Delist.ru

 Защита древесины композицией на основе фосфорорганических соединений и полиуретанов (21.12.2010)

Автор: Чистов Илья Николаевич

С помощью химического анализа компонентов лигноуглеводного комплекса было определено содержание лигнина и целлюлозы исторических памятников различных сроков эксплуатации. Исследование древесины свай показало, что со временем происходит уменьшение содержания целлюлозы, содержание лигнина увеличивается, что возможно за счет конденсации продуктов разложения целлюлозы с реакционными группами лигнина.

Практическая значимость работы:

Разработаны композиции для адсорбционно- поверхностного модифицирования древесины на основе фосфорорганических соединений и полиуретанов. Композиции увеличивают долговечность древесины за счет увеличения огне-, био-, влагозащитных свойств и прочности у частично разрушенной древесины.

Разработано композиционное покрытие для древесины свай, находящихся в грунтах, которое обладает высокой био-влагостойкостью, а также укрепляющим действием.

Получено существенное снижение горючести (2-ой класс по ГОСТ Р 532192) для полиуретановых покрытий.

Новизна разработок подтверждена положительным решением по заявке на патент № 2010107695 от 02.03.2010г. на «Способ укрепления и био-, влагозащиты деревянных свайных фундаментов».

Внедрение результатов работы:

Осуществлено опытно-промышленное опробывание разработанной композиции на основе фосфорорганических соединений и полиуретанов для укрепления и защиты древесины свай фундамента Библиотеки Духовной Академии Свято-Троицкой Сергиевой Лавры.

Разработанной композицией на основе фосфорорганических соединений и полиуретанов пониженной горючести для атмосферно эксплуатируемой древесины укреплены и защищены детали объектов музея-заповедника «КИЖИ» и образцы IX века, найденные при раскопках в Старой Ладоге в 2009 году.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы доложены на Юбилейной десятой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов, Москва 25-26 апреля 2007 года; второй международной конференции по зеленой химии ЮПАК, сентябрь 14-19 2008; конференции IAWS(международная академия наук по древесине), 15-21 июня 2009 года, Санкт-Петербург; Двенадцатой Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов, Москва 15-22 апреля 2009; научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях», Москва 2009; 3-й международной конференции «Физикохимия лигнина» 29 июня-3 июля 2009 года, Архангельск; 4-й Всероссийской конференции «Химия поверхности и нанотехнология», СПб 2009; на научно-практической конференции «МГСУ-«У.М.Н.И.К.»-2009», ноябрь 2009; конференции ИФО МГСУ «Фундаментальные науки в строительстве» 31 марта

На защиту выносятся:

- Обоснование возможности создания защитной композиции для древесины при поверхностном модифицировании фосфорорганическими соединениями и полиуретанами.

- Механизм разрушения древесины свай на примере оснований фундаментов зданий Свято-Троицкой Сергиевой Лавры.

- Зависимость прочности древесины свай от процентного содержания целлюлозы, содержания микроэлементов, количества дереворазрушающих спор

- Схема реакции кальцинирования целлюлозы древесины свай в грунтах.

- Прочностные, биоцидные свойства древесины свай обработанных композиционным составом.

- Схема химических реакций протекающих при модифицировании древесины разработанными композициями.

- Результаты испытаний на огнезащищенность, биостойкость и др. испытаний полученной композиции для защиты исторической и современной древесины.

- Результаты внедрения разработанного композиционного покрытия.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 106 наименований и 9 приложений. Она изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков и 22 таблиц.

Содержание работы.

Древесина активно используется и в современном строительстве. Сейчас в России реализуется приоритетный национальный проект «Доступное и комфортное жилье – гражданам России на 2009-2012гг». После перенесенных этим летом пожаров, производят восстановление жилья с использованием древесных и древесностружечных материалов. Также в настоящее время строится большое количество большепролетных сооружений из клееной древесины.

В России существует 2.5 тысячи памятников архитектуры, около половины из них являются деревянными. Памятники деревянного зодчества – это предмет национальной гордости нашей страны. В мире только 3 страны имеют деревянную архитектуру: Россия, Норвегия, Япония. Однако, ни в одной из названных стран нет такого разнообразия деревянных памятников, как в России.

Анализ литературных данных показал отсутствие в настоящее время защитных составов для древесины, обладающих комплексным био-, огне-, влагозащитным действием, которое может сохраняться длительное время. Не существует также составов для укрепления разрушенной древесины.

Разработка эффективных защитных композиций комплексного действия позволит более рационально использовать древесину и сохранить лесные массивы, а также деревянные памятники архитектуры.

Нами было выбрано поверхностное адсорбционно- химическое модифицирование, как модифицирование позволяющее получить существенный эффект при наибольшей доступности и простоте обработки. Кроме того, многие технологические процессы защиты древесины просто неосуществимы при обработке исторических памятников архитектуры. Долговечность защитного действия при поверхностном адсорбционно-химическом модифицировании обеспечивают ковалентные связи между модификатором и компонентами древесины. В качестве 1 компонента защитной композиции нами было выбрано фосфорсодержащее органическое соединение – диметилфосфит(ДМФ). Реакция протекает по принципу переэтерификации по гидроксогруппам древесины. Обработанная таким образом древесина приобретает высокую биостойкость. Известно, что наилучшую влагозащиту и твердость обрабатываемой ими поверхности имеют полиуретаны. Поэтому в качестве 2 компонента защитной композиции были выбраны полиуретаны. Гексаметилендиизоцианат (ГМДИ) был выбран как основная составляющая полиуретанов для древесины эксплуатируемой в атмосферных уловиях. Для древесины свай был выбран полиуретан на основе толуилендиизоцианата

Многие памятники архитектуры имеют в основании фундаментов деревянные сваи, от состояния которых зависит долговечность этих сооружений. Защитные составы для укрепления древесины свай отсутствуют. Разработка таких составов позволит сохранить многие исторические здания Москвы, Санкт-Петербурга и других городов России и Европы. Для разработки данных составов необходимо провести исследование механизма разрушения древесины в грунтах. Как показал анализ литературных данных- таких исследований не проводилось.

Для создания защитного состава для свай нужно было рассмотреть механизм разрушения древесины в грунтах. В работе исследуется механизм разрушения деревянных свайных фундаментов на примере сооружений Свято-Троицкой Сергиевой Лавры(СТСЛ) и ряда объектов кремля города Ростова Великого. Проводился химический анализ на содержание лигнина Классона по методу Комарова и целлюлозы по методу Кюршнера-Хоффера.

Относительное содержание компонентов лигноуглеводного косплекса в

древесине свай разного времени эксплуатации (в % от массы). Таблица 1

№ Образец Содержа-

лигнина. Содержа-

ние целлюлозы. Низкомоле-

кулярные и экстрактив-

ные продукты деструкции. Стати-

ческая твер-

дость, МПА Проч

ность на сжатие вдоль/

загрузка...