Антипирены на основе фосфорсодержащих соединений и аминоальдегидных смол

толщиной 28 – 31 мм при расходе состава 300 г/м2 и внешнем тепловом потоке 30 – 50 кВт/м2 [5].

В ряде трудов Леоновича А.А. изучены составы на основе солей и кислот фосфора и азотсодержащих соединений, предложен механизм их действия. В соответствии с ним свойство огнеза-щищенности связано с увеличением количества теплоты, необходимой для глубокого разложения материала и одновременным уменьшением количества выделяемой теплоты [6]. При определенном соотношении указанных тепловых эффектов самостоятельное горение материала становится термодинамически невозможным. Также установлено, что при возгорании огнезащищенной древесины антипирен взаимодействует с компонентами древесины: в остатке удерживается 8695% фосфора и 48-59% азота от исходного количества. По мере разложения доля этих элементов возрастает, в результате чего повышается эффективность огнезащитного действия [7].

В работе Покровской Е.Н. [8] рассматриваются процессы мягкого фосфорилирования целлюлозы фосфорорганическими соединениями (температурный интервал мягкого фосфорилирования составляет от 20 до 80 оС), разработан системный подход к созданию новых составов комплексного огнезащитного действия. Установлено, что эфиры, амиды кислот фосфора и олигофосфозаны увеличивают выход кокса при терморазложении.

Наиболее эффективными являются неорганические и органические азотсодержащие соединения, способные разлагаться с образованием газообразных продуктов – аммиака и азота [9]. Подробно их действие на горючесть целлюлозных материалов рассматривается в работах Сар-сембиновой Б.Т. [10].

Авторами [5] приведены экспериментальные данные о сравнительных испытаниях эффективности и механизма действия двух огнезащитных систем для древесины, относящихся по молекулярному строению и химическому составу к различным классам соединений. В качестве азот-фосфорсодержащего антипирена взят известный пропиточный состав «КСД-А» (марка 1). В роли прототипа выбран пленкообразующий состав, полученный низкотемпературным каталитическим окислением крахмала молекулярным кислородом в водной щелочной среде [11]. Достоинством окисленного крахмала является тот факт, что окисление не затронуло структуру макромолекул полисахарида и не привело к разрушению основных цепей.

По данным [12], соединения с вышеуказанным способом получения проявляют свойства высокомолекулярных антипиренов вспучивающегося (интумесцентного) типа. Иными словами, они могут выполнять несколько различных функций, свойственных азот-фосфорсодержа-щим огнезащитным составам. Авторы [5] отмечают, что окисленный в мягких условиях крахмал обладает одновременно свойствами связующего, пленкообразующего и коксообразующего субстрата, газообразователя и вспенивающего агента, активатора реакций дегидратации и карбонизации полимеров.

Огнезащитные составы, нанесенные на древесину сосны, во много раз повышают ее сопротивляемость воспламенению. Удлиняется не только период до воспламенения образцов, но и возрастают значения критического теплового потока, необходимого для их воспламенения.

Некоторые из рекомендованных антипиренов характеризуются пониженным значением рН. Введением аминов можно предотвратить нежелательное разрушение структуры целлюлозы кислыми реагентами и сохранить тем самым несущую способность строительных конструкций [13, 14].

Существенным недостатком огнезащитных составов, содержащих азот и фосфор, является то, что они способствуют выщелачиванию низкомолекулярной части и обесцвечиванию древесины. Это препятствует использованию ее в качестве декоративного материала [3].

Для устранения данного недостатка необходимо использовать комплексные огнезащитные составы, в качестве которых в настоящее время большое распространение получили многокомпонентные системы. Указанные композиции наряду с катализатором дегидратации и карбонизации органической составляющей древесины (фосфорсодержащие соединения), и газообразо-вателя (азотсодержащие соединения), содержат полимерную пленкообразующую основу [15, 16].

Наиболее известными и применяющимися в промышленных масштабах огнезащитными средствами, способными образовывать вспученный слой на поверхности древесины и древесных композиционных материалов, являются полиамидофосфаты, получаемые конденсацией ортофос-форной кислоты и карбамида. В нашей стране теоретические основы получения и применения этих составов разработаны в Ленинградской лесотехнической академии под руководством профессора А.А. Леоновича [6, 17,18].

Согласно [19] огнезащитный состав марки КМ может быть синтезирован реакцией конденсации ортофосфорной кислоты с карбамидом в безводной среде. Химический процесс протекает с образованием полиамидофосфатов по следующей схеме:

оо        [о! о о _ со h2n-с-о-р-оИ +_i'nh3Jc-o^-p-o-c-nh2 77^ он                он

ООО и i • и HN - С-О-(-Р-О) -C-NH„,

2                ' f П             2 ’

ОХ где: Х – группы: –Н; –NH4, –CO; –NH2

Одним из наиболее эффективных антипиренов на основе полиамидофосфатов является огнезащитная композиция под условным названием ФМД.

Данный продукт имеет высокую эффективность и не ухудшает прочность древесностружечных плит. Существенные его недостатки – содержание в составе токсичного и дефицитного продукта – дициандиамида. Кроме того, при длительном хранении рабочего раствора наблюдается явление кристаллизации.

С использованием дициандиамида в Санкт-Петербургском государственной лесотехнической академии и РНПЦБП (Беларусь) был создан огнезащитный состав, являющийся эффективным антипиреном и обладающий клеевыми свойствами [20, 21].

Из водорастворимых огнезащитных средств для древесных плит следует отметить разрабатываемый кафедрой технологии переработки пластических масс Уральского государственного лесотехнического университета новый класс огнезащитных составов на основе аммонийных солей моно- и полиметиленфосфоновых кислот [22].

Амино- и полиаминометиленфосфонаты аммония получают конденсацией аминов (этилена-мин, гексаметилендиамин, этилендиамин) или полиаминов (полиэтиленполиамин ПЭПА) с формальдегидом и фосфористой кислотой по схеме:

OH

HCl\       / NH OH

NH + CH 2 O + H 3 PO 3     N CH 2 P O ⁴

OH

OH

--*•NCH_{2 P O}    + NH 4 Cl + (NH 4 )H 2 PO 4 ⁺ (NH 4 )H 2 PO 3

ONH 4

Из этого класса огнезащитных составов до промышленного производства доведены антипирены «Амифол» и «Аммафон».

Таким образом, анализ литературных данных показывает перспективность разработки и применения в качестве огнезащитных средств для древесины и древесных композиционных материалов фосфорсодержащих соединений в комбинации с карбамидоформальдегидными смолами.