Огнезащитный пропиточный состав для древесины и способ его получения
Владельцы патента RU 2307736:
Общество с ограниченной ответственностью "Антипирен" (RU)
Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к составам для защиты древесины от возгорания. Описан огнезащитный состав для древесины на основе водного раствора ортофосфорной кислоты и карбамида, кроме того, состав дополнительно содержит пленкообразующий спиртовой раствор тетраэтоксисилана с ультрадисперсным порошком (УДП), выбранным из порошка алюминия или фторопласта при заявленном соотношении компонентов. Также описан способ получения предложенного огнезащитного состава. Технический результат - предложенный огнезащитный состав для древесины позволяет обеспечить высокую устойчивость к вымыванию и I группу огнезащитной эффективности. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов для обработки древесины, конкретно к составам для защиты от возгорания древесины, а также может использоваться в деревообрабатывающей промышленности.
Известен способ огнезащиты древесных конструкций и материалов для получения огнезащитных древесных изделий (патент РФ №2079403, 6 В27К 3/52, публ. 1997.05.20).
Способ огнезащиты древесных конструкций и материалов, включает нанесение на их поверхность водного раствора смеси фосфор- и азотсодержащего антипирена с аминоформальдегидной смолой, в качестве антипирена используют продукт взаимодействия 0,8-1,2 мас.ч. ортофосфорной кислоты с 0,9-1,5 мас.ч. мочевины в расплаве, а в качестве аминоформальдегидной смолы карбамидоформальдегидную, при этом сначала наносят пропитывающий раствор, содержащий 40-65 мас.ч. антипирена, 0,1-0,3 мас.ч. полиакриламида и 0,2-0,8 мас.ч. бихромата калия, а после высыхания поверхности раствор смеси 40-50 мас.ч. карбамидоформальдегидной смолы и 2,0-4,0 мас.ч. антипирена.
К недостаткам известного способа следует отнести приготовление кроющей смеси не в заводских условиях, а непосредственно перед нанесением на рабочую поверхность древесины. В результате отсутствия технического контроля при приготовлении кроющей смеси неизбежно снижается качество огнезащиты.
Недостатком состава, приготовленного по данному способу является низкая атмосфероустойчивость кроющего слоя, который под действием ультрафиолета становится «белесым» и теряет свои декоративные свойства.
Известна композиция для огнезащиты древесины и способ ее приготовления, которая позволяет получать устойчивые во времени древесные материалы (патент РФ №2133191, 6 В27К 3/52, C09D 5/14, публ. 1999.07.20). Выбранная в качестве прототипа композиция для защиты древесины включает фосфорную кислоту, карбамид и воду, дополнительно содержит поверхностно-активное вещество неионогенного типа и алкидные смолы, в массовом соотношении 1:(60-150) при следующем соотношении компонентов, мас.%: ортофосфорная кислота 9,1-10,2, карбамид 11,4-18,4, вода 56,3-68,4, неионогенное поверхностно-активное вещество и алкидные смолы - при соотношении 1:(60-150) - остальное. Недостатком известной композиции является низкая огнезащитная эффективность и недостаточная устойчивость к вымыванию.
Способ приготовления композиции для защиты древесины включает приготовление водного раствора ортофосфорной кислоты с карбамидом, при этом предварительно алкидные смолы смешивают с поверхностно-активным веществом неионогенного типа при их соотношении 1:(60-150) с последующим введением в эту смесь водного раствора фосфорной кислоты с карбамидом. Недостатком известного способа является то, что приготовленная по нему композиция со временем расслаивается, что приводит к невоспроизводимости результатов обработки древесины.
Задачей заявляемого изобретения является повышение устойчивости предлагаемого огнезащитного пропиточного состава к вымыванию и обеспечение высокоэффективной огнезащиты.
Поставленная задача решается тем, что огнезащитный состав содержит водный раствор ортофосфорной кислоты и карбамида, но в отличие от прототипа в состав дополнительно добавляют пленкообразующий спиртовой раствор тетраэтоксисилана с ультрадисперсным порошком (УДП), выбранным из порошка алюминия или фторопласта при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Ортофосфорная кислота | 20-30 |
| Карбамид | 15-25 |
| Тетраэтоксисилан | 1,2-2,5 |
| Спирт одноатомный | 12,5-13,0 |
| УДП | 0,06-0,08 |
| Вода | остальное |
Поставленная задача решается тем, что способ огнезащитного пропиточного состава включает приготовление водного раствора ортофосфорной кислоты с карбамидом, но в отличие от прототипа предварительно подготовленный пленкообразующий спиртовой раствор тетраэтоксисилана с ультрадисперсным порошком (УДП), выбранным из порошка алюминия или фторопласта вводят в водный раствор ортофосфорной кислоты с карбамидом и готовую смесь наносят на поверхность древесины при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Ортофосфорная кислота | 20-30 |
| Карбамид | 15-25 |
| Тетраэтоксисилан | 1,2-2,5 |
| Спирт одноатомный | 12,5-13,0 |
| УДП | 0,06-0,08 |
| Вода | остальное |
Предпочтительно в качестве ультрадисперсного порошка (УДП) использовать порошок алюминия.
