Научная статья на тему 'Усовершенствование технологии пропитки древесины способом «Прогрев–холодная ванна» с использованием амидофосфата км'

Усовершенствование технологии пропитки древесины способом «Прогрев–холодная ванна» с использованием амидофосфата км Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
381
72
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
пропитка древесины / антипирен / амидофосфат КМ / огнезащита / ортофосфорная кислота / синтез / конденсация / wood impregnation / flame retarder / amidophosphate KM / flame retardance / ortho-phosphoric acid / synthesis / condensation

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — И М. Озаркив, Р А. Демчина, П П. Грыджук, М Ф. Федына, Б М. Перетятко

Антипирены, созданные на основе сконденсированных соединений карбамида и фосфорной кислоты, не обладают высокой токсичностью, довольно дешевы и нашли применение в качестве антипиренаамидофосфата КМ. Целью работы было изучение возможности использования амидофосфата КМ для пропитки древесины разных пород методом «прогрев–холодная ванна». Перед нами состояла задача разработать эфективные режимы пропитки антипиреном. Синтез амидофосфата КМ производили за счет конденсации 85-й % ортофосфорной кислоты с карбамидом в расплаве при температуре 135 °С в мольном соотношении 1 : 1. Для проведения экспериментальных исследований использовали образцы древесины мягких пород размером 40×40×250 мм. Образцы предварительно нагревали в течение 60 мин до температуры 90 °С, погружали на 40 мин в холодный раствор антипирена (температурой 25 °С). Глубину пропитки образцов амидофосфатом КМ контролировали с помощью реакции на фосфат-ион. Для проведения огневых испытаний образцы древесины готовили по ГОСТ 16363 с учетом требований ГОСТ 2140. Образцы разных пород древесины размером 10×10×150 мм выпиливали из заболонной части древесины. Огневые испытания образцов различных пород древесины, пропитанных амидофосфатом КМ, проводили согласно ГОСТ 16383 и строительных норм НПБ 251–98 с использованием метода «огневой» трубы. Установлено, что древесина, защищенная амидофосфатом КМ, переходит из группы легковоспламеняющихся материалов в группу самозатухающих, а сам амидофосфат КМ можно отнести к антипиренам II-й группы огнезащитной эффективности при использовании 17 %-го водного раствора и расходе от 40...85 кг/м3 в зависимости от породы древесины, обработанной методом «прогрев–холодная ван-на». Следует отметить то, что во время огневых испытаний тления не наблюдалось. Самостоятельное горение после снятия теплового импульса продолжалось короткий промежуток времени (сосна – 32 с, дуб – 47 с). Воспламенение не обработанных антипиреном образцов наблюдалось через 15…20 с, защищенных – значительно позже (сосна – 85 с, дуб – 52 с). Эти данные указывают на способность амидофосфата КМ снижать горение древесины. Cредняя потеря массы древесины сосны составляла менее 16, дуба – менее 18 %.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — И М. Озаркив, Р А. Демчина, П П. Грыджук, М Ф. Федына, Б М. Перетятко

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Improvement of Technology of Wood Impregnation by Heat-Cold Bath with Amidophosphate KM as a Flame Retardant

