Быстрый поиск

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

Изобретение относится к производству плитных материалов типа древесностружечных и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности. В работе достигалось повышение водо- и огнестойкости плит. Для чего изготовлен 40-50% раствор карбамида в воде, после чего его вводят в алюмохромфосфатное связующее при перемешивании, и контролируют рН (1,37-1,70) модифицированного связующего и концентрацию. В качестве отходов производства полиизоцианатов используют кубовые остатки производства полиизоцианатов. В модифицированное фосфатное связующее вводят отходы производства полиизоцианатов при перемешивании в течение 20-25 мин. Предварительно отходы производства полиизоцианатов растворяют в этаноле или в ацетоне до вязкости 12-32 с. Полученное связующее - антипирен вводят в высушенную древесную стружку. Стружечно-клеевую массу перемешивают 10 - 15 мин, после чего производят формование древесностружечных ковров. Ковры прессуют при 170±5°С и продолжительности прессования 0,3 мин/мм. Количество фосфатного связующего составляет 12-16 масс. %.

А. С.4634076/15 № 35МО, кл. С 08 Ь 97/02, 1984. Способ изготовления огнезащищенных древесно-стружечных плит. / Г.М. Шутов, Л.Б. Нхьяев и К.Л. Бучнева; Белорусский технологический институт им.С.М. Кирова. - Заявл.09.01.89, Опубл.07.01.91. Бюл. № I

Изобретение относится к способам производства древесно-стружечных плит и может быть применено в древеснообрабатывающей промышленности при изготовлении плит для строительства, мебели и телефутляров. Цель изобретения - улучшение огнезащитных свойств плит. Для приготовления минеральной огнезащитной добавки берут мочевину и фосфат аммония по массе при соотношении 1-1,5: 2-3. Смешивание ведут в течение 10-15 мин, затем приготовленную смесь вводят в фосфогипс влажностью 15-18%. При этом соотношение смеси и фосфогипса составляет 1-1,4: 1,5-2. Перемешивание ведут в течение 10-15 мин. Минеральную огнезащитную добавку вводят при перемешивании на осмоленную стружку наружных слоев плит в количестве 20-40% от абсолютно сухой стружки. Расход смолы 14 и 11% по сухому веществу к абсолютно сухой стружке соответственно наружных и внутреннего слоев плит. Формируют трехслойный пакет. Причем наружные слои составляют 40% от массы всего пакета. Прессование плит толщиной 10 мм осуществляют при 165-170°С, времени 0,33 мин/мм толщины плиты и давлении 2 МПа.

А. С.5049064/05 СССР N 844375, С 08Ь 97/02. ДРЕВЕСНОШЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ. / Дракин К.В. - Акционерное общество "Элорг" - Заявл. 22.07.92, Опублик. 10.12.1995.

А.С. СССР № 1562145, кл. С 08Ь 97/02. ДРЕВЕСНОПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ. / Акционерное общество "Элорг", - опублик. 1990. Заявка Франции № 2520292, кл. В 291 5/04. опублик. 1983.

Авторами предложена древеснополимерная композиция, используемая в строительной индустрии в качестве конструкционных (элементы конструкций кровли, стеновых панелей, подоконников) и отделочных материалов (элементы мебели, в том числе встроенной в жилое помещение, стеллажи и т.д.). Сущность изобретения:

состав, мас %:

полиолефин - частицы не более 0.63 мм 10 - 18; д

иоксид кремния с уд. поверхностью 180 м /г 0.1 - 0,24

древесные частицы с размером частиц 0.16 - 5 мм

остальное до 100%.

Патент 2061589 МПКВ27КЗ/36 С09К21/12 СОСТАВ ДЛЯ ОГНЕ - И БИОЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ (ВАРИАНТЫ). / Землицкий В Е, Михайлов В.И., Киселев Е.А. - 93021531/04. Опубл. 10.06.1996. Заявл. 23.04.1993

