ОГНЕБИОЗАЩИТНЫЙ ПРОПИТОЧНЫЙ СОСТАВ Российский патент 2000 года по МПК C09K21/04 C09D5/16 B27K3/52 B05D7/06 

Изобретение относится к составам для защиты древесины от разрушения биологическими агентами и от возгорания, может быть использовано в техпроцессе изготовления деревянных изделий и при профилактической обработке конструкций из дерева, тканей, ковровых покрытий и для консервирования древесины.

Уровень техники получения огнестойкой древесины при обработке водными растворами аммонийнофосфорных солей характеризует изобретения по а.с. N 178087, B 27 K 3/20, 1966 г., рецептура пропиточного состава которого рекомендуется следующая (мас.%):
Фенолоспирт - 23,0
Диаммонийфосфат - 8,0
Вода - 69,0
Образцы древесины, пропитанные этим раствором и высушенные при 95-100^oC в течение 96 часов, после пребывания их в проточной воде в течение 30 суток сохраняет огнезащитные свойства.

Однако фенолоспирты плохо совмещаются с диаммонийфосфатом вследствие снижения при введении антипирена pH раствора до 5 - 6, способствующего дальнейшей полимеризации исходных фенолоспиртов. Время жизнестойкости композиции зависит от степени полимеризации исходных фенолоспиртов и не превышает 12 ч. Фенолоспирты со сроком хранения более месяца не совмещаются с диаммонийфосфатом, то есть состав имеет неудовлетворительную функциональную надежность и ограниченную промышленную применимость.

Отмеченные недостатки устранены в составе, описанном в изобретении по а. с. N 674904, B 27 K 3/15, 1997 г., в котором повышены огнезащитные свойства и время жизнеспособности состава за счет того, что антипирен дополнительно содержит аммиак и мочевину при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фенолоспирты - 25 - 35
Диаммонийфосфат - 9 - 10
Сульфат аммония - 6 - 7
Мочевина - 12 - 20
Аммиак - 2,3 - 2,7
Вода - Остальное
В этом антипиренном составе фенолоспирты, полимеризуясь в древесине при хранении и нагревании, улучшают ее физико-механические свойства и снижают горючесть. Диаммонийфосфат оказывает огнезащитное действие на древесину, а мочевина и аммиак, повышая pH пропиточного раствора до 8,0 - 8,5, способствуют совмещению фенолоспиртов с диаммонийфосфатом и являются дополнительными антипиренами.

Известный состав имеет ограниченное использование только в условиях промышленного предприятия, так как пропитка полуфабрикатов и древесных материалов производится под давлением с последующим отверждением при четырехступенчатом повышении температуры с выдержкой в течение 9 часов. В результате получают огнестойкий древесно-полимерный материал, из которого изготавливают изделия.

Кроме того, производство огнестойких материалов относится к категории опасных для здоровья работников из-за действия фенола на нервную систему людей, вызывая острые хронические отравления при превышении предельно допустимой концентрации. Содержание паров фенола в воздухе рабочей зоны производственных помещений, согласно ГОСТ 12.1005-88, не должно превышать 0,3 мг/м³.

Более мобильными и технологичными составами для обработки поверхностей изделий из древесины и ковровых покрытий любым доступным способом (распыление, кисть, валик, шпатель) являются водные растворы аммонийных солей для консервирования древесины антисептиками и огнезащитной обработки антипиренами (см. БЭС, Химия, М., 1998, с. 197), которые описаны в изобретениях по а.с. N 279020, 1968 г., N 810493, 1981 г., оба по кл. B 27 K 3/12.

По технической сущности и числу совпадающих признаков в качестве ближайшего аналога выбран состав по а.с. N 279020, содержащий антисептик - кремнефтористый аммоний, антипирен - диаммонийфосфат, адгезионную добавку, алюмосиликатный наполнитель и воду.

Недостатком прототипа является технологическая сложность приготовления антисептика, в который дополнительно вводят предварительно приготовленный по специальной технологии казеиновый клей в качестве адгезионной добавки. Исходный продукт для казеинового клея является дефицитным и дорогим.