Flame retardants created as a result of condensed compounds of urea and phosphoric acid are not toxical, pretty cheap and used as a flame retardant – amidophosphate KM. The mis-sion of the investigation was to study the possibility of using the amidophosphate KM for the impregnation of different kinds of wood by the so-called “heat–cold bath”. The task was to develop the effective modes of impregnation by the antypirene. The syntesis of the amidophosphate KM was performed by condensing of 85 % ortho-phosphoric acid and urea in the melt at 135 °С at molecular ratio as 1: 1. The 40×40×250 mm sized samples of softwood were used for the experimental work. The preheated samples for 60 min at 90 °С were placed in a cold flame retarder solution for 40 min at 25 °С. In order to reveal the depth of impregnation by the amidophosphate KM the phosphate ion reaction was used. For the test of materials for fire-resistance the softwood samples were prepared according to the State Standard 16363 with the specifications of the State Standard 2140. The samples of different kinds of wood sized of 10×10×150 mm were sawed out from the sap-wood. The tests of different kinds of wood impregnated with the amidophosphate KM for fire-resistance were conducted according to the State Standard 16383 and the building regulation NPB 251–98 by the flame tube method. The results of the investigation reveal that impregnated wood with the amidophophate KM can be traced from the group of flammable materials to the group of self-extinguishing materials; the amidophophate KM is accepted as a flame retard-er of the second group of fire rating when using of 17 % water solution and 40...85 kg per m3 of wood depending on its kind, treated by the “heat–cold bath”. It should be noted, that during the tests of materials for fire-resistance a smoldering process was not observed. Self-combustion after the heat impulse removal took place for a short period of time (32 s for pine wood and 47 s for oak wood). The inflammation of the samples not treated with a flame retarder was observed in 15…20 s, of the impregnated samples – in 85 s of pine wood and in 52 s of oak wood. These data indicate the ability of the applied flame retarder to re-duce the processes of wood burning. The average weight lost of pine wood was less than of 16 % and less than of 18 % for oak wood.

Текст научной работы на тему «Усовершенствование технологии пропитки древесины способом «Прогрев–холодная ванна» с использованием амидофосфата км»

^^^ ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ

УДК 674.048

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОПИТКИ ДРЕВЕСИНЫ СПОСОБОМ «ПРОГРЕВ-ХОЛОДНАЯ ВАННА» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АМИДОФОСФАТА КМ

© И.М. Озаркив1, д-р техн. наук, проф.

Р.А. Демчина1, канд. хим. наук, доц.

П.П. Грыджук1, магистр

М.Ф. Федына1, канд. хим. наук, доц.

Б.М. Перетятко2, и. о. замначальника кафедры

Национальный лесотехнический университет Украины, ул. Ген. Чупринки, д. 103, г. Львов, Украина, 79057; е-mail: [email protected] 2Львовский государственный университет безопасности жизнедеятельности, ул. Клепаровская д. 35, г. Львов, Украина, 79000; е-mail: [email protected]

Антипирены, созданные на основе сконденсированных соединений карбамида и фосфорной кислоты, не обладают высокой токсичностью, довольно дешевы и нашли применение в качестве антипирена - амидофосфата КМ. Целью работы было изучение возможности использования амидофосфата КМ для пропитки древесины разных пород методом «прогрев-холодная ванна». Перед нами состояла задача разработать эфективные режимы пропитки антипиреном. Синтез амидофосфата КМ производили за счет конденсации 85-й % ортофосфорной кислоты с карбамидом в расплаве при температуре 135 °С в мольном соотношении 1 : 1. Для проведения экспериментальных исследований использовали образцы древесины мягких пород размером 40x40x250 мм. Образцы предварительно нагревали в течение 60 мин до температуры 90 °С, погружали на 40 мин в холодный раствор антипирена (температурой 25 °С). Глубину пропитки образцов амидофосфатом КМ контролировали с помощью реакции на фосфат-ион. Для проведения огневых испытаний образцы древесины готовили по ГОСТ 16363 с учетом требований ГОСТ 2140. Образцы разных пород древесины размером 10x10x150 мм выпиливали из заболонной части древесины. Огневые испытания образцов различных пород древесины, пропитанных амидофосфатом КМ, проводили согласно ГОСТ 16383 и строительных норм НПБ 251-98 с использованием метода «огневой» трубы. Установлено, что древесина, защищенная амидофосфатом КМ, переходит из группы легковоспламеняющихся материалов в группу самозатухающих, а сам амидофосфат КМ можно отнести к антипиренам II-й группы огнезащитной эффективности при использовании 17 %-го водного раствора и расходе от 40...85 кг/м3 в зависимости от породы древесины, обработанной методом «прогрев-холодная ванна». Следует отметить то, что во время огневых испытаний тления не наблюдалось. Самостоятельное горение после снятия теплового импульса продолжалось короткий промежуток времени (сосна - 32 с, дуб - 47 с). Воспламенение не обработанных антипиреном образцов наблюдалось через 15...20 с, защищенных - значительно позже

(сосна - 85 с, дуб - 52 с). Эти данные указывают на способность амидофосфата КМ снижать горение древесины. Cредняя потеря массы древесины сосны составляла менее 16, дуба - менее 18 %.

