Получение огнезащищенных древесноволокнистых плит с использованием фосфорамида ФКМ

УДК

DOI:

Аннотация

Повышение эффективности огнезащитных средств возможно за счет увеличения доли рабочих элементов в их составе, при этом требуется исключить возможность негативного действия на свойства и технологию изготовления древесных плит.

Целью работы было использование фосфорамида ФКМ — продукта с повышенным содержанием фосфора, получаемого конденсацией дигидрофосфата аммония с карбамидом в присутствии фосфорной кислоты, взамен известного антипирена — амидофосфата (КМ). Требовалось оптимизировать параметры закрепления антипирена ФКМ в древесноволокнистых плитах (ДВП) с одновременным улучшением качества плит.

Синтезированный ФКМ содержал подобранное на основе синергизма соотношение фосфора и азота, имел оптимальную по условиям образования плит кислотность и высокую концентрацию рабочего раствора. Синтетическое связующее не использовалось, межволоконное взаимодействие обеспечивалось термической обработкой отпрессованных плит непосредственно после горячего прессования.

Древесное волокно лиственных пород древесины, полученное на дефибраторе в ООО «Шекснинский КДП», обрабатывали воздушным распылением двумя антипиренами: ФКМ и КМ. Расход 50 %-го водного раствора антипиренов назначали исходя из заданной массовой доли фосфора в абс. сух. волокне 3 %. ДВП толщиной 3,2 мм прессовали при температуре 200 ^оС, максимальном давлении 5,5 МПа в течение 4,5 мин с последующей термической обработкой при температуре 160 ^оС в течение 30...210 мин. Измельченные образцы плит экстрагировали холодной и горячей водой, диэтиловым эфиром.

Прочность при изгибе образцов ДВП с ФКМ — 74,8...78,4 МПа, разбухание в воде —17,5...20,0 %, потеря массы при огневых испытаниях — 13,3...14,5 % без самостоятельного горения.

Установлено, что антипирен ФКМ может быть использован для изготовления огнезащищенных ДВП по сухому способу без применения синтетических связующих, при этом плиты характеризуются повышенными плотностью и прочностью и не содержат свободного формальдегида. Сохранение тепла плитами горячего прессования после непосредственной 30-минутной термической обработки является достаточным условием для достижения ими показателей физико-механических свойств на уровне нормативных требований к конструкционным влагостойким плитам с образованием прочно связанного огнезащитного комплекса.

Сведения об авторах

А.А. Леонович, д-р техн. наук, проф.

А.В. Шелоумов, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.

С.-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова,

Институтский пер., д. 5, г. С.-Петербург, Россия, 194021

E-mail: wood-plast@mail.ru

Ключевые слова

Литература

1. Гельман Н.Э., Шанина Т.М. Микроопределение фосфора // Журн. аналит. химии. 1962. Т. 17, Вып. 8. С. 998–1004.

2. Климова В.А. Основные микрометоды анализа органических соединений. М.: Химия, 1975. С. 94–104.

3. Леонович А.А. Новые древесноплитные материалы. СПб.: Химиздат, 2008. 160 с.

4. Отверждение карбамидоформальдегидной смолы в условиях изготовления огнезащищенных ДСтП / В.В. Васильев, М.Ю. Демина, Л.П. Белов, А.А. Леонович // Синтез, модифицирование и применение смол для древесных плит : науч.-практ. семинар, 18 нояб. 2004 г./ Под ред. А.А. Леоновича. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. С. 99–104.

5. Пат. 517491 РФ, МКИ В 27 К 3/52. Антипирен и способ его приготовления / Леонович А.А. № 2108036/15; Заявл. 21.02.75; Опубл. 05.03.93, Бюл. № 22.

6. Пат. 2172242 РФ, МПК⁷ В 27 К 3/52, 3/34, С 07 F 9/22. Способ получения антипирена / Леонович А.А., Шелоумов А.В. № 2000113921/04; Заявл. 31.05.2000; Опубл. 20.08.2001, Бюл. № 23.

