способ получения антипирена

Формула изобретения

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 и их смеси, добавленного совместно с аммиачной водой в количестве 0,01-0,2 мас.% в расчете на карбамидоформальдегидный концентрат, с последующим вводом первой порции карбамида в количестве 0,1-10 мас.% в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, охлаждением, нейтрализацией реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0 и последовательным введением 0,1-20 мас.% второй порции карбамида, 0,01-0,1 мас.% неионогенного ПАВ и 0,1-1,5 мас.% бихромата калия в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения антипиренов для огнезащитной обработки древесных материалов и может быть использовано в производстве огнестойкой плитной продукции, а также в строительстве при проведении мероприятий по огнезащите изделий из сухой древесины.

Известен [RU №2172242, кл. В 27 К 3/52, 3/34, С 07 F 9/22] способ получения огнезащитного состава для древесноплитных и целлюлозных материалов, основанный на конденсации в расплаве дигидрофосфата аммония, фосфорной кислоты, карбамида и никелевого катализатора с последующим охлаждением смеси до 60-70°С и растворением в воде до рабочей концентрации, причем дигидрофосфат аммония берут в количестве 36,3-39,7 мас.%, фосфорную кислоту в количестве 20,6-48,4 мас.%, карбамид в количестве 15,3-39,7 мас.%, а никелевый катализатор в количестве 0,2-0,5% от общей массы сухих веществ, нагревают при перемешивании до температуры 120-125°С, выдерживают 15-25 мин, охлаждают и разбавляют до концентрации 30-60%.

Его недостатки обусловлены необходимостью проведения синтеза в расплаве, что создает значительные трудности при управления производственным процессом и увеличивает энергозатраты на его осуществление.

Наиболее близким по технической сущности может рассматриваться способ получения антипирена, описанный в [SU №517491, кл. В 27 К 3/52, В 29 J 5/00], 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 выделение значительных количеств аммиака в процессе прессования древесно-волокнистой плиты, что способствует загазованности производственных помещений, а присутствие избыточного карбамида вызывает ухудшение физико-механических показателей плитной продукции. К тому же указанный антипирен не обеспечивает низкие потери массы огнезащищенной древесины в процессе испытаний в огневой трубе.

Технической задачей настоящего изобретения является оптимизация условий синтеза антипиренов с одновременным сохранением на высоком уровне их огнезащитной эффективности.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ получения антипиренов осуществляют путем взаимодействия карбамидоформальдегидного концентрата с аммиачной водой при нагревании в слабощелочной среде в присутствии аминоспирта, с последующим добавлением первой порции карбамида, охлаждением реакционной смеси, ее нейтрализацией ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0 и вводом второй порции карбамида, неионогенного ПАВ и бихромата калия.

Сущностью предлагаемого технического решения является способ получения антипиренов для огнезащитной обработки древесных материалов 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 или их смеси, добавляемого совместно с аммиачной водой в количестве 0,01-0,2 мас.% в расчете на карбамидоформальдегидный концентрат, с последующим вводом первой порции карбамида в количестве 0,1-10 мас.% в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, охлаждении, нейтрализации реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0 и последовательным введением 0,1-20 мас.% второй порции карбамида, 0,01-0,1 мас.% неионогенного ПАВ и 0,1-1,5 мас.% бихромата калия в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата.

Имеются все основания полагать, что основным продуктом взаимодействия указанных реагентов является амидофосфат.

Об этом свидетельствует тот факт, что при нагревании карбамидоформальдегидного концентрата с аммиачной водой присутствующие в его составе метилолмочевины образуют смесь аминов различного строения (полиамин) [RU №2228925, кл. С 07 С 211/13, 209/60], а непрореагировавший формальдегид связывается добавляемым карбамидом в метилолмочевины различного строения. При последующей нейтрализации полиамина ортофосфорной кислотой возникает амидофосфат. Аминоспирт обладает поверхностно-активным действием и улучшает диффузию антипирена вглубь древесины, смачиваемость ее поверхности. Аналогичное действие оказывает неионогенное ПАВ, в качестве которого используют ОП-7, ОП-10 по ГОСТ 8433 или их смеси.

