Состав для обработки древесины для придания ей огнестойкости Советский патент 1993 года по МПК B27K3/50 

Деревянный носитель, которому должна быть придана способность медленно возгораться, может быть отрублен или отпилен в виде бревен или строевого леса, в частности, мягкая древесина, такая как сосна, кипарис, красный кедр или пихта или твердая древесина, такая как дуб, например, в виде столбиков дощечек, досок, брусьев или дранки, или может представлять собой изделия из дерева, производственные из них со значительной частью интактной волокнистой структуры исходной древесины, а также в виде жестких или полужестких досок из частиц, полученных прессованием (и возможно с покоытием смолой), таких как фанера, древес.ю-стружечная плита, твердый картон и куски досок, но не бумага или картон. При необходимости изделия из дерева могут быть обработаны растворами согласно изобретению до прессования. Деревянный носитель может иметь толщину в 0,05-10 см, например, 0,2-10 см, но предпочтительно в 0,2-2 см.

Применение на древесину (включая изделия, произведенные из нее) может осуществляться несколькими путями. Растворы согласно изобретению могут быть нанесены путем погружения или окрашивания древесины (или произведенного из нее изделия), которая должна подвергнуться обработке в растворе до такого срока, пока не достигается достаточное поглощение. Однако, растворы предпочтительно с помощью технологии вакуумной пропитки и/или пропитки под давлением, предназначенной для обеспечения того, чтобы растворы были полностью поглощены в носителе, Таким образом, целлюлозный носитель может быть введен в контакт с водным раствором, давление повышается выше атмосферного, при этом материал еще находится в контакте с композицией, и давление возвращается к атмосферному, при этом величины давления и время, на которое сохраняется давление, являются достаточными для того, чтобы получить необходимое впитывание. Предпочтительно, древесина повергается воздействию давления ниже атмосферного до или после введения в контакт с водным раствором или в обоих случаях. Например, носитель может быть помещен в камеру, давление в камере счижено, добавляется пропиточный раствор, обычно при комнатной температуре, для покрытия носителя, давление повышается до давления, превышающего атмосферное, поддерживается в таком состоянии и затем снижается до атмосферного и раствор сливается из камеры, за чем может следовать краткий период пониженного давления. В качестве варианта,

начальное снижение давления может не применяться.

Концентрация (ii) соединения триази- наО, соединения ТОО и мочевины в водной 5 системе, размер давлений, время выдержки при давлениях выше и ниже атмосферного и природа древесного материала влияет на впитывание в материал. Так, увеличение концентрации или давления выше атмосферного, время выдержки при давлениях выше атмосферного приводит к увеличению впитывания активных компонентов в материал. Смена носителя на такой, который имеет повышенную способность поглоще5 ния, приводит к увеличению впитывания, как это бывает при обработке целлюлозного материала с малым поперечным сечением. Величины впитывания в носитель, выраженные в значениях веса общего количества

0 твердых веществ из раствора, впитываемого в один кубический метр носителя, могут изменяться от 10 до 2000 кг/м , в зависимости от носителя и от степени требуемой огнестойкости.

5Обычно промежутки времени давления

ниже атмосферного.от пяти могут до двух часов, обычно 5-30 или 12-30 минут, используются с вакуумом ниже 0,5 бара (5000 кг/м2), например, 0,05-0,4 бара (500-4000

0 кг/м2). Давления выше атмосферного от2 до 20 бар, например, 5-15 бар (20000-200000, например, от 50000 до 150000 кг/м2) для промежутков времени от 10 часов до 5 минут, например, от 5 часовдо 10 или 20 минут,

5 например, пригодны промежутки от 2 часов до 30 минут, при этом более продолжительные промежутки времени применяются при использовании более низких давлений и более длительные промежутки времени требу0 ются для слабо поглощающей древесины, чем для древесины с лучшим поглощением. Давление ниже атмосферного и используемые промежутки времени, если они применяются после давлений выше

5 атмосферного, находятся в пределах, установленных для применения до обработки под давлением выше атмосферного.

Когда носитель, то есть, древесина (или 0 производный из нее продукт) пропитывают раствором согласно изобретению, носитель обычно высушивают до того, чтобы содержание в нем влаги вернулось примерно к тому же, что и в необработанном носителе, напри- 5 мер, 2-25% содержания влаги. Сушка может быть проведена нагревом при 50-100°С и 25- 95%, например, 25-75% или 50-95% относительной влажности, предпочтительно до постоянного веса, хотя сушка при 20-25°С, обычно при 20-60% относительной влажности может применяться, например, в течение 0,5-2 месяцев.