Целесообразно в качестве ультрадисперсного порошка (УДП) использовать порошок фторопласта.
Приготовленный состав используют для поверхностной пропитки древесины путем вымачивания в ваннах, нанесением кистью, валиком, краскопультом.
На подготовленные образцы сосны (ГОСТ - 16363, НПБ - 251) для огнезащитных испытаний наносят в 2-3 слоя заявленный пропиточный состав с расходом 320-380 г/м2. Время сушки каждого слоя при комнатной температуре составляет 2 часа.
Финишное время сушки заявленного пропиточного состава после нанесения всех слоев составляет - 24 часа.
Испытание на вымываемость состава проводят в соответствии с Руководством «Способы и Средства огнезащиты древесины», ред. И.А. Болодьян, М., ВНИИПО, 1999 г. Образцы сосны, пропитанные данным составом, после сушки до постоянной массы погружают в сосуд с водой на 72 часа. В процессе испытания через каждые 24 часа проводят визуальное наблюдение и под микроскопом за состоянием поверхности образцов. Через 72 часа образцы высушивают до постоянной массы и подвергают испытаниям на огнезащитную эффективность по ГОСТ - 16363 (НПБ - 251).
Каждая точка усредняется по трем результатам испытаний. Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.
Пример 1. Для приготовления 1000 г огнезащитного состава сначала готовят раствор (А): путем добавления в водный раствор ортофосфорной кислоты с карбамидом, для чего при комнатной температуре растворяют 225 г карбамида в 300 г воды и добавляют туда при перемешивании 300 г ортофосфорной кислоты (75%). Затем готовят пленкообразующий раствор (В) путем смешивания тетраэтоксисилана с этиловым спиртом и ультрадисперсным порошком (УДП) алюминия в соотношении компонентов, г:
| Тетраэтоксисилан | 12 |
| Спирт этиловый | 125 |
| УДП алюминия | 0,6 |
Затем раствор (В) вливают в раствор (А) и добавляют воду до 1000 г, перемешивают и получают огнезащитный пропиточный состав, готовый к применению при следующем соотношении компонентов, г:
| Ортофосфорная кислота (75%) | 300 |
| Карбамид | 225 |
| Спирт этиловый | 125 |
| Тетраэтоксисилан | 12 |
| УДП алюминия | 0,6 |
| Вода | остальное |
Пример 2. Для приготовления 1000 г огнезащитного состава сначала готовят раствор (А): путем добавления в водный раствор ортофосфорной кислоты с карбамидом, для чего при комнатной температуре растворяют 225 г карбамида в 300 г воды и добавляют туда при перемешивании 300 г ортофосфорной кислоты (75%). Затем готовят пленкообразующий раствор (В) путем смешивания тетраэтоксисилана с изопропиловым спиртом и ультрадисперсным порошком (УДП) алюминия в соотношении компонентов, г:
| Тетраэтоксисилан | 12 |
| Спирт изопропиловый | 120 |
| УДП алюминия | 0,8 |
Затем раствор (В) вливают в раствор (А) и добавляют воду до 1000 г, перемешивают и получают огнезащитный пропиточный состав, готовый к применению при следующем соотношении компонентов, г:
| Ортофосфорная кислота (75%) | 300 |
| Карбамид | 225 |
| Спирт изопропиловый | 120 |
| Тетраэтоксисилан | 12 |
| УДП алюминия | 0,8 |
| Вода | остальное |
Пример 3. Для приготовления 1000 г огнезащитного состава сначала готовят раствор (А): путем добавления в водный раствор ортофосфорной кислоты с карбамидом, для чего при комнатной температуре растворяют 225 г карбамида в 300 г воды и добавляют туда при перемешивании 300 г ортофосфорной кислоты (75%). Затем готовят пленкообразующий раствор (В) путем смешивания тетраэтоксисилана с этиловым спиртом (96%) и ультрадисперсным порошком (УДП) фторопласта в соотношении компонентов, г:
| Тетраэтоксисилан | 20 |
| Спирт этиловый (96%) | 125 |
| УДП фторопласта | 3 |
Затем раствор (В) вливают в раствор (А) и добавляют воду до 1000 г, перемешивают и получают огнезащитный пропиточный состав, готовый к применению при следующем соотношении компонентов, г:
| Ортофосфорная кислота (75%) | 300 |
| Карбамид | 225 |
| Спирт этиловый (96%) | 125 |
| Тетраэтоксисилан | 20 |
| УДП фторопласта | 3 |
| Вода | остальное |
Пример 4. Для приготовления 1000 г огнезащитного состава сначала готовят раствор (А): путем добавления в водный раствор ортофосфорной кислоты с карбамидом, для чего при комнатной температуре растворяют 225 г карбамида в 300 г воды и добавляют туда при перемешивании 300 г ортофосфорной кислоты (75%). Пленкообразующий раствор (В) состоит из изопропилового спирта (98%) - 130 г.
Затем раствор (В) вливают в раствор (А) и добавляют воду до 1000 г, перемешивают и получают огнезащитный пропиточный состав, готовый к применению при следующем соотношении компонентов, г:
| Ортофосфорная кислота (75%) | 300 |
| Карбамид | 225 |
| Спирт изопропиловый (98%) | 130 |
| Вода | остальное |
В таблице 1 приведены данные по устойчивости огнезащитного состава для древесины к вымыванию и огнезащитной эффективности.
Оптимальными по испытываемым параметрам являются компонентные составы, приведенные в примерах 1-3. В примере 4 отсутствие в составе тетраэтоксисилана в качестве пленкообразующего вещества приводит к вымыванию антипирена из древесины, и как следствие, к снижению огнезащитной эффективности (потеря массы 11,5%).
Подобранный экспериментальным путем компонентный состав огнезащитной пропитки для древесины обеспечивает высокую устойчивость к вымыванию и I группу огнезащитной эффективности по ГОСТ - 16363 (потеря массы менее 9%).
| Таблица 1. Устойчивость огнезащитного состава для древесины к вымыванию и огнезащитной эффективности | |||||
| № п/п | Компоненты, мас.% | Примеры | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| 1 | Кислота ортофосфорная (75%) | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 2 | Карбамид | 22,5 | 22,5 | 22,5 | 22,5 |
| 3 | Спирт этиловый (96%) | 12,5 | 0 | 12,5 | 0 |
| 4 | Спирт изопропиловый (98%) | 0 | 12,0 | 0 | 13,0 |
| 5 | Тетраэтоксисилан | 1,2 | 1,2 | 2,0 | 0 |
| 6 | УДП алюминия | 0,06 | 0,08 | 0 | 0 |
| 7 | УДП фторопласта | 0 | 0 | 0,3 | 0 |
| 8 | Вода | 33,74 | 34,22 | 32,7 | 34,5 |
| 9 | Устойчивость к вымыванию | + | + | + | - |
| 10 | Потеря массы, % | 4,7 | 5,2 | 5,6 | 11,5 |
| 11 | Расход состава, кг/м2 | 0,365 | 0,380 | 0,367 | 0,320 |
| «+» - высокая устойчивость «-» - низкая устойчивость |
1. Огнезащитный состав для древесины на основе водного раствора ортофосфорной кислоты и карбамида, отличающийся тем, что в состав дополнительно добавляют пленкообразующий спиртовой раствор тетраэтоксисилана с ультрадисперсным порошком, (УДП) выбранным из порошка алюминия или фторопласта при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| ортофосфорная кислота | 20-30 |
| карбамид | 15-25 |
| тетраэтоксисилан | 1,2-2,5 |
| спирт одноатомный | 12,5-13,0 |
| УДП | 0,06-0,08 |
| вода | остальное |
2. Способ получения огнезащитного состава для древесины, включающий приготовление водного раствора ортофосфорной кислоты с карбамидом, отличающийся тем, что предварительно приготовленный пленкообразующий спиртовой раствор тетраэтоксисилана смешивают с ультрадисперсным порошком (УДП), выбранным из порошка алюминия или фторопласта с последующим введением пленкообразующего раствора в раствор ортофосфорной кислоты с карбамидом при следующем соотношении компонентов состава, мас.%:
| ортофосфорная кислота | 20-30 |
| карбамид | 15-25 |
| тетраэтоксисилан | 1,2-2,5 |
| спирт одноатомный | 12,5-13,0 |
| УДП | 0,06-0,08 |
| вода | остальное |
