Способ получения огнезащитного состава - RU2055857C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу получения огнезащитного состава, предназначенного для поверхностей огнезащитной обработки или прототипа целлюлозосодержащих материалов, таких, например, как древесина и изделия из нее, а также тканые и нетканые материалы из натуральных или натуральных и синтетических волокон.

Для огнезащитной обработки тканей и текстильных волокон особенно из льна и хлопка широко используется смесь фосфорной кислоты и мочевины [1] Для тех же целей не менее широко используется водный раствор смеси мочевины и диаммонийфосфата (ДАФ) [2] либо смеси моноаммонийфосфата (МАФ) и/или ДАФ и различных добавок [3, 4] с борной кислотой, сульфатом или сульфаматом аммония [3] с галоидной солью аммония, предпочтительно хлоридом аммония.

Получают эти огнезащитные составы либо сухим смешением при комнатной температуре с последующим растворением в воде без нагревания [3] либо растворением в воде опять же в отсутствии нагрева компонентов смеси [2] Концентрация получаемых или рабочих растворов лежит в пределах 5-40 мас. по твердому веществу.

Недостатком этих способов является необходимость использования большого количества балластного материала воды, что значительно удорожает транспортировку продукта. Составы обладают недостаточными огнезащитными свойствами, а состав по [3] по ряду рецептур из-за повышенной кислотности (рН 5,5) непригоден для обработки тканей из-за обесцвечивания последних.

Известен способ получения огнезащитного состава для отделки целлюлозных текстильных материалов, по которому процесс проводят в две стадии. На первой стадии получают продукт взаимодействия фосфорной кислоты и мочевины, взятых в соотношении 1: 4, нагревая указанную смесь и воду (около 12% от смеси кислоты и мочевины) при температуре 130^оС в течение 20 мин. На второй стадии полученный продукт смешивают с дополнительным количеством мочевины и водой в соотношении (мас. ): продукт взаимодействия фосфорной кислоты и мочевины, взятых в молярном соотношении 1:4 15-30, мочевина 10-40, вода остальное.

Полученный огнезащитный состав обладает однако недостаточной огнестойкостью, а способ его получения экологически небезопасен из-за выделений фосфорной кислоты в атмосферу.

Известен способ получения огнезащитного состава в виде твердой композиции, по которому в минимальном количестве кипящей воды растворяют фосфорную кислоту, моно- или диаммонийфосфат или их смесь; в горячий раствор при перемешивании вводят амин (мочевину, этилендиамин, диэтилентриамин, 2,4,6-триамино-1,3,5-триазин (меламин) или их смесь) и ПАВ; нагревание и перемешивание кипящей смеси продолжают до полного выпадения продукта в виде твердого осадка, который фильтруют, сушат и измельчают. Получаемая по данному способу композиция предназначена для введения в качестве антипирена в полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол и найлон).

Однако она нерастворима в воде и поэтому не может быть использована в виде водного раствора для поверхностной обработки и пропитки, например, мебели, ковров и ковровых покрытий.

В этом способе описан лишь один пример получения композиции на основе меламина и моноаммонийфосфата (МАФ): 230 г МАФ растворили в 133 г кипящей воды (минимальное количество, необходимое для растворения фосфата); в горячую (100^оС) смесь ввели 126 г меламина, смесь нагревали и перемешивали в течение 20 мин до полного выпадения осадка. Осадок отфильтровали, высушили и измельчили. Получили 318 г продукта с температурой плавления по Шапри 310^оС. Таким образом, в предположительно оптимальном примере минимальное количество воды в смеси в процессе синтеза составляет около 28 мас. выход продукта около 65% от первоначальной загрузки, а концентрация остаточных твердых веществ в маточном растворе около 20%
Недостатком этого способа является его многостадийность, наличие маточного раствора и амино- и фосфорсодержащих сточных вод, которые необходимо утилизировать или очищать, что вызывает значительные дополнительные затраты. Кроме того, получаемый по данному способу антипирен непригоден для нанесения огнезащитных покрытий на поверхность изделий (древесина и изделия из нее, ткани, и др.) или их пропитки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ получения огнезащитного состава, предназначенного для изготовления огнестойких древесноволокнистых плит. Огнезащитный состав содержит фосфорную кислоту и мочевину в массовом соотношении (0,8-1,2):(0,9-1,5).

