Сохранение высокоэффективных свойств огне- и биозащиты древесины, пропитанной антипиренами типа спад, при изменении их кислотности

ОГНЕЗАЩИТА

Док-ртехн. наук, заведующий НИЛ огнезащиты строительных конструкций и материалов Белорусского технологического университета, профессор кафедры технологии клееных материалов и плит

Н. А. Тычино

Инженер НИЛ огнезащиты строительных конструкций и материалов Белорусского технологического университета

А. В. Баранов

УДК 614.841

СОХРАНЕНИЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ СВОЙСТВ ОГНЕ-И БИОЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ, ПРОПИТАННОЙ АНТИПИРЕНАМИ ТИПА СПАД, ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ИХ КИСЛОТНОСТИ

Решена задача уменьшения кислотности среды огнезащитных средств без изменения первоначального огнезащитного эффекта. Результат достигнут за счет регулирования рецептурных и технологических параметров при производстве антипиренов типа СПАД. Оптимизацией химической технологии уменьшен расход антипирена с 0,28 до 0,2 кг/м2 без снижения уровня огнезащитной эффективности обработанной древесины.

От рН-среды растворов антипиренов определенным образом зависит как уровень огнезащитной эффективности древесины, обработанной конкретным кислым антипиреном, так и область ее практического использования. Кислая среда как фактор усиления реакционной способности антипиренов активизирует процессы образования химических связей с компонентами древесины. В качестве примера такого воздействия рассмотрим анти-пирены типа СПАД, полученные на основе орто-фосфорной кислоты и дициандиамидоформальде-гидных соединений.

Если готовый продукт не нейтрализовать, то раствор представляет собой умеренно кислую среду с рН, примерно равным или немногим более 2. Антипирены СПАД с рН = 2 обладают высоким качеством как в области достижения огнезащитных свойств, так и обеспечения высокоэффективной биозащиты. С понижением кислотности среды огнезащитный эффект значительно уменьшается. Например, при нейтрализации СПАД раствором каустической соды с рН от 2 до 4 потеря массы при огневых испытаниях по ГОСТ 16363 с 5% изменилась до 11-14%. Таким образом, нейтрализация устранила весь накопленный эффект огнезащиты. Примерно такая же картина наблюдалась и при нейтрализации антипиренов СПАД другими известными щелочными реагентами. Для антипиренов типа СПАД высокая огнезащитная эффективность в основном связана с кислотностью среды, и чем она выше, тем эффектнее огне- и биозащитные свойства.

Практика применения кислых антипиренов показывает, что наряду с высокими огне- и биозащитным эффектами имеет место ряд проблем. При огнезащите древесины на объектах строительства сложно исключить попадание антипиренов на примыкающие к пропитываемой древесине детали и конструкции, например из металла или оцинкованной стали, что ведет к их коррозии. Кислая среда также требует выполнения ряда дополнительных условий, связанных с обеспечением безопасных условий труда.

Экспериментальные исследования проводились в сфере практического решения задач нейтрализации среды антипиренов СПАД без снижения сколь либо значительного достигнутого ранее огнезащитного эффекта. Доказано, что антипирены СПАД-0 способны при поверхностной обработке древесины и материалов на ее основе и расходе 0,25 кг/м2 и более придавать древесине высокие огне- и биозащитные функции, адекватные группе горючести Г1, и обеспечивать 100%-ную гарантию от грибковых поражений. Из практики также известно, что введение атмосферной устойчивости огнезащитных средств, например посредством дополнительной защиты лаком ХВ 784 с расходом 0,06-0,08 кг/м2, усиливает горючие свойства материала. Согласно ГОСТ 16363 потеря массы изменяется от 4 до 6%, а температура отходящих газов повышается на 30-50°С. В то же время, имея достаточный запас прочности огнезащитный эффект остается значительным — на уровне I группы огне-

защитной эффективности. Высокий уровень огне-и биозащитных свойств был достигнут за счет оптимизации процессов синтеза дициандиамидно-формальдегидной системы в кислой среде. Изменение кислотности рН от 2 до 4 и 6 получено за счет последовательных химических реакций нейтрализации и стабилизации системы с использованием щелочных реагентов, в том числе фосфор- и азотсодержащих антипиренов, а также регулирования температуры и времени проведения процесса нейтрализации. Таким образом, экспериментально, а затем и в опытно-промышленных условиях получены три модификации антипирена СПАД-0 с рН = 2,4 и 6. Эти антипирены, как следует из таблицы и рис. 1, при обработке древесины с расходом от 0,25 до 0,3 кг/м2 обеспечивают потерю массы древесины при огневых испытаниях, примерно равную 4-5%, что соответствует группе горючести Г1.

Если проследить уровень расхода, обеспечивающий верхний предел потери массы, равный 9%, то можно утверждать, что расход 0,16 кг/м2 является минимально допустимым для достижения первой группы огнезащитной эффективности при обработке древесины СПАД-0 с рН = 2 и 4. Если рН среды антипирена СПАД-0 повышается до 6, то расход увеличивается, и для достижения первой группы огнезащитной эффективности требуется уже 0,21 кг/м2. Из этих же экспериментальных данных следует, что увеличение расхода огнезащитных средств при обработке древесины более 0,280,3 кг/м2 является неэффективным как с точки зрения огнезащищенности, так и экономики.