Ключевые слова: пропитка древесины, антипирен, амидофосфат КМ, огнезащита, ор-тофосфорная кислота, синтез, конденсация.

Защита от биоогнеразрушений деревянных изделий, конструкций и зданий на сегодня является одной из важных научно-практических проблем, которые требуют решения [2, 4, 6, 13]. Основные задачи в области комплексной огнезащиты древесины сводятся к повышению ее долговечности за счет образования оболочек, защищающих от влияния внешнего источника огня без изменения при этом условий эксплуатации и физико-механических свойств самой древесины.

Анализ известных способов огнезащиты деревянных столярно-строительных изделий и конструкций показал, что именно химический способ огнезащиты с помощью антипиренов является наиболее надежным и перспективным. Известно [1, 2, 4-7, 10-13], что раньше использовали полихлорфено-лы, сурьму- и хромсодержащие вещества для повышения био- и огнестойкости древесины. Но они наносили значительный ущерб и вред окружающей среде и человеку. На смену им пришли солевые антипирены, содержащие фо-сфатнокислый аммоний, буру, борную кислоту, карбонат натрия и др. Следует отметить, что они также имеют существенные недостатки: теряют свое влияние на огнезащиту со временем, вымываются водой, а также могут содержать компоненты, которые вызывают коррозию металлических конструкций, контактирующих непосредственно с древесиной. Некоторые солевые антипирены при повышении температуры (105 °С и выше) разлагаются, что усложняет процесс обработки ими древесины [7].

Новые пропиточные средства, в частности смеси солевого антипирена и полимерного антисептика ДСА-1 [3], нельзя использовать для обработки внешних древесных поверхностей из-за их способности к вымыванию, что сокращает срок их эксплуатации.

В последнее время все чаще используют антипирены на основании сконденсированных олигомеров, в частности на основе композиции феноло-спиртов и сконденсированных органосилоксанов [8, 9]. При пропитке древесины такими химическими средствами защиты в самом материале осуществляется конденсация фенолоспиртов с образованием полимерного каркаса фе-нолоформальдегидной смолы (ФФС) в структуре древесины. В качестве антипиренов применяют карбамидофурановые (КФуС) и карбамидо-меланино-формальдегидные (КМФС) смолы. Нужно отметить, что антипирены, созданные на основе фенолоспиртов (КФуС, КМФС), имеют достаточно большую токсичность, но их использование оправдано в условиях повышенной огнеопасности, когда стоимость изделий и их токсичность не являются первостепенными.

Антипирены на основе сконденсированных соединений карбамида и фосфорной кислоты (например, амидофосфат КМ), не обладают высокой токсичностью, довольно дешевы.

Для проведения исследований нами были выбраны антипирены с учетом их эффективности огнезащиты, стоимости и экологичности. Амидофос-фат КМ является продуктом конденсации карбамида и ортофосфорной кислоты при температуре ~127 °С. Химическая формула амидофосфата КМ:

ООО о

II II [| II (1)

МН,-С-МН-(-Р-Г>Ж-С-МН-)п-Р-ОН 4 '

I I

он он

Исходные для синтеза вещества также могут быть использованы как ан-типирены. Карбамид при нагревании разлагается с образованием газообразного аммиака и углекислого газа, а также может претерпевать ряд эндотермических превращений, которые способствуют поглощению теплоты:

2СО(КИ2)2 + Н2О ^ NH4NCO + 2КИз + СО2; (2)

СО^^Ь + Н2О ^ 2NHз + СО2 - 110,11 кДж; (3)

Биурет

(4)

Биурет с карбамидом также конденсируюся с образованием циануровой

кислоты:

N14

)/ Лн

О'

!, о/ Чсо

-> I I + 2Щ,

+ НМ МН • (5)

