SE532581C2 - Produktion av sura polysilikatprodukter och deras användning för att stärka trästrukturer - Google Patents

Description

532 58% l mikroorganismer liksom insektsattacker. Denna process och de resulterande träprodulcterna utgör ett möjligt komplement eller alternativ till dagens ofta milj öovänliga träbehandlingsprodukter.

Liksom annat silikatbehandlat trä kommer detta system också att ge en viss flamskyddseñekt. Dessutom kan systemet förlänga den ”användbara livstiden” av gamla trästrukturer genom bindnings- och agglomeringskapaciteten.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Denna uppfinning relaterar till förstärkning av trästrukturer genom impregnering med colloidal vattenlösning av sur polykiselsyra. Träprodukter som behandlats pâ detta sätt kan karakteriseras i att ha cellulosasuukwren förstärkt genom fyllnad och bindning med sura polysilikater. Uppfinningen kan användas på allt trä men är särskilt intressant för mjukt trä såsom furu.

Den här uppfinningen använder sig av en kollodial vattenlösriing av sur polykiselsyra för att impregnera träet. Behandlingen resulterar i en mer långvarig bindning mellan fibrerna av det behandlade träet. Försök har visat att det behandlade träet kan motstå normal åldring, röta, och attacker från insekter och mikroorganismer. Försök med terrniter har demonstrerat signifikant reducerad träkonsumtion med ingen signifikant giitighet mot termiterna.

Denna uppfinning använder ett system med vilket sura kiselsyra-lösningar produceras med olika syror, både organiska och oorganiska. Den resulterande kolloidala lösningen kommer att polymerisera eller gelatinera efter olika tidsperioder beroende på syran(orna), på pH't och på den använda koncentrationen. Det föredragna sättet är produktion från en alkalin vattenlösning av vattenglas (natrium silikat) och svavelsyra. För att undvika att passera genom det neutrala pH-ornrådet mellan 5-8.5, i vilket silikatet är för reaktivt och polymeriserar för snabbt för praktiska tillämpningar, ska vattenglaslösningen tillsättes syran tills ett pH mellan 2.5 till 4 nås, vilket ger en lösning av polymerisk kiselsyra som har en låmpligare polymeriseringshastighet. Det är också möjligt att samtidigt tillsätta vattenglaset och syralösningen om detta pH~område hålls. För att lättare uttnyttja det optimala pH-området av 3.5 -4 under produktionsprocessen, kan citronsyra tillsättas som en färgindikator till lciselsyralösnirigen, vilken blir gul vid ett pH på omkring 2 and slår över till färglös när pHzt når 4 (se diagram nedan). Denna gula färg, som endast har demonstrerats tillsammans med citronsyra, ger en praktisk indikator för det mest optimala arbetsområdet där, av praktiska hanterings-skäl, polymeriseringen sker i en lämplig hastighet. 532 58% Reakfivitetmedsvflelsyrasomexempel P _ _ _ (gultfiltvkarfiæmådetdârfiflsaßavcitronsyrakommm 'ïbgñnmfl afigemgnlfingsomvisardetopfimaharbetsomådefl Trä som behandlats på detta sätt har en höjd vattenabsorbtionskapacitet och för att reducera derma, kyls den resulterande syralösningen till nära eller precis till fryspunkten för att låta natríumet falla ut som natrimnsulfat. Det utlällda natrium- sulfatet kan lätt tas bort, till exempel genom ñltrering, och den resulterande sura polysilikatlösningen är klar lör användning. Om den hålls kall kan lösningen lagas upp till 4 dagar innan den kommer att fullständigt polymerisera till en gel.

Om citronsyra används ensamt i stället för svavelsyra, kommer lösningen att vara mer stabil vid högre pH värden. Det resulterande natriumeitratet kommer dock inte att falla ut, vilket kommer att höja vattenabsorptionskapaciteten av det behandlade 532 581 *H träet. Lösningar som baserats på endast citronsyra tar längre tid för att polymerisera än de som använder svavelsyra tillsammans med citronsyra.

