Бромирование 4-винилциклогексена и применение полученного продукта для повышения огнезащитных свойств древесины

В настоящее время спрос на изделия и композиции из древесины непрерывно возрастает. Переработка и использование древесины и изделий на её основе отмечается особенно в таких индустриально развитых странах как Китай, Германия, Польша, Канада, Чехия, США и др. Это связано с тем, что древесина и изделия на её основе считаются наиболее востребованными в строительной индустрии, мебельной промышленности, в качестве отделочных материалов и др. Помимо этого древесина ценится своей экологичностью, практичностью и красивой природной текстурой. Именно поэтому изделия из массива древесины, особенно если это древесина твёрдолиственных ценных пород (орех, клён, ясень, дуб, бук, граб), всегда считались элементами роскоши, символом благосостояния, уюта и тепла [1, 2].

Однако наряду с положительными особенностями данного материала есть и отрицательные факторы, к которым относятся малая стойкость к биологическому разрушению, к действию высоких температур, огнестойкость.

Древесина и материалы на её основе являются самыми горючими, а их пожарная безопасность характеризуется скоростью распространения огня по деревянной конструкции. Огонь - это самый коварный враг древесины. Он способен уничтожить ее в считанные минуты, и поэтому деревянные элементы дома обязательно нужно защитить от огня. В связи с этим необходима огнезащита дерева. Она заключается в переведении древесины в трудносгораемые материалы. Стоит отметить, что абсолютно эффективной защиты от огня не существует. Речь идет только об увеличении времени сопротивляемости древесины огню для того, чтобы можно было эвакуироваться из здания и потушить пожар. Основные противопожарные методы - это пропитка древесины ан-типиреновыми составами, окраска противопожарной краской, а также конструктивные способы - изоляция дерева негорючими материалами, способными сопротивляться огню.

В то же время в различных отраслях промышленности образуется значительное количество отходов, часть из которых и до настоящего времени складируются на предприятиях, не перерабатываются, сжигаются или вывозятся в отвал, нанося при этом непоправимый экологический ущерб [3, 4]. Отсутствие переработки и использования вторичных материалов приводит к безвозвратной потере ценного углеводородного сырья.

Решение этих задач непосредственно связано с переработкой и использованием различных промышленных отходов. Получаемые продукты на их основе могут полностью или ча стично заменить дорогостоящее первичное углеводородное сырье и могут найти применение в композиционных составах различного назначения для улучшения свойств промышленных материалов, таких как древесина и древесные композиционные материалы. Разработка новых технологий использования вторичного сырья способствует увеличению производительности процессов, более полному и экономичному использованию дорогостоящего сырья, расширению ассортимента выпускаемой продукции.

Поэтому разработка и внедрение в производство новой продукции и соответственно новых технологий должно базироваться в первую очередь на экологически проработанных системах, предусматривающих широкое использование вторичного сырья, некондиционной продукции и отходов производств.

Цель работы - бромирование 4-винилциклогексена - побочного продукта нефтехимической промышленности для получения антипирирующего состава с целью повышения огнестойкости древесины и материалов на её основе.

Процесс получения пропитывающего состава состоял из двух этапов. На первом этапе: в четырехгорловую колбу, снабженную мешалкой, термометром, холодильником и капельной воронкой помещали раствор 4-винилциклогексена в хлороформе. Отдельно готовили расчетное количество брома в хлороформе. Полученный раствор брома в хлороформе переливали в капельную воронку и при непрерывном перемешивании подавали на смешение с 4-винилциклогексеном. Подачу брома осуществляли по каплям с такой скоростью, чтобы температура реакционной массы не поднималась выше 30 0С. Кроме этого смешение продуктов осуществляли при работающем обратном холодильнике, что в случае повышения температур -ного режима и испарения брома и отхода будет способствовать их конденсации в холодильнике и возвращению назад в зону реакции. После введения расчетного количества брома перемешивание продолжали еще в течение 1 часа для завершения реакции и повышения выхода бромированного продукта. На втором этапе осуществляли отгонку не присоединенного брома, 4-винилциклогексена и растворителя. Бромированный продукт получали с выходом 79-82 %, содержание брома 62-63 %. Таким образом, на основе содержания брома в синтезированном продукте можно сделать вывод, что он содержит смесь ди- и тетрабром производные на основе 4-винилциклогексена. В дальнейшем полученный продукт испытывали в качестве антипирирующего компонента для защитной обработки древесины.

Для испытания использовали образцы древесины сосны с сечением 30×60 мм и длиной 150 мм. Состав наносили на поверхность при помощи кисти. Глубина пропитки составила 2 мм. Расход полученного состава составил 104 г/м2. Полученные образцы древесины по декоративным (текстура и цвет) свойствам напоминали такие ценные породы древесины как дуб и каштан.

Оценку огнезащитной эффективности определяли по разнице масс до и после испытания [5]. За результат испытания принимали среднеарифметическое значение, полученное при проведении не менее 10 определений и округленное до целого значения, выраженного в процентах.

По результатам испытания устанавливают группу огнезащитной эффективности испытанного состава.

При потере массы не более 9 % для состава устанавливают I группу огнезащитной эффективности.

При потере массы более 9 %, но не выше 25 %, для состава устанавливают II группу огнезащитной эффективности.

При потере массы более 25 % считают, что данное средство состава не обеспечивает огнезащиту древесины и не является огнезащитным.

На рисунке 1 показана сравнительная характеристика полученного состава в сравнении с широко используемыми в настоящее время составами.

Установлено, что древесина, обработанная синтезированным составом относится к I группе огнезащитной эффективности (потеря масс до 9 %). Таким образом, получен- ный положительный результат свидетель -ствует о возможности использования отходов для получения антипирирующих составов и о перспективах более детальных и дальнейших исследований.