Способ обработки древесины - RU2441748C2

Описание

Настоящее изобретение относится к способу обработки древесины, в котором древесину обрабатывают композицией латекса сополимера и по меньшей мере одним содержащим медь консервантом.

Из древесины, обработанной современными консервантами для древесины, основанными на соединениях меди, медь слишком легко вымывается в окружающую среду. Была бы полезна методика регулирования вымывания меди. Применение комплексов поливинилпирролидона с медью в качестве консервантов для древесины раскрыто в US 4420542. Однако в этом документе не предложена методика уменьшения вымывания меди из обработанной древесины. Необходимы другие консерванты для древесины.

По соображениям охраны окружающей среды, охраны здоровья и безопасности желательно свести к минимуму вымывание меди из обработанной древесины. В соответствии с этим основу настоящего изобретения положена задача уменьшения вымывания меди из древесины, содержащей консерванты на основе меди.

Настоящее изобретение относится к способу обработки древесины. Способ включает обработку древесины с помощью: (а) содержащего медь консерванта для древесины; и (б) латекса сополимера, содержащего полимеризованные звенья мономера Х и мономера Y, где латекс сополимера содержит не менее 5 мас.% звеньев, полученных из мономера X, где латекс сополимера содержит не более 1000 мас. част./млн остаточного мономера X, где мономер Х выбран из группы, включающей винилимидазолы, винилимидазолины, винилпиридины, винилпирролы, винилпирролидоны, винилкапролактамы, их производные и их комбинации; и где мономер Y выбран из группы, включающей карбоновые кислоты, соли карбоновых кислот, эфиры карбоновых кислот, сераорганические кислоты, соли сераорганических кислот, сульфоновые кислоты, соли сульфоновых кислот, фосфоновые кислоты, соли фосфоновых кислот, виниловые сложные эфиры, (мет)акриламиды, (С₈-С₂₀)ароматические мономеры, содержащие по меньшей мере одну экзоциклическую этиленненасыщенную группу, и их комбинации. В одном варианте осуществления настоящего изобретения латексом сополимера обрабатывают уже обработанную древесину, содержащую включающий медь консервант для древесины. В другом варианте осуществления настоящего изобретения древесину обрабатывают одновременно латексом сополимера и содержащим медь консервантом для древесины.

Обработку древесины проводят путем взаимодействия древесины с латексом сополимера, описанным в настоящем изобретении, предпочтительно - при условиях, указанных в стандартах AWPA (Американская ассоциация специалистов по предохранению лесоматериалов от порчи) Т1-05, N1-04, N2-04 и цитированной в них литературе. Предпочтительно, если количество сополимера в водном растворе, использующемся для обработки древесины (в мас.% в пересчете на массу раствора) составляет не менее 0,05%, альтернативно - не менее 0,1%, альтернативно - не менее 0,3%, альтернативно - не менее 0,5%. Предпочтительно, если количество сополимера составляет не более 5%, альтернативно - не более 3%, альтернативно - не более 2%, альтернативно - не более 1,5%.

Термин "сополимер" при использовании в настоящем изобретении и прилагаемой формуле изобретения означает полимеры, полученные полимеризацией не менее двух разных мономеров.

Термин "водный" при использовании в настоящем изобретении и прилагаемой формуле изобретения означает воду и смеси, состоящие в основном из воды и смешивающихся с водой растворителей.

Термин "(мет)" совместно с другим термином, таким как акриловый, акрилат, акриламид и т.п. при использовании в настоящем изобретении и прилагаемой формуле изобретения означает, например, и акриловый, и метакриловый, акрилат и метакрилат, акриламид и метакриламид и т.п.

Температуру стеклования (Tg) сополимеров и композиций клеев, отверждающихся под давлением, предлагаемых в настоящем изобретении, можно определить с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), принимая за значение Tg среднюю точку перехода на зависимости теплового потока от температуры.

