Способ получения антипирена
Изобретение относится к способам получения антипиренов для огнезащитной обработки древесных материалов. Описан способ получения антипиренов, который осуществляют путем взаимодействия карбамидоформальдегидного концентрата состава, мас.%:
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, добавляемого совместно с аммиачной водой в количестве 0,01-0,3 мас.% в расчете на карбамидо-формальдегидный концентрат, с последующим вводом 1-10 мас.% карбамида в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, охлаждении и нейтрализации реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0. Технический результат - оптимизация условий синтеза антипиренов с одновременным сохранением на высоком уровне их огнезащитной эффективности. 1 табл.
Изобретение относится к способу получения антипиренов для огнезащитной обработки древесных материалов и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности, а также в строительстве при проведении профилактических мероприятий по огнезащите изделий из сухой древесины.
Известен [SU № 517491, кл. В 27 К 3/52, В 29 J 5/00] способ получения огнезащитного состава марки КМ, преимущественно для обработки древесного волокна, получаемый сплавлением 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 древесноволокнистой плиты, что способствует загазованности производственных помещений, а присутствие избыточного карбамида вызывает ухудшение физико-механических показателей плитной продукции.
Наиболее близким по технической сущности может рассматриваться способ получения огнезащитной композиции, описанный в [RU № 2079403, кл. В 27 К 3/52] путем смешения водного раствора фосфор- и азотсодержащего антипирена марки KM с аминоформальдегидной смолой, бихроматом калия и полиакриламидом, причем в качестве антипирена КМ используют продукт взаимодействия 0,8-1.2 мас.ч. ортофосфорной кислоты с 0.9-1.5 мас.ч. карбамида в расплаве, в качестве аминоформальдегидной смолы берут карбамидоформальдегидную смолу, пропитывающий водный раствор содержит 40-65 мас.% антипирена, 0,1-0,3 мас.% полиакриламида и 0.2-0.8 мас.% бихромата калия, а кроющий состав представляет 40-50%-ный водный раствор карбамидоформальдегидной смолы с добавкой к нему 2,0-4,0 мас.% антипирена.
Следует отметить, что для данного огнезащитного состава характерны те же недостатки, что и в случае вышерассмотренного антипирена. К тому же предлагаемая композиция является многокомпонентной и при повышенных дозировках амидофосфата склонна к преждевременному отверждению пропитывающего слоя, что существенно ограничивает область ее практического применения.
Задачей настоящего изобретения является оптимизация технологии получения антипирена при одновременном сохранении на высоком уровне его огнезащитной эффективности.
Поставленная задача достигается тем, что синтез огнезащитного состава осуществляют путем взаимодействия карбамидсодержащего соединения с аммиачной водой при нагревании в слабощелочной среде в присутствии аминоспирта, с последующей доконденсацией с карбамидом, и нейтрализацией реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0.
Сущностью предлагаемого технического решения является способ получения огнезащитного состава путем взаимодействия карбамидсодержащего соединения с аммиачной водой, взятых в эквимолярном соотношении по формальдегиду во всех формах и аммиаку, при нагревании в слабощелочной среде в присутствии аминоспирта, с последующим вводом и 1-10 мас.% карбамида в расчете на 100 мас.% карбамидсодержащего соединения и нейтрализацией реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8, 0, при этом в качестве карбамидсодержащего соединения используют карбамидоформальдегидный концентрат состава, мас.%:
| карбамид во всех формах | 21-25 |
| формальдегид во всех формах | 54-60 |
| вода | остальное |
а в качестве аминоспирта - моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, аминный модификатор АМ-1 и другие аминосоединения, добавляемые совместно с аммиачной водой в количестве 0,01-0,30 мас.% в расчете на карбамидоформальдегидный концентрат.
Химизм протекающих процессов достаточно сложен и состоит в следующем. При нагревании карбамидоформальдегидного концентрата с аммиаком, метилолмочевины, входящие в его состав, образуют смесь различных аминов (полиамин) [RU №2228925, кл. С 07 С 211/13, 209/60], а непрореагировавший формальдегид на стадии доконденсации связывается карбамидом в метилолмочевины и далее в карбамидоформальдегидную смолу. При последующей нейтрализации полиамина ортофосфорной кислотой возникает амидофосфат. Присутствующий в его составе аминоспирт обладает поверхностно-активным действием и улучшает диффузию антипирена вглубь древесины и смачиваемостъ 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 с высоким содержанием метилольных групп в качестве карбамидсодержащего соединения и ввод на стадии доконденсации несвязанного карбамида способствуют образованию карбамидоформальдегидной смолы, защищающей антипирен от вымывания и атмосферных воздействий путем формирования покровного слоя.
По указанной причине антипиреновое 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.
При необходимости декоративные свойства древесины направленно регулируются путем ввода в огнезащитный состав окрашенных соединений, например бихромата калия.
Разработанный огнезащитный состав предусматривает использование дешевых доступных компонентов, что открывает широкие возможности для его использования.
В качестве карбамидоформальдегидного концентрата использовали продукт, отвечающий требованиям ТУ № 2223-009-00206492-98.
Аминный модификатор марки АМ-1, вырабатываемый по ТУ № 2423-017-00206492-2002, 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) имид-азолидон-2 и 1-(2оксиэтил)этилендиамин, | не более 50 |
| вода | остальное. |
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 во всех формах | 22.3 |
| формальдегид во всех формах | 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. После этого содержимое аппарата нагревают до 80-82°С и выдерживают при данной температуре в течение часа.
После этого 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, затем продукт охлаждают до 22-25°С и нейтрализуют 77,6%-ной ортофосфорной кислотой до значения рН, равного 6,9.
Пример 2.
Условия синтеза по примеру 1.
В качестве карбамидоформальдегидного концентрата взят продукт, содержащий, мас.%:
| карбамид во всех формах | 25 |
| формальдегид во всех формах | 60 |
| вода | остальное |
При проведении доконденсации было добавлено 5,3 мас.% карбамида в расчете на карбамидоформальдегидный концентрат, а вместо аминного модификатора АМ-1 использован триэтаноламин в количестве 0,5 кг.
РН готового продукта составил 6,7.
Оценку огнезащитной эффективности ангтипирена проводили в соответствии с НПБ 251-98 "Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний" на образцах сосны, выдержанных в течение суток в исследуемом растворе при 20-22°С.
Из описания изобретения и таблицы видно, что по заявленному техническому решению можно упростить технологию получения огнезащитного состава, сохранив на высоком уровне огнезащитную эффективность антипирена при пониженном его расходе на обработку древесины.
| Таблица. Свойства огнезащитных составов по предлагаемому способу и прототипу. | |||
| Показатель | Значение показателя | ||
| Прототип | Примеры | ||
| 1 | 2 | ||
| Наличие формальдегида | есть | отсутствие | |
| рН | - | 6,9 | 6,7 |
| Коэффициент рефракции | - | 1,410 | 1,412 |
| Плотность при 20°С, г/см3 | - | 1,17 | 1,18 |
| Температура замерзания, °С | - | минус 15 | минус 16 |
| Расход для перевода древесины в 1 группу огнезащитной эффективности, г/м2 | 334-540 | 300 | |
| Потеря массы при горении по НПБ251-98,%. | 4,7-7,9 | 5,2 | 4,5 |
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, добавляемого совместно с аммиачной водой в количестве 0,01-0,3 мас.% в расчете на карбамидоформальдегидный концентрат, с последующим вводом 1-10 мас.% карбамида в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, охлаждении и нейтрализации реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0.