Практика применения средств для пропитки древесины показывает, что если при поверхностной обработке и плотности водного раствора около 1250 кг/м3 расход превышает 0,45 кг/м2, то во время эксплуатации происходит так называемое "высаливание" — выход солей антипиренов наружу, вызывающий образование кристаллов на поверхности, что влияет на сроки эффективной эксплуатации обработанной антипиренами древесины.

Кривые рис. 1 демонстрируют, что в зоне малых расходов эффективность огнезащитных свойств возрастает значительнее при повышении нейтральных свойств среды, чем при больших расходах, где зона качества сближается для различных растворов антипиренов, и уже при расходе 0,3 кг/м2 и более эти расхождения находятся в пределах погрешности испытаний.

Вывод. Нейтрализация не только сохраняет уровень огнезащитной эффективности антипиренов типа СПАД, но и способна усиливать общий огнезащитный эффект. При расходе 0,15 кг/м2 антипи-рен СПАД-0 с рН = 4 уже способен обеспечивать

I группу огнезащитной эффективности. Такой показатель достигнут впервые.

Температурный график рис. 2 свидетельствует, что средство СПАД-0 с рН = 4 при расходе, примерно равном 0,2 кг/м2, надежно удерживает огнезащитный эффект, соответствующий группе трудногорючих материалов, а для антипиренов с рН = 2 и 6 такой эффект достигается при расходе, примерно равным 0,25 кг/м2. При нормальных климатических условиях (температура воздуха 18°С, относительная влажность атмосферной среды до 60%) такой расход обеспечивается при 1-2-х разовом нанесении защитного средства на древесину.

Как следует из рис. 2, наиболее интересными свойствами с точки зрения эффектов огнезащиты обладает антипирен СПАД с рН = 4. Кривые рис. 2 показывают, что хотя при расходе 0,25 кг/м2 температуры газообразных продуктов горения сближаются, для кривой 2 эта температура всегда меньше на 50-100°С, а начиная с расхода 0,2 кг/м2 она нахо-

20 = 18

«Г 16 я

8 14 &

ю 12 о 12

\3

V

"и— —

—

0,10

0,15

0,20 0,25 Расход, кг/м2

0,30

0,35

Рис. 1. Зависимость потери массы древесины при огневых испытаниях от расхода СПАД-0: 1 — рН = 6; 2 — рН = 4; 3 — рН = 2

О 700 600

я

ра и

Ё? и

ра о

500

400

300 260 200

100

0 0,10

А

3

\ XV —

0,15

0,20 0,25 Расход, кг/м2

0,30

0,35

Рис. 2. Зависимость максимальной температуры газообразных продуктов горения при огневых испытаниях от расхода СПАД-0: 1 — рН = 6; 2 — рН = 4; 3 — рН = 2

0

12

«

о -

а

о й ^

К ^ 5?

й ^

о

со Я

о -

=

1> н

10

,

^  - 1, -**---

3

Экспериментальные данные

0,10

0,15

0,20 0,25 Расход, кг/м2

0,30

Рис. 3. Зависимость толщины теплоизолирующего слоя, образующегося при тепловом воздействии на пропитанную древесину, от расхода СПАД-0: 1 — рН = 6; 2 — рН = 4; 3 — рН = 2

дится на уровне стационарных условий огневых испытаний и в дальнейшем становиться ниже этих условий. Данные показатели характеризуют высокую активность антипиренов в зоне огневого воздействия, что вызывает снижение температуры газообразных продуктов горения от 200 до 190-160°С.

Толщина слоя теплоизоляции, образуемой на поверхности древесины в результате терморазложения антипиренов СПАД, при увеличении их расхода возрастает. Основные результаты приведены на рис. 3.

Данные таблицы и рис. 3 свидетельствуют, что высокий огнезащитный эффект для антипиренов СПАД с рН = 4 достигается в большей степени за счет роста толщины теплоизолирующего слоя пропорционально расходу. Для СПАД, нейтрализован-

Концентрация водородных ионов, рН Расход огнезащитного средства СПАД-0, кг/м2 (р = 1280 кг/м3) Потеря массы образца по ГОСТ 16363,% Максимальная температура газообразных продуктов горения, °С Максимальная толщина теплоизолирующего слоя, мм

0,155 7,8 340 5

6 0,252 0,255 5,7 5,4 260 270 5 5

0,300 4,0 240 6

0,141 12,2 575 5

0,153 8,7 340 6

0,163 7,4 315 6

0,192 5,1 220 6

0,198 4,8 190 6

4 0,210 0,250 5.2 4.3 200 230 5 11

0,252 3,7 200 8

0,255 4,6 250 10

0,305 4,1 210 11

0,310 3,3 190 10

0,319 4,4 180 10

0,138 18,3 610 2

2 0,152 0,218 16,2 8,2 410 275 2 5

0,310 5,8 - -

ных до рН = 6, толщина слоя теплоизоляции практически не зависит от их расхода.

Результаты экспериментов показывают, насколько неоднозначно влияние нейтрализации на изменении огнезащитных свойств и что процессы нейтрализации и стабилизации антипиренов имеют большие скрытые возможности.

Поступила в редакцию 17.05.06.

8

6

4

2

0