Термин "остаточный мономер X" при использовании в настоящем изобретении и прилагаемой формуле изобретения означает количество неполимеризованного мономера в пересчете на весь латекс. Концентрацию остаточного мономера определяют с помощью хорошо известных методик газовой хроматографии.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения латекс сополимера содержит не менее 10 мас.% звеньев, образованных из мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не менее 15 мас.% звеньев, образованных из мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не менее 20 мас.% звеньев, образованных из мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не менее 25 мас.% звеньев, образованных из мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не менее 28 мас.% звеньев, образованных из мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 35 мас.% звеньев, образованных из мономера X, альтернативно - не более 32 мас.%.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения латекс сополимера содержит не более 1000 мас.част./млн остаточного мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 1000 мас.част./млн остаточного мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 900 мас.част./млн остаточного мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 800 мас.част./млн остаточного мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 700 мас.част./млн остаточного мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 600 мас.част./млн остаточного мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 500 мас.част./млн остаточного мономера X. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 400 мас.част./млн остаточного мономера X.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения мономер Х выбран из группы, включающей винилимидазолы, винилимидазолины, винилпиридины, винилпирролы, винилпирролидоны, винилкапролактамы, их производные и их комбинации. В некоторых из этих вариантов осуществления мономер Х выбран из группы, включающей винилимидазолы, винилпиридины, их производные и их комбинации. В некоторых из этих вариантов осуществления мономер Х выбран из группы, включающей N-винилимидазол, 2-винилпиридин, 4-винилпиридин и их комбинации. В некоторых из этих вариантов осуществления мономером Х является N-винилимидазол.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения мономер Y выбран из группы, включающей карбоновые кислоты, соли карбоновых кислот, эфиры карбоновых кислот, сераорганические кислоты, соли сераорганических кислот, сульфоновые кислоты, соли сульфоновых кислот, фосфоновые кислоты, соли фосфоновых кислот, виниловые сложные эфиры, (мет)акриламиды, (C₈-С₂₀)ароматические мономеры, содержащие по меньшей мере одну экзоциклическую этиленненасыщенную группу, и их комбинации. В некоторых из этих вариантов осуществления мономер Y выбран из группы, включающей карбоновые кислоты, эфиры карбоновых кислот (например, алкил(мет)акрилаты), (мет)акриламиды, (С₈-С₂₀)ароматические мономеры, содержащие по меньшей мере одну экзоциклическую этиленненасыщенную группу, и их комбинации. В некоторых из этих вариантов осуществления мономер Y выбран из группы, включающей акриловую кислоту, метакриловую кислоту, итаконовую кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту, метил(мет)акрилат, этил(мет)акрилат, пропил(мет)акрилат, изопропилакрилат, н-бутил(мет)акрилат, изобутил(мет)акрилат, 2-этилгексил(мет)акрилат, децил(мет)акрилат, лаурил(мет)акрилат, стеарил(мет)акрилат, стирол, винилтолуол, α-метилстирол и их комбинации. В некоторых из этих вариантов осуществления мономером Y является н-бутил(мет)акрилат.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в способе применяется латекс сополимера, содержащего полимеризованные звенья мономера Х и мономера Y, где латекс сополимера содержит не менее 5 мас.% звеньев, полученных из мономера X, где латекс сополимера содержит не более 1000 мас.част./млн остаточного мономера X, где мономер Х выбран из группы, включающей винилимидазолы, винилимидазолины, винилпиридины, винилпирролы, винилпирролидоны, винилкапролактамы, их производные и их комбинации; и где мономер Y выбран из группы, включающей карбоновые кислоты, соли карбоновых кислот, эфиры карбоновых кислот, сероорганические кислоты, соли сераорганических кислот, сульфоновые кислоты, соли сульфоновых кислот, фосфоновые кислоты, соли фосфоновых кислот, виниловые сложные эфиры, (мет)акриламиды, (С₈-С₂₀)ароматические мономеры, содержащие по меньшей мере одну экзоциклическую этиленненасыщенную группу, и их комбинации; и при условии, что композиция содержит не более 5 мас.