Способ получения огнезащитного средства для пропитки древесины

09 21/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕЗАЩИТНОГО СРЕДСТВА ДЛЯ ПРОПИТКИ ДРЕВЕСИНЫ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Автор Тычино Николай Александрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Способ получения огнезащитного средства для пропитки древесины и материалов на ее основе, отличающийся тем, что проводят гидролиз крахмала до ди- и моносахаридов в присутствии ортофосфорной кислоты при 90-105 в течение 10-40 мин, в полученный раствор вводят дициандиамид и выдерживают при 70-90 течение 10-30 мин, после чего добавляют карбамид и выдерживают полученную смесь при 60-90 в течение 15-50 мин,при этом ингредиенты используют в следующем соотношении, мас.ортофосфорная кислота 23-33 крахмал 3-10 дициандиамид 2-12 карбамид 15-30 вода 30-60.(56)592594, 1978.4174223, 1979.3530 С 1, 2000.1628475 , 1995.2055857 1, 1996.2172242 1, 2001.568270 , 1983. Изобретение относится к разработке способа получения огнезащитного средства,предназначенного для придания трудногорючих свойств древесине и материалам на ее основе посредством их капиллярной пропитки. Известны пропиточные составы, содержащие (мас.ч) ортофосфорную кислоту 0,5-1,5,карбамид - 1,0-1,8, трифосфат калия или натрия - 0,2-0,5 и воду 1 а также состав (мас.ч) карбамид 1,0-1,8, ортофосфорная кислоту - 0,5-0,8, триполифосфат натрия - 0,5-1,1 и воду 2,0-3,6 2, которые при поверхностной пропитке с помощью капиллярных сил обеспечивают древесине трудновоспламеняемые свойства ( группа огнезащитной эффективности). При этом расход антипиренов составляет 250-300 дм 3/м 2 поверхности 1, 2. Достижение трудногорючих свойств таким средством не возможно по причине того, что для приобретения трудногорючести требуется значительно больший расход, который может быть дос 6707 1 тигнут при глубокой пропитке, т.е. необходимо использовать автоклавную пропитку или пропитку по методу горяче-холодных ванн. Для получения трудногорючих свойств с использованием данного средства требуется применять стационарные способы пропитки. Известны огнезащитные композиции для огнезащиты материалов растительного и животного происхождения бумаги, древесины, кожи, ткани и целлюлозосодержащих материалов. Водный раствор содержит 10-60 смеси нитрата аммония и карбамида (39,5-44,5 нитрата аммония и 30,5-35,4 карбамида) 20,3-30 воды 10-50 аммиачного полифосфата (10 азота и 34 ортофосфорной кислоты) 0-25 мелиссы крахмала или сахара и до 3 сильного основания ( регулятор рН) 3. Средство не создает теплоизолирующего слоя при температурном воздействии и способно при капиллярной пропитке обеспечивать только трудновоспламеняемые свойства древесине ( группа огнезащитной эффективности). Известен состав 4, содержащий сульфат и фосфат мочевины, который получается при добавлении в раствор ортофосфорной кислоты, подогретой до 85-95 , технического карбамида и сульфата меди. К полученному раствору добавляется бура и силикофторид натрия, после чего производится его нейтрализация аммиачной водой до рН 6,5-7,0. Средство способно при капиллярной пропитке обеспечивать только трудновоспламеняемые свойства древесине ( группа огнезащитной эффективности). Наиболее близким к заявляемому является способ получения антипирена 5, состоящего из (мас.ч) ортофосфорной кислоты - 1,0 карбамида - 1,0 галагенида аммония - 0,3. Антипирен готовится в автоклаве, в который заливают кислоту (84 конц.), добавляют карбамид, после чего нагревают до 132-140 и кипятят до рН 4-5. В охлажденный до 90 или ниже раствор вводят галагенид аммония и разбавляют водой до рабочей концентрации. Данный состав, как и другие, приведенные выше, обеспечивает высокую степень огнезащиты (трудногорючесть материала) при введении огнезащитного средства,например, для древесины на глубину не менее 5-15 мм, для чего требуется стационарная пропитка в автоклаве. При капиллярной пропитке достигается только трудновоспламеняемость материала ( группа огнезащитной эффективности). При расходе огнезащитного средства, равном 0,25-0,35 дм 3/м 2, потеря массы по ГОСТ 16363-98 составляет 20-25 ,температура дымовых газов - 400-600 и время самостоятельного горения - 30 с. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение огнезащитного средства, способного посредством поверхностной пропитки (кистью, краскопультом) на глубину 1-3 мм непосредственно смонтированных деревянных строительных конструкций и материалов при малом расходе антипиренов обеспечить высокую степень огнезащиты (по ГОСТ 16363-98 классифицируется как 1 группа огнезащитной эффективности, что соответствует группе трудногорючих материалов по ГОСТ 12.1.044-89). Данная задача достигается тем, что способ получения огнезащитного средства для пропитки древесины и материалов на ее основе включает гидролиз крахмала до ди- и моносахаридов в присутствии ортофосфорной кислоты при температуре 90-105 в течение 10-40 мин, в полученный раствор вводят дициандиамид и выдерживают при 70-90 в течение 10-30 мин, после чего добавляют карбамид и выдерживают полученную смесь при 60-90 в течение 15-50 мин, при этом ингредиенты используют в следующем соотношении, мас.ортофосфорная кислота 23-33 крахмал 3-10 дициандиамид 2-12 карбамид 15-30 вода 30-60. Основные существенные отличительные признаки заявляемого изобретения состоят в том, что древесина или древесный материал, пропитанные полученным огнезащитным средством в количествах 0,25-0,35 дм 3/м 2 при плотности раствора, равной 1260-1300 кг/м 2,при огневом воздействии дополнительно к известным условиям подавления процессов горения образует на поверхности пористый теплоизолирующий слой, в порах которого содержатся инертные газы СО 2, 2 и пары воды, препятствующие притоку кислорода к 2 6707 1 горючему материалу, а также способствующие процессам затухания источников огня,находящихся в непосредственной близости к огнезащищенному материалу 6. В результате стандартных огневых испытаний по ГОСТ 16363 при расходе огнезащитного средства 0,3 дм 3/м 2, обеспечивающем трудногорючие свойства, потеря массы составила 8 , максимальная температура дымовых газов - 215 , а время самостоятельного горения - не более 30 с. При расходе 0,35 дм 3/м 2 потеря массы составила 6 , температура дымовых газов - 150-180 , время самостоятельного горения 0-20 . Во втором случае происходит выход инертных газов на поверхность, которые вызывают эффект затухания пламени в непосредственной близости к образцу (отчет по испытаниям, см. приложение 1). Изобретение поясняется следующими примерами (таблица). Таблица Зависимость потери массы по ГОСТ 16363 от соотношения компонентов и технологических режимов получения огнезащитных средств Содержание компонентов, г Ор Дитообциан- рфос- КрахразВода диа- бафор- мал ца мид мид ная к-та 1 24 6 34 7 29 2 24 6 34 7 29 3 30 4 41 2 23 4 30 4 41 2 23 5 30 4 41 2 23 6 24 6 34 7 29 7 30 4 41 2 23 8 27 5 39 3 26 9 27 5 39 3 26 10 27 5 39 3 26 11 27 5 39 3 26 12 27 5 39 3 26 13 27 5 39 3 26 14 27 5 39 3 26 15 30 4 41 2 23 16 30 4 41 2 23 17 30 4 41 2 23 18 30 4 41 2 23 19 30 4 41 2 23 20 24 6 34 7 29 21 24 6 34 7 29 22 24 6 34 7 24 Режимы процессов Результаты огневых Синтез 1 Синтез 2 испытаний ВреПотеря мяминмин массы,горе ния 70-90 20 80-90 40 7,8 240 15 70-90 20 80-90 40 7,4 240 45 70-90 10 80-90 20 12,6 360 120 70-90 10 80-90 20 12,1 280 35 70-90 10 80-90 20 9,8 260 25 70-90 20 80-90 40 9,0 210 25 70-90 10 80-90 20 10,7 310 25 70-90 15 80-90 30 7,2 190 25 70-90 15 80-90 30 6,0 140 0 70-90 15 80-90 30 5,7 175 20 70-90 15 80-90 30 5,0 170 20 70-90 15 80-90 30 5,8 160 15 70-90 15 80-90 30 5,2 155 10 70-90 15 80-90 36 6,8 175 20 70-90 15 80-90 20 10,3 330 60 70-90 10 80-90 20 11,0 350 35 70-90 10 80-90 20 9,2 220 25 70-90 10 80-90 20 12,3 390 70 70-90 10 80-90 20 10,7 310 25 70-90 20 80-90 40 8,1 275 40 70-90 20 80-90 40 8,5 280 25 70-90 20 80-90 40 7,0 260 30 Пример 1. Берется 34 г воды и 60 г крахмала, все перемешивается до равномерной суспензии,добавляется ортофосфорная кислота 240 г (85 конц.). Содержимое доводится до кипения 90-100 и при слабом кипячении крахмал гидролизуется в течение 20 мин. Затем растворяется 70 г дициандиамида, и опять проводится синтез в течение 10 мин при температуре 70-90 , после чего добавляется карбамид - 290 г и при 80-90 проводится синтез в течение 40 мин. Полученное таким образом огнезащитное средство имеет плотность 1,29 г/см и рН 1-2,5. При обработке этим средством образцов древесины температура дымовых газов составляет 210-240 , а время самостоятельного горения - 15-45 с. В результате испытаний по ГОСТ 16363-98 получены граничные результаты для группы трудногорючих материалов. 3 6707 1 Пример 2. Процесс ведется так же, как и в примере 1, только время гидролиза составляет 15 мин.,а время первого и второго синтеза системы 15 и 30 мин соответственно. При этом соотношение ингредиентов следующее (в мас. ) ортофосфорная кислота - 270 крахмал - 50 вода - 390 дициандиамид - 30 карбамид - 260. Получен раствор плотностью 1,28 г/см и рН 1-2,5. Обработанная огнезащитным средством древесина (образцы 8-14) при огневых испытаниях показала среднюю потерю массы 5-7 , максимальную температуру дымовых газов - 140-180 и время самостоятельного горения от 0 до 20 с. Эти результаты являются оптимальными для данной огнезащитной композиции. Пример 3. Процесс ведется, как и в примерах 1, 2, но гидролиз длится 30 мин, а синтез первый и второй по 10 и 20 мин соответственно. Полученное модифицированное огнезащитное средство имеет плотность 1,26 г/см и рН 1-2,5. Огнезащищенные образцы древесины( 3-5, 7 15-19) при огневом воздействии теряют в массе от 9 до 13 , имеют температуру дымовых газов 260-360 и время самостоятельного горения от 25 до 120 с. В данном случае имеют место предельные значения по трудногорючести, а образцы 3-5, 7, 15, 16,18 и 19 находятся за пределом трудногорючих свойств. Поверхностная огнезащитная обработка древесины и материалов на ее основе антипиренами, полученными выше приведенным способом, способна при достижении содержания в древесине 0,25-0,35 дм 3/м 2 раствора такого огнезащитного средства обеспечить трудногорючесть защищаемого древесного материала (1 группа огнезащитной эффективности). Экономическая эффективность достигается за счет снижения энергозатрат, направляемых на огнезащитную обработку древесных материалов, предназначаемых для промышленного и гражданского строительства. Получение трудногорючих свойств известными составами методами глубокой пропитки не менее чем на 45-55 увеличивают затраты по сравнению с поверхностными способами обработки строительных материалов и конструкций огнезащитным средством, полученным по разработанной технологии. Применение разработанного способа для пропитки древесины позволит, при получении равнозначного огнезащитного эффекта, снизить затраты на проведение огнезащитных работ не менее чем в 1,5 раза по сравнению с существующими способами глубокой пропитки антипиренами. Источники информации 1. А.с. 1482155 СССР, МКИ С 08 В 5/00. Способ получения фосфорпроизводных целлюлозы / Лунева .К., Тычино .А., Коноплева .В., Воробьев В.К., Опутина А.Г., Трофимова И.В., Ермоленко И.Н. -4251170/31-05 Заявл. 14.04.1987. 2. Пат. 1628475, МКИ С 08 В 5/00, В 27 К 5/00. Способ обработки древесных материалов хвойных и лиственных пород / Лунева .К., Трофимова И.В., Опутина А.Г., Ермоленко И,Тычино Н.А., Воробьев В.К. -4460761/15 Заявл. 15.07.1988 Опубл. 20.12.95 // Открытия. Изобретения. 1995. -35. 3. Пат. 4174223 США, МКИ С 09 К 3/28./. , .915, 156, . 13, 1978, . 13, 1979,НКИ 106/1816. 4. 30970 НРБ. - Опубл. 26.10.1981., МКИ В 27 К 3/52. 5. А.с. СССР 592594, МПК В 27 К 3/52, С 09 К 3/28 Заявл. 09.06.76 Опубл. 03.03.78 // Открытия. Изобретения. - 1978. 6. Тычино .А., Яцукович А.Г. Огнезащитная пропиточная композиция для древесины,образующая пористый теплоизолирующий слой на ее поверхности // Научно-технический журнал ВНИИПО МВД РФ Пожаровзрывобезопасность. - 1999. -1. - С. 35-39. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.