В деревообрабатывающей промышленности и промышленности стройматериалов при защите изделий из древесины от огня и биоповреждений используются составы для огне- и биозащиты древесины. В работе рассматриваются три состава, отличающиеся природой замедлителя горения. В первом составе предложено использование в качестве антипирена смеси продуктов реакции при 34-78°С эквимолярных количеств диалкилфосфита с амином ф-лы RNНR, общее содержание фосфора в антипирене 7,6-22,3 масс. % и азота 3,4-10,1 масс. %. Согласно второму варианту состав содержит смесь продуктов взаимодействия при 128-150°С эквимолярных количеств указанного диалкилфосфита с дикарбоновой кислотой ф-лы НООСRСООН, где R-алкил С1С7 или алкенил С2-С4 с общим содержанием фосфора в антипирене 9,0-15,47 мас. %. Согласно третьему - смесь продуктов взаимодействия эквимолярных количеств указанного диалкилфосфита с карбамадом при 34-78°С или при 50-170°С с амидом карбоновой кислоты ф-лы RСОНКRR", где R-Н, алкил С1С4 или алкенил С2-С4, а R'-Н или алкил С1С4, с общим содержанием в антипирене фосфора 8,2-20,2 мае. %, азота 3,6-16,4 мае. %. Огнезащитные свойства составов по ГОСТ 12.1 044-89 с керамической трубой: потеря массы 1,3-6,3 мас. %. Биозащитные свойства по ГОСТ 16712-71 со штаммом гриба Соniphога: потеря масс О масс. %. Устойчивость состава при хранении более 500 сут.

Патент 2119516 МПКС09Э5/18 С09В161/24 С09В161/28 С09К21/Ю С09К21/12 В27КЗ/52. ОГНЕЗАЩИТНЫЙ ВСПУЧИВАЮЩИЙСЯ СОСТАВ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ ДЕРЕВЯННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ. / Амбарцумян Р.Г. Акционерное общество Институт "Ростовский Промстройниипроект". - 97111992/04. Заявл. 16.07.1997. Опубл. 27.09.1998

Для теплоизоляции деревянных конструкций при пожаре авторами предложен огнезащитный вспучивающийся состав для покрытия деревянных поверхностей, включающий, мас. %: водорастворимые мочевиноформальдегидную, или мочевиномеламиноформальдегидную, или карбамидоформальдегидную смолу (в пересчете на сухой остаток) 3,4 - 7,9, аммофос или полифосфат аммония 10,5 - 26,0, пентаэритрит или пентрол 4,8 - 12,0, каолин 1,7 - 4,0, п-трет-бутилфенолформальдегидную смолу 1,7 - 4,0, цианурат меламина или дициандиамид 1,8-6,1, фторид аммония или тетрафторборат аммония, или смесь фторида аммония с бифторидом аммония (в соотношении от 1: 1 до 1: 2,5) 5,0 - 10,0 и вода - остальное. Состав дополнительно может содержать асбестовое волокно 2,0 - 4,0 мас. %. Свойства состава: потеря массы образца по ГОСТ 16363-76 0,9 - 1,6%, адгезия по ГОСТ 15140-78 1 балл., жизнеспособность состава без фосфатов аммония 6 мес, покрытие не отслаивается. Достигается улучшение огнезащитных свойств с одновременным уменьшением расхода состава при покрытии деревянных поверхностей.

Анализ научно - технической документации и патентной литературы показал, что на данный момент ведутся активные разработки огнезащищенной древесины. С целью снижения горючести используются различные методы, такие как введение анитипиренов различной природы, нанесение огнестойких составов на поверхность, пропитка смолами.

1.6 Эксперементальная часть

1.6.1 Объекты исследования

1. Целлюлоза

[-C6H10O5-] n

Состав древесины хвойной, %

Целлюлоза 50-58

Пентозаны 11

Пектиновые в-ва 1

Белковые в-ва 0,5-0,8

Жиры и воска 1-2

Лигнин 26-28

Зольность 0,25-0,5

2. АСС-ЦПХДС-Т) - продукт химической переработки совтола-10 и представляет собой триэтаноламиновую соль сульфированного совтола-10 (ТУ

2382-111-00210045-98). Продукт коричневого цвета с различными оттенками, 4 класс опасности поГОСТ-12.1 007-76.