% звеньев, образованных из этиленненасыщенного мономера, содержащего эпоксидную группу. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 1 мас.% звеньев, образованных из этиленненасыщенного мономера, содержащего эпоксидную группу. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 0,5 мас.% звеньев, образованных из этиленненасыщенного мономера, содержащего эпоксидную группу. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 0,1 мас.% звеньев, образованных из этиленненасыщенного мономера, содержащего эпоксидную группу. В некоторых из этих вариантов осуществления латекс сополимера содержит не более 0,05 мас.% звеньев, образованных из этиленненасыщенного мономера, содержащего эпоксидную группу.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция, содержащая латекс сополимера, обладает значением рН, равным не менее 7. В некоторых из этих вариантов осуществления композиция обладает значением рН, равным 7-10. В некоторых из этих вариантов осуществления композиция обладает значением рН, равным не менее 8. В некоторых из этих вариантов осуществления композиция обладает значением рН, равным 8-10. В некоторых из этих вариантов осуществления композиция обладает значением рН, равным не менее 9. В некоторых из этих вариантов осуществления композиция обладает значением рН, равным 9-10.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция, содержащая латекс сополимера, содержит не менее 20 мас.% твердых веществ. В некоторых из этих вариантов осуществления композиция содержит не менее 25 мас.% твердых веществ. В некоторых из этих вариантов осуществления композиция содержит не менее 30 мас.% твердых веществ.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция содержит от 5 до 50 мас.% полимеризованных звеньев, полученных из мономера X, и от 95 до 50 мас.% полимеризованных звеньев, полученных из мономера Y. В некоторых из этих вариантов осуществления композиция содержит от 5 до 30 мас.% полимеризованных звеньев, полученных из мономера X, и от 95 до 70 мас.% полимеризованных звеньев, полученных из мономера Y.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция содержит полимеризованные звенья, полученные из сшивающего реагента. Сшивающие реагенты, подходящие для применения в настоящем изобретении, включают полиэтиленненасыщенные мономеры. В некоторых из этих вариантов осуществления звенья, полученные из сшивающего реагента, получены из сшивающего реагента, выбранного из группы, включающей 1,4-бутандиолдиакрилат, 1,4-бутандиолдиметакрилат, 1,6-гександиолдиакрилат, 1,1,1 -триметилолпропантриакрилат, 1,1,1 -триметилолпропантриметакрилат, аллилметакрилат, дивинилбензол и N-аллилакриламид. В некоторых из этих вариантов осуществления звенья, полученные из сшивающего реагента, получены из сшивающего реагента, представляющего собой 1,1,1-триметилолпропантриакрилат. В некоторых из этих вариантов осуществления композиция содержит от 0,01 до 10 мас.% (в пересчете на твердые вещества) сшивающего реагента. В некоторых из этих вариантов осуществления композиция содержит от 0,01 до 5 мас.% (в пересчете на твердые вещества) сшивающего реагента. В некоторых из этих вариантов осуществления композиция содержит от 0,01 до 1 мас.% (в пересчете на твердые вещества) сшивающего реагента.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция дополнительно содержит реагент-переносчик цепи и/или продукты разложения реагента-переносчика цепи. В некоторых из этих вариантов осуществления реагент-переносчик цепи выбран из числа любых обычных реагентов-переносчиков цепи, которые совместимы с композицией. В некоторых из этих вариантов осуществления реагент-переносчик цепи выбран из группы, включающей трет-додецилмеркаптан, н-додецилмеркаптан, гексантриол, метилмеркаптопропионат и их комбинации.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, дополнительно содержит поверхностно-активное вещество и/или продукты разложения поверхностно-активного вещества. В некоторых из этих вариантов осуществления поверхностно-активное вещество может быть любым поверхностно-активным веществом, которое совместимо с композицией. В некоторых из этих вариантов осуществления поверхностно-активное вещество выбрано из группы, включающей лаурилсульфат натрия, лаурилбензолсульфонат натрия, диоктилсульфосукцинат натрия, натриевую соль сульфата полиоксиэтиленлаурилового эфира и их комбинации.

