Способ получения фосфорсодержащей триаминотолуолформальдегидной смолы и ее применение в качестве компонента огнезащитных покрытий

Способ получения фосфорсодержащей триаминотолуолформальдегидной смолы и ее применение в качестве компонента огнезащитных покрытий

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу получения фосфорсодержащей триаминотолуолформальдегидной смолы и ее применению в качестве компонента огнезащитных покрытий.

Изобретение, в частности, может быть использовано при получении огнезащитных покрытий для строительных материалов и конструкций. Эти покрытия при пожаре вспениваются, увеличивая свой объем в несколько раз. Образуется пена, коэффициент теплопроводности которой очень мал, и поэтому строительная конструкция нагревается медленно. В этом случае огонь быстро не распространяется, что позволяет провести эвакуацию людей и приступить к тушению пожара. Предлагаемая смола и способ ее получения в литературе не описаны.

В литературе описано взаимодействие диаминотолуола с формальдегидом в сильнокислой среде. При этом образуются производные акридина, которые применяются для получения красителей:

(В.М.Родионов, Б.М.Богословский, A.M.Федоров. Лабораторное руководство по химии промежуточных продуктов и красителей. Госхимиздат, 1948 г., с.198).

Этот продукт не вспенивается при нагреве и не образует пористый защитный слой с низкой теплопроводностью.

Известен способ получения анилиноформальдегидных смол при взаимодействии анилина с формалином в кислой или нейтральной средах. В кислой среде получают термореактивные смолы, в нейтральной или слабокислой - термопластичные смолы.

(А.И. Лазарев, М.Ф. Сорокин. Синтетические смолы для лаков. М.-Л., 1953, Химическая энциклопедия, т.1, стр.307, Энциклопедия полимеров, М., т.1, стр.146-149).

При нагревании полимеров метиленанилина в присутствии кислот получаются прозрачные плавкие смолы, не образующие вспенивающихся покрытий с низкой теплопроводностью.

В настоящее время известно большое количество публикаций по вспенивающимся (интумесцентным) покрытиям, состоящим, например, из стиролакрилатной смолы, полифосфата аммония, пентаэритрита, меламина, оксида титана и ксилола (Chem. Abstr., v.119, 1993, P 162458h, Hellwig Volker, Ger. Offenleg. DE 4125282). После нанесения такой композиции на металлическую пластину, высушивания ее на воздухе и помещении пластины в пламя горелки покрытие вспенивается в 2-30 раз в зависимости от соотношения компонентов. Полифосфат аммония применяется в качестве дегидратирующего агента для пентаэритрита, меламин - в качестве азотсодержащего коксообразующего агента, а стиролакрилатная смола - в качестве связующего для порошкообразных компонентов композиции.

Однако до настоящего времени в качестве компонентов огнезащитных покрытий не применяли полимерные материалы, которые в одной молекуле содержали бы атомы фосфора и азота в необходимом для огнезащитных покрытий соотношении, а также ароматические циклы, обеспечивающие при нагреве образование большого количества кокса.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения смолы, способной при нагреве вспениваться и образовывать пористый защитный слой с низкой теплопроводностью.

Поставленная задача достигается способом получения фосфорсодержащей триаминотолуолформальдегидной смолы, заключающимся в том, что фосфорнокислую соль триаминотолуола подвергают взаимодействию с формальдегидом. Отличительной особенностью предложенного способа является применение в качестве ароматического амина триаминотолуола в виде его фосфорнокислой соли. Реакция может быть представлена следующей схемой:

Процесс ведут при температуре 20-80°C и мольном соотношении фосфат триаминотолуола (ФосТАТ) : формальдегид = 1:1-8, соответственно.

Наличие фосфорной кислоты в триаминотолуолформальдегидной смоле предотвращает ее возгорание, кроме того, кислота способствует обугливанию углеводородной части молекулы и выделению газообразных продуктов деструкции, которые обеспечивают вспенивание смолы.

Способ получения фосфорсодержащей триаминотолуолформальдегидной смолы заключается в следующем.

Водный раствор ФосТАТ смешивают с формалином в мольном соотношении от 1:1 до 1:8 соответственно и после завершения реакции воду отгоняют на роторном испарителе до получения вязкого раствора темно-коричневого цвета (с целью определения выхода смолы воду удаляли полностью). После нанесения этого раствора на металлическую пластинку вода испаряется и на поверхности остается гладкая пленка. При внесении пластинки в пламя горелки (800°C) покрытие вспенивается, увеличиваясь в объеме в 2-20 раз (в зависимости от соотношения ФосТАТ и формальдегида).

