Научная статья на тему 'Исследование с помощью ИК-Фурье спектроскопии реакций взаимодействия композиций на основе фосфорорганических соединений и полиуретанов пониженной горючести с исторической и современной древесиной'

Исследование с помощью ИК-Фурье спектроскопии реакций взаимодействия композиций на основе фосфорорганических соединений и полиуретанов пониженной горючести с исторической и современной древесиной Текст научной статьи по специальности «Медицина и здравоохранение»

CC BY
45
15
Поделиться
Журнал
Вестник МГСУ
ВАК
RSCI
Ключевые слова
ЗАЩИТНЫЕ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ДРЕВЕСИНЫ / PROTECTIVE COMPOUNDS FOR WOOD / ФОСФОРСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ / PHOSPHORUS-CONTAINING ORGANIC COMPOUND / ПОЛИУРЕТАНЫ ПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТИ / ISOCYA-NATE PLASTICS WITH DECREASED FLAMMABILITY / ИК–СПЕКТРОСКОПИЯ / IR-SPECTROSCOPY

Аннотация научной статьи по медицине и здравоохранению, автор научной работы — Покровская Е.Н., Чистов И.Н., Сазонова Н.С.

В статье с помощью методов ИК-Фурье спектроскопии изучаются реакции взаимодействия основных составляющих компонентов комплексной защитной композиции с древесиной.

Похожие темы научных работ по медицине и здравоохранению , автор научной работы — Покровская Е.Н., Чистов И.Н., Сазонова Н.С.,

THE INTERACTION REACTIONS BETWEEN PROTECTIVE COMPOUNDS, BASED ON ORGANOPHOSPHORUS AND DECREASED FLAMMABILITY POLYURETHANE COMPOSITION, AND OLD OR NEW WOOD STUDING WITH THE HELP OF THE IR-SPECTROSCOPY

The reactions of interacting between the main parts of protective compound and the wood are studying. All researches are done with the help of IR-spectroscopy.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Исследование с помощью ИК-Фурье спектроскопии реакций взаимодействия композиций на основе фосфорорганических соединений и полиуретанов пониженной горючести с исторической и современной древесиной»

4/2010 М1 ВЕСТНИК

ИССЛЕДОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ ИК-ФУРЬЕ СПЕКТРОСКОПИИ РЕАКЦИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ФОСФОРОРГАНПЧЕСКНХ СОЕДИНЕНИЙ И ПОЛИУРЕТАНОВ ПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТИ С ИСТОРИЧЕСКОЙ И СОВРЕМЕННОЙ

ДРЕВЕСИНОЙ

THE INTERACTION REACTIONS BETWEEN PROTECTIVE COMPOUNDS, BASED ON ORGANOPHOSPHORUS AND DECREASED FLAMMABILITY POLYURETHANE COMPOSITION, AND OLD OR NEW WOOD STUDING WITH THE HELP OF THE

IR-SPECTROSCOPY

E.H. Покровская, И.Н. Чистов, H.C. Сазонова

E.N. Pokrovskaya, I.N. Chistov, N.S. Sazonova

ГОУ ВПО МГСУ

В статье с помощью методов ИК-Фуръе спектроскопии изучаются реакции взаимодействия основных составляющих компонентов комплексной защитной композиции с древесиной.

The reactions of interacting between the main parts of protective compound and the wood are studying. All researches are done with the help of IR-spectroscopy.

Древесина активно используется в современном строительстве. Сейчас в России реализуется приоритетный национальный проект «Доступное и комфортное жилье -гражданам России», в рамках этого проекта предполагается строительство деревянных коттеджей. Кроме того, ежегодно используется 10-15 тысяч кубических метров клееной древесины для постройки большепролетных сооружений. Проблема сохранения новой древесины и древесины памятников архитектуры является важной актуальной задачей. На сегодняшний день отсутствуют защитные составы для древесины, имеющие комплексное огне-, био-, влагозащитное действие, сохраняющееся длительное время, с укрепляющим эффектом.

