Основным компонентом древесины является целлюлоза - это горючий, легко воспламеняемый материал.

Термолиз целлюлозы протекает по двум стадиям: дегидратации и деполимеризации Это конкурирующие процессы. В результате дегидратации образуются сопряженные ненасыщенные структуры, формирующие при пиролизе карбонизованный остаток (КО); повышается термостойкость волокна. Деполимеризация протекает с высоким выходом смолы, левоглюкозана и его производных, являющихся горючими летучими продуктами [2].

Проблема снижения горючести целлюлозных материалов связана с направленным изменением химического процесса при пиролизе полимера, обеспечивающим его протекание в направлении внутримолекулярной дегидратации. При этом подавляются реакция разрыва основной цепи, приводящие к выделению горючих продуктов и наблюдается резкое снижение горючести материала.

Древесина относится к коксующимся при горении материалам, поэтому для снижения их горючести наиболее эффективными замедлителями горения являются фосфорсодержащие соединения, действие которых проявляется в основном в конденсированной фазе [1].

ПХДС (триэтаноламинная соль сульфированного совтола) представляет собой пастообразное вещество коричневого цвета, 4 класса опасности по ГОСТ 12.1 007-76. В молекуле ПХДС содержаться атомы хлора и фосфора, представляющие собой ингибиторы горения. Используемая для модификации паста ПХДС является достаточно термостойким продуктом. В интервале температур 40-210°С паста теряет 15% массы. Общие потеря массы при 600⁰С составляют 26%. Таким образом паста ПХДС разлагается в температурном интервале, совпадающем с термоокислительной деструкцией самой древесины, табл.3.1., что позволяет применять её для снижения горючести древесных материалов.

Таблица 1. Данные пиролиза древесины и ЗГ

Исследование сорбции замедлителя горения ПХДС древесиной. В работе изучалась кинетика сорбции пасты ПХДС древесиной и оценивалось влияние размеров образца древесины на ее способность к сорбции. Отмечено, что сорбция ПХДС при температуре 20±5°С особенно интенсивно протекает в течение первых 10-20 мин. С уменьшением толщины образца с 16 до 8 мм количество сорбированного ЗГ увеличивается. Термообработанные образцы сорбируют ПХДС в большем количестве, чем нетермообработанные.

Анализ данных термогравиметрического анализа модифицированных образцов показал, табл.2., что их разложение проходит в 2 стадии.

Таблица 2. Влияние термообработки на показатели пиролиза древесины

Первая стадия, вероятно всего, связана с выделением сорбированной воды, хотя нельзя исключить разложение пасты ПХДС в этом температурном интервале. Вторая стадия соответствует деструкции древесины. Отмечено инициирующее влияние ПХДС на разложение древесины, так как начальная температура разложения снижается на 20-30°С, по сравнению с немодифицированной древесиной и существенно сужается температурный интервал деструкции, несколько возрастает выход карбонизованного остатка. Кокс имеет более равномерную структуру с видимыми включениями замедлителя горения.

Кислородный индекс увеличивается с 18% об. для исходной древесины до 37% об. для древесины пропитанной 25% -ным раствором ПХДС и до 42% об. древесины пропитанной 50%-ным раствором ПХДС, при этом потери массы, определённые методом "огневой трубы", составляют 8,8% и 6,7%, соответственно.

Изучение возможности применения для огнезащиты метилакрилатных соединений. При обработке дистиллированной водой модифицированной древесины (в течении 14 дней) отмечено удаление ПХДС, и потери массы составляют 31%. В связи с этим подбирались составы, способствующие сохранению огнезащитного эффекта после мокрых обработок. Для этого использовались: порофор, ФОМ, ЛИМ, пропитка с фотоинициатором, а также пропитка древесины непосредственно концентрированной пастой ПХДС. Состав и характеристики образцов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Состав и характеристики образцов, содержащих метилакрилатные соединения

Из таблицы 3 видно, что наибольшие потери массы образцов при испытаниях на огневую трубу, имеет состав (ФОМ + ДР.) +ПХДС. Все композиции, содержащие в своём составе ФОМ не поддерживают самостоятельного горения и имеют низкие потери массы, придавая тем самым огнезащитный эффект древесине, табл. 3. Однако при введении ФОМа на образцах древесины после пропитки образуется жёлто-коричневая маслянистая жидкость, что безусловно ограничивает области применения таких огнезащищённых составов.

Исследование возможности получения древесно-стружечных плит пониженной горючести. В работе исследовалась возможность получения ДСП пониженной горючести. Для этого использовались отходы древесной промышленности - древесная стружка, опилки при введении в них модификатора и связующего с последующим прессованием в изделия. Прессование осуществлялось при температурах 150-160°С и давлении 10-20 МПа при различном соотношении пропитанного ПХДС наполнителя и связующего.

Таблица 4. Составы композиций

При использовании в качестве связующего гранулированных ПС, ПЭ, ПП, а в качестве наполнителя - древесных опилок, не достигнуто их равномерного распределения в композиции. В связи с этим в дальнейших исследованиях пропитку осуществляли с применением в качестве наполнителя - древесной муки, а в качестве связующего - ПВХ. Изучались составы с процентным содержанием связующего (70, 50, 40). Пропитка древесной муки осуществлялась 50% водным раствором пасты ПХДС, после сушки и добавления ПВХ осуществлялось прямое прессование композиции. Оптимальное содержание древесной муки и ПВХ 50% / 50%, а параметры прессования: Т=160-170°С; Р=25МПа

Для увеличения эластичности в ДСП вводились дибутилфталат (ДБФ) и ПЭС в количестве 5% масс. ч. от массы композиции. По внешнему виду образцов можно сделать вывод, что лучшим пластификатором для данного состава является ДБФ.

Испытания образцов на физико-механические свойства и на огневую трубу приведены в табл.5.

Таблица 5. Влияние ЗГ и ДБФ на свойства образцов

Отмечено, что введение ПХДС в древесные опилки, используемые при производстве древесно-стружечных материалов, незначительно уменьшает физико-механические свойства (табл.4), однако, увеличивает стойкость горению. Образцы не поддерживают самостоятельного горения, а потери массы образцов незначительны, что относит разработанный материал к трудногорючим.

Вывод: В результате проведённой работы разработана технология получения модифицированной древесины пониженной горючести с применением в качестве замедлителя горения пасты ПХДС. Разработаны параметры модификации, обеспечивающие получение древесных материалов с пониженной горючестью. Изучена возможность применения для огнезащиты метилакрилатных соединений, а также исследована возможность получения древесно-стружечных плит пониженной горючести.

Технологическая часть