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 в качестве карбамидосодержащего соединения с высоким содержанием метилольных групп и ввод карбамида способствует образованию карбамидоформальдегидной смолы, повышающей гидролитическую устойчивость антипирена от вымывания и атмосферных воздействий путем формирования плитного покровного слоя.

По указанной причине получающееся покрытие осуществляет свое огнезащитное действие в предповерхностном слое древесины и на поверхности, реализуя тем самым известный механизм огнезащиты в конденсированной фазе по теории каталитической дегидратации, а при наличии изоляции - согласно теории покровного слоя.

Декоративные свойства древесины направленно регулируются путем ввода в огнезащитный состав окрашенного соединения - бихромата калия.

Разработанный огнезащитный состав предусматривает использование дешевых доступных компонентов, вырабатываемых в России, что открывает широкие возможности для его внедрения.

В качестве карбамидоформальдегидного концентрата использовали продукт, отвечающий требованиям ТУ №2223-009-00206492-98 и полученный окислительным дегидрированием метанола в формальдегид в реакторе трубчатого типа на железомолибденовом катализаторе с последующей хемосорбцией формальдегидсодежащего газа в секционной колонне раствором карбамида [RU №2142964, кл. С 08 G 12/12.].

При его исследовании установлено, что карбамид находится в связанном состоянии, преимущественно в виде ди-, три- и тетраметилолмочевин, а не вступивший в реакцию с карбамидом формальдегид идентифицирован как метиленгликоль, то есть в виде гидрата. Мольное отношение карбамид : формальдегид равно 1:(4,9-5,1).

Аминный модификатор марки АМ-1 вырабатывается по ТУ №2423-017-00206492-2002 и 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)имидазолидон-2
и 1-(2-оксиэтил)этилендиамин, не более	50
вода	остальное

Предлагаемое изобретение иллюстрируется примерами, приведенными в описании и таблице.

Пример 1. В реактор объемом 5 м³ загружают 1140 кг аммиачной воды концентрации 27,5 мас.% и при интенсивном перемешивании 1000 кг карбамидоформальдегидного концентрата, содержащего, мас.%:

карбамид	22,3
формальдегид	55,3
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, а рН в конце процесса оставался более 11,0. После этого содержимое аппарата нагревают до 79-82°С и выдерживают при данной температуре в течение часа.

Температуру полученного раствора снижают до 60-63°С и вводят первую порцию карбамида в количестве 43 кг (4,3 мас.% от взятого карбамидоформальдегидного концентрата). Содержимое реактора выдерживают при указанной температуре в течение 30-40 мин до полного связывания остаточного формальдегида, продукт охлаждают до 22-25°С и нейтрализуют 345 кг 77,6%-ной ортофосфорной кислотой до значения рН, равного 6,9. После этого последовательно вводят 120 кг второй порции карбамида, 0,4 кг ОП-7 и 7 кг бихромата калия и реакционную смесь перемешивают в течение 10 мин до полного растворения компонентов.

Пример 2. Условия синтеза по примеру 1.

Количество добавленной аммиачной воды составило 1236,4 кг. В качестве карбамидоформальдегидного концентрата взят продукт, содержащий, мас.%:

карбамид	25,0
формальдегид	60,0
вода	остальное

Количество первой и второй порции карбамида составило соответственно 58 и 127 кг (5,8 и 12,7 мас.% в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата).

Вместо аминного модификатора АМ-1 использован триэтаноламин в количестве 0,54 кг. РН готового продукта составил 6,8.

Оценку огнезащитной эффективности антипиренов 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 антипирена при 20-22°С.

Из описания изобретения и таблицы видно, что по заявленному техническому решению можно существенно упростить технологию получение антипиренов, сохранив на высоком уровне огнезащитную эффективность при пониженном расходе на обработку древесины.

Таблица. Свойства антипиренов по предлагаемому способу и прототипу.
Показатель	Значение показателя
	Прототип	1	Примеры	2
Наличие формальдегида	-		отсутствие
Плотность при 20°С, г/см 3	-	1,25		1,27
Температура замерзания, °С	-	минус 18		минус 19
Расход для перевода древесины в первую группу огнезащитной эффективности, г/м3	-		300
Потери массы при горении по НПБ 251-98, %	10,2-14,1х)	2,0хх)		1,8хх)
х) Образцы на основе древесноволокнистых плит. хх) Образцы из сосны.