Нами было предложено использовать для защиты древесины композицию на основе фосфорсодержащих соединений (ФОС) и полиуретанов (ПУ) пониженной горючести. В качестве ФОС был выбран диметилфосфит (ДМФ). При поверхностном модифицировании ДМФ происходит реакция переэтирификации, при этом создаются стабильные биозащитные свойства. В работе [1] взаимодействие целлюлозы, как основного компонента древесины, с ДМФ описывается уравнением:

О о

У У

Целл-ОН + (СНзО>2 - Р -► Целл-0 -Р- ОСН3 + СН3ОН

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Н Н

Целлюлоза выделялась из древесины по азотно-кислотному методу Кюршнера-Хоффера. Исследование проводилось с помощью ИК-Фурье спектроскопии на инфракрасном фурье-спектрометре Magna 750 фирмы Nicolet (США) в области от 4000 до 400 см-1.

Рис. 1 ИК-спектр целлюлозы

Как показали проведенные исследования, взаимодействие древесины исторических памятников и современной древесины имеет одинаковый механизм фосфорили-рования ДМФ. Взаимодействие протекает по вышепредставленной схеме реакции, но степень фосфорилирования древесины исторических объектов несколько выше: процентное содержание фосфора в целлюлозе 0,8%, в лигнине 1,25%, в древесине 1,8%. В ИК-спектрах фосфорилированной целлюлозы, выделенной из древесины исторических построек, появляются полосы поглощения 1236 см-1 (Р=0), а также Р-Н (2428 см-1) [2].

Для создания укрепляющего эффекта на разрушенной древесине, а также увеличения влагостойкости нами было предложено использовать полиуретановый лак.

Взаимодействие лака ПУ с древесиной было изучено с помощью ИК-спектроскопии. Для этого снимались спектры целлюлозы и древесины (исторической и современной), а также древесины обработанной лаком ПУ, лаков ПУ. ПК-спектры образцов целлюлозы модифицированных лаком ПУ были сняты после экстракции в

4/2010

ВЕСТНИК _МГСУ

ацетоне в аппарате Сокслета. Как видно из рисунков 1,2,3, взаимодействие происходит по реакционно-способным группам N00. Схему реакции можно представить в следующем виде[3]. Реакция подтверждается появлением новых полос в спектрах продукта реакции. Это полосы 1629см-1 и 1569см-1. Данные полосы характерны для С-Ы связей (рис.2, 3), которых нет в исходной целлюлозе (рис.1).

0 _^

Целл-ОН+ N00-^-^0=0 II

Чч0-Я-0-С-№И- ^-N00

0

0

Целл-О-С^И- ^-N^=0 II

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

\0-R-0-C-NH- R1-NC0

Я - это (СН2)4 -0-С0-(СН2)4 -С0-0-(СН2)4; Я1 - это (СН2)6

Рис.2 ИК-спектр лака ПУ

Далее было решено проверить, происходит ли взаимодействие между ДМФ и лаком ПУ. Для этого были сняты спектры продуктов отверждения ДМФ с лаком ПУ. Образцы готовились следующим образом: частицы отвержденных лаков выдерживались в ДМФ, а затем после высушивания -экстрагировались в аппарате Сокслета. По-

лученные таким образом образцы измельчались в агатовой ступке, прессовались с КВг. После этого снимались ПК-спектры (рис.4, 5).

Рис.3 ИК-спектр целлюлозы, обработанной лаком ПУ, затем проэкстрагированной в

Сокслете

Рис.4 ИК-спектр отвержденного лака ПУ-ДМФ. Соотношение ПУ к ДМФ 1:1

4/2010 М1 ВЕСТНИК

В полученных спектрах отсутствуют полосы, характерные для ДМФ(1236см-1 (Р=0), 2428см-1 (Р-Н)), что свидетельствует об отсутствии химического взаимодействия ДМФ с лаком ПУ в исследуемых условиях (25°С).