Для применения в настоящем изобретении пригоден любой содержащий медь консервант для древесины. В одном варианте осуществления настоящего изобретения содержащий медь консервант для древесины содержит не менее 0,1 мас.% меди. В одном варианте осуществления настоящего изобретения древесину обрабатывают так, чтобы обеспечить минимальное содержание меди, равное 0,1 мас.% в пересчете на массу сухой обработанной древесины. В одном варианте осуществления максимальное содержание меди в древесине равно 1,5 мас.%. Предпочтительные содержащие медь консерванты для древесины включают смесь соединения меди с азолом, четвертичное аммониевое соединение меди (ACQ), бис-(N-циклогексилдиазенийдиокси)-медь (HDO), IMPRALIT KDS, варианты этих консервантов, содержащие микронизованную медь, или их комбинации. В одном варианте осуществления настоящего изобретения консервантом является смесь соединения меди с азолом или ACQ.

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения будут подробнее описаны в приведенных ниже примерах. Если не указано иное, то ниже в примерах все содержания в частях и процентах являются массовыми. В примерах использованы следующие аббревиатуры:

БА - бутилакрилат

ПНМ - в пересчете на мономер

ДИ - деионизированная(вода)

ДСК - дифференциальная сканирующая калориметрия

ЭА - этилакрилат

ГХ - газовая хроматография

ГПХ - гельпроникающая хроматография

нДДМ - н-додецилмеркаптан

NN-МБА - N,N-метиленбисакриламид

ДСН - додецилсульфат натрия

Tg - температура стеклования

ТМПТА - триметилолпропантриакрилат

VAZO^®68 - свободнорадикальный инициатор - 4,4'-азобис(4-циановалериановая кислота), выпускающаяся фирмой DuPont

ВИ - 1-винилимидазол

Примеры 1-8: Синтез латексов сополимеров (с затравкой)

ДИ воду (183,86 г) и 32,6% с частицами размером 58 нм затравку для латекса (23,02 г) помещают в колбу-реактор объемом 1000 мл, снабженную механической мешалкой, термометром, регулятором температуры, нагревательной рубашкой, холодильником и патрубком для подачи азота.

Содержимое колбы-реактора нагревают до 85°С.

В отдельную емкость помещают БА (105,0 г), нДДМ (количество,

указанное в таблице 1), ДИ воду (94,29 г) и 28% ДСН (10,71 г). Затем содержимое емкости эмульгируют с помощью высокоскоростного роторного смесителя и получают эмульсию мономера.

В другую емкость помещают ВИ (45 г), свободнорадикальный инициатор VAZO^®68 (2,25 г), ДИ воду (54,0 г) и 1 н. раствор NaOH (17,76 г) и получают добавочный водный раствор.

Затем эмульсию мономера и добавочный водный раствор по отдельности вводят в колбу-реактор, поддерживая температуру содержимого колбы-реактора равной 85°С. Введение эмульсии мономера и добавочного водного раствора в реактор начинают одновременно. Введение эмульсии мономера проводят в течение 45 мин, а введение добавочного водного раствора проводят в течение 90 мин. После окончания введения добавочного водного раствора содержимое колбы-реактора выдерживают при температуре, равной 85°С, в течение еще 2,5 ч при полной длительности проведения реакции, равной 4 ч, и получают продукт - латекс сополимера.

Содержание твердых веществ, определенное с помощью гравиметрии, содержание остаточного мономера, определенное с помощью ГХ, размеры частиц, определенные с помощью светорассеяния, и молекулярная масса, определенная с помощью ГПХ, для латексов сополимеров приведены в таблице 1. В таблице 1 также приведены значения Tg для высушенного сополимера, определенные с помощью ДСК.