Н2Ы ЫН,

\ / со со

Все приведенные выше процессы характеризуются поглощением теплоты в достаточно широком диапазоне температур (150...200 °С). Другой компонент амидофосфатных олигомеров — ортофосфорная кислота — тоже может участвовать в эндотермических реакциях, в конечном виде он является источником пиролизной воды и инертного фосфорпентаоксида:

2 Н3РО4 = Н2О + Н4Р2О7 (200...250 °С); (6)

Н4Р2О7 = Н2О + НРО3 (300...500 °С). (7)

Последующее нагревание может привести к образованию три-(Н5РзОю) и тетраполифосфорной (Н6Р4О13) кислот, а в результате пиролиза - к их полной дегидратации, вследствие чего образуется димер оксида фосфора (V) Р4О10 :

4 Н3РО4 = 6 Н2О + Р4ОЮ . (8)

Очевидно, что перечисленные выше свойства карбамида и ортофосфор-ной кислоты будет сохранять и продукт их конденсации.

Карбамид конденсируется с ортофосфорной кислотой, вследствие чего образуется амидофосфат КМ. На его также можно получить при взаимодействии фосфата аммония и карбамида:

(9)

Из уравнения (9) видно, что продуктом конденсации по такой схеме является димер, однако в литературе встречаются сведения о возможном образовании олигомеров следующего строения:

МН2-С-МН- (-Р-МН-С-МН-)П - Р-ОН. (10)

Прогнозировалось, что амидофосфат КМ будет иметь преемущества по сравнению с другими солевыми антипиренами. В частности, он лучше поглощается древесиной, не содержит токсических веществ, не снижает показатели физико-механических свойств древесины, обладает большой растворимостью в воде.

Цели данной работы - исследование возможности проведения огневой защиты древесины с помощью амидофосфата КМ методом горячехолодных ванн, определение показателей пропитки древесины 17 %-ым водным раствором антипиренов, а также огнезащитных свойств древесины сосны и дуба, как объектов огнезащиты.

Синтез амидофосфата КМ проводили за счет конденсации 85 %-й ортофосфорной кислоты с карбамидом в расплаве при температуре 135 °С и мольном соотношении 1 : 1. Процесс проходил до pH до 5...6 на песчаной бане в четырегорлой колбе, оснащенной мешалкой, термометром и обратным холодильником.

Для синтеза в реактор загружали необходимое количество карбамида и раствора фосфорной кислоты. Синтез проводили по заданному температурно-временному графику при перемешивании реакционной смеси с отбором проб.

После окончания реакции содержимое колбы охлаждали до температуры 65 °С и растворяли в воде. Следует отметить, что при таких условиях образуется продукт, имеющий наибольшую растворимость. Как показали исследования, мольное соотношение исходных веществ 1 : 1 приводит к получению продукта с наилучшими огнезащитными свойствами.

В эксперименте использовали образцы древесины мягких пород размером 40^40x250 мм. Их предварительно нагревали в течение 60 мин до температуры 90 °С и погружали на 40 мин в раствор антипирена с температурой 25 °С. Образцы взвешивали на электронных весах с точностью до 0,001 г. Объемы растворов измеряли с точностью до 1 мл.

Пропитку образцов осуществляли в емкости, изготовленной из материала, стойкого к коррозии. Образцы помещали таким образом, что они не касались друг друга, а также стенок ванны. Толщина слоя раствора над верхней плоскостью образца составляла 5...10 мм. Расход пропиточного раствора определяли взвешиванием образца до и после пропитки. Взвешивание пропи-таных образцов проводили после прекращения стекания раствора с них. Остатки раствора на торцах снимали с помощью фильтровальной бумаги. У пропитанных образцов измеряли потерю массы через 1 ч, 3, 7 и 10 сут. Было установлено, что за 10 сут масса образцов при температуре 25 °С и относительной влажности воздуха до 60 % оставалась практически постоянной. Для образцов, пропитанных амидофосфатом КМ, высоливания не наблюдалось, хотя чувствовался запах аммиака, который со временем исчезал.