Кроме того, готовый состав гигроскопичен и в эксплуатации имеет неудовлетворительную адгезию из-за образования на поверхности защищаемого изделия сыпучего слоя солей, то есть огнезащита изделий, находящихся в условиях повышенной влажности, неудовлетворительна из-за вымываемости состава, механического уноса.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности и служебных характеристик состава по защите изделий от возгораний и древесины от гниения.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном огнебиозащитном пропиточном составе, содержащем растворенные в воде антипирены на основе солей аммония, антисептик - кремниефтористый аммоний и поверхностно-активное вещество, по предложению авторов, в качестве последнего введен сульфонол или сульфонат, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%
Нитроаммофоска - 20 - 22
Сульфат аммония - 3 - 5
Кремнефтористый аммоний - 2 - 3
Сульфонол/сульфонат - 1 - 2
Вода - Остальное
Отличительные признаки обеспечили повышение функциональной надежности составу за счет оптимизации его качественного и количественного содержания компонентов, которые все хорошо растворимы в воде и полностью совместимы между собой.

Раствор характеризуется хорошей адгезией, проявляя активное межмолекулярное взаимодействие на границе соприкосновения с древесиной обрабатываемого изделия, то есть полностью смачивает его поверхность и впитывается внутрь.

Выбранное массовое соотношение компонентов в доверительном диапазоне промышленной технологии обеспечивает адекватные огнезащитные и антисептические качества.

Главным достоинством предложенного технического решения оказалось достижение нового неожиданного эффекта в повышении его морозоустойчивости, то есть сохранение технологических свойств при температурах минус 9-12^oC, что недостижимо при эксплуатации известных аналогов. Эта новизна качества позволила использовать состав практически круглый год для циклической обработки, в частности, деревянных чердачных перекрытий, сохранив их в рабочем состоянии и защищая от возгорания.

Каждый из существенных признаков сам по себе известен, но их устойчивая взаимосвязь в совокупности является необходимой и достаточной для достижения эффекта суммы, неочевидного нового технического результата, неприсущего признакам в их разобщенности.

Предложенное техническое решение не известно по доступным источникам информации уровня техники, из которого явным образом не следует для специалиста пожарной безопасности, и может быть реализовано промышленным способом, а также в малых формах, то есть соответствует критериям патентоспособности.

Нижеприведенный пример реализации изобретения имеет лишь иллюстративные цели и не ограничивает объема прав совокупности существенных признаков формулы.

Огнебиозащитный состав, получаемый по настоящему изобретению, применяется в виде водного раствора, который приготавливается на рабочем месте растворением последовательно компонентов в воде, подогретой до температуры 50-60^oC. Рабочий раствор наносится на защищаемую поверхность кистью или пульверизатором до прекращения впитывания, либо окунанием. Обработка многократная, минимум в 2-3 приема, с промежуточной выдержкой; возможна принудительная конвективная сушка, в зависимости от материала и условий обработки.

Пропиточный раствор в 100 кг приготавливается в смесителе следующем образом. В объеме воды 53 л температурой 50-60^oC, равном 3/4 от потребного общего количества воды, растворяется 21 кг гранулированной нитроаммофоски, ТУ 113-03-466-91, приливается 1,5 кг сульфонола, ТУ 6-01-1001-75 или сульфоната, ГОСТ 15034-69.

Нитроаммофоска (антипирен) содержит не менее 16 мас.% каждого: азота в виде соединений NH₄Cl, NH₄SO₃, NH₄H₂PO₄, KNO₃, усвояемого фосфора (P₂O₅) и калия (K₂O), а сульфонол/сульфонат (смачиватель и эмульгатор) представляет собой смесь 85-90 мас.% анионных поверхностно-активных веществ (алкилбензолсульфонатов или алкилсульфонатов) с Na₂SO₄, Na₂SO₃ или NaCl соответственно.

После этого при постоянном перемешивании загружают 4 кг сульфата аммония (NH₄)₂SO₄, ГОСТ 9097-82Е - антипирена и 2,5 кг антисептика - аммония кремнефтористого технического, ТУ 113-08-582-85 до их полного растворения.

Оставшееся количество воды - 18 л приливают к раствору до получения удельного веса не менее 1,17 кг/м³ при комнатной температуре, 20^oC.

Приготовленный пропиточный раствор тщательно перемешивается и процеживается через сетку с 1200 отв./см², отстаивается в течение не менее 2 часов.

