Thermodynamic optimization of modifiers of the surface layer of wood

A study is a modification of wood with phosphorous acid esters in order to reduce fire properties. It is known that phosphorus-containing modifiers are effective flame retardants for wood. Finding the best characteristics to evaluate effectiveness of modifiers is the most rational way to select modifiers, which reduce the fire properties of materials. A significant characteristic for evaluation of effectiveness of surface layer modifiers is a surface energy. To achieve the goal, the task was to study the change of energy characteristics of the modified wood surface and study of thermodynamic optimization of modifiers, which reduce the fire properties of materials. The thermodynamic parameters of the modified wood surface were determined on the basis of which it is possible to select the modifiers of the surface layer for wood. The change of the isothermal-isobaric ensemble of the modified surface was calculated on the basis of the combined equations I and II of the laws of thermodynamics using the “neutral drop” method. The largest values of surface energy are characteristic for wood, which modified by compounds entering into effective chemical interaction with wood. The degree of chemical interaction of the modifiers with wood was studied by the elemental analysis. High values of surface energy are substantiated when studying the structure of the surface and the surface layer of modified wood. The structure of the surface of the wood was studied by electron microscopy. The capillary structure of wood was studied by the method of sorption of water vapor. It is shown that with a high degree of interaction of the modifier with wood, the surface porous layer of wood is strengthened and structured and the pore size is reduced. As a result, there is a reduction in fire hazard and smoke generation ability. The most effective modifier is DEF, which provides the I group of flame retardant efficiency and reduces the smoke generation ability by 6 times. The possibility of the thermodynamic optimization of modifiers to create flame retardants was shown. The most effective modifiers providing high fire resistance of wood are characterized by the most negative values of the isothermal-isobaric ensemble change.

древесина, модифицирование, термодинамика, поверхностный слой, фосфорорганические соединения, оптимизация, wood, modification, thermodynamics, surface layer, organophosphorus compounds, optimization

1. Покровская Е. Н., Портнов Ф. А., Кобелев А. А., Корольченко Д. А. Дымообразующая способность и токсичность продуктов сгорания древесных материалов при поверхностном модифицировании элементоорганическими соединениями // Пожаровзрывобезопасность. - 2013. - Т. 22, № 10. -С. 40-45.

2. Стенин А. А. Улучшение свойств строительных материалов из древесины за счет модификации ее поверхности // Строительство - формирование среды жизнедеятельности : сборник докладов XVI Международной межвузовской научно-практической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. -М. : МГСУ, 2013. -С. 553-559.

3. Шамаев В. А. Современное состояние и пути развития модифицированной древесины // Современные проблемы механической технологии древесины : материалы международной научнопрактической конференции. -СПб., 2010.-С. 11-17.

4. Тарива Е. Ю. Влияние вида модификатора на физико-механические свойства древесины // Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии : сборник материалов VI Международной научно-технической конференции. -Тула, 2005.-С. 55-56.

5. Покровская Е. Н. Сохранение памятников деревянного зодчества с помощью элементоорганических соединений. -М. : Изд-во АСВ, 2009. -136 с.

6. Покровская Е. Н. Химико-физические основы увеличения долговечности древесины. - М. : Изд-во АСВ, 2003.-104 с.

7. Ролдугин В. И. Физико-химия поверхности : учебник-монография.-Долгопрудный : Изд. дом “Интеллект”, 2011.-564 с.

8. Tutygin A. S., Shinkaruk A. A., Aisenstadt A. M., Lesovik V. S. Ecological risks reduction in the production of concrete composites // Journal of International Scientific Publications: Ecology and Safety.- 2014. -Vol. 8. -P. 54-61.

9. Tutygin A. S., Shinkaruk A. A., Aisenstadt A. M., Frolova M. A., Pospelova T. A. Ways to increase and monitor bearing capacity of soils // Journal of International Scientific Publications: Ecology and Safety. -2013. -Vol. 7, Part 1. -P. 37-45.

10. Айзенштадт А. М. Термодинамическая оптимизация состава нанокомпозитов горных пород // Инновационные материалы и технологии для строительства в экстремальных климатических условиях : материалы I Всероссийской научно-технической конференции. - Архангельск : САФУ, 2014.-C. 37-44.

11. Дерягин Б. В., Абрикосова И. И., Лифшиц Е. М. Молекулярное притяжение конденсированных тел // Успехи физических наук. -1958. -Т. LXIV, вып. 3. -С. 493-528.

12. Дерягин Б. Д., Чураев Н. В. Смачивающие пленки. -М. : Наука, 1984. -60 с.

13. Практические методы в электронной микроскопии / Под ред. Одри М. Глоэра; пер. с англ.-Л. : Машиностроение, 1980.-375 с.

14. Практическая растровая электронная микроскопия / Под ред. Дж. Гоулдстейна, Х. Яковица; пер. с англ. -М. : Мир, 1978.-656 с.

15. Калин Б. А. Растровая электронная микроскопия : лабораторная работа. - М. : МИФИ, 2008. - 56 с.

16. Абрамзон А. А., Боброва Л. Е., Зайченко Л. П. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества : справочник. -Л. : Химия, 1984.-392 с.

17. Вячеславов А. С., Померанцева Е. А. Измерение площади поверхности и пористости методом капиллярной конденсации азота (подготовка магистров - операторов современного научного оборудования) : методическая разработка. -М. : МГУ им. М. В. Ломоносова, 2006. -55 с.

18. Подкаменный Ю. А., Носенко А. А. Инновационный метод определения удельной поверхности дисперсных систем и пористых материалов // Молодежь и наука : сборник материалов IХ Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, посвященной 385-летию со дня основания г. Красноярска.-Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2013. - 3 с. URL: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2013/thesis/s060/s060-017.pdf (дата обращения: 01.03.2017).

19. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. -М. : Мир, 1984. -592 с.

20. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость / Пер. с англ.; 2-е изд.-М. : Мир, 1984. -306 с.

21. Ruthven D. М. Principles of adsorption and adsorption processes. - New York etc. : John Wiley & Sons, 1984.-443 p.