Способ получения огнезащитного состава является двухстадийным. На первой стадии смешивают 84% жидкую фосфорную кислоту и мочевину в соотношении 0,6-0,9 мас.ч. мочевины на 1 мас.ч. фосфорной кислоты, т.е. 55-70% от всего необходимого количества мочевины; смесь нагревают до 135-140^оС, что несколько выше температуры плавления мочевины (132^оС), и расплав выдерживают при этой температуре в течение 3-10 мин. При этом в расплаве мочевины осуществляют частичную нейтрализацию фосфорной кислоты. Затем на второй стадии продукт охлаждают до 60-100^о С и вводят остаток мочевины 0,3-0,6 мас.ч. на 1 мас.ч. фосфорной кислоты (все расчеты вводимого количества мочевины ведут на 100% фосфорную кислоту). Конечный продукт растворяют в холодной воде до рабочей концентрации.

Недостатком способа является его двухстадийность, необходимость работы с высококонцентрированной фосфорной кислотой при высокой температуре, что неизбежно ведет к вредным выбросам в помещение и атмосферу и является экологически вредным. Кроме того, огнезащитный состав, получаемый по настоящему способу, обладает недостаточными огнезащитными свойствами (потеря массы при испытании древесноволокнистой плиты на огнестойкость в огневой трубе составляет 20 мас.).

Задачей настоящего изобретения является создание простого экологически чистого способа получения водорастворимого огнезащитного состава для целлюлозосодержащих материалов при одновременном повышении огнезащитных свойств состава.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения огнезащитного состава, включающем смешение фосфорсодержащего компонента и мочевины, нагревание смеси до расплавления, выдержку расплава и охлаждение продукта, моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат или их смесь, взятые в качестве фосфорсодержащего компонента, смешивают в сухом состоянии с мочевиной в массовом соотношении соответственно (1-2,3):1, вводят 3-5% воды от массы сухих компонентов, сплавляют смесь при нагревании до 120^оС, выдерживают расплав при этой температуре в течение 30-60 мин до получения продукта с температурой плавления, лежащей в интервале 102-106^оС, и охлаждают продукт при продолжающемся перемешивании до его измельчения.

В качестве целевых добавок в способе могут быть использованы дополнительно различные ПАВ'ы, например, катамин АБ (смесь алкилдиметилбензиламмонийхлоридов с С₁₀-С₁₈ в алкиле), придающий составу дополнительные бактерицидные свойства, а также галогениды аммония, например, хлорид аммония, которые вводятся на стадии сухого смешения компонентов, красители.

Прием сплавления смеси мочевины с МАФ и/или ДАФ в присутствии очень незначительного количества воды до получения сплава с фиксированной температурой плавления привел к неожиданному результату получению водорастворимого огнезащитного состава с возросшим огнезащитными свойствами по сравнению с широко известными составами на основе тех же компонентов мочевины и МАФ, мочевины и ДАФ, но полученных сухим смешением без нагрева или растворения их в воде.

Очевидно в результате осуществления заявляемого способа получается новое вещество, так как температура плавления его отличается от температур плавления как исходных компонентов, так и их смесей (Тпл. мочевины 132^оС, Тпл. МАФ 190^оС, ДАФ разлагается без плавления).

Заявляемый способ прост, одностадиен, экологически чист, без сточных вод и вредных выбросов, получаемый продукт очень удобен в обращении, так как представляет собой непылящий сыпучий порошок, легко растворимый в воде.

Огнезащитный состав, получаемый по данному изобретению, применяется в виде водного раствора не более чем 20 мас. концентрации, который легко может быть приготовлен на рабочем месте растворением при комнатной температуре. Рабочий раствор наносится на защищаемую поверхность кистью или пульверизатором до прекращения впитывания, либо окунанием. Обработка может быть многократной с промежуточной сушкой в зависимости от вида материала.