Глубину пропитки образцов амидофосфатом КМ (табл. 1) контролировали с помощью реакции на фосфат-ион. На поверхность образца древесины пипеткой сначала наносили раствор (NH4)2MoO4 в 30 %-й серной кислоте, потом, через 10...15 с, - раствор SnCl2 в HCl. Окрашенные в синий или сине-зеленый цвет участки образцов содержат фосфат-ион, который, на наш взгляд, является продуктом кислотного гидролиза амидофосфата КМ (влияние 30 %-й H2SO4) или остатка PO43- после синтеза. Нами установлено, что древесина, которая не пропитывалась амидофосфатом КМ, не давала качественной реакции на фосфат-ион.

Таблица 1

Результаты пропитки методом «прогрев-холодная ванна» 17 %-м водным раствором амидофосфата КМ (р = 1,080 г/мл)

Образец древесины Масса образца, г Объем поглощенного антипирена, мл Глубина пропитки, мм Расход антипирена, кг/м3

до пропитки после пропитки поперек волокон вдоль волокон

Липа 251,6 344,0 84 10 40 230

Ольха 288,3 350,0 56 11 35 154

Береза 240,0 305,0 59 10 35 162

Сосна 232,0 266,0 31 6 18 85

Дуб 236,0 252,0 14 4 10 40

Для проведения огневых испытаний образцы древесины были подготовлены по ГОСТ 16363 с учетом требований ГОСТ 2140. Образцы разных пород древесины размером 10x10x150 мм выпиливали из заболонной части древесины. Перед нанесением огнезащитного препарата образцы доводили до постоянной массы в термостате при температуре (45±2) °С.

Обработку образцов анти-пиренами проводили через 30 мин после термостатирования, для предупреждения изменения массы за счет поглощения влаги до начала испытаний образцы помещали в эксикатор.

Огневые испытания образцов древесины различных пород, пропитанных амидофосфатом КМ, проводили согласно ГОСТ 16383 и строительных норм НПБ 251-98 с использованием метода «огневой» трубы.

За результат испытаний принимали среднее арифметическое трех значений, округленное до 1 %. Образцы поджигали спиртовой горелкой с высотой пламени 40...55 мм. После загорания образца горелку отодвигали и осуществляли фиксацию параметров процесса горения. Изменение температуры в огневой трубе учитывали с помощью термопар Х-А (хромель-алюмель), зафиксированных на 10 мм выше верхних торцов образцов. Результаты приведены на рис. 1 , 2.

Рис. 1. Термограммы газов горения образцов древесины сосны и контрольного образца, обработанного амидофос-фатом КМ

Рис. 2. Термограмма газов горения образцов древесины дуба и сосны, обработанных амидофосфатом КМ

(— - дуб №11;--дуб №4;

° - сосна №11)

Как следует из результатов наших исследований (табл. 2, 3), древесина, защищенная амидофосфатом КМ, переходит из группы легковоспламеняющихся материалов в группу самозатухающих. Амидофосфат КМ можно отнести к антипиренам II группы огнезащитной эффективности при использовании 17 %-го водного раствора и расходе от 40 до 85 кг/м в зависимости от породы древесины, обработанной методом «прогрев-холодная ванна». Следует отметить то, что во время огневых испытаний тления не наблюдалось. Самостоятельное горение после снятия теплового импульса имело место только на протяжении короткого промежутка времени, что указывает на способность примененного антипирена уменьшать процесс горения древесины.

Установлено, что, средняя потеря массы древесины сосны составляла меньше 16, дуба - 18 %. Как показывают термограммы газов горения (рис. 1 , 2), контрольный образец, не обработанный антипиреном, уже через 15.20 с начинал загораться, что приводило к увеличению температуры, которая уже через 1 мин достигала 800 °С, и после прекращения огневого импульса (15 с) продолжал гореть до полного сгорания (потеря массы ~ 85 %).