Предпочитают программируемую сушку, начинающуюся при 50-80°С и 50-95% относительной влажности. С целью лучшего установления соединения ТОФ и соединения триазина и повышения стойкости к вы- щелачиванию обработанного дерева, высушенный носитель может быть отверж- ден, например, с помощью аммония или пропитывания водным раствором жидкого аммония, в частности, когда состав имеет рН 7-8, например, при использовании технологии пропитки, описанной выше, но необходимо остерегаться того, чтобы выщелачивание пропитывающих химикатов обратно в аммоний было введено до минимума, что может снизить огнестойкость носителя. Таким образом предпочтительно носитель находится в контакте только с до- статочным количеством водного или жидкого аммония, которое будет им поглощено.

После или вместо режима сушки носитель может быть отвержден в горячем состо- янии вместо отверждения аммонием путем нагрева до 100-180°С, например, от 100 до 150°С в течение от 10 минут до 2 часов, например, при 100-130°С в течение 15-70 минут. В течение отверждения нагревом относительная влажность должна сохраняться при 50-95% с целью управления градиентом влажности в древесине для сведения до минимума искривления, или древесина может быть подвергнута рекондиционированию после сушки или отверждения с целью сообщения ей исходного содержания влажности.

Отверждение при повышенной температуре предпочтительно осуществляется без какой-либо добавки аммония или солей аммония или добавления ускорителей для отверждения меламин формальдегид ной смолы, таких как соли аммония или соли третичного амина или соли металлов, дающие растворы кислот в воде, такие как растворы двухвалентных металлов с сильными кислотами, например, нитрат цинка или хлорид магния. Предпочтительно сушку и отверждение при повышенной температуре осуществляют вместе при 50-100°С и 25- 95% относительной влажности, как описано выше, в особенности при указанном режиме программируемой сушки.

Пропитанное отвержденное дерево имеет более высокую огнестойкость, чем не- обработанное дерево и может быть более стойко к воздействию разлагающих древесину грибков. По сравнению с древесиной, обработанной огнезащитным фосфатом аммония, обработанная древесина согласно изобретению подвергается намного меньшим потерям активности огнезащитного средства при продолжительном выщелачивании.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Триазины А, С и Е были получены от фирмы Бритиш Индастриал Пластике, Бир- мингам, Англия, как вещества, обозначенные ВТ 336, 370 и 309. Триазины В и Д были получены от фирмы Сиба-Джейджи, Дакс- форд, Англия, как продукты, обозначенные hyofix CH и Cibanun ML1000 GB, соответственно.

Время отверждения было определено при 70°С без регулирования рН, при этом исходное значение прозрачного раствора составляет 5,8-6,2 для триазина ABE, 4,8 для триазина С и 5,6 для триазина Д.

Свойства триазина представлены в табл.1.

Общее число оксиметильных и метокси- метильных групп является производным от числа формальдегидных звеньев на молекулу триазина, используемую для получения соединения, и оно (и разрыв между окси- и метоксиметильными группами) приводится при допущении, что не имело место самоконденсирование.

П р и м е р 1 и сравнительный пример А. По отношению к каждому из триазинов А-Е два раствора 1 и 2 были приготовлены раздельно. Раствор 1 содержал 28 частей 80% водного раствора хлорида тетракисного соединения фосфония (ТОФ) (который имеет место рН примерно ниже 0), 20 частей воды и 12 частей триаэтаноламина.

Раствор 2 содержат 31,5 частей воды, 9 частей мочевины и 11,5 частей триазина. Растворы 1 и 2 были смешаны для получения пропиточных растворов с рН 6,8, которые сохранялись при 25°С, и время, взятое для них для того, чтобы помутнеть, регистрировалось.

Результаты были следующие (см. табл. 2).

В дополнение к триазину С, только перемешивание растворов 1 и 2 привело к немедленному помутнению, что привело к созданию прозрачной жидкости над небольшим количеством белого осадка. Прозрачная жидкость затем оставалась прозрачной до начала постоянной мутности спустя 14 дней.

Примеры 5-9. Растворы, как и в примере 1, но с переменными количествами триатаноламина, были приготовлены и была определена их стабильность. В этих случаях растворы не хранились при постоянной температуре, а содержались вместе в лаборатории при окружающей температуре. Для

каждой пропиточной жидкости рН измерялся и время желатинизации определялось.

Результаты были следующими.

Стабильность пропиточных растворов дана в табл. 3.

Примеры 10-12. растворы, как в примере 8, но с различными количествами мочевины были приготовлены и их стабильность определялась при окружающей температуре, как в примере 8.

Результаты были следующими.

Стабильность пропиточных растворов дана в табл. 4.

Примеры 13-17. Были приготовлены растворы, в примере 8, но с переменными количест t-ами триазина А, и их рН и стабильность определялась при окружающей температуре, как в примере 8.

Результаты были следующими (см. табл. 5).

П р и м е р 18. Было приготовлено и сохранялось при различной температуре 5 отдельных растворов, как в примере 1, с целью определения их стабильности при различных условиях.

Результаты были следующими (см. табл,

6).

