Статья: Огнезащитные составы для древесины на основе продуктов аминолиза ПЭТФ

Огнезащитные составы для древесины на основе продуктов аминолиза ПЭТФ

Балакин В.М.2, Стародубцев А.В.2 (Уральский государственный лесотехнический университет, Екатеринбург, Россия2 620100, Екатеринбург, РФ), Красильникова М.А1,Смолников М. И.1 (Уральский институт ГПС МЧС России, Екатеринбург, Россия1, 620075, Екатеринбург, РФ)

Все органические вещества и материалы, природные и синтетические, в определенных условиях проявляют способность к воспламенению и горению. Древесина является важнейшим строительным материалом и её существенным недостатком является горючесть. [1] .

В данной работе рассмотрено получение огнезащитных составов (ОЗС) для древесины из продуктов взаимодействия полиэтилентерефталата (ПЭТФ) с алифатическими ди- и полиаминами, а так же этаноламинами путем их фосфорилирования по реакции Кабачника-Филдса [2]. В качестве алифатических аминов были использованы этилендиамин (ЭДА), гексаметилендиамин (ГМДА), полиэтиленполиамин (ПЭПА), моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА) и триэтаноламином (ТЭА). В качестве ПЭТФ использовались отходы производства ЗАО «Ада-Уралпласт», г. Екатеринбург. Молекулярная масса ПЭТФ, определённая вискозиметрическим методом [3], составила 83000 едениц.

Реакцию взаимодействия ПЭТФ с амином проводили при соотношении ПЭТФ:амин 1:2 в диапазоне температур 90-180°С в течении 2-5 часов. В предыдущих работах [4, 5] методами элементного анализа и ИК-спектроскопии было установлено, что в результате взаимодействия ПЭТФ с ЭДА, ГМДА и ПЭТА и МЭА образуются диамиды терефталевой кислоты и этиленгликоль.

Продукт взаимодействия ПЭТФ с ДЭА и ТЭА представляют собой вязкий расплав темно-желтого цвета затвердевающий при охлаждении. После добавления к реакционной массе соляной кислоты выпал осадок. Полученный осадок был изучен методом ИК-спектроскопии на спектрометре Nicolet 6700, фирмы Thermo Electron Corporation и элементным анализом. Маточник был изучен методо газо-жидкостной хроматографии совмешенной с масс-спектроскопией.

Сравнивая ИК-спектры продуктов взаимодействия ПЭТФ с ДЭА, ПЭТФ с ТЭА и ПЭТФ можно отметить, что полоса поглащения в области 1710,6 см-1 характерная для валентных колебаний сложноэфирной группы ПЭТФ в продукте деструкции отсутствует. В продуктах, образовавшихся при взаимодействии ПЭТФ с ДЭА и ПЭТФ с ТЭА обнаруженны полосы в области 1683,6 см-1 и 1683,1 см-1, что соответствует валентным колебаниям COOH группы [6]. ИК-спектры продуктов взаимодействия ПЭТФ с ДЭА и ПЭТФ с ТЭА идентичны ИК-спектрам терефталевой кислоты (ТФК).

По данным элементного анализа следует, что во всех осадках отсутствует N. Содержание углерода и водорода составляет примерно 57,4 и 3,8 % соответственно. Что совпадает с вычесленными значениями для ТФК.

По данным газо-жидкостной хроматографии совмещенной с масс-спектроскопией следует, что в маточнике содержится этиленгликоль (20,5 %) и 1,4-бис-2-дигидроксиэтилпиперазин (61%).

Таким образом на основе данных исследований можно сказать, что реакция ПЭТФ:ДЭА идет в 2 стадии: на первой происходит циклизация ДЭА в 1,4-бис-2-дигидроксиэтилпиперазин и выделяется вода, а на второй происходит гидролиз ПЭТФ до терефталевой кислоты и этиленгликоля.