Таблица 2

Результаты огневых испытаний образцов древесины сосны, обработаных амидофосфатом КМ*

№ образца Масса образца, г Потеря массы, % Время, с

не обработа-ного до испытания после испытания воспламенения самостоятельного горения

1 6,557 6,804 5,700 16,22 81 33

2 6,076 6,227 5,245 15,77 85 26

3 5,904 6,201 5,368 13,44 90 20

4 7,871 7,995 6,678 16,47 83 25

5 7,925 8,135 6,889 15,31 80 20

6 6,155 6,390 5,332 16,55 81 35

7 6,506 6,657 5,457 18,03 80 60

8 8,278 8,746 7,560 13,56 86 15

9 6,309 6,728 5,580 17,06 80 60

10 7,615 7,835 6,552 16,37 83 40

11 7,578 8,124 6,989 13,97 87 10

12 7,003 7,255 6,219 14,28 80 38

Среднее

значение для

12 образцов 15,59 83 32

Контрольный

образец** 7,825 7,825 1,140 85,43 15 120

* Тления образцов после их горения не наблюдалось.

**Время тления контрольных образцов 120 с.

Таблица 3

Результаты огневых испытаний образцов древесины дуба, обработаных амидофосфатом КМ*

№ образца Масса образца, г Потеря массы, % Время, с

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

не обработа-ного до испытания после испытания воспламенения самостоятельного горения

1 9,345 9,981 8,248 17,36 55 35

2 9,022 9,186 6,625 27,82 50 75

3 8,897 9,055 6,981 22,90 45 80

4 10,957 11,391 9,863 13,41 45 70

5 9,830 10,182 9,040 16,25 60 30

6 8,615 8,890 7,225 18,73 55 75

7 9,801 10,064 7,891 21,59 50 25

8 11,315 11,701 10,141 13,31 60 30

9 11,266 11,669 9.723 16,67 50 25

10 9,032 9,357 7,530 19,52 55 65

11 12,026 12,477 11,490 7,91 53 25

12 10,699 11,235 9,637 14,22 50 30

Среднее

значение для

12 образцов 17,47 52 47

Контрольный

образец** 10,285 10,285 2,290 77,73 30 170

* Тление образцов после их горения не наблюдалось. **Время тления контрольных образцов 110 с.

Образцы древесины, обработанные антипиреном (как следует из графиков), удерживают практически стабильную температуру на протяжении всего времени.

Как видно из рис. 2, температура газов горения пропитанных образцов древесины дуба выше, чем сосны. Это можно объяснить меньшей огнезащит-ностью и большей потерей массы этих образцов из-за большей горючести древесины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Генель С.В. Старение древесины и фанеры, пропитанных антипиренами // Науч.-техн. реф. сб. «Механ. обраб. древесины». 1978. Вып. 11-12. С. 18-21.

2. Горшин С.Н. Консервирование древесины. М.: Лесн. пром-сть , 1977. 336 с.

3. Жартовський В.М. Шляхи створення та використання просочувальних вог-небюзахисних препарапв ДСА-1, ДСА-2 для деревини i фанери // Кшетика i каталiз. 2006 . № 1. С. 176-179.

4. Иванов Ф.М., Горшин С.Н., Уэйт Дж. Биоповреждения в строительстве / Под ред. Ф.М. Иванова, С.А. Горшина. М.: Стройиздат, 1984. 320 с.

5. Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний: НПБ 251-98. [Введен в действие 31.06. 1998]. М.: ВНИИПО МВД России, 1998. 5 с.

6. Озарюв 1.М., Губер Ю.М. , Сорока Л.Я., Копинець З.П. Основи бювогнезахи-сту деревини: навч. поабник. Львiв: РВВ НЛТУ Укра'ни, 2007. 72 с.

7. Озарюв 1.М., Перетятко Б.М. Анaлiз бювогнезахисних препарапв для де-рев'яних конструкцш i споруд // Науковий вюник: зб. наук.-техн. праць. Львiв: Укр ДЛТУ, 2003. Вип. 13.4. С. 278-285.

8. Пат. 2147028 РФ C 09 K 21/04, C 09 D 5/16, B 27 K 3/52, B 05 D 7/06 / Греч-ман А.О., Гречман Т.А. Заявл. 06.04.1999; опубл. 27.03.2000.

