Результат интеллектуальной деятельности: Состав для ускоренной петрификации пиломатериалов

Изобретение относится к области деревообработки для ускоренной, по сравнению с естественной, петрификации пиломатериалов и может быть использовано для пропитки пиломатериалов и аналогичных продуктов из древесины.

Известен состав для пропитки древесины [Патент Ru № 2100189, МПК B27К, 1997г.], который в условиях автоклавной пропитки изделий может быть использован для консервирования (антисептирования) железнодорожных шпал, электрических и телеграфных столбов, корабельных мачт и т.п. Состав включает антисептик - каменноугольное масло - и разбавитель - отработанные электротехнические масла на основе хлорированных дифенилов. В результате получают состав для пропитки древесины с повышенной температурой вспышки, при этом происходит снижение обводненности состава, а также утилизация токсичных отходов. Недостатками этого метода являются сложность получения компонентов состава, высокая длительность процесса получения состава, а также невозможность использования данного состава для петрификации пиломатериалов. Данный состав изменяет текстуру и фактуру древесины.

Известен состав для обработки древесины и способ обработки древесины этим составом [Патент Ru № 2480325, МПК B27К, 2011г.]. Изобретение относится к области защиты древесины и может быть использовано в различных отраслях промышленности для защиты от биоразрушения изделий из древесины, предназначенных к использованию в жестких условиях эксплуатации, таких как сваи, опоры линий связи и электропередач, столбы, шпалы и т.д. В качестве компонента он содержит пентаборат аммония и дополнительно - мочевину, при следующем соотношении компонентов, мас.%: пентаборат аммония - 1-10, мочевина - 1-10, вода - остальное. Способ включает пропитку водорастворимым антисептиком вышеуказанного состава путем погружения, распыления, нанесения кистью. Изобретение обеспечивает повышенную защиту изделий из древесины и уменьшает негативное воздействие на окружающую среду. Недостатками данного метода являются использование большого количества компонентов для получения состава, высокая длительность процесса получения состава, а также невозможность использования его для окаменения древесины.

Известен Способ обработки строительных материалов из древесины [Патент Ru № 2466861, МПК B27К, 2012г.], включающий обработку поверхности материала защитной композицией, содержащей наполнитель и связующее. Сначала древесину подвергают принудительной сушке до заданной влажности. Затем определяют размер пор древесины и назначают степень размола частиц защитной композиции. Под давлением наносят композицию на поверхность обрабатываемого материала до полного насыщения пор древесины. В защитной композиции в качестве наполнителя используют базальт. В качестве связующего используют сапонит. При этом соблюдают следующее соотношение компонентов: базальт 60-90 вес. частей, сапонит 40-10 вес. частей. Снижается водопоглощение обрабатываемого материала, повышаются его теплоизолирующие свойства. Недостатками этого метода являются малая глубина пропитки исходного материала и высокая длительность процесса.

Известен Способ ускоренного окаменения для лигноцеллюлозных материалов [Патент US №20040105938 A1, 2002 г.], включающий стадию импрегнирования водным раствором щелочного гидроксида и растворимого силиката в условиях рН, который обеспечивает его частичную нейтрализацию и нерастворимость солей внутри лигноцеллюлозного материала посредством действия кислотных групп, присутствующих в лигноцеллюлозном материале, и кислотного действия диоксида углерода, присутствующего в окружающем воздухе. Недостатками данного способа являются использование дорогостоящего компонента (жидкого стекла) в смеси для окаменения и высокая длительность процесса.

Ближайшим аналогом выбран Состав на основе силиката натрия [Патент US №4612050 A, 1982г.]. Это минерализованный раствор силиката натрия для нанесения на древесину, способный проникать в древесину и застывать там, что придает древесине невоспламеняющиеся характеристики окаменевшей древесины. При обработке древесины данным составом происходит силификация. Заполняется поровое пространство, но реагент не проникает в клеточные стенки древесины. В данном случае невозможна полная замена органической части древесины на минеральный компонент.

Задача изобретения – создание состава, позволяющего заменить органические части древесной матрицы на минеральный компонент, для ускоренного получения искусственно окаменелой древесины путем сокращения времени обработки пиломатериалов.

Это достигается тем, что состав для обработки пиломатериалов состоит из полисахарида лиственницы, образующего комплекс с минеральными компонентами, способный проникать в клеточные стенки древесины, разрушая лигноуглеводный комплекс, заменяя его на минеральные компоненты. В результате получается окаменевший материал с улучшенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с оригинальными. Растворимый минеральный комплекс позволяет получить полную глубину пропитки пиломатериала.

Взаимодействие экстракта (полисахарида) лиственницы с кремнезем-содержащим раствором исследовали спектрофотометрическим и гранулометрическим методами. Исследовали несколько составов, отличающихся процентным содержанием компонентов и различным соотношением их частей. При добавлении экстракта лиственницы к золи кремнезема наблюдается резкое возрастание интенсивности пика поглощения, а также по истечении 10 суток наблюдается уменьшение размеров частиц. Эти изменения могут указывать на происходящее комплексообразование с участием гидроксильных групп молекул полисахарида. Результаты испытаний показывают, что оптимальным является следующий состав композиции: на 1 часть 2%-ного раствора порошкообразного экстракта древесины лиственницы 4 части 0,415% золя кремнезема. Максимум поглощения при длине волны 235 нм. Средний размер частиц сразу после смешивания765 нм, по истечении 10 суток – 170 нм.

Экстракт лиственницы получают любым известным способом, например, с помощью жидкостного экстрактора для ускоренного извлечения водорастворимых веществ из растительного сырья [Патент Ru № 172362, МПК B01D, 2017г.]. Полученный водный экстракт выпаривается до получения сухого порошка, способного повторно растворяться в воде, любым известным способом, например, в сушильном шкафу при температуре 50ºС в течение 4 часов. Золь кремнезема получают любым известным способом, например, измельчением полиминерального песка на планетарной шаровой мельнице до тонкодисперсного состояния.

Таким образом, золь кремнезема и водный экстракт лиственницы образуют растворимый комплекс, позволяющий при получении искусственно окаменелой древесины достичь более глубокой пропитки, снижения токсичности и увеличения прочности пиломатериалов. Древесина сохраняет свой естественный цвет и текстуру. За счет проникания комплекса в клеточные стенки происходит быстрая полная петрификация древесного материала.