кислоты, силикат щелочного м