Продукты аминолиза ПЭТФ, представляющие смесь диамидов ТФК, этиленгликоля и не прореагировавших аминов, были использованы для получения фосфорсодержащих огнезащитных составов (ОЗС). Продукты аминолиза подвергались обработке формальдегидом, соляной и фосфористыми кислотами при температуре 90°С в течение 2 часов. В этих условиях происходило образование ?-аминометиленфосфоновых кислот [2].

Полученные водные растворы ?-аминометиленфосфоновых кислот были нейтрализованы водным раствором аммиака до значения рН=7.

огнезащитный древесина полиамин этаноламин

Таблица 1. - Физико-химические свойства огнезащитных составов

Из литературы известно, что аммонийные соли ?-метиленфосфоновых кислот являются эффективными замедлителями горения древесины [7].

Для первичной оценки огнезащитной эффективности полученных ОЗС были проведены испытания методом «огневой трубы», описанным в ГОСТ 17088-71 [8]. Определялась потеря массы образцов сосны размерами 100*35*5 мм в зависимости от расхода огнезащитного покрытия. Результаты испытаний и характеристика составов приведены на рисунке 1 и в таблице 1, соответственно.

Рисунок 1.-Зависимость потери массы образцов древесины от расхода ОЗС на установке «огневая труба».

Как видно из рисунка данные составы обладают огнезащитными свойствами и при расходе 150-200 г/м2 потеря массы древесины составляет менее 20%.

Для предварительного определения группы огнезащитной эффективности полученных ОЗС применялся метод, описанный в ГОСТ 16363-98 [9], с использованием установки типа ОТМ (огневая труба модифицированная) на образцах древесины сосны размерами 150*60*30 мм. Результаты испытаний приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Зависимость потери массы образца от расхода ОЗС

Из рисунка видно, что все полученные ОЗС обладают высокой эффективностью и при расходе 100 г/м2 потеря массы составляет менее 10%.

Таким образом, изучена реакция аминолиза ПЭТФ алифатическими аминами. На основе продуктов их взаимодействия получены фосфорсодержащие ОЗС, обладающие высокой огнезащитной эффективностью для древесины. В дальнейшем планируется проведение испытаний полученных огнезащитных составов согласно СП 2.13130.2009 «система противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты».

Список литературы

1. Асеева Р.М., Серков Б.Б. Сивенков А.Б. Горение древесины и ее пожароопасные свойства: Монография- М., 2010.

2. Черкасов Р.А., Галкин В.И. Реакция Кабачника-Филдса: синтетический потенциал и проблема механизма // Успехи химии.-1998.-67(10).- С.940-968.

3. Методы определения молекулярных весов и полидисперсности высокомолекулярных соединений / С. Р. Рафиков, С. А. Павлова, И. И. Твердохлебова. - М.: АН СССР, 1963. - 337 с.

4. Балакин В.М., Красильникова М.А. Огнезащитные составы для древесины на основе продуктов аминолиза ПЭТФ диаминами и полиаминами/ В.М. Балакин, М.А. Красильникова, А.В. Стародубцев, Д. Ш. Гарифуллин, А.П. Киселева - М: Пожаровзрывобезопасность, 2012.- т. 21, №2 - 27-30 с.

5. Балакин В.М., Стародубцев А.В. Огнезащитные составы для древесины на основе продуктов аминолиза полиэтилентерефталата моноэтаноламином/ В.М. Балакин, А.В. Стародубцев, М.А. Красильникова, А.П. Киселева- М: Пожаровзрывобезопасность, 2011.- т. 20, №9 - 26-30 с.

6. Купцов А. Х., Жижин Г. Н., Фурье-КР и фурье ИК-спектры полимеров - М. Физматлит. 2001.- 581 с..

7. Балакин В.М. Исследование аминометиленфосфонатов в качестве антипиренов для древесных плит/ В. М. Балакин, В.С. Таланкин, Ю. И. Литвинеци [и др.]// Технология древесных плит и пластиков: Межвузовский сборник.-Свердловск: УПИ,1983.-С.76-79.

8. ГОСТ 17088-71. Пластмассы, метод определения горючести.

9. ГОСТ 16363-98. Средства огнезащитные для древесины. Метод определения огнезащитных свойств.