Азотфосфорсодержащие антипирены для древесины на основе продуктов аминолиза полиуретанов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

негорючим. Модель позволяет изучить изменение напряженно -деформированного состояния строительной конструкции заданной формы по мере горения (рис. 1а), изучить характер фрагментации (рис. 1б) и полного обрушения конструкции (рис. 1в). Разработанная модель имеет не только научную ценность, но может использоваться для прогнозирования пожарной опасности зданий и сооружений.

Список использованной литературы

1. Советов Б.Я. Моделирование систем: учеб. пособие / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. - М.: Высш. шк., 1998. - 319 с.

2. Hoover W.G. Atomistic Nonequilibrium Computer Simulations / W.G. Hoover // Physica A. - 1983. - Vol. 118. - P. 111-122.

3. Кривцов А.М. Деформирование и разрушение тел с микроструктурой / А.М. Кривцов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 304 с.

АЗОТФОСФОРСОДЕРЖАЩИЕ АНТИПИРЕНЫ ДЛЯ ДРЕВЕСИНЫ НА ОСНОВЕ ПРОДУКТОВ АМИНОЛИЗА ПОЛИУРЕТАНОВ

В.М. Балакин, профессор, к.х.н., А.А. Галлямов, аспирант, Уральский государственный лесотехнический университет,

г. Екатеринбург

Трудно назвать какую-либо отрасль хозяйства, где древесина не использовалась бы в том или ином виде (натуральном или переработанном), и перечислить разнообразные изделия, в которые древесина входит составной частью. По объему и разнообразию применения в народном хозяйстве с древесиной не может сравниться никакой другой материал. Ее используют для изготовления мебели, столярно-строительных изделий (дверей, окон, полов, паркета, панельных деревянных домов). Из нее делают элементы мостов, судов, кузовов, вагонов, тару, шпалы.

Объемы промышленного потребления древесины постоянно увеличиваются, она относится к категории доступных, возобновляемых видов природного сырья, и имеет сравнительно низкую себестоимость добычи и переработки.

Одной из главных проблем применения древесины в различных отраслях народного хозяйства является ее высокая пожарная опасность. Легкая воспламеняемость, горючесть и другие пожароопасные свойства древесины весьма ограничивают область ее применения в строительстве, обусловливают необходимость проведения огнезащитных, а зачастую дорогостоящих мероприятий. Решение данной проблемы, выбор наиболее рациональных и эффективных мер для огнезащиты древесины и древесных материалов [1, 2].

Целью данной работы является получение азотфосфорсодержащих огнезащитных составов для древесины на основе продуктов аминолиза полиуретанов (ПУ) и изучение их свойств.

В качестве агентов деструкции применялись следующие амины: этилендиамин (ЭДА), диэтилентриамин (ДЭТА), полиэтиленполиамин (ПЭПА).

В работе применялись отходы производства полиуретановых изделий марки ТЭЬ 630 на основе 2,4-толуилендиизоцианата, сложного полиэфира адипиновой кислоты и гликоля, отвердитель - 4,4'-диамино-3,3'-дихлордифенилметан (I):

-ш-С-ш

н

о

(I)

Деструкцию проводили в трехгорловой колбе, снабженной перемешивающим устройством и обратным холодильником, при температуре 140-180 °С. Массовое соотношение ПУ и амин изменялось в экспериментах от 1:1 до 1:2. Время реакции составляло 3-5 ч. После охлаждения продукты аминолиза представляли собой пастообразные вещества темно-красного цвета.

Продукты деструкции ПУ (I) диэтилентриамином были проанализированы, методом газо-жидкостной хроматографии, совмещенной с масс-спектроскопией (ГЖХ-МС), на приборе <^С 2010», фирмы Shimadzu (рис. 1).

Рис. 1. Данные ГЖХ-МС продукта деструкции ПУ (I) ДЭТА

Из данных газожидкостной хроматографии, совмещенной с масс-спектрометрией, следует, что происходит полная деструкция ПУ (I). В реакционной массе после деструкции ПУ (I) обнаружены: этиленгликоль, диэтилентриамин, 2,4-толуилендиамин, Ы-(2-амминоэтил)-пиперазин, 4,4'-диамино-3,3'-дихлордифенилметан.

Осаждением водой из продукта аминолиза ПУ (I) был выделен хлопьевидный осадок. После промывки дистиллированной водой осадок был проанализирован методом ИК-спектроскопии (рис. 2).

Волновое число, см-1

Рис. 2. ИК-спектры 4,4'-диамино-3,3'-дихлордифенилметан (1) и осадка, выделенного из продукта деструкции ПУ (I) ДЭТА (2)

Как видно из рисунка 2, в ИК-спектрах присутствуют полосы поглощения в области 3440-3300 и 3300-3250 см-1, которые соответствуют валентным колебаниям -ЫИ-группы в первичных аминах. Так же, в спектрах вещества присутствуют полосы поглощения в области 3100-3000 см-1, и 2940-2860 см-1 которые характерны соответственно ароматическим и алифатическим валентным колебаниям С-Н связи. В спектрах наблюдаются полосы поглощения в области 1615 см-1 и 1440 см-1, которые характерны соответственно для деформационных колебаний Ы-И-связи в первичных аминах и валентных колебаний С-Ы-связи в ароматических аминах [3-6]. ИК-спектр осадка, выделенного из продукта деструкции ПУ (I), идентичен ИК-спектру 4,4'-диамино-3,3'-дихлордифенилметана. Таким образом, выделенным осадком из продукта деструкции ПУ (I) является 4,4'-диамино-3,3'-дихлордифенилметан.

