Введение к работе
Актуальность темы.
Значение леса как важнейшего экологического, средообразующего фактора становится особенно ощутимым в связи с урбанизацией, индустриализацией и истреблением лесов на огромных площадях. Лесной покров является составной частью и энергетической основой биосферы, оказывающей комплексное защитное действие на среду. Влияние леса на человека проявляется через изменение жизненных субстанций - воздуха, воды, почвы, флоры и фауны, обеспечивающих потребности человека. Антропогенное и техногенное воздействие на такую природную систему, как лес, изменяет кислородный баланс земли, нарушает гидрологические режимы рек, что может привести к реальной угрозе самому существованию человека.
Заготавливаемая в лесу древесина широко применяется в деревообрабатывающей промышленности, авто- вагоностроении, строительстве, целлюлозобумажной промышленности, на предприятиях связи и путей сообщения, в горнодобывающей промышленности, жилищно-коммунальном и других хозяйствах. Условия эксплуатации древесины и неблагоприятные температурно-влажностные воздействия снижают срок службы изделий из древесины вследствие поражения ее деревоокрашлвающими, плесневыми и дереворазрушающими грибами. Химическая защита древесины от грибного поражения увеличивает ее долговечность и является важным природоохранным и ресурсосберегающим мероприятием, обеспечивающим снижение объемов лесозаготовок и сохранение лесных массивов.
В настоящее время для защиты древесины от поражения грибами широко применяются бесхлорфенольные водорастворимые антисептики. Рецептуры препаратов, разработаны в Центральном научно-исследовательском институте механической обработки древесины (ЦНИИМОД). Антисептики предназначены для предохранения сырых пиломатериалов от поражения плесневыми и деревоокрашивающими грибами на период сушки, кратковременного хранения и транспортирования. Применяются на десопильно-деревообрабатывающих производствах, обеспеченных системой оборудования, приспособлений и инженерных сооружений, которые предохраняют людей и окружающую среду от опасного воздействия биоактивных продуктов. Это несколько ограничивает их широкое применение частными лицами. Кроме того, из-за узкой специализации по направленности применения они не могут быть использованы, например, для санитарной обработки деревянной тары под плодоовощную продукцию, что имеет большое значение, поскольку многие виды плесневых грибов хорошо развиваются как на древесине, так и на плодах.
Для ускорения внедрения в промышленность новых бесхлорфеноль-ных антисептиков и снижения риска для экологии при их применении рецептуры ЦНИИМОДа были основаны на применении смесей, состоящих из соответствующего сочетания нескольких апробированных на практике
компонентов с известными токсикологическими свойствами, которые в результате явления синергизма взаимоусиливаются при совместном действии на грибы. Такой методический подход к разработке рецептур антисептиков экономически обоснован и характерен для большинства развитых стран.
Совершенствование рецептуры антисептиков за счет синтеза новых биологически активных соединений, в которых токсические ингредиенты химически связаны в единый комплекс, позволит существенно снизить выделение токсикантов при растворении препаратов, их испарении, пылении и т.п. Такой путь требует больших затрат на изучение длительного воздействия на человека и природу новых синтезированных продуктов, но они быстро окупаются за счет высоких потребительских свойств средств защиты древесины нового поколения.
Изложенное свидетельствует об актуальности исследований, направленных на совершенствование рецептуры, препаративной формы экологически безопасных средств защиты древесины, изучение их эксплуатационных свойств и создание препаратов для утилизации их водных растворов при широком использовании.
Новые антисептические препараты создавались путем синтеза биологически активных соединений, образующих единый комплекс с рядом неорганических компонентов за счет химического взаимодействия. Это позволило улучшить препаративную форму изобретенных антисептиков, существенно снизить эмиссию токсичных веществ в окружающую среду, уменьшить негативное воздействие их на человека и расширить ассортимент средств защитьццревесины. Данная работа направлена на разработку водорастворимых антисептических препаратов и средств для утилизации отходов технологических процессов антисептирования.
Цель исследований - создать экологически безвредные водорастворимые препараты на основе органических аммониевых соединений для антисептической обработки древесины и утилизации отходов антисептирования, сточных вод производства, разработать их промышленный синтез.
В соответствии с целью решались следующие задачи:
-
Разработать рецептуры антисептиков для древесины на основе синтеза биологически активных компонентов.
-
Исследовать защищающую способность созданных препаратов по отношению к деревоокрашивающим и плесневым грибам, а также их эксплуатационные и экологические характеристики.
-
Исследовать взаимодействие антисептиков с древесиной.
-
Разработать технические условия и регламенты на производство новых экологически безопасных антисептиков в виде гранул рациональной конструкции.
