Дипломная работа: Модифицирующее вещество для пропитки древесины, придающее огнестойкость композиции

В настоящее время огнезащита древесных материалов осуществляется, в основном, пропиткой древесины огнезащитными составами. На сегодняшний день учёными продолжается поиск относительно дешёвых и экологически чистых огнезащитных материалов (антипиренов) для пропитки и обработки древесины.

В Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии был разработан [16] способ изготовления огнезащитных древесно-стружечных плит. При их изготовлении в качестве антипирена использовали амидофосфат путём нанесения его водного раствора на древесные частицы в количестве 10-30% по сухому веществу. Высушенные древесные частицы смешивали с карбамидоформальдегидной смолой, в которую для связывания выделяющегося аммиака предварительно добавляли формальдегид в виде формалина в количестве 15% от абсолютно сухого амидофосфата. Для ускорения отверждения в смолу среднего слоя дополнительно вводили муравьиную кислоту в количестве 0,1-0,5% по сухой смоле. Изготовленные плиты соответствуют требованиям ГОСТ 10632-89, имеют класс эмиссии по формальдегиду Е-1 и являются трудногорючим материалом с малой дымообразующей способностью.

Известен [17] также способ изготовления огнезащитных древесностружечных плит (ОДС+П), по которому в процессе производства на поверхности плиты создавали защитный слой. В качестве огнезащитного средства для создания покрытия использовали вермикулит, который смешивали с карбамидоформальдегидной смолой (КФС) и послойно формировали ковёр с таким расчётом, чтобы толщины покрытия составляла 2-6 мм. Отрицательными сторонами способа являются укрывистость древесной поверхности вертикулитом, невозможность калибровки и исследования плит

С целью проверки огнезащитного действия образцы древесины были обработаны водными растворами из ацетатного отхода [15]. Было установлено, что обработка древесины 15-25%-ными водными растворами ацетатного отхода позволяет перевести по горючести её в класс трудновоспламеняемых. Этому способствовало, по мнению исследователей, высокая теплота плавления кристаллогидрата (около 214 кДж/кг) и высокое содержание кристаллогидратной воды. Таким образом, указанным методом повышается огнезащитность природного полимера - древесины, решается задача утилизации отхода (экологический аспект) и дополнительного привлечения ресурсов (экономический аспект).

По другому способу [18] ОДС+П получали, смешивая древесные частицы с порошкообразным антипиреном. В качестве антипирена использовали модифицированный фосфогипс, который вводили в количестве 5-20% от абс. сухой древесины. Недостатком является неравномерное распределение антипирена по объёму плиты, а также потери сыпучей массы при транспортировке стружечно-клеевой смеси.

Известен [19] также способ изготовления ОДС+П, основанный на совместном введении водного раствора антипирена с карбамидоформальдегидным связующим. В качестве антипирена использовали водный раствор гидроортофосфата аммония в количестве 10% от массы древесных частиц по сухому веществу. Недостатками способа являются снижение физико-механических свойств и повышение влажности структурно клеевой смеси, что может привести к расслоению плиты.

Предложен способ получения трудногорючих ДСП и ДВП на основе амино- или фенолоформальдегидных смол, где в качестве антипирена использовались полифосфаты аммония и фосфат магния [20]. Применение данного полифосфата аммония снижает прочность и водостойкость плит, что обусловлено выделением аммиака в процессе горячего прессования. С целью улучшения условий отверждения и повышения прочности плит по данному патенту предусматривалась частичная замена полифосфата аммония на фосфат магния, что обеспечивает сокращение негативного действия выделяющегося аммиака. Однако фосфат магния практически нерастворим и по этой причине обладает низким огнестойким действием, поскольку не является кислотообразователем в условиях возгорания древесины. Кроме того, использование суспензии фосфата магния в растворе полифосфата аммония связано с технологическими сложностями из-за неустойчивости композиции. Предлагаемая пресс-композиция требует операции сушки частиц после нанесения всех композитов, в том числе и связующего. Последнее ухудшает адгезионное взаимодействие связующего с древесными частицами и требует прессования высокоплотного материала.