Примеры 9-12: Синтез латексов сополимеров (с затравкой)

ДИ воду (253,4 г) и 28% ДСН (10,72 г) помещают в круглодонную колбу-реактор объемом 1000 мл, снабженную механической мешалкой, термометром, регулятором температуры, нагревательной рубашкой, холодильником и патрубком для подачи азота. Содержимое колбы-реактора при перемешивании нагревают до 85°С.

В отдельную емкость помещают БА (количество, указанное в таблице 2), ВИ (количество, указанное в таблице 2) и ТМПТА (количество, указанное в

таблице 2) и получают смесь мономеров.

В другую емкость помещают свободнорадикальный инициатор VAZO^®68

(1,50 г), ДИ воду (73,5 г) и 1 н. раствор NaOH (10,70 г) и получают водный раствор инициатора.

Затем смесь мономеров и водный раствор инициатора по отдельности вводят в колбу-реактор, поддерживая температуру содержимого колбы-реактора равной 85°С. Введение смеси мономеров и водного раствора инициатора в колбу-реактор начинают одновременно. Введение смеси мономеров проводят в течение 30 мин, а введение водного раствора инициатора проводят в течение 60 мин. После окончания введения водного раствора инициатора содержимое колбы-реактора выдерживают при температуре, равной 85°С, в течение еще 2,0 ч при полной длительности проведения реакции, равной 3,0 ч, и получают продукт - латекс сополимера.

Содержание твердых веществ, определенное с помощью гравиметрии, содержание остаточного мономера, определенное с помощью ГХ, размеры частиц, определенные с помощью светорассеяния, для латексов сополимеров приведены в таблице 2. В таблице 2 также приведены значения Tg для высушенного сополимера, определенные с помощью ДСК.

Примеры 13-19: Синтез латексов сополимеров (с затравкой)

ДИ воду (255,42 г), 28% ДСН (10,72 г) и 32,6% с частицами размером 58 нм, затравку для латекса (58,93 г) помещают в колбу-реактор объемом 1000 мл, снабженную механической мешалкой, термометром, регулятором температуры, нагревательной рубашкой, холодильником и патрубком для подачи азота. Содержимое колбы-реактора нагревают до 85°С.

В отдельную емкость помещают БА (количество, указанное в таблице 3), ВИ (количество, указанное в таблице 3) и ТМПТА (количество, указанное в таблице 3) и получают смесь мономеров.

В другую емкость помещают свободнорадикальный инициатор VAZO^®68 (1,50 г), ДИ воду (73,5 г) и 1 н. раствор NaOH (11,77 г) и получают водный раствор инициатора.

Затем смесь мономеров и водный раствор инициатора по отдельности вводят в колбу-реактор, поддерживая температуру содержимого колбы-реактора равной 85°С. Введение смеси мономеров и водного раствора инициатора в колбу-реактор начинают одновременно. Введение смеси мономеров проводят в течение 30 мин, а введение водного раствора инициатора проводят в течение 60 мин. После окончания введения водного раствора инициатора содержимое колбы-реактора выдерживают при температуре, равной 85°С, в течение еще 2,0 ч при полной длительности проведения реакции, равной 3,0 ч, и получают продукт - латекс сополимера.

Содержание твердых веществ, определенное с помощью гравиметрии, содержание остаточного мономера, определенное с помощью ГХ, размеры частиц, определенные с помощью светорассеяния, для латексов сополимеров приведены в таблице 3. В таблице 3 также приведены значения Tg для высушенного сополимера, определенные с помощью ДСК.

Примеры 20-22: Синтез латексов сополимеров

ДИ воду (379,63 г) и 28% ДСН (16,07 г) помещают в круглодонную колбу-реактор объемом 1000 мл, снабженную механической мешалкой, термометром, регулятором температуры, нагревательной рубашкой, холодильником и патрубком для подачи азота. Содержимое колбы-реактора при перемешивании нагревают до 85°С.

В отдельную емкость помещают ЭА (157,5 г), ВИ (67,5) и NN-МБА (количество, указанное в таблице 4) и получают смесь мономеров.

