СОСТАВ ДЛЯ ОГНЕ- И БИОЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1996 года по МПК B27K3/36 C09K21/12 

Изобретения относятся к промышленности стройматериалов и деревообрабатывающей промышленности, а именно, к технологии защиты изделий из древесины от возгораний и биоповреждений.

Известно использование для защиты древесины от возгорания и гниения различных составов, содержащих соединения фосфора. Однако составы, содержащие неорганические соединения фосфора через некоторое время "высаливаются" на поверхности древесины. "Высоленный " слой имеет низкую адгезию к древесине и через некоторое время отшелушивается с ее поверхности, снижая тем самым эффективность защиты. Поэтому предпочтение отдается составам на основе фосфорорганических соединений /I/.

Одним из таких составов, защищающих древесину от гниения, является смесь трихлорэтилфосфата, хлорпарафина, оксидифенила и ацетона /2/. Однако эффективность его в качестве антипирена невысока.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности является состав для огне- и биозащиты древесины, включающий 100 мас.ч 3-диалкилфосфонпропионамида и 100-400 мас.ч. водорастворимой меламиноформальдегидной смолы /2/. Эффективность огнезашиты древесины данным составом в сравнении с другими антипиренами, содержащими фосфорорганические соединения, повышается.

Однако этот состав имеет ряд недостатков. Во-первых, входящая в состав антипирена смола быстро переходит в водонерастворимое состояние. Это приводит к необратимому расслоению состава, делая его непригодным к использованию, т. е. снижает живучесть состава. Во-вторых, меламино-формальдегидная смола несовместима со многими лакокрасочными материалами, что часто делает невозможным последующую окраску изделий из древесины. Кроме того, этот состав малоэффективен в качестве биозащитного средства.

Задачей настоящей группы изобретения является повышение эффективности защиты древесины от возгорания и биоповреждений, а также устойчивости состава при хранении и обеспечение возможности окраски древесины.

Указанная задача решается, во-первых, составом для огне- и биозащиты древесины на основе фосфор- и азотсодержащего органического антипирена, причем согласно первому варианту в качестве антипирена состав содержит смесь продуктов реакции при температуре от 34 до 78^oС эквимолярных количеств диалкилфосфита, содержащего в алкиле 1-4 атомов С₁ с амином общей формулы: RNHR¹, где R означает Н или алкил С₁-С₇, а R¹-алкил С₁-С₇, с общим содержанием в антипирене фосфора 7,5-22,3 мас. и азота 3,4-10,1 мас. объемной плотностью 1,09-1,11 г/см³, коэффициентом преломления 1,398-1,412, условной вязкостью по вискозиметру ВЗ-246 45-52 с и рН 7,0-7,4.

Преимущественно такой состав содержит смесь продуктов реакции диметилфосфита с диэтиламином с общим содержанием фосфора 20,1-20,6 мас. и азота 9,0-9,3 мас. объемной плотностью 1,09-1,11 г/см³, коэффициентом преломления 1,398-1,412, условной вязкостью по вискозиметру ВЗ-246 при 20^oС 45-52 с и рН 7,0-7,4.

Указанная задача решается также составом для огне- и биозащиты древесины на основе фосфорсодержащего органического антипирена, причем согласно второму варианту изобретения состав содержит в качестве антипирена смесь продуктов реакции при температуре от 128 до 150^oС эквимолярных количеств диалкилфосфита, содержащего в алкиле 1-4 атомов C₁ с дикарбоновой кислотой общей формулы: HOOCRCOOH, где R алкил С₁-С₄ или алкенил C₂-C₄, с общим содержанием фосфора в антипирене 9,0-15,47 мас. объемной плотностью 1,22-1,25 г/см³, коэффициентом преломления 1,443-1,560, условной вязкостью при 20^oС по вискозиметру ВЗ-246 63-74 с и рН 6,0-6,7. Преимущественно, состав согласно второму изобретению содержит в качестве антипирена смесь продуктов реакции диметилфосфита с малеиновой кислотой с общим содержанием фосфора 13,6- 13,9 мас. объемной плотностью 1,22-1,23 г/см³; коэфф.преломления 1,448-1,506, условной вязкостью при 20^oС по вискозиметру ВЗ-246 70-74 с и рН 6,1-6,7, или с малоновой кислотой с общим содержанием фосфора 15,0-15,47 мас. объемной плотностью 1,22-1,23 г/см³, коэфф.преломления 1,443- 1,447, условной вязкостью при 20^oС по вискозиметру В3-246 63-65 с и рН 6,0-6,3.