9. Пат. 2172242 РФ B 27 K 3/52, B 27 K 3/34, C 07 F 9/22. Огнезащитный состав КМ / Леонович А.А., Шелоумов А.В; Заявитель и патентообладатель СПб ГЛТА. № 2000113921/04; заявл. 31.05.2000; опубл. 20.08.2001.

10. Перетятко Б.М, Озарюв 1.М., Демчина Р.О., Федина М.Ф. Дослвдження показнишв просочення деревини з допомогою антишрешв, створених на основi кар-бамщу та сполук фосфору // Науковий вюник НЛТУ Укра'ни: зб. наук.-техн. праць. Львiв: НЛТУ Укра'ни, 2011. Вип. 21.4. С. 169-173.

11. Перетятко Б.М. Особливосп технолопчного процесу вогнезахисту деревини // Науковий вюник НЛТУ Украши: зб. наук.-техн. праць. Львiв: НЛТУ Укра'ни, 2011. Вип. 21.15. С. 77-81.

12. Попов А.Н., Угрюмое С.А. Фурановые олигомеры в производстве композиционных материалов // Актуальные проблемы лесного комплекса: сб. науч. тр. Брянск: БГИТА, 2008. Вып. 21. С. 260-261.

13. Серговський П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1987. 360 с.

Поступила 23.11.14

УДК 674.048

Improvement of Technology of Wood Impregnation by Heat-Cold Bath with Amidophosphate KM as a Flame Retardant

I.M. Ozarkiv1, Doctor of Engineering, Professor

R.A. Demchina1, Candidate of Chemistry, Associate Professor

P.P. Grydzhuk1, Master

M.F. Fedyna1, Candidate of Chemistry, Associate Professor B.M. Peretyatko2, Acting Deputy Head of Chair

1National Forest University of Ukraine, General Chuprynka st., 103, Lvov, 79057, Ukraine; е-mail: [email protected]

2Lvov State University of Emergency Management, Kleparovskaya st., 35, Lvov, 79000, Ukraine; е-mail: [email protected]

Flame retardants created as a result of condensed compounds of urea and phosphoric acid are not toxical, pretty cheap and used as a flame retardant - amidophosphate KM. The mission of the investigation was to study the possibility of using the amidophosphate KM for the impregnation of different kinds of wood by the so-called "heat-cold bath". The task was to develop the effective modes of impregnation by the antypirene. The syntesis of the ami-

dophosphate KM was performed by condensing of 85 % ortho-phosphoric acid and urea in the melt at 135 °C at molecular ratio as 1: 1. The 40x40x250 mm sized samples of softwood were used for the experimental work. The preheated samples for 60 min at 90 °C were placed in a cold flame retarder solution for 40 min at 25 °C. In order to reveal the depth of impregnation by the amidophosphate KM the phosphate ion reaction was used. For the test of materials for fire-resistance the softwood samples were prepared according to the State Standard 16363 with the specifications of the State Standard 2140. The samples of different kinds of wood sized of 10x10x150 mm were sawed out from the sap-wood. The tests of different kinds of wood impregnated with the amidophosphate KM for fire-resistance were conducted according to the State Standard 16383 and the building regulation NPB 251-98 by the flame tube method. The results of the investigation reveal that impregnated wood with the amidophophate KM can be traced from the group of flammable materials to the group of self-extinguishing materials; the amidophophate KM is accepted as a flame retarder of the second group of fire rating when using of 17 % water solution and 40...85 kg per m3 of wood depending on its kind, treated by the "heat-cold bath". It should be noted, that during the tests of materials for fire-resistance a smoldering process was not observed. Self-combustion after the heat impulse removal took place for a short period of time (32 s for pine wood and 47 s for oak wood). The inflammation of the samples not treated with a flame retarder was observed in 15.. .20 s, of the impregnated samples - in 85 s of pine wood and in 52 s of oak wood. These data indicate the ability of the applied flame retarder to reduce the processes of wood burning. The average weight lost of pine wood was less than of 16 % and less than of 18 % for oak wood.

