Фотозащита древесины с использованием УФ-абсорберов полиэфирного типа

Древесина подвержена фотодеградации, потому что лигнин сильно впитывает УФ-излучение, которое приводит к фотолизу лигнина и образованию ароматические и другие радикалы, которые дополнительно разлагают лигнин и деполимеризуют Лулоза и гемицеллюлоза.  Древесина может быть защищена от фотодеградации путем изменения его  молекулярной структуры с помощью триоксида хрома, бензоилхлорида или трилбензоата.  Предыдущее исследование продемонстрировано практически преимуществом обработки трехокисью хрома для  производительности древесины, подвергшейся воздействию на открытом воздухе. Однако триоксид хрома не может использоваться для защиты древесины в большинство стран, и мы пытаемся найти другие неорганические соединения, которые как эффективные были неудачными.  Следовательно, существует острая необходимость в развитии альтернативные экономически эффективные фотозащитные средства для дерева. Эффективным способом защиты полимеров от фотодеградации является использование добавки, которые поглощают ультрафиолетовое излучение и рассеивают энергию в виде тепла. Диапазон различных поглотителей ультрафиолета, включая производные фенилсалицилата, гидрокси- бензофеноны, идроксифенилбензотриазолы и триазины мерциализированы и обычно используются для фотостабилизации полимеров.  Эти УФ поглотители могут также защитить древесину от фотодеградации.  Эффективность УФ-поглотители при предотвращении фотодеградации полимеров могут быть увеличены путем химической связи или прививки их к полимеру,  и ряд исследований продемонстрировали эффективность этого подхода в защите древесины от фотодеградация. Альтернативный подход к повышению эффективности УФ-поглотителей в материалах заключается в увеличении их молекулярной массы, что может быть сделано путем взаимодействия исходного УФ-поглотителя с другими  соединениями.  Например, реакция эпоксидно- ункционализированного УФ-поглотителя 2-гидрокси-4 (2,3-эпоксипропокси) бензофенон (HEPBP) с ангидридами дикарбоновой кислоты создавать поглотители ультрафиолетовых лучей полиэфирного типа с более высокой молекулярной массой без обработка УФ-поглощающей 2-гидроксибензофенонной единицы (MW < 1600). HEPBP эффективно защищает древесину от фотодеградации. Более того, древесина, которая была химически модифицирована дикарбоновой кислотой гидрид, фталевый ангидрид с последующей олигомеризацией с эпоксидом, 1-хлор-2,3-эпоксипропан (эпихлоргидрин), также устойчив к погодным условиям ING. Таким образом, мы предполагаем, что полимерные полиэфирные поглотители УФ-типа созданные из HEPBP и ангидридов дикарбоновых кислот будут эффективны при защита древесины от фотодеградации. В этом исследовании мы прореагировали древесину с HEPBP и 3 различными дикарбоновыми ангидриды кислот и исследовали способность обработок защищать древесину от фотодеградации. Лучшее лечение затем сравнивали с низкотемпературные фотозащитные средства для дерева, триоксида хрома, HEPBP (только) и другой эффективный фотостабилизатор, состоящий из поглотителя ультрафиолета и световой стабилизатор dered amine. Целью было проверить гипотезу о том, что полимер УФ-поглотители полиэфирного типа, полученные из HEPBP и дикарбоновой кислоты Гидриды станут эффективными фотозащитными средствами для дерева.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ

Приготовление Шпон

Шпон, 85 мм (длина) × 20 мм (ширина) и 80–85 мкм толщиной с сухой вес ∼52–55 мг каждый вырезали с помощью микротома сани (Спенсер Объектив Буффало, Нью-Йорк, США) с радиальных граней водонасыщенных низкие кедровые блоки, как описано ранее. Влажные виниры укладывались на стеклянные пластины и сушат в течение 4 часов. Виниры были кондиционированы на 20 ± 1 ◦ С и 65 ± 5% относительно влажность в течение двух недель. Толщина каждого шпона была измерена с помощью цифровой микрометр. Каждый шпон затем взвешивали, высушивали в печи при 105 ± 5 ◦ С 45 минут перевесил и восстановлено, как указано выше. Пять случайно выбранных виниров были назначены каждая из 13 различных обработок оценивалась в первом эксперименте (табл 1). Десять виниров были назначены для каждого из обработок, которые были оценены. Химические веществ, концентрации раствора и увеличение массы обработанных виниров в каждый эксперимент SOLN лечение Увеличение веса эксперимент химикалии * концентрация  * Все химические вещества были растворены в ацетоне, за исключением триоксида хрома (вода) и UVA / HALS (минеральные спирты); Растворы для обработки ацетоном содержали три-н-гексиламин в качестве катализатора (2,5 мол.%); † Концентрации раствора рассчитываются в процентах от шпона вес.

Рисунок. 1. Таблица химикалий

Второй  эксперимент. Отдельные партии из десяти виниров хранились в помещение для проведения экспериментов (как указано выше) во время испытаний на воздействие. Эти виниры (необработанный и не подвергшийся воздействию) предоставил средство для оценки начального растяжения прочность виниров.

