ОГНЕЗАЩИТНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ
FLAME RETARDANT FOR WOOD PROCESSING

Изобретение относится к составам для защиты древесины от возгорания и гниения и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности и при изготовлении древесины.
Известны огнезащитные составы на основе бишофита с добавками для повышения его огнезащитных свойств, для уменьшения токсичности и коррозионной агрессивности состава и т.п. Например, огнезащитный состав, содержащий бишофит, щелочь в виде карбоната натрия, окислитель в виде бихромата натрия, воду, при соотношении компонентов, мас.%:
Бишофит
8-12
Щелочь
3-6
Окислитель
5-8
Вода
остальное
(Патент РФ №2015157, 1994 г.) (1)
Недостатком этого решения является небольшая глубина пропитки из-за низкой концентрации раствора бишофита, а также из-за образования нерастворимых соединений при взаимодействии карбоната натрия с бишофитом. Кроме того, состав достаточно токсичен и коррозионно агрессивен к технологическому оборудованию из-за высокого содержания соединений шестивалентного хрома.
3
Наиболее близким по достигаемому результату является антисептический огнезащитный состав, который содержит бишофит, окислитель в виде хромата или бихромата щелочных и/или щелочноземельных металлов, щелочь в виде гидроксида или карбоната, или гидрокарбоната щелочных и/или щелочноземельных металлов, при плотности раствора 1150-1180 кг/м и соотношении компонентов, г/л:
Бишофит
400-490
Окислитель
3-7
Щелочь
2-9
Вода
остальное
(Патент РФ №2307735, 2004 г.) (2)
В этом решении в сравнении с (1) увеличена концентрация бишофита, что повышает огнезащитные свойства состава, однако при этом увеличена его плотность, что снижает проникающую способность, т.е. ограничивает огнезащитные качества. Снижена концентрация солей хромовой кислоты, что несколько снижает токсичность и агрессивность состава, однако они остаются достаточно высокими.
Технической задачей изобретения является повышение проникающей и огнезащитной способности состава и его биозащитной эффективности при снижении токсичности и агрессивности.
3
Поставленная техническая задача решается тем, что в огнезащитном составе на основе бишофита новым является то, что он дополнительно содержит ацетат магния, щавелевую кислоту и гидроокись двухвалентного железа, при рН раствора не более 3,0 ед., плотности в интервале 1120-1140 кг/м и соотношении компонентов, г/л:
Бишофит
310-370
Ацетат магния
3-9
Щавелевая кислота
3-5
Гидроокись двухвалентного железа
0,5-1,5
Вода
остальное
3
Увеличение плотности состава обеспечивает повышение его огнезащитных свойств. При этом плотность состава ограничена в оптимальных пределах 1120-1140 кг/м, поскольку при значениях ниже нижнего предела снижается огнезащитная способность состава и интервал рабочих температур, а выше верхнего предела - увеличивается вязкость состава и соответственно снижается глубина его проникновения в древесину, а следовательно, снижается и его огнезащитная способность.
Снижению вязкости состава и, как следствие, увеличению его проникающей способности и огнезащитной эффективности способствует присутствие в растворе соли уксусной кислоты (ацетата магния) совместно с щавелевой кислотой, при этом кислый водно-солевой раствор с их содержанием угнетает многих вредителей, повышает устойчивость древесины к вредителям и болезням, т.е. способствует повышению противогрибковых и противобактериальных качеств древесины. Кроме того, эти вещества малотоксичны и малоагрессивны.
Наличие в составе водорастворимой гидроокиси двухвалентного железа, которая после пропитки и сушки древесины окисляется до водонерастворимой гидроокиси трехвалентного железа, обеспечивает дополнительный огнезащитный эффект. При этом присутствие ацетата магния и щавелевой кислоты обеспечивают рН раствора не более 3,0 ед., при котором гидроокись двухвалентного железа сохраняется в растворенном виде.
Огнезащитный механизм действия предлагаемого состава заключается в том, что при горении древесины и повышении температуры происходят последовательные процессы превращения соли бишофита (хлористого магния гексагидрата): при температуре выше 107-117°С (в зависимости от природного состава бишофита) происходит выделение не связанной воды и плавление соли бишофита, при температуре выше 150°С происходит поэтапный процесс выделения связанной (молекулярной) воды, при температуре выше 410°С процесс идет с образованием огнестойкого оксида магния.