Примеры 19-22. Было приготовлено три пропиточных раствора еще, как в примере 1, а затем они были разбавлены некоторыми количествами воды, которые составляли соответственно одна треть, равное количество и тройное количество веса пропиточного раствора, чтобы получить растворы 20, 21 и 22 соответственно.

Все четыре раствора (пропиточный раствор 1 и растворы 20-22) с относительными концентрациями 4:3:2:1, которые получены, были отдельно применены для пропитки древесины и была определена огнестойкость древесины. Процесс был следующим. 100% клиновидных гранул древесины западного красного кедра, 100% дранки клинообразной формы из ядра древесины размером 40х10-30х в среднем 0,5 см и содержание влаги 7% были подвергнуты технологии полной пропитки в камере путем вакуумирования дранки при 0,2 бар (2000 кг/м ) (то есть, разрежение 0,8 бар) на 15 мин, дранки были покрыты раствором, за чем следовал 1 час под давлением в 12 бар (120000 кг/м2), а затем удаление жидкости из дранки. Дранка затем была высушена на воздухе при 20-25°С и при 30-40% относительной влажности в течение 1 месяца, после этого времени содержание в ней влаги возвратилось примерно к 7%. В зависимости от размеров дранки и их увеличения по весу, удержание химикатов из растворов было подсчитано для каждой дранки. Дранка была также испытана на поверхностную огнестойкость согласно испытанию распространения пламени по поверхности малого масштаба, BS 476, часть 7 (1971 г). Результаты были следующими,

Свойства обработанной древесины даны в табл. 7.

Пример 23. Процесс по примеру 22 повторялся в заменой технологии полной

0 пропитки в камере простым полным погружением дранки в пропиточный раствор 22 на 1,5 часа. Поглощение химикатов составило 17 кг/м3, и огнестойкость была 3 класса. Пример 24. Процесс по примеру 19

5 был повторен с заменой технологии полной пропитки в камере покрытием кистью с раствором 1 дранки до насыщения. Поглощение химикатов составило примерно 53 кг/м3, и огнестойкость была 2 Класса.

0 П р и м е р 25. Пропиточный раствор, как в примере 1, был приготовлен и разбавлен водой в соотношении 15 частей раствора из примера 1 на 85 частей воды. Процесс примера 19 был повторен с этим разбавлением

5 раствором и с программированным режимом сушки, при котором пропитанную дранку подвергают нагреву, начатому при 60°С с относительной влажностью 70% и заканчивающемуся при 75°С и 30% относительной

0 влажности в течение 7 дней. Сушка также, как полагают, привела к некоторому схватыванию соединения ТОФ. Среднее поглощение химикатов составило 40 кг/м3, и обработанные ТОФ дранки были классифи5 цированы по классу 2 при испытании пламенем BS476, часть 7 (1971 г.) и по классу С при испытании пламенем, подобному стандартизованному испытанию на воспламенение США, ASTM 1.08/54.

0 По сравнению с необработанной дранкой, обработанная дранка имеет существенно такую же прочность на изгиб, ударную прочность и твердость, Драка, обработанная продаваемым огнезащитным средством

5 в виде фосфата аммония, после выщелачивания водой в аппарате Сокслета в течение 24 часов имеет 75% потерь в содержании фосфора (по сравнению с 16% потерь содержания фосфора, отмеченными при вышеука0 занной дранке, обработанной ТОФ).

Таким образом, изобретение позволяет повысить стабильность состава, Формула изобретения 1. Состав для обработки древесины для

5 придания ей огнестойкости, включающий (Отетракисное соединение фосфония, мочевину и триэтаноламин, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности состава, он дополнительно содержит (соединение триазина в виде частично алкилированного метилолмеламина, имеющего от 3,5 до 6 гидроксиметиловых групп на ядро триазина и время отверждения не менее 50 мин при 70°6, при этом состав содержит 28 мае.ч. 80%-ного водного раствора тетракис- ного соединения фосфония, 3-15 мае.ч. триазина, 6- 12 мае.ч. мочевины и 3-15 мае.ч. триэтаноламина, а рН 50%-ного водного раствора состава составляет 5,8-6,2.

2. Состав по п. 1,отличающийся тем, что в качестве тетракисного соедине0

ния фосфония используют индогидроксиме- тильный хлористый фосфоний при следующем соотношении компонентов, мае.ч.: гидроксиметильный хлористый фосфоний - 22, триэтаноламин - 9-15, мочевина - 6-12, (м)соединение триазина 6-12.

3. Состав по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что соединение триазина используют с временем отверждения 40-140 мин, преимущественно 40-75 мин.

Свойства пропиточных растворов

15

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

20

Таблица 4

Температура °С

40 25

окружающая комнатная

окружающая уличная

/ летом /

15

Таблица 5

Таблица 6

время желатинизации, дней

1,5 12 14

21 -25 40-42

Таблица 7