-
Разработать средства и технологию утилизации отходов антисептирования, сточных вод методом флокуляции.
Научная новизна.
Впервые синтезированы новые биологически активные органичес
кие аммониевые соединения для производства антисептиков, предназна
ченных для защиты сырых пиломатериалов и деревянной тары от грибного
поражения. На их основе разработаны восемь рецептур антисептиков1 в
виде комплексных соединений, в которых органические биологически ак
тивные ингредиенты (класс четвертичных аммониевых соединений) связа
ны с неорганическими компонентами при помощи ионной связи, обеспечи
вающей быструю, эффективную диссоциацию на ионы в водном рабочем
растворе, а также снижение эмиссии токсикантов в окружающую среду.
Исследовано взаимодействие вновь созданных антисептиков с
древесиной.
Практическая значимость работы.
Разработаны промышленные технологии производства антисептиков пониженной экологической опасности в виде гранул рациональной конструкции на основе новых органических четвертичных аммониевых соединений с требуемым уровнем биологической активности.
Предложен и синтезирован высокомолекулярный флокулянт, изучены его физико-химические свойства, механизм действия и применения для утилизации азотсодержащих отходов антисептирования древесины.
На новые препараты разработаны технические условия, регламенты, необходимые для их производства и применения в промышленности.
Автор выносит на защиту.
Закономерности физико-химических процессов синтеза новых органических азотсодержащих аммониевых соединений, выполняющих роль биологической основы антисептиков древесины.
Структуру и свойства новых синтезированных антисептиков.
Особенности воздействия разработанных антисептиков на дерево-окрашивающие грибы, вызывающие плесень и синеву.
Закономерности распределения антисептиков в обработанной древесине.
Химическое строение, свойства, механизм действия и закономерности синтеза высокомолекулярного флокулянта, позволяющего утилизировать отходы технологического процесса антисептирования древесины.
Реализация результатов работы:
разработаны биологические основы антисептиков, предназначен
ных для защиты целлюлозосодержащих материалов, и получены решения
1 Новые биологически активные соединения и антисептики на их основе защищены 13 патентами Российской Федерации.
Роспатента о выдаче патентов РФ по заявкам: № 95100126/04 (000302), № 95102121/04 (004156), № 95105121/04 (009239), № 95105104/20 (009238);
разработаны новые антисептики на основе созданных органических аммониевых соединений для защиты древесины от биопоражения: патент РФ № 1825474 и решения Роспатента о выдаче патентов РФ по заявкам № 5062977/05 (042691), № 95106916/04 (012142), №5107877/04 (013424), № 95106917/04 (012143), № 95107876/04 (019767), № 95111539/04 (019768), № 95111538/04(019767);
разработан новый высокомолекулярный флокулянт для осветления жидкостей (а.с. № 291957 СССР);
разработаны регламенты на производство биологически активных основ и препаративных форм новых экологически безопасных антисептиков (Ацетас-1, Ацетас-2, Биоминас-1, Биоминас-2, Асадфос, Диаминфол);
вновь созданные препараты нашли применение в лесопильно-
деревообрабатывающей промышленности. Выпущены опытные партии
антисептиков и флокулянта, произведена антисептическая обработка дре
весины в производственных условиях.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на:
международных симпозиумах: "Диффузионные явления в полимерах", Рига, 1978, Москва, 1979; "Повышение эффективности применения полимерных материалов в отраслях промышленности, производстве продуктов питания", Углич, 1983; "Теоретические и практические аспекты применения методов-янженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов", Подольск, 1986; "Диффузионные явления в полимерах", Рига, 1989; "17 международный Региональный Симпозиум по реологии", Саратов, 1994; "18 международный Региональный Симпозиум по реологии", Карачарово, 1996.
научных конференциях преподавателей Московского Государственного заочного института пищевой промышленности, Государственного тех-нического университета, Московской Государственной академии прикладной биотехнологии ежегодно с 1978 по 1996 г.г.;
расширенных заседаниях кафедр, лабораторий: Московского Государственного заочного института пищевой промышленности - 1993-1996 г., Архангельского Государственного технического университета - 1996 г., Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева-1993-1996 г.г.; лаборатории защиты древесины Центрального научно-иссле-довательского института механической обработки древесины г. Архангельска 1985-1996 г.г., НИО НИЦ АО " Химпром" г. Волгограда 1994-1996 г.г.
Публикации:
Опубликовано 145 работ, в т.ч. по теме диссертации- 58 .
Объем и структура диссертации.
Работа состоит из введения, семи глав, выводов, списка использованных источников и приложений; изложена на 304 стр. текста, включая 59 табл. и 52 рис., библиографию из 215 наименований и приложения на 67 стр.