Химическая обработка

В данной работе использовались ангидриды дикарбоновых кислот, малеиновой, фталевой и янтарный ангидрид, полученный от Sigma-Aldrich (Oakville, Canada). HEPBP был синтезирован путем взаимодействия 2,4-дигидроксибензофенона (Sigma D-9400) с 1-хлор-2,3-эпоксипропаном (эпихлоргидрин: BDH-27706), как описано Manásek et al. (рис. 1а). Синтез полимерных УФ-поглотителей из HEPBP и ангидридов дикарбоновых кислот следовали разработанным методам Lusto N et al. Они показали, что чередующийся сополимер HEPBP и ангидрид образуется, когда эквимолярное соотношение HEPBP и ангидрида действовали вместе, используя третичный амин в качестве катализатора. Поэтому в этом исследовании эквимолярное соотношение HEPBP и индивидуальных ангидридов дикарбоновой кислоты составляло растворяется вместе с 2,5 мол.% три-н-гексиламина в минимальном количестве ацетона. Три раствора были приготовлены для каждой комбинации HEPBP / ангидрид. нация (всего 9 решений). Эти растворы содержали 10%, 20% или 30% HEPBP и ангидрид рассчитывают в процентах от веса виниров, химические растворы наносились на предварительно взвешенные и кондиционированные виниры. Обработанные виниры нагревали в духовке в течение 4 часов при 120 ° С. ◦ С полимеризовать HEPBP и ангидрид дикарбоновой кислоты. Прибавка в весе виниров после обработки приведены в табл 1. На рисунке 1б показана схема для катализируемой три-н-гексиламином сополимеризации HEPBP и фталевой кислоты ангидрид, который соответствует шагам, изложенным Rocks et al. 

Оценка потерь веса и прочности при растяжении обработанных виниров во время ускоренного выветривания

Обработанные виниры и необработанные контроли прикрепляли к стеклянным пластинам, используя маленькие пластиковые зажимы, и пластины были размещены случайным образом в верхней стойке Weather-o-Meter (модель 65-W, Atlas Electric Devices Co., Чикаго, США,

Рисунок 2. Схема А, реакция между 2,4-дигидроксибензофеноном (DHBP) и 1-хлор-2,3-эпоксипропан с образованием 2-гидрокси-4 (2,3-эпоксипропокси) бензофенона (HEPBP); Схема В. Три-н-гексиламин катализирует  чередующуюся сополимеризацию фталевый ангидрид (Па) и 2-гидрокси-4 (2,3-эпоксипропокси) бензофенон (HEPBP).R1 = метиленоксигидроксибензофенон. R2 = н-гексил (схема основана на этапах изложенные Rocks et al. 2004. 

Ксеноновая дуга., Лампа 6500 Вт, температура 40 ◦ С, относительная влажность 25–30%). Обработанные виниры подвергали воздействию либо 150 ч (эксперимент 1), либо 200 ч (эксперимент 2) ускоренное выветривание, включая постоянное воздействие ультрафиолетового излучения и 1 час брызг воды каждые 24 часа. В конце каждого эксперимента виниры извлекают из Weather-o-Meter, сушат в духовке в течение 2 ч и их сухой вес были измерены для расчета потери веса. 

Виниры были восстановлены в течение недели и их предел прочности при растяжении нулевого пролета измеряли с помощью тестер бумаги. Результаты были подвергнуты анализу Дисперсия для определения влияния лечения на потерю веса и прочность на разрыв виниров после искусственного выветривания. Статистический расчет был выполнен используя Genstat (версия 10). Значимые результаты представлены и значимость (р) значения влияния обработки на потерю веса и прочность на разрыв виниров после выветривания включены в графики. Столбики ошибок на графиках можно использовать для сравнения различий между средства для индивидуального лечения.

ВЫВОДЫ

В заключение мы показали, что полимерный полиэфирный поглотитель ультрафиолетового излучения созданный в результате реакции эпоксидно-функционализированного УФ-поглотителя 2-гидрокси- 4 (2,3- эпоксипропокси) бензофенон с фталевым ангидридом (HEPBP-Pa) эффективная фотозащитная обработка древесины. HEPBP-Pa эффективен потому что он сильно поглощает ультрафиолетовое излучение с максимумом поглощения, который совпадает с лигнином, фотолабильной составляющей древесины, и он образует тонкий стойкая пленка на деревянных поверхностях. HEPBP-Pa более эффективно ограничивает потеря массы и прочности при растяжении тонких деревянных шпонов, подверженных ускорению выветривания, чем обработки с использованием УФ-поглотителей, образованных из HEPBP и малеиновый или янтарный ангидрид, возможно, потому что фталевый ангидрид реагирует более легко, чем малеиновый или янтарный ангидрид с HEPBP с образованием полиэфира УФ-поглотитель. HEPBP-Pa был немного более эффективным, чем HEPBP на фотосте билизируя древесину, и мы заключаем, что частичное замещение бензофенона в полимерных поглотителях ультрафиолетового излучения с недорогим соединением, таким как фталевый ангидрид может повысить экономическую эффективность лечения. HEPBP-Па был не так эффективен, как триоксид хрома и комбинация UVA / HALS при ограничение веса и прочности на растяжение соответственно шпонов, подверженных ускоренное выветривание. Однако HEPBP не ухудшил поверхность древесины как триоксид хрома, и он не был выщелочен с поверхности к тому же степень как комбинация UVA /HALS. Кроме того, возможно дальнейшее повысить эффективность полимерных УФ-поглотителей путем изменения реактивной УФ-поглотитель и сополимер или за счет увеличения прироста массы шпона.