CC BY
54
Химия растительного сырья. 1999. №4. С. 13-16.
УДК 674.048:667.28
ИССЛЕДОВАНИЕ КРАШЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ. 2. КРАШЕНИЕ ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ ГИДРАЗИНОВ
12* 1 1 Е.Ю. Беляев ’ , А.В. Мелешко , В.Л. Соколов 1Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира 82, Красноярск, 660049 (Россия) e-mail: re@sibstu.kts.ru 2Институт химии и химической технологии СО РАН, Академгородок, Красноярск, 660036 (Россия) e-mail: icorm@nchem.krasnoyarsk.su
Показана возможность крашения древесины водными растворами гидразинов с целью замены синтетических красителей. Получены зависимости интенсивности окраски от показателя рН, концентрации и температуры красильного раствора. Светостойкость окрасок составляла от 2 до 5 баллов.
Древесина сибирских пород характеризуется низкими декоративными свойствами и требует облагораживания. Наиболее часто для этой цели используется крашение. В настоящее время известны два основных направления при крашении: первое основано на применении синтетических красителей, второе -на использовании растворов реагентов, при взаимодействии с которыми изменяется цвет древесины [1]. Основным недостатком способов крашения с применением синтетических красителей является малая глубина проникновения красящего состава в глубь древесины, поскольку частицы красителя практически полностью отфильтровываются на ее поверхности. Кроме того, красители достаточно дороги, что объясняется сложностью технологии их производства.
В связи с этим второе направление при реализации в процессах крашения древесины представляется нам более перспективным. Сущность подхода заключается в том, чтобы рассматривать древесину в качестве одного из реагентов, используемых в процессе синтеза красителя. Основной задачей в данном случае является подбор второго реагента. Для этого необходимо рассмотреть некоторые вопросы химии составляющих древесины и химии красителей. В первом сообщении [2] нами приведены результаты исследований возможности крашения древесины водными растворами ароматических аминов. Окраска в описанном случае возникает в результате реакции конденсации реагентов типа К-Аг-ЫН2 с карбанильной группой компонентов, содержащихся в древесине. Продолжая исследования в данном направлении, нами была изучена возможность крашения древесины гидразинами, поскольку последние легко реагируют с карбонильными соединениями с образованием гидразонов [3].
Введение
Й2^ Др—C=N-NR1R2
R
I
Автор, с которым следует вести переписку.
Экспериментальная часть
Крашение древесины осуществлялось путем обработки образцов окунанием в водные растворы реагентов. Концентрация растворов последних составляла 0.1-1%, температура - 90°С, показатель рН был равен 7. Для изготовления образцов использовалась древесина березы, сосны, кедра, ели и лиственницы. После высушивания образцы подвергались испытаниям на светопрочность согласно ГОСТ 9733.1-83. «Материалы текстильные. Методы испытания устойчивости окраски к свету». Результаты исследований приведены в таблице 1.
Таблица 1. Результаты крашения древесины сосны
№ п/п Вещество Цвет окраски Глубина проникновения, мм Равномерность окраски Светопрочность, балл
1 Гидразин сернокислый желтый 2 + 2
2 Тиосемикарбазид светло-желтый 3 + 2-3
3 Семикарбазид солянокислый светло-коричневый 3 + 4-5
4 п-нитро фенилгидразин ярко-оранжевый 2.5 + 2-3
5 2,4-динитрофенилгидразин оранжевый 3 + 2
Окраска, полученная при использовании сернокислого гидразина (поз. №1 табл. 1), имеет низкую светопрочность. Другие выкраски (поз. №2, 3 табл. 1) достаточно светопрочны, но вместе с тем характеризуются низкой интенсивностью, при этом древесина, обработанная реагентом, мало отличается по цвету от неокрашенной. В связи с этим для дальнейших исследований нами были выбраны п-нитрофенилгидразин и 2,4-динитрофенилгидразин (поз. №4, 5 табл. 1), давшие выкраски в наиболее интересные цвета.
В качестве основного критерия оценки полученных окрасок нами была выбрана величина диффузного отражения светового потока, направленного на поверхность, которая характеризует интенсивность окраски. Для определения величины данного показателя нами использовался фотоблескомер ФБ-2. Исследования проводились согласно методике определения величины диффузного отражения, применяемой при исследовании лакокрасочных материалов [4].
В результате обработки полученных нами данных можно разместить все исследуемые породы по убыванию интенсивности окрашивания в следующий ряд: кедр> ель> лиственница> сосна> береза.