Ссылка на английскую версию:

Obtaining Flame-Resistant Fiberboards Using Phosphoramide FKM

A.A. Leonovich, Doctor of Engineering, Professor

A.V. Sheloumov, Candidate of Engineering, Senior Researcher

St. Petersburg State Forest Technical University named after S.M. Kirov, Institutsky pereulok, 5, 194021St. Petersburg, Russia

E-mail: wood-plast@mail.ru

Efficiency of flame retardants can be improved by increasing the share of working elements in their composition while excluding the possibility of any negative effect on the properties and technology of fiberboards.

The research aimed to, instead of the well-known flame retardant amidophosphate KM (phosphoric acid and carbamide), use a product with high content of phosphorus, obtained by condensation of ammonium dihydrogen phosphate with urea in the presence of phosphoric acid, – phosphoramide code-named FKM (ammonium dihydrogen phosphate, phosphoric acid and carbamide). KM and FKM are stable designations of products in branch of industry and abroad. The goal was to optimize the parameters of FKM fixing in fiberboard while improving the quality of the board.

Synthesized FKM contained a ratio of phosphorus and nitrogen matched by synergy and had optimal acidity for board formation and high concentration of the working solution. No synthetic binder was used; interfiber interaction was provided by heat treatment of the pressed boards immediately after hot pressing.

Hardwood fiber, generated on the defibrator at LLC “Sheksninsky KDP”, was treated by spraying two flame retardants: phosphoramide FKM and amidophosphate KM. The flowrate of 50 % aqueous solution of fire retardants was determined on the basis of the calculated 3 % mass fraction of phosphorus in absolutely dry fiber. 3.2 mm thick hardboard was pressed at a temperature of 200 °C with a maximum pressure of 5.5 MPa for 4.5 min, followed by heat treatment at 160 °C for 30–210 min. The ground boards were extracted by either cold or hot water or by ethyl ether.

Bending strength of sample fiberboards with FKM was 74.8–78.4 MPa; swelling in water 17.5–20.0 %; mass loss during fire tests 13.3–14.5 % without self-combustion.

It was found that phosphoramide FKM can be used to produce dry processed flame-resistant fiberboard without synthetic binders. The boards have high density and strength and do not contain free formaldehyde. Keeping the boards warm after hot pressing by immediate 30-minute heat treatment is sufficient to achieve the physical and mechanical properties conforming to the regulatory requirements for water-resistant boards with strongly bound flame retardant complex.

Keywords: amidophosphate, flame retardant, flammability, hardboard, modification, phosphoramide, formaldehyde emission.

REFERENCES

1. Gel'man N.E., Shanina T.M. Mikroopredelenie fosfora [Microdetermination of Phosphorus]. Zhurnal analiticheskoy khimii, 1962, vol. 17, iss. 8, pp. 998–1004.

2. Klimova V.A. Osnovnye mikrometody analiza organicheskikh soedineniy [Basic Micromethods of Organic Compounds Analysis]. Moscow, 1975, pp. 94–104.

3. Leonovich A.A. Novye drevesnoplitnye materialy [New Wood Board Materials]. St. Petersburg, 2008. 160 p.

4. Vasil'ev V.V., Demina M.Yu., Belov L.P., Leonovich A.A. Otverzhdenie karbamidoformal'degidnoy smoly v usloviyakh izgotovleniya ognezashchishchennykh DStP [Solidification of Urea-Formaldehyde Resin in Production of Flame-Resistant Particle Board]. Sintez, modifitsirovanie i primenenie smol dlya drevesnykh plit: nauch.-prakt. seminar [Synthesis, Modification and Use of Resins for Wood Boards]. 18 November 2004. St. Petersburg, 2004, pp. 99–104.

5. Leonovich A.A. Antipiren i sposob ego prigotovleniya [Flame Retardant and the Method of Its Preparation]. Patent RF no. 517491.

6. Leonovich A.A., Sheloumov A.V. Sposob polucheniya antipirena [The Method of Fire Retardant Preparation]. Patent RF no. 2172242.