В другую емкость помещают свободнорадикальный инициатор VAZO^® 68 (2,25 г), ДИ воду (110,25 г) и 1 н. раствор NaOH (17,66 г) и получают водный раствор инициатора.

Затем смесь мономеров и водный раствор инициатора по отдельности вводят в колбу-реактор, поддерживая температуру содержимого колбы-реактора равной 85°С. Введение смеси мономеров и водного раствора инициатора в колбу-реактор начинают одновременно. Введение смеси мономеров проводят в течение 60 мин, а введение водного раствора инициатора проводят в течение 120 мин. После окончания введения водного раствора инициатора содержимое колбы-реактора выдерживают при температуре, равной 85°С, в течение еще 1 ч при полной длительности проведения реакции, равной 3,0 ч, и получают продукт - латекс сополимера.

Содержание твердых веществ, определенное с помощью гравиметрии, содержание остаточного мономера, определенное с помощью ГХ, и размеры частиц, определенные с помощью светорассеяния, для латексов сополимеров приведены в таблице 4.

Пример 23: Обработка древесины латексами сополимеров

Древесину обрабатывали с использованием раствора консерванта, содержащего 1000 мас.част./млн меди. Кубики из сосны болотной (кондиционированные до постоянной массы при постоянной температуре в камере с влажной атмосферой) с длиной стороны, равной 19 мм, помещали в цилиндр высокого давления, накрывали сеткой из нержавеющей стали и на нее помещали груз, такой чтобы кубики не всплывали в водном растворе, использующемся для обработки. Прибавляли количество раствора, достаточное для того, чтобы полностью закрыть кубики, и давление в цилиндре снижали примерно до 125 мм рт. ст. (примерно 16,6 кПа) и выдерживали 20 мин. Затем с помощью азота в цилиндре создавали давление, равное 150 фунт-сила/дюйм² ман. (абсолютное давление 1135 кПа). Давление поддерживали в течение 30 мин, затем сбрасывали, кубики извлекали и повторно кондиционировали до постоянной массы при такой же постоянной температуре в камере с влажной атмосферой. Затем повторно кондиционированные кубики обрабатывали водным раствором латекса полимера по такой же методике, что и описанная выше. После повторного кондиционирования обработанных кубиков до постоянной массы их использовали для исследования вымывания. Для обработки кубиков латексом с помощью погружения их на 2 мин погружали в раствор латекса полимера, извлекали и повторно погружали на 10 мин и затем извлекали и повторно кондиционировали до постоянной массы. Для обработки древесины под давлением или путем погружения древесины в раствор использовали водные растворы латексов сополимеров, полученных в примерах 1, 2 и 5, указанные ниже. Для определения содержания меди в вымывающем растворе использовали методику AWPA E11-97. Результаты приведены ниже в таблицах 5 и 6.

Реферат

Изобретение относится к способу обработки древесины, который включает обработку древесины с помощью содержащего медь консерванта для древесины и латекса сополимера, содержащего полимеризованные звенья мономера X и мономера Y. При этом латекс сополимера содержит не менее 5 мас.% звеньев, полученных из мономера X, не более 1000 мас.част./млн остаточного мономера X. Мономер X выбран из группы, включающей винилимидазолы, винилимидазолины, винилпиридины, винилпирролы, винилпирролидоны, винилкапролактамы, их производные и их комбинации. Мономер Y выбран из группы, включающей карбоновые кислоты, соли карбоновых кислот, эфиры карбоновых кислот, сераорганические кислоты, соли сераорганических кислот, сульфоновые кислоты, соли сульфоновых кислот, фосфоновые кислоты, соли фосфоновых кислот, виниловые сложные эфиры, (мет)акриламиды, (С8-С20)ароматические мономеры, содержащие по меньшей мере одну экзоциклическую этиленненасыщенную группу, и их комбинации. Способ обеспечивает подавление вымывания соединений меди в окружающую среду. 8 з.п. ф-лы, 6 табл.

Формула