Предлагаемая смола может найти применение в качестве компонента огнезащитных покрытий. В результате защищаемая конструкция будет значительно медленнее нагреваться до 500°С (т.е. до потери прочности металла или бетона; а древесина при этой температуре не загорается). Такая обработка конструкций позволяет выиграть время для эвакуации людей и обеспечить сохранность сооружений до приезда пожарных команд. Важность проблемы защиты зданий и сооружений от пожаров с использованием огнезащитных покрытий очевидна.

Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В трехгорлую колбу с мешалкой, капельной воронкой и термометром помещают 5,5 г (0,015 моль) ФосТАТ (Элементный анализ: С 25,33; Н 5,22; N 11,47; Р 17,92), 6 мл воды и 1,2 мл 37%-ного формалина. Мольное соотношение ФосТАТ : формальдегид 1:1. Реакцию ведут при комнатной температуре в течение 6 часов. Реакционную смесь упаривают на роторном испарителе. Получают 5,8 г (выход 98,2% от загруженных реагентов). М=690. "Элементный анализ: С 27,82; Н 4,92; N 12,17; Р 17,97. ИК-спектр, (в KBr, ν, см^-l)::3448 (ОН-группа); 3236 (NH-группа); 2800-2900 (СН и СН₃ группы); 2558 [Р(=О)ОН]; - 1616 (ароматический цикл);

Порошкообразный продукт растворяют в небольшом количестве воды до получения вязкой массы, которую наносят на металлическую пластинку и высушивают на воздухе. При внесении пластинки в пламя горелки (800°C) покрытие вспенивается, увеличиваясь в объеме в 2,5 раза, содержание кокса 79,3%.

Пример 2.

Синтез смолы проводят в соответствии с примером 1, но соотношение ФосТАТ : формальдегид 1:3 и реакцию проводят при 80° в течение 6 часов. Выход 88%. М=800. ИК-спектр смолы аналогичен спектру смолы из примера 1. Порошкообразный продукт растворяют в небольшом количестве воды до получения вязкой массы, которую наносят на металлическую пластинку, и высушивают ее на воздухе. При внесении пластинки в пламя горелки покрытие вспенивается, увеличиваясь в объеме в 4,5 раза, образуя твердый негорючий пенококс, содержание кокса 79,6%.

Пример 3

Синтез смолы проводят в соответствии с примером 2, но соотношение ФосТАТ : формальдегид 1:6. Выход 87%. М=950. ИК-спектр смолы аналогичен спектру смолы в примере 1. Порошкообразный продукт растворяют в небольшом количестве воды до получения вязкой массы, которую наносят на металлическую пластинку, и высушивают ее на воздухе. При внесении пластинки в пламя горелки покрытие вспенивается, увеличиваясь в объеме в 18 раз, образуя твердый негорючий пенококс, содержание кокса 71,3%. Такие смолы могут быть использованы в качестве компонентов интумесцентных составов.

Пример 4

Синтез смолы проводят в соответствии с примером 2, но соотношение ФосТАТ : формальдегид 1:8. Выход 78%. М=1500. ИК-спектр смолы аналогичен спектру смолы в примере 1. Элементный анализ: С 33,97; Н 5,59; N 9,43; Р 13,50. Порошкообразный продукт растворяют в небольшом количестве воды до получения вязкой массы, которую наносят на металлическую пластинку, и высушивают ее на воздухе. При внесении пластинки в пламя горелки (800°C) покрытие вспенивается, увеличиваясь в объеме в 20 раз, образуя твердый негорючий пенококс, содержание кокса 68,7%. Температура на поверхности вспененного кокса достигает 500°C только через 30 минут.

1. Способ получения фосфорсодержащей триаминотолуолформальдегидной смолы формулы:

заключающийся в том, что фосфорно-кислую соль триаминотолуола подвергают взаимодействию с формальдегидом при температуре реакции 20-80°С.

2. Способ по п.1, заключающийся в том, что взаимодействие фосфорно-кислой соли триаминотолуола с формальдегидом ведут при мольном соотношении 1:1-8, соответственно.

3. Применение фосфорсодержащей триаминотолуолформальдегидной смолы, полученной по п.1, в качестве компонента огнезащитных покрытий.