В другом способе изготовления ОДС+П, по которому водный раствор антипирена носили на сырые древесные частицы перед операцией сушки древесных частиц (прототип). В качестве антипирена использовали состав ФМД, который представляет собой водный раствор фосфорной кислоты, нейтрализованный карбамидом и дициандиамидом до рН 4,0-4,5. Водный раствор антипирен 25%-ной концентрации наносили на измельченные древесные частицы в количестве 15% от абс. сухого вещества. Модифицированные древесные частицы направляли в сушку и термообработку, которую проводили в одной установке. На сухие древесные частицы наносили карбамидоформальдегидное связующее. Дальнейшая технология изготовления

ОДС+П не имеет каких-либо отличий от общепринятой технологии изготовления древесностружечных плит плоского прессования.

Основные испытания, выполненные по ГОСТ 12.1 044-89, показали, что плиты относятся к материалам с малой дымообразующей способностью и умеренно опасными по токсичности продуктов горения.

Известна [21] пресс-композиция для производства трудногорючих плитных материалов, включающая наполнитель в виде древесного волокна, стружки или измельчённых частиц отходом однолетних растений, синтетическую смолу, полифосфаты аммонии и парафин, причём в качестве синтетической смолы использованы карбамидоформальдегидную или фенолоформальдегидную смолы.

Недостатком этой композиции является низкая водостойкость, большой расход дефицитных компонентов, низкая степень огнезащиты плит.

В работе Кондрашенко В.И., Фейло Б.Д. [21] была получена пресс-композиция для производства трудногорючих плитных материалов, содержащая наполнитель в виде измельчённых древесных частиц, синтетическую смолу, полифосфаты аммония и парафин, в качестве синтетической смолу содержит диановую СДЖ-Н 5,0-13,0 масс. %, полифосфаты аммония 5,0-12,0%, парафин 0,1-0,4, наполнитель.

Изобретение Фейло Б.Д., Кондрашенко В. И и других научных работников позволило повысить водостойкость и огнестойкость плитных материалов, а также сократить расход дефицитных составляющих компонентов в 2,5-3 раза.

Известен [22] способ получения огнезащитного состава для отделки целлюлозных материалов, по которому процесс проводят в две стадии. На первой стадии получают продукт взаимодействия фосфорной кислоты и мочевины, взятых в соотношении 1: 4, нагревая указанную смесь и воду при температуре 130°С в течение 20 минут.

На второй стадии полученный продукт смешивают с дополнительными количеством мочевины и водой в соотношении (масс):

продукт взаимодействия фосфорной кислоты и мочевины, взятых в соотношении 1: 4-15-30-мочевина 10-40, остальное - вода. Полученный огнезащитный состав обладает недостаточной огнестойкостью, а способ его получения экологически небезопасен из-за выделения фосфорной кислоты в атмосферу. Отмеченная проблема решена исследователями [22], которыми получен огнезащитный состав, полученный в результате следующих операций:

смешения фосфорсодержащего компонента и мочевины, нагревания смеси до расплавления, выдержки расплава и охлаждения продукта;

смешения моноаммоний фосфата или диаммоний фосфата, взятых в качестве фосфорсодержащего компонента, и мочевины в сухом состоянии;

ввода 3-5% воды от массы сухих компонентов;

сплавления смеси при нагревании до 120°С, выдержки в течение 30 минут и охлаждения продукта при продолжающемся перемешивании до его измельчения.

Этот способ прост, одностадиен, экологически чист, без сточных вод и вредных выбросов, получаемый продукт очень прост в обращении, так как порошок непылящий, сыпучий, легко растворимый в воде.