Указанная задача, кроме того, решается составом для огнеи биозащиты древесины на основе фосфор- и азотсодержащего органического антипирена, причем согласно третьему варианту изобретения состав содержит в качестве фосфор- и азотсодержащего антипирена смесь продуктов реакции эквимолярных количеств диалкилфосфита, содержащего в алкиле 1-4 атомов C₁ с карбамидом при температуре 34-78^oС или при температуре 50-170^oС с амидом карбоновой кислоты общей формулы: RCONR ^IR^II, где R, R^I и R¹¹- H алкил или алкенил С₁-С₄, с общим содержанием в антипирене фосфора 8,2-20,2 мас. и азота 3,6-16,4 мас. объемной плотностью 1,11-1,18 г/см³, коэфф. преломления 1,383-1,445 и условной вязкостью при 20^oС по вискозиметру ВЗ 246 39-50 с и рH 6,6-7,6.

Преимущественно, состав согласно третьему варианту изобретения содержит в качестве антипирена смесь продуктов реакции диметилфосфита с диметилформамидом с общим содержанием фосфора 16,9 17,4 мас. азота 7,2-7,8 мас. объемной плотностью 1,12 1,14 г/cм³, коэфф. преломления 1,443-1,445, условной вязкостью при 20^oC по визкозиметру В3-246 40-50 с и рН от 6,7 6,9 или с метакриламидом с общим содержанием фосфора в антипирене 15,8-16,3 мас. азота 7,0-7,5 мас. объемной плотностью 1,13-1,15 г/cм³, коэфф. преломления 1,441-1,443, условной вязкостью при 20^oС по вискозиметру ВЗ-246 39-44 с и рН 7,1-7,2.

Для защиты изделий из древесины от возгорания и биоповреждений на поверхность изделий наносят состав в количестве 50 г/м².

Изобретения иллюстрируются нижеследующими примерами и таблицами 1-3.

Пример 1. 73 г диэтиламина и 110 г диметилфосфита (ДМФ) (мольное соотношение 1:1) перемешивают и нагревают до 36±2^oС. Выдержав реакционную смесь при этой температуре в течение 15-20 минут, температуру поднимают до 75±2^oС и выдерживают при этой температуре в течение 0,5 ч, а затем охлаждают до 20±2^oС.

Полученный состав представляет собой смесь продуктов взаимодействия ДМФ и диэтиламина, о чем свидетельствуют результаты eгo ректификации: первые продукты отгоняются при 136-137^oС; ряд других соединений при температуре от 139 до 150^oC. Конечным продуктом ректификации являются светлые смолообразные вещества.

Пример 2. 116 г малеиновой кислоты и 110 г ДМФ (мольное соотношение 1:1) перемешивают и нагревают до 130±2^oС. После выдержки при этой температуре в течение 15-20 минут температуру повышают до 150^oС и выдерживают еще 2-3 минуты. Затем реакционный сосуд охлаждают до 20±2^oС.

Полученный состав представляет собой смесь продуктов взаимодействия малеиновой кислоты и ДМФ, о чем свидетельствуют результаты его ректификации: первые продукты отгоняются при 153^oС, ряд других соединений при температуре от 158 до 170^oС. Конечный продукт смолообразное вещество черного цвета.

Пример 3. 104 г малоновой кислоты и 110 г ДМФ (мольное соотношение 1:1) перемешивают и осуществляют реакцию в условиях примера 2.

Полученный состав представляет собой смесь продуктов взаимодействия малоновой кислоты и ДМФ: ряд продуктов реакции отгоняются при температуре 157-170^oC; конечный продукт смолообразное вещество темно-коричневого цвета.

Пример 4. 73 г N,N-диметилформамида и 110 г ДМФ (мольное соотношение 1: 1) перемешивают и нагревают до 170^oС. При этой температуре выдерживают в течение 20 мин, после чего охлаждают до 20±2^oС.

Полученный состав представляет собой смесь продуктов взаимодействия N, N-диметилформамида и ДМФ: при его ректификации наиболее низкокипящая фракция отгоняется при 136^oС; ряд других продуктов при температурах от 137 до 190^oС. Конечный продукт смолообразное бесцветное вещество.

Пример 5. 85 г метакриламида и 110 г ДМФ (мольное соотношение 1:1) перемешивают и нагревают до 50-51^oС. При этой температуре выдерживают 15-20 минут, а затем температуру поднимают до 60-65^o°С и выдерживают при этой температуре 7-10 минут. После этого реакционную смесь охлаждают до 20±2^o°С.