Ett annat sätt att uppnå en lägre vattenabsorberingskapacitet av den behandlade träprodulcten är att använda oxalsyra eftersom det resulterande natriumoxalatet har en låg vattenlöslighet och kommer att falla ut. Precipitatet faller ut vid ett pH omkring l.5 och kan lätt avlägsnas, till exempel genom enkel filtrering. I oxalsyra- lösningar fungerar dock inte citronsyran som färgindikator för det optimala pH arbetsområdet eftersom det inte ger något iärgomslag.

Försök har visat att det behandlade träet kommer att ha en förbättrad resistense mot normal åldring, röta, och attacker fiån insekter och mikroorganismer. Försök med termiter har demonstrerat signifikant reducerad träkonsumtion utan signifikant giltighet mot termiterna. Denna resistens är orsakad av en förstärkning av rnikrostrukturen av träet genom fyllnad och bindning av cellulosa fibrerna med surt polysilikat. Denna uppfinning ger alltså ett potentiellt altemativt tillvägagångssätt till dagens ofta miljöfarliga insekticider som används i träskydd, fastän det sura polysilikatet i sig själv inte agerar som en insekticid eftersom det inte dödar insekterna. Detta bekräftas av resultaten fi°ån nedan beskrivna Exempel 7 då ingen signifikant giltighet mot termiter utan snarare deras preferens för obehandlat trä demonstrerades.

Mängden som behövs för att behandla träet beror på syftet och applikationsmetoden ~ ytbehandling genom bestrykning eller irnpregnering, antingen genom tryck eller inte. För ytresistens kan det vara tillräckligt med ett enkelt bestrykningslager med koncentrationer på 5-10% räknat som Si02.

Nyligen behandlat trä kommer att ha en något vitare ton än obehandlat trä medans äldre trä har en gräare aspekt. 532 531 Exempel Exemgel 1.

Polymeriseringstiden och iärgomslag noterades mot olika pH-värden för polykiselsyran med lösningar av svavelsyra (omkring 28%) tillsammans med citronsyra (omkring 1%) och tillsats av kiselsyra till omkring l0~l5% räknat som Si02_ (Ju högre koncentrationer av kiselsyran desto kortare blir gelatineringstiden för ett givet pH). Resultaten är givna i tabell 1 nedan.

Exempel 2..

Polymeriseringstiden och iärgomslag noterades mot olika pH-värden för _ polykiselsyran med lösningar av citronsyra (omkring 20%) och tillsats av kiselsyra till omkring 2.5~8°/<> (som SiOZ) Resultaten är givna i tabell 2 nedan. 532 581 Exempel 3.

Polymeríseringstiden och íärgomslag noterades mot olika pH-värden för polykiselsyran med lösningar av saltsyra (oinkring 15%) tillsammans med l.7% citronsyra och tillsats av kiselsyra till omkring 842% (som SíOz) Resultaten är givna i tabell 3 nedan.

Exempel 4.

Polymeriseringstiden noterades mot olika pH-värden för polykiselsyran med lösningar av oxalsyra (omkring 20%) och tillsats av kiselsyra till omkring 842% (som SiOz) Resultaten är givna i tabell 4 nedan.

Tabell 4. 532 581 “Y Exempel 5. 'P Ett första försök av resistens mot normal åldring genomfördes genom bestrykning med två lager av polykiselsyra-lösning (producerad med svavelsyra som den sura komponenten utan citronsyra) på träskivor på en syd-väst riktad husfasad exponerade mot solljus och regn och järntörda med obehandlade skivor på samma fasad. Skivorna observerades under en lS-års period. Det obehandlade träet hade ett betydligt annorlunda åldersframträdande och efter omkring 15 år var det mesta av det obehandlade träet ruttet medans det behandlade träet inte visade tecken av åldring eller törmtmelse. 20% av de obehandlade fasad-skivorna fick bytas ut under den perioden, men ingen av de behandlade skivorna.