Наряду с огнезащитной пропиткой снижающей горючесть древесных материалов, возможно осуществлять применение огнезащитных покрытий [23]. Так известен огнезащитный вспучивающийся состав для покрытий, содержащий водорастворимую меламиноформальдегидную смолу, п-трет-бутил фенолоформальдегидную смолу, фосфат аммония, уротропин, орбит или манит, дициандиамид, буру, каолин, стекловолокно и воду. Описанный состав при толщине сырого покрытия 2,5 мм обеспечивает огнестойкость металлической конструкции, на которую нанесён,45-51 минут. Однако, указанный состав содержит в своем составе дицианамид, который является очень дефицитным компонентом и в настоящее время в России практически не производится из-за сложной технологии его изготовления.

Кроме того, этот состав предназначен только для защиты металлических конструкций и не приемлем для защиты деревянных конструкций.

Также известен огнезащитный вспучивающийся состав, содержащий водорастворимые мочевиноформальдегидную и мочевиномеламиноформальдегидную смолу, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, поливинилацетатную эмульсию, фосфаты аммония, асбестовое волокно или каолин, стекловолокно, мочевину, пентрол и воду [23]. Этот состав не содержит дициандиамида. Покрытие, выполненное составом имеет значительное водопоглощение, что приводит к постепенному снижению адгезионных свойств в процессе эксплуатации. Так в течение 6 месяцев эксплуатации адгезия при отрыве покрытия снижается в среднем на 12%, а через 12 месяцев на 20% и составляет 3,0-4,2 кгс/см. Это сужает технологические возможности состава, ограничивая сферу его применения в металлических конструкциях, на которые действуют только статические нагрузки (колонны, фермы). Кроме того, покрытие из-за постепенного значительного снижения адгезионных свойств начинает со временем отслаиваться от металлической подложки. Как показали проведённые заявителем испытания, частичное отслаивание (2-4% поверхности) от вентиляционных коробов происходит уже через 7-8 месяцев, а через 12 месяцев происходит отслаивание покрытия на 30-35% поверхности коробов.

Ростовскими исследователями [23] получен огнезащитный вспучивающийся состав для покрытий деревянных поверхностей, содержащий в качестве аминоформальдегидной смолы водорастворимые мочевиноформальдегидную смолу или мочевиномеламиноформальдегидную смолу, поливинилацетатную смолу, фосфаты аммония, пентрол, мочевину и воду. Недостатками описанного состава являются значительный расход (480 - 740 г/м2) и недостаточно высокие огнезащитные свойства. Средняя потеря массы образца по ГОСТ 16363-76 составляет 2,6-4,3%.

Огнезащитный вспучивающийся состав включает в себя:

аминоформальдегидную смолу

фосфат аммония

пентрол (пентоэритрит)

каолин

п-трет-бутилфенолформальдегидную смолу или воду

водорастворимые мочевиноформальдегидную или мочевиномеламиноформальдегидную смолу, или карбамидоформальдегиднуюсмолу в качестве аминоформальдегидной смолы

аммофос или полифосфат аммония

цианурат меламина или дицианамид и фторид аммония, или смесь фторида аммония с бифторидом аммония.

Эти ингредиенты в сочетании с другими позволили повысить огнестойкость покрытия и снизить расход состава. Более того, они дополнительно придали предлагаемому составу антисептические свойства.

В работе исследователей Энгельсского Технологического института пропитку осуществляли водным раствором триэтаноламинной соли сульфированного совтола-10 (АСС-1). [13]

АСС-1 представляет собой пастообразное вещество коричневого цвета, 4 класса опасности по ГОСТ 12.1 007-76. В исследованиях определена кинетика сорбции АСС-1 в зависимости от концентрации продукта в пропиточной ваннё, толщины образцов. Максимальное содержание АСС-1 в образце достигается в первые 60 минут пропитки и практически не зависит от их толщины.

В исследованиях показано, что при введении АСС-1 в состав древесины в состав древесины инициируется коксообразование, снижаются более чем в три раза, потери массы в интервале основной стадии термоокислительной деструкции.