Отстоявшийся раствор сливается в приготовленную емкость и используется для пропитки деревянных конструкций и ковровых покрытий, тканых материалов.

Поверхностная обработка древесины пропиточным составом производится по ГОСТ 2022.9-76 погружением, кистью, пневмораспылением. При пропитке методом погружения время выдержки деревянных изделий должно составлять не менее 20-30 минут. Обработка поверхности изделий, конструкций и покрытий кистью и пневмораспылением производится за 2 раза при положительной температуре с перерывом не менее 2 часов или 3 раза при температуре окружающей среды до минус 9-12^oC с перерывом между обработками не менее 6 часов, причем подогретым до температуры не менее 40^oC раствором.

Проолифенные и окрашенные любыми красками и составами деревянные поверхности не могут быть защищены пропиточным составом.

Пропитанные детали не должны подвергаться дополнительной механической обработке, приводящей к снятию огнезащитного слоя. В случае, когда необходимо снять защитный слой с некоторых частей защищенной поверхности, следует произвести дополнительную пропитку раствором с температурой 50-60^oC за два раза.

При пропитке древесины расход подогретого раствора при двухразовой обработке составляет 400-500 г/м², при трехразовой обработке холодным раствором -550-600 г/м², при пропитке методом погружения - 600 г/м².

Фактический расход состава, зависящий от конфигурации и размеров обрабатываемых поверхностей конструктивных элементов и связанных с ними потерь, может увеличиваться до 1000 г/м².

При многократной профилактической повторной обработке поверхности деревянных конструкций допускается снижение расхода раствора.

Испытания обработанных предложенным составом образцов на огнестойкость проводили по ГОСТ 16336-76 на установке ОТМ (для определения трудногорючих материалов), ГОСТ 12.2.003-74.

Определяли потерю массы образца ( Δ М,%) и максимальное приращение температуры ( Δ Т_макс.,^oC). По величине Δ Т_макс. и Δ М материалы классифицировались на трудногорючие ( Δ Т_макс. < 60^oC и Δ М < 60%) и горючие ( Δ Т_макс. > 60^oC, Δ М > 60%).

Образцы деревянных конструкций, обработанные предложенным составом в пределах диапазона содержания компонентов, показали потерю массы при испытаниях на огнестойкость 15-19% при максимальном приращении температуры 52^oC, что характеризует материал как трудногорючий.

Скорость диффузии антисептика в древесину составила не менее 1 мм/сут.

Испытания на биостойкость показали нулевую деструкцию.

Способ приготовления пропиточного состава и обработки им материалов и конструкций прост в исполнении, экологически чист и позволяет получить поверхность изделий с высокой огнезащищенностью и стойкостью против биологических агентов. Повышенная морозостойкость насыщенного аммонийфосфатными солями состава повысила эксплуатационные и климатические возможности применения для наружной обработки деревянных конструкций.

Изобретение относится к составам для защиты древесины от разрушения биологическими агентами и от возгорания, может быть использовано в техпроцессе изготовления деревянных изделий и при профилактической обработке конструкций из дерева, тканей, ковровых покрытий и для консервирования древесины. Предложенный пропиточный состав содержит растворенные в воде антипирены на основе солей аммония, антисептик - кремнефтористый аммоний и поверхностно-активное вещество. Новым является то, что в качестве поверхностно-активного вещества введен сульфонол или сульфонат, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %: нитроаммофоска 20-22, сульфат аммония 3-5, кремнефтористый аммоний 2-3, сульфонол/сульфонат 1-2, вода - остальное. Технический результат - расширение технологических возможностей состава за счет повышения морозостойкости, упрощение процесса приготовления пропиточного раствора из полностью совместимых компонентов и повышение функциональной надежности состава.

Огнебиозащитный пропиточный состав, содержащий растворенные в воде антисептик - кремнефтористый аммоний и антипирен на основе соли аммония, отличающийся тем, что состав содержит сульфат аммония и дополнительно нитроаммофоску в качестве антипирена и дополнительно содержит сульфонол или сульфонат в качестве поверхностно-активного вещества при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кремнефтористый аммоний - 2 - 3
Сульфат аммония - 3 - 5
Нитроаммофоска - 20 - 22
Сульфонол или сульфонат - 1 - 2
Вода - Остальное