Exemrg 6.

I ett andra iörsök av resistens mot normal åldring behandlades plywood genom genomdränkning av dess faner i polykiselsyra (producerad med svavelsyra som den sura komponenten utan citronsyra) och testad iör åldring tillsammans med obehandlade plywoodbitar. De placerades horisontellt på ett hustak under 15 års tid. På den obehandlade plywooden var topfaneren helt sönderfallen och pulveriserad, medans den behandlade plywooden endast visade en iärgändring av sitt topfaner (från brunt till grått).

Exempel 7.

Bitar av furuträ (omkring 2.5x2xl.2 cm) behandlades genom genomdränlming under cirka 24 timmar i sur polykiselsyralösnirig produserad med svavelsyra / citron syra som den sura komponenten. Standard-tester iör val mellan behandlat och obehandlat trä kördes med två under-jordiska termitarter. Tunnellâggriirigs- beteende, träkonsumtion och överlevnad observerades under 1 månad. En signifikant reduktion (omkring 50-7 0%) i träkonsumtion demonstrerades med 95% sannolikhet för det behandlade gentemot det obehandlade träet. Ingen signifikant reduktion i överlevnad observerades medans beteendet visade en klar preferens till obehandlat trä för en av de testade arterna. Vidare påstod experterna som utförde testen att för de obehandlade kontrollerna, visade träbitarna på höger sida en tendens till högre konsumtion, möjligen på grund av olika värme och ljusexponeringar. I test-behållarna var de behandlade bitarna på den högra sidan och skulle därför också blivit mer konsumerade än de obehandlade bitarna som befann sig på vänster sida. 532 58% Exempel 8. å Bitar av filrun-ä (omkring 2.5 cm x 1.2 cm x 200m) behandlades genom nerdoppning i en sur polysilikatlösnirlg baserad på svavelsyra blandad med citron syra och sedan lämnade ute under tre år, antingen på ytan av jord eller fastspikade på trästubbar. På den behandlade sidan av bitarna var fibrerna mer bundna tillsammans och flagade inte av som på den obehandlade sidan. Bredden of de behandlade sidorna var också kortare än den obehandlade sidan (omkring 0.5 mm över 2.5 cm).

Claims (1)

1. 532 58'l Patentkrav: Med denna ansökan gör vi följande anspråk: 1. En process för framställning av en sur polysilikatlösning, avsedd lör att förstärka trästruldurer kännetecknad av att den sura polysilikatlösningen tillverkas genom tillsats av en alkalin lösning av natrium silikat (vattenglas) till en eller fler syror, till exempel svavelsyra, medans det säkerställs att pH~värdet aldrig överstiger 4. Process enligt anspråk l, karakteriserad av tillsats av citronsyra i en mängd av l-5% av svavelsyralösningen för att synliggöra pH-värdet i området 25-4 genom en gul färg och därmed indikera det optimala pH-arbetsonirådet där polymeriseringen sker med en för praktiska ändamål optimal hastighet. Process enligt anspråk l med svavelsyra lör att kunna fälla ut NazSOr nära eller på fi-yspunlden. . Process enligt anspråk 1 med citronsyra för att få en träbehandlingslösning som är stabil under en längre period (upp till en vecka). Process enligt anspråk 1 med oxalsyra för att få en träbehandlingslösning och en utfällning av natriumoxalat vilket ger en träprodukt med lägre vattenabsorptionskapacitet och natriumoxalat som en biprodukt. Användning av sur polysilikatlösning fiamställd enligt förfarandet i anspråk 1 lör att förlänga den användbara tiden av redan åldrat trä genom att göra det robust genom fyllnad och bindning och förhindra ytterligare avflagning av träfibrer. . Användning av sur polysilikatlösning 'framställd enligt törfarandeti anspråk 1 lör att förstärka trästrukturer och ge dem större resistens mot åldring, röta och insekter.