/3.Лаки, краски, эмали, пигменты, герметики.

УДК 674.048

Ожиганов Ю.Г., д.т.н. профессор

Мишин В.В., магистр

Родькина А.В., студент

Севастопольский национальный технический университет, г. Севастополь,

ул. Университетская 33, г. Севастополь, 99053.

Комбинированный состав повышенной эффективности со свойствами антипирена и антисептика для пропитки древесины

Наиболее распространенным в промышленности огнезащитным пропиточным составом является антипирен №13 (водный раствор диаммоний фосфата и сульфата аммония), иногда называемый МС-11, СД-11. Состав соответствует нормам защиты зданий и сооружений по Строительным нормам и Правилам. Также находят некоторое применение хорошо известные составы: ОФП-9, ВПД, ХХЦ, ББ, ПББ, ХМББ, ХМКН, ДМФ.

Перечисленные препараты удовлетворяют нормам Министерства внутренних дел в сфере обеспечения пожарной безопасности, Строительным нормам и Правилам, санитарного надзора, но имеют следующие недостатки:

- коррозионное воздействие на металлические детали внутри древесины;

- нет одновременного действия огнезащиты и биозащиты;

- высокая токсичность препаратов;

- высокая токсичность продуктов горения;

- значительное дымообразование;

- вымываемость в атмосфере и воде.

Наименьшее проявление комплекса перечисленных недостатков наблюдается у антипирена №13, в связи с чем он является наиболее универсальным средством огнезащиты, хотя полностью не отвечает полным требованиям сохранения древесины. Основной недостаток антипирена №13 – достаточно легкая вымываемость, следовательно, короткий срок огнезащитного действия. Бактерицидное действие антипирена №13 незначительно.

Достаточно хороший результат показал состав на основе магния хлористого технического (бимофита) в растворе 12-15% на первой стадии пропитки и 15% низкомодульного силиката натрия на второй стадии пропитки. Эффект огнезащиты был достигнут в результате химической реакции обмена между указанными веществами в клетках древесины с образованием негорючего и нерастворимого вещества и достаточно трудно вымываемого силиката магния. Конвективная тепловая сушка способствовала образованию плотной и глубокой (до 10мм) огнезащитной оболочки. Недостатком состава является тот факт, что при возгорании древесины не образуется негорючей газовой фазы, препятствующей распрастранению пламени, что значительно снижает эффективность препарата.

Таблица 1 – Свойства древесины при различных методах обработки

Свойства древесины	Натуральная древесина	Обработанная антипиреном №13	Обработанная бимофитом 12% силикатом 15%
Эффективность огнезащиты по потере массы %	>9 горючая	5,2 трудногорючая	5,1 трудногорючая
Вымывание водой (30 суток в атмосфере)	горючая (горючая)	>9 горючая (9,5 горючая)	7 трудногорючая (через 6 месяцев 7,1 рудногорючая)
Индекс распространения пламени	>20 быстро распр.	6,2 медленно распр.	0,0 не распр.
Биозащищенность (% потери массы)	55	24	15
Токсичность продуктов горения г/м^3	31,5 высокотоксичная	12,6 чрезвычайно опасная	28 высоко опасная
Дымообразование Нп∙м²/кг	136/717 высокое	80/310 умеренное	100/275 умеренное

Указанный состав дает возможность сделать вывод о необходимости использования в составе нового комбинированного средства силикат натрия, но повышенного модуля по сравнению с использованным в описанном случае. Это дает возможность снизить вымываемость при сохранении хороших показателей по распространению пламени.

Для антисептических работ используется широкий круг веществ, обладающих кумулятивным или контактным действием на личинки жуков-древоточцев, плесеней различных видов. Одновременно ряд веществ обладает и свойствами антипиренов.

Фтористый натрий технический, порошок белого цвета (содержание основного продукта 80-94%). Предельная растворимость в горячей воде 3,5-4%. Легко проникает в древесину, не разлагается, слабо вымывается, не имеет запаха. Довольно сильный антистатик. Однако имеет некоторые недостатки: для растворения и пропитки нужна горячая вода, вода должна быть мягкой с низким содержанием карбонатов. Это делает вещество практически неприменимым в Крыму, где карбонатная жесткость вод достигает 12-20мг экв/литр.

Кремнефтористый натрий, белый светло-серый порошок, растворимость низкая, 0,65% при 17°С и 2,4% при 100°С. Применяется для пропитки древесины совместно с кальцинированной содой, в результате чего образуется фтористый натрий.

Аммофос – аммиачно-фосфористое удобрение, содержащие смесь однозамещенного и двузамещенного фосфата аммония (NH₄H₂PO₄ и (NH₄)₂HPO₄). Содержание компонентов не превышает 70-75%, а отношение не регламентируется, что снижает эффективность применения аммофоса для пропитки, но его относительная дешевизна заставляет его широко применять.

Борная кислота B(OH)₃ → H₃BO₃, в воде растворимость незначительна: 0°С – 2%, 20°С – 4%, 100°С – 29%. Отмечается высокая антисептическая эффективность борной кислоты.

Наиболее оптимальным является свойство борной кислоты реагировать с силикатом натрия с образованием коллоидов, переходящих в поликремниевые кислоты, а затем в минералы (кремень). Обладание обоих продуктов амфотерными свойствами позволяет получать при их смешивании кремниевую кислоту, практически нерастворимую в воде, легко образующую коллоиды.

