Способ получения антипирена

Способ получения антипирена

Реферат

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/см3	-	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.

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.