Гидроокись двухвалентного железа сначала превращается в гидроокись трехвалентного железа, при температуре выше 500°С происходит реакция образования оксида трехвалентного железа с выделением воды. Все термические превращения идут с выделением воды и образованием огнестойких материалов.
- При температуре > 107-117°С
- При температуре > 150°С
- При температуре > 180°С
- При температуре > 210°С
- При температуре > 410°С
- При температуре > 500°С
Состав готовят следующим образом.
3
Расчетное количество ацетата магния и щавелевой кислоты растворяют в воде, добавляют гидроокись двухвалентного железа, полученный раствор смешивают с водным раствором бишофита, добавляют воду и тщательно перемешивают до получения заданной плотности 1120-1140 кг/м.
2
Расход раствора от 0,1 до 0,2 л/м в зависимости от желаемой степени пропитки. Обработку материалов можно проводить при температуре окружающей среды от - 10 до +60°С.
В таблице 1 даны варианты предлагаемого состава.
Таблица 1
Наименование компонентов
Содержание компонентов, г/л
А
Б
В
Плотность состава, кг/м<sup>3</sup>
1120
1130
1140
1. Бишофит кристаллический
310
340
370
2. Ацетат магния
9
6
3
3. Щавелевая кислота
5
4
3
4. Гидроокись двухвалентного железа
0,5
1,0
1,5
5. Вода
Остальное
В таблице 2 приведены основные технические характеристики вышеприведенных составов.
Таблица 2
Характеристика
Составы
А
Б
В
1. Интервал рабочих температур, °С
нижний
-20
-23
-27
верхний
107
108
109
2. Плотность, кг/м<sup>3</sup>
при 20°С
1120
1130
1140
при 100°С
1010
1020
1030
3. Динамическая вязкость, мПа·с
при 20°С
1,4
1,6
1,8
при 100°С
1,00
1,01
1,02
Испытание состава с оптимальным содержанием компонентов (состав Б) на огнезащитную эффективность проводились на 10 образцах размером 30×60×150 мм. Результаты испытаний приведены в таблицах 3 и 4.
Таблица 3
Результаты испытания усредненного состава плотностью 1130 кг/м<sup>3</sup> на огнезащитную эффективность при пропитке методом трехкратной поверхностной пропитки (ручным методом)
№ Образца
Масса образца, г
Потеря массы
Средняя потеря массы, %
Группа огнезащитной эффективности
До обработки
После обработки
После сжигания
г
%
1
138,52
145,65
117,24
21,28
15,37
2
137,51
144,40
116,84
20,67
15,04
3
138,18
145,15
116,92
21,26
15,39
4
139,44
146,72
117,30
22,14
15,88
5
136,65
142,82
115,28
21,37
15,64
15,6
II
6
140,59
147,62
117,67
22,92
16,31
7
137,98
144,83
117,36
20,62
14,95
8
137,97
144,11
117,26
20,71
15,01
9
140,64
147,62
117,78
22,86
16,26
10
141,29
148,86
118,92
22,37
15,84
Таблица 4
Результаты испытания усредненного состава плотностью 1130 кг/м<sup>3</sup> на огнезащитную эффективность при пропитке методом погружения (время 60 минут)
№ Образца
Масса образца
Потеря массы
Средняя потеря массы, %
Группа огнезащитной эффективности
Перед сжиганием
После сжигания
г
%
1
154,1
142,7
11,4
7,40
2
159,0
147,2
11,8
7,42
3
142,2
132,8
9,4
6,61
4
143,0
133,3
9,7
6,78
5
150,7
139,5
11.2
7,43
~7,0
I
6
151,8
140,7
11,1
7,31
7
147,2
136,8
10,4
7,07
8
145,7
136,5
9,2
6,31
9
150,8
139,6
11,2
7,43
10
144,6
135,1
9,5
6,57
Как видно из таблицы 3 и 4, предлагаемый состав обеспечивает первую и вторую группу огнезащитной эффективности в зависимости от способа пропитки.
В таблице 5 приведены результаты испытания составов различной плотности на огнезащитную эффективность при пропитке методом погружения.
Таблица 5
№ Образца
Плотность состава, кг/м<sup>3</sup>
Средняя потеря массы, %
Группа огнезащитной эффективности
1
10,3
2
1110
10,9
II
3
11,7
4
9,8
1
9,1
2
1120
9,4
I
3
8,3
4
9,7
1
7,6
2
1130
6,2
I
3
7,8
4
8,4
1
7,9
2
1140
8,4
I
3
9,2
4
7,2
1
10,8
2
1150
9,6
II
3
11,2
4
10,7