Исходя из вышесказанного, в новый состав необходимо включить борную кислоту с целью образования в древесине практически не растворимого вещества типа кремня (минерал на основе SiO₂) и абсолютно негорючего. Но поскольку борная кислота вступает в реакцию с силикатом натрия, следует ожидать потери антисептических свойств состава. Чтобы этого не произошло, в состав следует вводить борсодержащий компонент буру (Na₂B₄O₇·10H₂O). Его введением решаются две задачи. Введение борной кислоты лимитируется ее низкой растворимостью. Введение буры (растворимость5% при 20°С) позволит увеличить содержание бора в составе пропитки и обеспечить его высокие антисептические свойства в древесине. Бура не вызывает коррозии металлов, силикат натрия является ингибитором коррозии черных металлов. Следовательно, введение силиката натрия и буры решает проблему защиты от коррозии металлических деталей внутри древесины.

Применение борной кислоты и буры помимо основной задачи защиты древесины от гниения и древоточцев, эффективно позволит решать и проблему защиты дерева от возгорания:

- борная кислота при нагревании расплавляется в стекловидную массу и препятствует горению и распространению пламени;

- бура при нагревании вспучивается и выделяет в большом количестве воду (на одну молекулу буры содержится в кристаллогидраже 10 молекул воды), что образует на поверхности древесины паровую рубашку и препятствует возгоранию и распространению пламени. При последующем нагревании бура плавится, стеклуется и аналогично борной кислоте препятствует горению.

Применение в новом составе минерального удобрения аммофоса диктуется необходимостью введения в состав двузамещенного фосфата аммония (NH₄)₂HPO₄ в связи с его высокими антисептическими свойствами, а также свойствами антипирена. Он практически не вызывает коррозии металлов, обладает низким коэффициентом поверхностного натяжения, поэтому хорошо смачивает древесину и легко ее пропитывает, слабо выветривается при эксплуатации древесины. Недостаток диаммоний фосфата: затрудняет склеивание древесины, что ограничивает его применение при пропитке полуфабрикатов (фанера, доски поделочные и т.д.). При нагревании разлагается на аммиак и фосфорные кислоты. Кислоты негорючие и смачивают древесину, препятствуя горению, а аммиак образует негорючую газовую оболочку в верхнем слое древесины.

При 130-140°С:

(NH₄)₂HPO₄ → NH₄H₂PO₄ + NH₃

NH₄H₂PO₄ → H₃PO₄ + NH₃

При 260°С – ортофосфорная кислота переходит в пирофосфорную, а при 300°С – в метафосфорную с выделением воды:

2H₃PO₄ → H₄P₂O₇ + H₂O

H₄P₂O₇ → 2HPO₃ + H₂O

Таким образом при возрастании одна молекула диаммоний фосфата выделяет две молекулы аммиака, две молекулы воды и две молекулы метафосфорной кислоты (все – негорючие продукты, препятствующие возгоранию древесины и распространению пламени).

Указанным выше обосновывается необходимость применения в новом составе диаммоний фосфата или аммофоса.

Новый пропиточный состав:

- Диаммоний фосфат (NH₄)₂HPO₄ – 60-70 г/л;

- Борная кислота H₃BO₃ (3-4%) – 30-40 г/л;

- Бура Na₂B₄O₇ (4-5%) – 40-50 г/л;

- Силикат натрия с модулем 2,5-6 (SiO₂/ Na₂О) (12-15%) – 120-150 г/л.

В случае применения аммофоса по фактическому содержанию в нем диаммоний фосфата пересчитывается его необходимое количество. Аммофос необходимо растворять в теплой (до 50°С) воде любой жесткости, выдерживать сутки при периодическом перемешивании, а затем отцеживать и фильтровать.

Состав желательно применять в двухкомпонентном варианте с двухстадийной технологией нанесения:

Первый компонент – раствор диаммоний фосфата, борной кислоты и буры;

Второй компонент – раствор жидкого стекла.

Общий расход при двухстадийной обработке древесины – 300-500 г/м².

В случае неблагоприятных условий нанесения пропиточного состава или при пропитке наружных поверхностей во второй компонент можно вводить отвердители, вызывающие кристаллизацию силиката натрия в течение 1-2 часов (2-3% фосфороватистокислого кальция Ca(H₂PO₄)₂).

Для экспериментальной проверки состава была произведена закупка указанных реактивов, изготовлены образцы из заболонной части сосны 10х10х150мм и пропитаны в различных вариантах предлагаемого состава (5 вариантов).

Изготовлен прибор «Огневая труба» с целью определения параметров возгорания пропитанных образцов.

Исходя из результатов проведенных экспериментов, оптимальным является состав с минимальным содержанием ингредиентов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Консервирование и защита лесоматериалов / А.Я.Калниньш [и др.] – "Лесная промышленность", 1971.

2. Стабников В.Н. Антисептирование древесины в промышленности / В.Н.Стабников, В.Я.Пившиц. – Гос. изд-во по строительству и архитектуре, 1960.

3. Лекторский Д.Н. Защитная обработка древесины / Д.Н.Лекторский/ – М.-Л. : Гослесбумиздат, 1951.

4.