Плотность, г/см3 1,477

Динамическая вязкость при 60°С, МПа* с 799600

Трудно горючая жидкость:

Температура вспышки, °С>205

Температура воспламенения, °С>205

Температура самовоспламенения, °С>675

Температура плавления, °С45-50

рН водного р-ра (1%) 7-8

Содержание совтола,% 2,5

3. ПВХ - [-СН2СНСЬ-] П

Бесцветный термопластичный полимер:

молекулярная масса (10-150) *103

плотность 1,35-1,43г/см2

насыпная плотность порошка 0,4-0,7г/см3

температура стеклования 75-80°С

температура текучести 150-220°С

трудногорюч, при Т=120°С начинается отщепление НСl

Реакционная камера, представляющая собой термостойкую прозрачную трубку, установлена вертикально. На дно камеры монтируют приспособление для равномерного распределения газовой смеси, состоящей из стеклянных или металлический шариков различного диаметра.

Держатель образца необходим для закрепления его в вертикальном положении в трубе. Металлическое проволочное сито размерами ячейки 1,0 - 1,6 мм помещено над шариками для улавливания падающих частиц.

Баллоны содержат газообразный кислород и азот (чистота которых должна быть не менее 98 %) или очищенный воздух с концентрацией кислорода 20,9 % объемных.

Источник зажигания (например, горелка с диаметром наконечника 2±1 мм) обеспечивает на пропане высоту пламени (16±4 мм) и свободно входит в камеру через верхний открытый конец.

Учет времени проведения испытания ведут посредством секундомера с погрешностью измерений не более одной секунды.

Перед испытанием образцы кондиционируют не менее 88 часов в стандартной атмосфере 23/50 по ГОСТ 12.42.3

Время между изготовлением исследуемого материала и началом испытания должно быть не менее 72 часов. Испытания проводят при температуре (23 ±2) °С. Образец закрепляют в вертикальном положении в держателе в центре колонки так, чтобы верхний край образца находился на расстоянии не менее 100 мм от верхнего края колонки. Систему продувают газовой смесью не менее 30 секунд перед испытанием и поддерживают концентрацию кислорода постоянной до конца испытания.

Далее осуществляют зажигание образцов. Для этого подводят самую нижнюю часть пламени горелки к верхней горизонтальной поверхности образца, медленно перемещая так, чтобы пламя покрывало ее полностью и не касалось вертикальных поверхностей или граней образца. Длительность воздействия пламени на образец составляет 30 секунд с короткими перерывами через каждые пять секунд. Образец считается воспламененным, если после отвода горелки через пять секунд вся его поверхность горит.

После воспламенения образца включают секундомер и наблюдают за распространением пламени. Если горение прекращается и не возобновляется в течении одной секунды, то, выключив секундомер, определяют время горения и измеряют длину сгоревшей части образца. По ходу испытаний отмечают процессы сопровождающие горение: падение частиц, обугливание, неравномерное горение, тление.

Гасят и вынимают образец из реакционной камеры. Кислородный индекс (КИ) в процентах вычисляют по формуле:

КИ= [O2] / [O2] + [N2] *100%

где [O2] - минимальная концентрация кислорода в кислородно-азотной смеси, необходимой для горения образца.

1.6.2 Термогравиметрический анализ

Испытания проводят в соответствии с ГОСТ 21.553 - 76.

Термогравиметрия (ТГ) - это динамический метод непрерывного взвешивания образца в зависимости от температуры при постоянной скорости нагрева.

Деривативная термогравиметрия - это динамический метод, в котором получают первую производную изменения веса по времени, как функцию температуры при постоянной скорости нагрева.

Изменение массы, скорость изменения массы и величин тепловых эффектов при нагреве образцов изучалось методом термогравиметрического анализа с использованием дериватографа системы "Паулик - Паулик - Эрдей".

Образцы массой 0,2 грамма нагревали в среде воздуха до 1000°С с постоянной скоростью нагрева - 10°С/мин. Чувствительность по каналам ДТГ - 1 мВ, ТГ - 500 мВ, ДТА - 500 мВ. Точность измерения не более 1%.

Энергия активации термодеструкции материалов определяли методом Пилаяна по кривой ДТГ по формуле:

(1)

где Е - энергия активации Дж/моль;

М - уменьшение веса вещества в результате удаления летучих продуктов реакции, мг;

Ут - скорость потери массы исходной пробы вещества, мг/мин;

К - универсальная газовая постоянная, Дж/ (град*моль);

Т - температура, К;

В - константа.