Полученный состав представляет смесь продуктов взаимодействия метакриламида и ДМФ: при eгo перегонке первую фракцию отгоняют при 72^oС, ряд последующих при 74-13О^oC; конечный продукт смолообразный продукт коричневого цвета.

Пример 6. 60 г карбамида и 110 г ДМФ (мольное соотношение 1:1) перемешивают и нагревают до начала реакции (34^oС). Затем принудительный нагрев отключают. После достижения 76±2^oС (в результате саморазогрева реакционной смеси) реакционный сосуд выдерживают при этой температуре в течение 1,5 часа, после чего охлаждают до 20±2^oC.

Полученный состав представляет собой смесь продуктов взаимодействия карбамида и ДМФ: при его ректификации первый продукт отгоняется при 132^oС; ряд последующих при 135-195^oC. Конечный продукт ректификации смолообразное вещество молочного цвета.

Аналогичным образом получают составы по примерам 7-14.

Пример 15. 11O г диметилфосфита и 144 г гидромуконовой кислоты (мольное соотношение компонентов 1: 1) перемешивают и нагревают до 130±2^oС. После выдержки при данной температуре в течение 15-20 мин. температуру синтеза повышают до 150±2^oС и реакционную смесь выдерживают в течение 2-3 мин. затем ее охлаждают до комнатной температуры (20±2^oС).

Полученный состав представляет собой смесь продуктов взаимодействия гидромуконой кислоты с диметилфосфитом, о чем свидетельствуют результаты eгo ректификации: первая фракция отгоняется при температуре 159-161^oC, последующие фракции 162-178^oC, остаток смолообразные вещества от темно-коричневого до черного цвета.

Полученный состав имеет следующие эксплуатационные характеристики: показатель огнезащищенности (потеря массы в керамической трубе) 3,8 4,3% продолжительность самостоятельного горения пламенем 0 с и тлением 0 с; адгезия краски к обработанной составом древесине для эмали ПФ-1126 и лака НЦ-218 1 балл. Физико-химические свойства приведены в таблице 2.

Пример 16 (по прототипу). Готовят состав смешением следующих компонентов, г:
0,0 диметил 2 карбамоилпропилфосфонат 50
Меламиноформальдегидная смола марки ГМ-З по ТУ 6.10.1253-79 50
Вода 20
Состав наносят на поверхность древесины в количестве 120 г/м² до содержания 0,0-диметил-2-карбамоилпропилфосфоната 50 г/м³.

Полученные составы наносили кистью на поверхность образцов из заболони сосны из расчета 50 г/м². Свойства составов, полученных по примерам 1-16, приведены в таблицах 2-3.

Проверку огнезащищающей способности составов проводили с керамической трубой по ГОСТ 12.1.044-89, антисептических свойств со штаммом гриба Coniophora Cerbella по ГОСТ 16712-71, адгезии лакокрасочных материалов (эмали ПФ-1126 на основе модифицированной пентафталевой алкидной смолы по ТУ 6-10-1540-78 и лака НЦ-218 на основе коллаксилина пo ГОСТ 4976-83) методом решетчатых надрезов по ГОСТ 15140-80, живучести составов визуально до расслоения составов (максимальный срок испытаний 1,5 года).

Как следует из данных таблицы 3, использование составов по изобретениям позволяет повысить эффективность защиты древесины от возгорания и биоповреждений и дает возможность ее последующей окраски. При этом живучесть состава по сравнению с прототипом увеличивается в десятки раз. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3 ТТТ4 ТТТ5

Использование: в деревообрабатывающей промышленности и промышленности стройматериалов при защите изделий из древесины от огня и биоповреждений.

Сущность: согласно первому варианту состав для огне- и биозащиты древесины в качестве антипирена содержит смесь продуктов реакции при 34-78^oС эквимолярных количеств диалкилфосфита, содержащего в алкиле 1-4 атомов С, с амином ф-лы RNHR^', где R-H или алкил С₁-С₇, а R' алкил С₁-С₇, с общим содержанием в антипирене фосфора 7,6-22,3 мас. % и азота 3,4-10,1 мас. %. Согласно второму варианту состав содержит смесь продуктов взаимодействия при 128-150^oС эквимолярных количеств указанного диалкилфосфита с дикарбоновой кислотой ф-лы HOOCRCOOH, где R-алкил С₁-С₇ или алкенил С₂-С₄ с общим содержанием фосфора в антипирене 9,0-15,47 мас. %. Согласно третьему варианту состав содержит смесь продуктов взаимодействия эквимолярных количеств указанного диалкилфосфита с карбамадом при 34-78^oС или при 50-170^oС с амидом карбоновой кислоты ф-лы RCOHR^'R^'', где R-H, алкил С₁-С₄ или алкенил С₂-С₄, а R т R'-H или алкил С₁-С₄, с общим содержанием в антипирене фосфора 8,2-20,2 мас. %, азота 3,6-16,4 мас. %. 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 Coniphora Cerbela: потеря масс О мас. %. Устойчивость состава при хранении более 500 сут. 3 н. з. п. и 3 з. п. ф-лы, 3 табл.