Изменяется также, по данным ступенчатой пиролитической газовой хроматографии, состав газов - существенно сокращается выделение токсичного СО.

Существенным преимуществом предложенных модификаторов является их способность, кроме снижения горючести, обеспечивать древесным конструкциям антисептические свойства.

Таким образом, анализ литературы показал, что на сегодняшний день древесина очень ценный строительный, декоративно отделочный материал. Однако наряду со своими преимуществами (высокой прочностью, малой тепло - и звукопроводностью, хорошей обрабатываемостью) она имеет ряд серьёзных недостатков, одним из которых является повышенная воспламеняемость и горючесть. В связи с высокими требованиями пожарной безопасности, предъявляемыми ко всем строительным материалам, проблема снижения горючести древесных изделий является актуальной.

1.5 Патентные исследования

Задачей патентных исследований является исследование тенденций разработки модифицированной древесины с целью придания её негорючести.

Глубина поиска по источникам патентной документации принята 10 лет, исходя из потребности в информации для решения поставленной задачи. Патентная и научно-техническая документация, отобранная для последующего анализа.

Таблица 1. Поиск документации

Предмет поиска	Страны поиска	Классификационные индексы	Наименование источников информации
			Научно- техническая документация		Патентная документация
Огнезащитная древесина	Россия	МКИ5 МКИ6 МПК7 В27 N3/02 В27 N3/00 В27КЗ/08 В27КЗ/36 В27КЗ/52 С08 Ь 97/02	Реферативный журнал "Химия. Технология полимерных материалов". №1, 1995- №24, 1995 №1, 1996- №18, 1996 №1, 1998- №24, 1998 №1, 1999-		"Изобретения" №1, 1993 - №36, 1999 "Изобретения. Полезные модели" №1, 2000- №27, 2004 Интернет-база данных Шр: /Ду\у\у. йр 5. ги
			№14, 1999 №1, 2000- №24, 2000 №1, 2001- №24, 2001 №1, 2002- №24, 2002 №1, 2003- №24, 2003	по МПК' СОЗС; СОЗВ.

А. С.1341039 СССР МКИ 5 В 27 N 3/02. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕЗАЩИЩЕННЫХ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ. /Н.Н. Фирсов, Ю.Н. Фирсов, Г.Н. Морозов. - Заявл.31.05.89; Опубл.30.04.91

Цель изобретения - снижение остаточного разбухания и ликвидация брака по кромкам плит. Древесные частицы сушат до влажности 3 - 5% и обрабатывают связующим и гидрофобизатором. Из полученной пресс-массы формируют ковер и осуществляют его горячее прессование. Готовые плиты помещают в автоклав, где создают разряжение 0,06 - 0,08 МПа. При поддержании вакуума закачивают раствор антипирена, например состав № 13, 10 - 16% -ной концентрации при 40 - 50°С. Затем создают давление 1-1,4 МПа и выдерживают плиты в течение 1 - 2 ч. После плавного снижения давления производят слив антипирена и осушающее вакуумирование при 0,06 - 0,08 МПа в течение 30 - 50 мин. Пропитанные плиты помещают в сушильную камеру, где сначала создают температуру 40 - 45°С при интенсивной вентиляции, влажности воздуха 65 - 75% в течение 18 - 24 ч. Далее температуру сушки повышают до 70 - 80°С и сушат плиты при влажности воздуха 25 - 30% в течение 24 - 36 ч до достижения влажности плит 8 - 10%.

А. С.4474672/15 СССР 1165697, кл. С 08 Ь 97/02, 1983. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ. / Н.Е. Николаев, Н.Н. Фирсов, Г.В. Савицкая, В.Т. Лебедев, Л.П. Салтыкова и Л.А. Бабурина. - Всесоюзный научно-исследовательский институт деревообрабатывающей промышленности. - Заявл.15.08.88, Опубл.15.03.91. Бюл. № 10, Экспресс-информация. М.: ВНШТИЭИлеспром, вып. II, 1982, с.1 - 12

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9