На основании литературных данных и результатов ГЖХ-МС и ИК-спектроскопии можно предположить, что деструкция ПУ (I) ДЭТА протекает по механизму аминолиза с образованием этиленгликоля, полиамида на основе адипиновой кислоты и диэтилентриамина, мочевинных производных на основе 2,4-толуилендиизоцианата и ДЭТА [7, 8]. Далее реакция протекает по механизму гидролиза. Поскольку полностью нельзя исключить содержание

влаги как в воздухе, так и в исходных соединениях, то в результате действия воды при температуре 170 °С происходит деструкция мочевинных производных с образованием 2,4-толуилендиамина, углекислого газа и ДЭТА [9, 10].

Продукты аминолиза использовались в реакции Кабачника-Филдса в качестве аминосоставляющего компонента для синтеза а-аминометиленфосфоновых кислот ароматического и алифатического ряда. Реакционную массу после фосфорилирования, содержащую смесь а-аминометиленфосфоновых кислот, нейтрализовали водным раствором аммиака до рН = 7 с получением смеси аммонийных солей а-аминометиленфосфоновых кислот [11]. Полученный раствор аммонийных солей был испытан в качестве огнезащитного состава (ОЗС) для древесины.

Первичная оценка огнезащитных свойств составов была определена на образцах сосны размером 150x60x30 мм, на установке для огневых испытаний типа ОТМ.

На основе данных были получены зависимости потери массы образцов древесины от расхода ОЗС (рис. 3).

S0 140 1?0 Z40 2» НО

Расход, г/м^

Рис. 3. Зависимость потери массы древесины от расхода ОЗС ПУ (I) ди- и полиаминами

Таким образом, на основе продуктов аминолиза ПУ (I) ди- и полиаминами получены высокоэффективные азотфосфорсодержащие огнезащитные составы для древесины. При расходе от 190 г/м потеря массы древесины составляла менее 9 %. В дальнейшем планируется проведение испытаний полученных огнезащитных составов согласно СП 2.13130.2012 [12].

Список использованной литературы

1. Асеева Р.М. Горение древесины и ее пожароопасные свойства / Р.М. Асеева, Б.Б. Серков, А.Б. Сивенков. - М.: Пожнаука, 2010. - 262 с.

2. Афанасьев С.В. Теория и практика огнезащиты древесины и древесных изделий: монография / С.В. Афанасьев, В.М. Балакин. - Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2012. - 137 с.

3. Купцов А.Х., Жижин Г.Н. Фурье-К, ИК-спектры полимеров / А.Х. Купцов, Г.Н. Жижин. - М.: Физматлит, 2001. - 581 с.

4. Тарасевич Б.Н. ИК-спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы / Б.Н. Тарасевич. - М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2012. - 54 с.

5. Сильверстейн Р., Вебстерн Ф., Кимл Д. Спектрометрическая идентификация органических соединений / Р. Сильверстейн, Ф. Вебстерн, Д. Кимл - М.: Бином, 2012. - 558 с.

6. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул / Л. Беллами -М.: Изд-во Иностранной литературы, 1963. - 591 с.

7. Zia K.M. Methods for polyurethane and polyurethane composites, recycling and recovery: A review / K.M. Zia, H.N. Bhatti, I.A. Bhatti // Reactive & Functional Polymers.-2007.-V. 67. - №8. - P. 675-692.

8. Xue S. Preparation of epoxy hardeners from waste rigid polyurethane foam and their application / S. Xue, M. Omoto, T. Hidai, Y. Imai // Journal of Polymer Science. - 1995. -V. 56. -№ 2. - P. 127-134.

9. Садыкова Л.Ш. Продукты амидолиза полиуретанов, деструктированные е-капролактаном и их применение. дисс. канд. хим. наук. Казань. - 2011. - 127 с.

10. Бакирова И.Н. Получение, свойства и применение продуктов химической деструкции сетчатых полиуретанов. дисс. докт. хим. наук. Казань. - 2004. - 311 с.

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

12. СП 2.13130.2012. Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты: приказ МЧС России от 21.11.2012 № 693; введ. 27.11.2012. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2012.

ФОСФОРСОДЕРЖАЩИЕ ЗАМЕДЛИТЕЛИ ГОРЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ НА ОСНОВЕ АЗОТСОДЕРЖАЩЕЙ ЧАСТИ ПРОДУКТА ДЕСТРУКЦИИ

ОТХОДОВ ПОЛИКАРБОНАТОВ

В.М. Балакин, профессор, к.х.н., С.В. Ислентьев, аспирант, Уральский государственный лесотехнический университет,

г. Екатеринбург

Древесина является уникальным природным полимерным композитом. Вследствие чего древесина является одними из важнейших строительных материалов. Древесина обладает рядом достоинств, таких как экологичность, малая плотность при относительно высокой прочности, небольшая теплопроводность и легкость механической обработки. Тем не менее, древесина обладает рядом недостатков, ограничивающих её применение. Одной из главных проблем применения древесины в различных отраслях