Уравнение (1) можно представить в виде:

где - предэкспоненциальный множитель.

Графическая интерпретация экспериментальных данных в соответствии с уравнением (2) в виде координат

дает прямую, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс позволяет вычислить энергию активации процессов, а отрезок, отсекаемы на оси ординат предэкспонинту.

Отсюда

Е = 2,3 RТ*tg а.

Скорость термолиза определяем по кривой ТГ по формуле;

где - максимальная потеря массы, %;

минимальная потеря массы, %;

m - масса навески, г;

время нагрева на 100°С при скорости нагрева 10°С/мин.

1.6.3 Определение потери массы образца при поджигании на воздухе (метод огневой трубы)

Метод "Огневая труба" является экспресс - методом для определения группы твердых горючих материалов. Его проводят в соответствии с ГОСТ 17.088-71

Установка состоит из камеры горения, держателя образца, газовой горелки диаметром 7 мм, смотрового зеркала диаметром 50мм, подвижно укрепленного на штативе. Камера горения представляет собой стальную трубу диаметром (50±3) мм; длиной (165 ±5) мм, толщиной стенки (0,5 ±0,1) мм, которая вертикально закрепляется на штативе.

Для испытания изготовляют шесть образцов шириной (35±1) мм, длиной (150±3) мм и фактической толщиной, не превышающей (10±1) мм. Предварительно взвешенные образцы подвешивают вертикально в центре трубы таким образом, чтобы его конец выступал на 5 мм и находился на 10 мм выше горелки. Под образец по его центру устанавливают горелку с высотой пламени (40 ± 5) мм, одновременно включают секундомер и определяют время зажигания, обеспечивающее устойчивое горение образца.

Через 2 минуты действия пламени источник зажигания удаляют и фиксируют время самостоятельного горения и тления образца. После остывания до комнатной температуры образец взвешивают и определяют потери массы в процентах от исходной:

m = (mн - mк) /тн, где mн и mк - масса образцов до и после испытания, г.

1.3.4 Результаты эксперимента и их обсуждение Обоснование выбора замедлителя горения для снижения горючести древесины

Основным компонентом древесины является целлюлоза - это горючий, легко воспламеняемый материал.

Термолиз целлюлозы протекает по двум стадиям: дегидратации и деполимеризации Это конкурирующие процессы. В результате дегидратации образуются сопряженные ненасыщенные структуры, формирующие при пиролизе карбонизованный остаток (КО); повышается термостойкость волокна. Деполимеризация протекает с высоким выходом смолы, левоглюкозана и его производных, являющихся горючими летучими продуктами [2].

Проблема снижения горючести целлюлозных материалов связана с направленным изменением химического процесса при пиролизе полимера, обеспечивающим его протекание в направлении внутримолекулярной дегидратации. При этом подавляются реакция разрыва основной цепи, приводящие к выделению горючих продуктов и наблюдается резкое снижение горючести материала.

Древесина относится к коксующимся при горении материалам, поэтому для снижения их горючести наиболее эффективными замедлителями горения являются фосфорсодержащие соединения, действие которых проявляется в основном в конденсированной фазе [1].

ПХДС (триэтаноламинная соль сульфированного совтола) представляет собой пастообразное вещество коричневого цвета, 4 класса опасности по ГОСТ 12.1 007-76. В молекуле ПХДС содержаться атомы хлора и фосфора, представляющие собой ингибиторы горения. Используемая для модификации паста ПХДС является достаточно термостойким продуктом. В интервале температур 40-210°С паста теряет 15% массы. Общие потеря массы при 6000С составляют 26%. Таким образом паста ПХДС разлагается в температурном интервале, совпадающем с термоокислительной деструкцией самой древесины, табл.3.1., что позволяет применять её для снижения горючести древесных материалов.

Таблица 1. Данные пиролиза древесины и ЗГ

Наименование	Основные стадии деструкции		Потери массы, %, при температурах, °С
Наименование	Тн-Тк Ттах	MК-MН MMAX	100	200	300	400	500	600
Древесина	30-210 125 210-430 350	0-8,5 4,5 8,5-73,5 42,5	1,5	8	15	70	81,5	91,5
ПХДС	40-210 110	0-15 6,2	4	14,5	19,2	24	25	26