1. Состав для огне- и биозащиты древесины на основе фосфор- и азотсодержащего органического антипирена, отличающийся тем, что в качестве фосфор- и азотсодержащего органического антипирена он содержит смесь продуктов реакции при 34 78^oС эквимолярных количеств диалкилфосфита, содержащего в алкиле 1-4 атома С, с амином общей формулы RNHR', где R водород или C₁-C₇-алкил, а R' C₁-C₇-алкил, с общим содержанием в антипирене фосфора 7,6 22,3 мас. и азота 3,4 10,1 мас. объемной плотностью 1,09 1,11 г/см³, коэффициентом преломления 1,398 1,412, условной вязкостью по визкозиметру ВЗ-246 45-52 с и рН 7,0-7,4,
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он содержит смесь продуктов реакции диметилфосфита с диэтиламином с общим содержанием фосфора 20,1 20,6 мас. и азота 9,0 9,3 мас. объемной плотностью 1,09 1,11 г/см³, коэффициентом преломления 1,398-1,412, условной вязкостью по визкозиметру ВЗ-246 при 20°С 45-52 с и рH 7,0-7,4. 3. Состав для огне- и биозащиты древесины на основе фосфорсодержащего органического антипирена, отличающийся тем, что в качестве фосфорсодержащего органического антипирена он содержит смесь продуктов реакции при температуре от 128 до 150^oC эквимолярных количеств диалкилфосфита, содержащего в алкиле 1-4 атомов С, с дикарбоновой кислотой общей формулы: НООСRСOОН, где R-алкил С₁-С₄ или алкенил C₂-C₄, с общим содержанием фосфора в антипирене 9,0-15,47 маc. объемной плотностью 1,22-1,25 г/см³, коэффициентом преломления 1,443-1,560, условной вязкостью при 20^oC по визкозиметру В3-246 63-74 c и рН 6,0-6,7. 4. Состав по п. 3, отличающийся тем, что он содержит смесь продуктов реакции диметилфосфита с малеиновой кислотой с общим содержанием фосфора 13,6 13,9 маc. объемной плотностью 1,22-1,23 г/см³, коэффициентом преломления 1,448-1,506, условной вязкостью при 20°C по визкозиметру ВЗ-246 70-74 с и рН 6,1-6,7 или с малоновой кислотой с общим содержанием фосфора от 15,0 до 15,47 маc. объемной плотностью 1,22-1,23 г/см³, коэффициентом преломления 1,443-1,447, условной вязкостью при 20°С по визкозиметру ВЗ-246 63-65 с и рН 6,0-6,3. 5. Состав для огне- и биозащиты древесины на основе фосфор-и азотсодержащего органического антипирена, отличающийся тем, что в качестве фосфор- и азотсодержащего антипирена он содержит смесь продуктов реакции эквимолярных количеств диалкилфосфита, содержащего в алкиле 1-4 атома С, с карбамидом при 34 78^oС или при 50 170^oС с амидом карбоновой кислоты общей формулы: RCONP'R", где R водород, С₁ С₄-алкил или С₂ C₄-алкенил, R' и R" водород или С₁ С₄-алкил, с общим содержанием в антипирене фосфора 8,2 20,2 мас. и азота 3,6 16,4 мас. с объемной плотностью 1,11 1,18 г/см³, коэффициентом преломления 1,383 1,445 и условной вязкостью при 20°C по вискозиметру ВЗ-246 39 50 с и рН 6,6 7,6. 6. Состав по п.5, отличающийся тем, что он содержит смесь продуктов реакции диметилфосфита с диметилформамидом с общим содержанием в антипирене фосфора 16,9 17,4 мас, азота 7,6 7,8 мас. объемной плотностью 1,12 - 1,14 г/см³, коэффициентом преломления 1,443 1,445, условной вязкостью при 20°С по визкозиметру В3-246 40 50 с и рН 6,7 6,9 или с метакриламидом с общим содержанием в антипирене фосфора 15,8 16,3 мас. азота 7,0 7,5 мас. объемной плотностью 1,13-1,15 г/см₃, коэффициентом преломления 1,441 1,443, условной вязкостью при 20°С по визкозиметру В3-246 39 44 c, рН 7,1 7,2.