Рис.5 ИК-спектр отвержденного лака ПУ- ДМФ. ДМФ взято в избытке

Таким образом, можно заключить, что взаимодействие происходит только между древесиной и составными компонентами композиции - ДМФ и лака ПУ. В то время как взаимодействия между ДМФ и лаком ПУ не наблюдается.

Однако использование лака ПУ повышает горючесть древесины. Для повышения огнезащищенности в состав лака был введен алюмосиликат- бентонит. Добавление 5% по массе бентонита позволило получить 2-ой класс огнезащищенности по ГОСТ Р532192. Для полиуретанового покрытия это является очень высоким результатом. Исследование свойств полученного покрытия приведено в работе [4].

Также были изучены спектры лака ПУ с добавкой бентонита. Можно заключить, что химического взаимодействия с бентонитом не происходит [5].

Итак, с помощью метода ИК-спектроскопии изучен композиционный материал, который состоит из фосфорилированной древесины (1слой) и полиуретана пониженной горючести (2слой), при этом полиуретаны взаимодействуют с фосфорилированной древесиной только по свободным гидроксильным группам. Таким образом, получается покрытие поверхности по типу зебры: фосфорильные группы -изоцианатные группы. Полученный материал обладает высокой биостойкостью, влагостойкостью, огнезащищенностью. Прочность разрушенной древесины, обработанной этим составом, возрастает до 2-х раз.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Разработанный принцип создания композитного материала может быть использован для реставрации и сохранения исторической древесины, а также для увеличения долговечности современной древесины, работающей в жестких атмосферных условиях.

Литература

1. Покровская Е.Н. Химико-физические основы увеличения долговечности древесины. М.: Издательство АСВ, 2009, стр.11.

2. Казицина Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ,ИК, ЯМР спектроскопии в органической химии. М. Изд-во МГУ, 1968.

3. Роговин З.А. Химия целлюлозы. М., 1972, стр.466.

4. Покровская Е.Н., Чистов И.Н., Шепталин Р.А. Сэндвичевые покрытия по древесине с использованием нанокомпозитов // Строительные материалы. 2010, №7, стр.78-81.

5. Ломакин С.М., Заиков Г.Е. Полимерные нанокомпозиты пониженной горючести на основе слоистых силикатов // Высокомолекулярные соединения. Сер. Б - 2005, Т.47, №1, стр.104120.

Literature

1. Pokrovskaya E.N. Himiko-phizicheskie osnovi uvelicheniya dolgovechnosti drevesini. M.: Izdatelstvo ASV 2009, str.11.

2. Kazitsina L.A., Kupletskaya L. B. Primenenie UF,IK, YAMR spectroskopii v organichescoi himii. M.: Izdatelstvo MGU, 1968.

3. Rogovin Z.A. Himiya tselulozi. M., 1972, str.466.

4. Pokrovskaya E.N., Chistov I.N., Sheptalin R.A. Sendvichevie pokritiya po drewvesine s is-polzovaniem nanokompozitov // Stroitelnie materiali. 2010, №7, str.78-81.

5. Lomakin S.M., Zaikov G.E..Polimernie nanokompoziti ponizhennoi goruchesti na osnove sloistih silikatov // Visokomolecularnie soedineniya. Ser. B. T.47, №1, str.104-120.

Ключевые слова: защитные композиции для древесины, фосфорсодержащие органические соединения, полиуретаны пониженной горючести, ИК -спектроскопия

Key words: Protective compounds for wood, phosphorus-containing organic compound, isocya-nate plastics with decreasedflammability, IR-spectroscopy

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

E-mail авторов: chistov_ilya@mail.ru

Рецензент: Орешкин Дмитрий Владимирович, д.т.н., профессор, зав. каф. «Строительные материалы», ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета