Способ получения антипирена

Изобретение относится к способам получения антипиренов и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности в производстве огнестойкой плитной продукции, а также в строительстве при проведении мероприятий по огнезащите изделий из сухой древесины. Описан способ получения антипиренов, который осуществляют путем взаимодействия карбамидоформальдегидного концентрата состава, мас.%: карбамид 21-25; формальдегид 54-60; вода остальное, с аммиачной водой, взятых в эквимолярном отношении по формальдегиду и аммиаку, при нагревании в слабощелочной среде в присутствии аминоспирта, выбранного из группы, содержащей моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, аминный модификатор АМ-1 и их смеси, добавляемого совместно с аммиачной водой в количестве 0,01-0,2 мас.% в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, с последующим вводом 1-10 мас.% карбамида в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, охлаждении, нейтрализации реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0 и введением в синтезированный продукт 0,1-5,0 мас.% натрия кремнефтористого и 0,1-0,8 мас.% бихромата калия в расчете на карбамидоформальдегидный концентрат. Технический результат - оптимизация условий синтеза антипиренов с одновременным сохранением на высоком уровне их огнезащитной эффективности. 1 табл.

 

Изобретение относится к способам получения антипиренов и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности в производстве огнестойкой плитной продукции, а также в строительстве при проведении мероприятий по огнезащите изделий из сухой древесины.

Известен [RU № 2172242, кл. В 27 К 3/52, 3/34, С 07 F 9/22] способ получения огнезащитного состава для древесноплитных и целлюлозных материалов путем конденсации в расплаве дигидрофосфата аммония, фосфорной кислоты, карбамида и никелевого катализатора с последующим охлаждением смеси до 60-70°С и растворением в воде до рабочей концентрации, причем дигидрофосфат аммония берут в количестве 36,3-39,7 мас.%, фосфорную кислоту в количестве 20,6-48,4 мас.%, карбамид в количестве 15,3-39,7 мас.%, а никелевый катализатор в количестве 0,2-0,5% от общей массы сухих веществ, нагревают при перемешивании до температуры 120-125°С, выдерживают 15-25 мин, охлаждают и разбавляют до концентрации 30-60%.

Его недостатки обусловлены необходимостью проведения синтеза в расплаве, что создает значительные трудности управления производственным процессом.

Наиболее близким по технической сущности может рассматриваться способ получения антипирена, описанный в [SU № 517491, кл. В 27 К 3/52, В 29 J 5/00], предусматривающий сплавление при 135-140°С 0,9-1,5 мас.ч. карбамида и 0,8-1,2 мас.ч. ортофосфорной кислоты, причем карбамид вводят в два приема - в расплав и на стадии охлаждения и растворения антипирена в количестве 55-70 и 30-45 мас.% от всей мочевины соответственно.

Существенным недостатком получаемого продукта является образование значительных количеств аммиака в процессе прессования древесно-волокнистой плиты, что способствует загазованности производственных помещений, а присутствие избыточного карбамида вызывает ухудшение физико-механических показателей плитной продукции.

Технической задачей настоящего изобретения является оптимизация условий синтеза антипиренов с одновременным сохранением на высоком уровне их огнезащитной эффективности.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ получения антипиренов предусматривает взаимодействие карбамидоформальдегидного концентрата с аммиачной водой при нагревании в слабощелочной среде в присутствии аминоспирта с последующим добавлением карбамида, охлаждение реакционной смеси и ее нейтрализацию ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0 и ввод в синтезированный продукт натрия кремнефтористого и бихромата натрия.

Сущностью предлагаемого технического решения является способ получения антипиренов для огнезащитной обработки древесных материалов путем взаимодействия карбамидоформальдегидного концентрата состава, мас.%:

карбамид	21-25
формальдегид	54-60
вода	остальное,

с аммиачной водой, взятых в эквимолярном отношении по формальдегиду и аммиаку, при нагревании в слабощелочной среде в присутствии аминоспирта, выбранного из группы, содержащей моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, аминный модификатор АМ-1 и их смеси, добавляемого совместно с аммиачной водой в количестве 0,01-0,2 мас.% в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, с последующим вводом 1-10 мас.% карбамида в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, охлаждении, нейтрализации реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0 и введением в синтезированный продукт 0,1-5,0 мас.% натрия кремнефтористого и 0,1-0,8 мас.% бихромата калия в расчете на карбамидоформальдегидный концентрат.

Можно полагать, что основным продуктом взаимодействия указанных реагентов является амидофосфат.

Действительно, при нагревании карбамидоформальдегидного концентрата с аммиачной водой присутствующие в его составе метилолмочевины образуют смесь аминов различного строения - полиамин [RU № 2228925, кл. С 07 С 211/13, 209/60], а непрореагировавший формальдегид связывается добавляемым карбамидом в метилолмочевины и далее в карбамидоформальдегидную смолу. При последующей нейтрализации полиамина ортофосфорной кислотой возникает амидофосфат. Аминоспирт обладает поверхностно-активным действием и улучшает диффузию антипирена вглубь древесины, смачиваемость ее поверхности.

Под влиянием пропитывающего раствора углерод лигнина и других высокомолекулярных компонентов древесины в условиях их возгорания карбонизируется и препятствует развитию горения незащищенной древесины. Использование карбамидоформальдегидного концентрата в качестве карбамидосодержащего соединения с высоким содержанием метилольных групп и ввод на стадии доконденсации несвязанного карбамида способствует образованию карбамидоформальдегидной смолы, защищающей антипирен от вымывания и атмосферных воздействий путем формирования покровного слоя.

По указанной причине получающееся покрытие осуществляет свое огнезащитное действие в предповерхностном слое древесины и на поверхности, реализуя тем самым известный механизм огнезащитного действия в конденсированной фазе по теории каталитической дегидратации, а при наличии изоляции - согласно теории покровного слоя.

Декоративные свойства древесины направленно регулируются путем ввода в огнезащитный состав окрашенного соединения - бихромата калия.

Присутствие в антипирене кремнефтористого натрия позитивно отражается на антисептических характеристиках древесины и повышении степени огнестойкости.

Разработанный огнезащитный состав предусматривает использование дешевых доступных компонентов, что открывает широкие возможности для его использования.

В качестве карбамидоформальдегидного концентрата использовали продукт, соответствующий требованиям ТУ № 2223-009-00206492-98 и полученный окислительным дегидрированием метанола в формальдегид в реакторе трубчатого типа на железомолибденовом катализаторе с последующей хемосорбцией формальдегидсодержащего газа в секционной колонне раствором карбамида [RU № 2142964, кл. С 08 G 12/12].

При его исследовании установлено, что карбамид находится в связанном состоянии, преимущественно в виде ди-, три- и тетраметилолмочевин, а не вступивший в реакцию формальдегид идентифицирован в качестве метиленгликоля. Мольное отношение карбамид: формальдегид равно 1:(4,9-5,1).

Аминный модификатор марки АМ-1 вырабатывается по ТУ № 2423-017-00206492-2002 и является продуктом превращения оксазолидона-2 - отхода производства аммиака - в смесь аминоспиртов, основным компонентом которой выступает моноэтаноламин.

Он содержит, мас.%:

моноэтаноламин	15-70
смесь продуктов превращения оксазолидона-2 в 1-(2-оксиэтил)-имидазолидон-2 и 1-(2-оксиэтил)этилендиамин,	не более 50
вода	остальное

В качестве антисептической добавки применяли шестиводный Na₂SiF₆.

Окраску антипирена варьировали добавлением небольшого количества бихромата калия.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется примерами, приведенными в описании и таблице.

Пример 1.

В реактор объемом 5 м³ загружают 1144 кг аммиачной воды концентрации 27,7 мас.% и при интенсивном перемешивании 1000 кг карбамидоформальдегидного концентрата, содержащего, мас.%:

карбамид	22,3
формальдегид	56,0
вода	остальное

и 1 кг аминного модификатора АМ-1. Добавку карбамидоформальдегидного концентрата осуществляют с такой скоростью, чтобы температура реакционной смеси не превышала 60-65°С, а рН в конце процесса оставался более 11,5. После этого содержимое аппарата нагревают до 80-82°С и выдерживают при данной температуре в течение часа.

Температуру полученного раствора снижают до 60-63°С и вводят 43 кг карбамида (4,3 мас.% от взятого карбамидоформальдегидного концентрата). Содержимое реактора выдерживают при указанной температуре в течение 30-40 мин до полного связывания остаточного формальдегида, продукт охлаждают до 22-25°С и нейтрализуют 350 кг 77,6%-ной ортофосфорной кислотой до значения рН, равного 6,6.

После этого при интенсивном перемешивании вводят 6 кг натрия кремнефтористого и 2 кг бихромата калия.

Пример 2.

Условия синтеза по примеру 1.

В качестве карбамидоформальдегидного концентрата взят продукт, содержащий, мас.%:

карбамид	25
формальдегид	60
вода	остальное

При проведении доконденсации было добавлено 5,3 мас.% карбамида в расчете на карбамидоформальдегидный концентрат.

Вместо аминного модификатора АМ-1 использован диэтаноламин в количестве 0,8 кг.

После завершения нейтрализации раствора антипирена в него введено 8,8 кг натрия кремнефтористого и 3 кг бихромата калия.

Из описания изобретения и таблицы видно, что по заявленному техническому решению можно существенно упростить технологию получения антипирена, сохранив на высоком уровне его огнезащитную эффективность.

Способ получения антипиренов для огнезащитной обработки древесных материалов, отличающийся тем, что способ осуществляют путем взаимодействия карбамидоформальдегидного концентрата состава, мас.%:

Карбамид	21-25
Формальдегид	54-60
Вода	Остальное

с аммиачной водой, взятых в эквимолярном отношении по формальдегиду и аммиаку, при нагревании в слабощелочной среде в присутствии аминоспирта, выбранного из группы, содержащей моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, аминный модификатор АМ-1 и их смеси, добавляемого совместно с аммиачной водой в количестве 0,01-0,2 мас.% в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, с последующим вводом 1-10 мас.% карбамида в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, охлаждении, нейтрализации реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0 и введением в синтезированный продукт 0,1-5,0 мас.% натрия кремнефтористого и 0,1-0,8 мас.% бихромата калия в расчете на карбамидоформальдегидный концентрат.