Keywords: wood impregnation, flame retarder, amidophosphate KM, flame retardance, ortho-phosphoric acid, synthesis, condensation.

REFERENCES

1. Genel' S. V. Starenie drevesiny i fanery, propitannykh antipirenami [Aging of Wood and Plywood Impregnated by Fame Retardants]. Nauch.-techn. sb. ref. "Meh. obrab. drevesiny" [Scientific and Technical Abstracts Collection "Mechanical Wood Processing"], 1978, no. 11-12, pp. 18-21.

2. Gorshin S.N. Konservirovanie drevesiny [Wood Preservation]. Moscow, 1977.

336 p.

3. Zhartovskiy V.M. Shljahy stvorennja ta vykorystannja prosochuval'nyh vognebi-ozahysnyh preparativ DSA-1, DSA-2 dlja derevyny i fanery [Creation and Use of Impregnating Biological Flame Retardants DSA-1 DSA-2 for Wood and Plywood]. Kinetika i kataliz [Kinetics and Catalysis], 2006, no. 1, pp. 176-179.

4. Ivanov F.M., Gorshin S.N., Weit G. et al. Biopovrezhdeniya v stroitel'stve [Bio-deterioration in Construction]. Moscow, 1984. 320 p.

5. NPB 251-98. Ognezashchitnye sostavy i veshchestva dlya drevesiny i materialov na ee osnove. Obshchie trebovaniya. Metody ispytaniy [Fire Regulations 251-98. Fire Retardant Compositions and Substances for Wood. General Requirements. Test Methods]. Moscow, 1998. 5 p.

6. Ozarkiv I.M. Guber Yu.M., Soroka L.Ya., Kopinets' Z.P. Osnovy biovognezahystu derevyny [Basics of Biological Flame Retardants of Wood]. Ukraine, Lvov, 2007. 72 p.

7. Ozarkiv I.M., Peretyatko B.M. Analiz biovognezahysnyh preparativ dlja der-ev'janyh konstrukcij i sporud [Analysis of Biological Flame Retardants for Wooden Constructions and Buildings]. Naukoviy visnik NLTU [Scientific Bulletin of NLTU]. Ukraine, Lvov, 2003, no. 13.4, pp. 278-285.

8. Grechman A.O., Grechman T.A. Ognebiozashchitnyy propitochnyy sostav [Biological Flame Retardant Impregnating Compound]. Patent RF, no. 2147028, 2000.

9. Leonovich A.A., Sheloumov A.V. Sposob polucheniya antipirena [Method of Flame Retardants Producing]. Patent RF, no. 2172242, 2001.

10. Peretyatko B.M. Ozarkiv I.M., Demchina R.O., Fedina M.F. Doslidzhennja pokaznykiv prosochennja derevyny z dopomogoju antypireniv, stvorenyh na osnovi karba-midu ta spoluk fosforu [Study of Wood Impregnation Using the Flame Retardants Based on Carbamide and Phosphorous Compounds]. Naukoviy visnik NLTU [Scientific Bulletin of NLTU]. Ukraine, Lvov, 2011, no. 21.4, pp. 169-173.

11. Peretyatko B.M. Osoblyvosti tehnologichnogo procesu vognezahystu derevyny [Process Features of Wood Fire Protection]. Naukoviy visnik NLTU [Scientific Bulletin of NLTU]. Ukraine, Lvov, 2011, no. 21.15, pp. 77-81.

12. Popov A.N., Ugryumov S.A. Furanovye oligomery v proizvodstve kompozitsionnykh materialov [Furan Oligomers in the Production of Composite Materials]. Aktual'nye problemy lesnogo kompleksa: sb. nauch. tr. [Actual Problems of the Forest Complex]. Bryansk, 2008, no. 21, pp. 260-261.

13. Sergovs'kiy P.S. Gidrotermicheskaya obrabotka i konservirovanie drevesiny [Hydrothermal Treatment and Preservation of Wood]. Moscow, 1987. 360 p.

Received on November 23, 2014

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2015.5.154

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.