В опытах использовали мочевину (ГОСТ 2081-92), МАФ (ГОСТ 3771-74), ДАФ (ГОСТ 3772-74), катамин АБ (ТУ 6-01-1816-74), хлорид аммония (ГОСТ 2210-73). В качестве смеси МАФ-ДАФ использовали также аммофос (МАФ:ДАФ=9:1) (ГОСТ 18918-85).

Огнезащитные свойства состава определяли на образцах древесины, обработанных составом методом глубокой пропитки.

Испытания на огнестойкость проводили по ГОСТ 16336-76 на установке ОТМ (определение трудногорючих материалов, ГОСТ 12.2.003-74). Определяли потерю массы образца (Δ М,) и максимальное приращение температуры (Δ Т_max,^oC). По величине Δ T_max и Δ М материалы классифицируют на трудногорючие (Δ Т_max<60^oC и Δ M<60%) и горючие (Δ Т_max> 60^oC, Δ M>60%).

В камеру с непрерывно работающей горелкой вводят испытуемый образец после установления в точке ввода (верхняя часть камеры) температуры 200±5^оС. Во время эксперимента на диаграммной ленте потенциометра фиксируют максимальную температуру газообразных продуктов горения.

По истечении (300±5) с прекращают подачу газа и выдерживают образец в камере до достижения комнатной температуры, определяют относительное значение потери массы образца Δ М. По температурной кривой газообразных продуктов горения на диаграммной ленте определяют максимальное приращение температуры Δ T_max.

П р и м е р 1. В горизонтальный смеситель с обогреваемой рубашкой и ленточной мешалкой емкостью 200 л загружают 50 кг МАФ, 50 кг мочевины, смешивают и вводят 3 кг воды. В рубашку подают пар под давлением 2 атм, обеспечивая температуру в смесителе 120^оС. Смесь расплавляют и выдерживают расплав при 120^оС в течение 30 мин. Подают в рубашку воду с температурой 25^оС и, продолжая перемешивание, диспергируют расплав в крошку. Конечный продукт имел температуру плавления (Т_пл), равную 103^оС.

Готовили водный рабочий раствор огнезащитного состава 20% концентрации. Образцы древесины для определения огнезащитных характеристик размеров 150 х 60 х 30 мм выдерживали в рабочем растворе в течение 2 ч. Образцы сушили на воздухе до постоянной массы.

Условия выполнения способа (вид фосфата, состав смеси компонентов расплава, температура расплава) и свойства полученного огнезащитного состава по примеру 1 и всем последующим примерам приведены в таблице.

П р и м е р ы 2-8. Опыты проводили как в примере 1, но изменяли состав исходной смеси и время выдержки расплава.

П р и м е р 9 (контрольный). В фарфоровом стакане смешивали в сухом состоянии 25 г МАФ и 25 г мочевины, добавляли 2,5 мл воды и смешивание продолжали при комнатной температуре в течение 30 мин. Продукт представлял собой слегка влажный порошок, плавление которого начинается с температуры 110^оС и переходит в разложение. Из продукта приготовили пропиточный раствор концентрацией 30%
П р и м е р ы 10, 11 (контрольные). Опыты проводили как в примере 9, но меняли вид фосфата.

П р и м е р 12 (контрольный). Опыт проводили как в примере 1, но в отсутствии воды.

Как видно из приведенных примеров, заявляемый способ прост в исполнении, экологически чист и позволяет получить продукты с высокими огнезащитными характеристиками. Такие составы могут быть широко использованы, например, в деревообрабатывающей промышленности для выпуска древесных трудногорючих плит.

Реферат

Использование: в виде водного раствора для поверхностной обработки или пропитки целлюлозосодержащих материалов. Сущность изобретения: способ получения огнезащитных составов на основе фосфорсодержащего компонента и мочевины, заключающийся в том, что моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат или их смесь смешивают в сухом состоянии с мочевиной в массовом соотношении соответственно (1-2,3): 1, вводят в смесь 3-5% воды от общей массы сухих компонентов, сплавляют смесь при нагревании до 120^oС, выдерживают расплав при этой температуре в течение 30 - 60 мин до получения продукта с температурой плавления, лежащей в интервале 102 - 106^oС, и охлаждают продукт при продолжающемся перемешивании до его измельчения. 1 табл.

Формула