Для изучения влияния таких факторов, как кислотность среды (рН), концентрация реагента (поз. №4 табл. 1) и температура раствора, на интенсивность окраски нами был поставлен трехфакторный эксперимент. Значения факторов сведены в таблицу 2. Для исследований использовались образцы из сосны, лиственницы и ели, так как именно эти породы составляют большую часть объема древесины, перерабатываемой на Д/О предприятиях.
Таблица 2. Значения факторов эксперимента
Уровень варьирования Значения факторов
рН концентрация, % (К) температура, °С (Т)
Верхний 7 1.00 90
Средний 4 0.55 55
Нижний 1 0.10 20
Статистическая обработка полученных данных проводилась на ЭВМ с помощью прикладного пакета ЗШОгарЫсБ. В результате нами были получены следующие уравнения регрессии: для сосны
И=61.625-3.2хрН-9.4хК-4.4хТ+6.75хрН+3.5хрНхК+1хрНхТ+3.75хК2-1.25хТ2; (1)
для лиственницы
И=55.9375-1.4хрН-8.4хК-4.0хТ-1.875хрН2+2.25хрНхК-0.75хрНхТ-2.875хК2+0.25хКхТ+5.125хТ2; (2)
для ели
И=59.75+5.2хрН-10.6хК-6.8хТ-1.5хрН2+0.5хрНхК-0.5хрНхТ+3.5хК2+10.5хТ2. (3)
Для того чтобы проследить динамику изменения цвета окраски под воздействием света, окрашенные образцы (поз.№4, 5 табл. 1) из древесины указанных выше пород облучались лампой ДРТ 4000 на расстоянии 350 мм [5]. Измерения величины интенсивности окраски производились через каждые 2 часа экспозиции под лампой. Нами отмечено потемнение окраски в обоих случаях при воздействии излучения в течение первых 4 час. По истечении этого времени происходит уменьшение интенсивности окраски, полученной в результате обработки раствором 2,4-динитрофенилгидразина, и дальнейшее потемнение поверхности, окрашенной п-нитрофенилгидразином. Через 10 часов экспозиции отмечено полное выцветание в первом случае и увеличение интенсивности окраски в среднем на 12% - во втором.
Обсуждение результатов
Анализ полученных уравнений регрессии показывает, что на интенсивность окраски древесины сосны (уравнение 1) большее влияние оказывает концентрация реагента. С увеличением кислотности наблюдается рост интенсивности окраски, причем эта зависимость имеет нелинейный характер (прогиб вниз). Меньшее влияние на процесс оказывает температура раствора.
При крашении древесины лиственницы (уравнение 2) большее влияние оказывают концентрация и температура красильной ванны, зависимость интенсивности окраски от показателя рН, как и в первом случае, нелинейна.
На результаты обработки древесины ели (уравнение 3) в большей степени влияет температура раствора реагента, зависимость имеет нелинейный характер (прогиб вниз). При увеличении концентрации и кислотности отмечен рост интенсивности окраски.
Из литературных данных известно, что реакция конденсации является кислотнокатализируемой, отмечен нелинейный характер зависимости скорости реакции от величины рН. Таким образом, можно предположить, что в результате обработки древесины растворами гидразинов окраска получается именно в ходе реакции конденсации.
Полученные нами результаты свидетельствуют о возможности применения растворов гидразинов в процессах крашения древесины, причем цвет обработанной древесины зависит от строения реагента. Необходимо заметить, что светопрочность полученных окрасок близка к величине данного показателя ряда красителей [6]. Дальнейшие исследования будут направлены на поиск новых реагентов, способных образовывать окрашенные соединения в реакциях с компонентами древесины.
Список литературы
1. Беляев ЕЮ., Мелешко А.В., Ермолин В.Н., Соколов В. Л. Крашение древесины. Обзор // Химия растительного сырья. 1999. №2. С. 5-18.
2. Беляев Е.Ю., Суходолова А.П., Соколов В. Л., Ермолин В.Н. Исследование крашения древесины. 1. Крашение водными растворами аминов // Химия растительного сырья 1998. №3. С. 55-57.
3. Рязанова Т.В., Чупрова Н.А., Исаева Е.В. Химия древесины. Красноярск, 1996. С. 228.
4. Денисова С.Г., Мелешко А.В., Егоров В.В. Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов: Метод. указания к проведению лабораторных работ для студентов специальности 26. 02. всех форм обучения. Красноярск, 1996.
5. ГОСТ21903-76 Материалы лакокрасочные. Определение условной светопрочности.
6. Кушнирская М.Ц. Крашение древесины в производстве мебели. М., 1973. С. 31.
Поступило в редакцию 2 июля 1999 года
