ФИЗИКО-ХИМИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ С ЛИГНИНОМ  ПРИ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ ДРЕВЕСИНЫ ФОСФАТНЫМ АНТИПИРЕНОМ

E.P. Konstantinova; P.V. Nikolaev; E.D. Krutova; D.A. Ptitsyn; I.A. Kapustin

doi:10.6060/rcj.2022661.3

E.P. Konstantinova Ивановский государственный химико-технологический университет
P.V. Nikolaev Ивановский государственный химико-технологический университет
E.D. Krutova Ивановский государственный химико-технологический университет
D.A. Ptitsyn Ивановский государственный химико-технологический университет
I.A. Kapustin Ивановский государственный химико-технологический университет

DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2022661.3

Ключевые слова: антипирен, поренбейц, отвердитель, эпоксидный олигомер, ортофосфорная кислота, целлюлоза, лигнин, краситель

Аннотация

Для снижения горючести и выявления природной текстуры древесины нами предложен фосфатный отвердитель-антипирен (ФОА), получаемый на основе промышленной ортофосфорной кислоты и ацетангидрида. Фосфорсодержащие соединения в условиях пожара способны разлагаться с образованием полифосфорных кислот, образующих барьерное покрытие на поверхности объекта, а также веществ, являющихся ингибиторами свободно-радикального горения, тем самым понижая скорость реакций и тепловыделения [1].

Показано, что при обработке поверхности древесины ФОА выявляется ее естественная текстура. Установлено, что выявление текстуры происходит в результате реакций продуктов гидролиза целлюлозы и компонентов лигнина по механизму образования трифенилметановых красителей.

Показано, что участие в образовании цветных соединений принимают фенольные компоненты лигнина, поскольку очищенная целлюлоза и хлопок в виде ровницы не окрашиваются ФОА. Древесина хвойных пород окрашивается сильнее чем лиственных, поскольку содержание лигнина в них больше.

Предложена схема последовательно-параллельных реакций ответственных за появление цветных структур в текстуре древесины в присутствии ФОА и кислорода воздуха. Рассмотрен механизм термического распада целлюлозы в процессе горения в присутствии ФОА, в результате которого образуется преимущественно углистый остаток. На основании количественных экспериментальных данных, полученных при сжигании образцов бумаги-ватман, пропитанных ФОА, сделан вывод о катализе процесса коксообразования и увеличении выхода кокса.

Таким образом, обработка древесины ФОА придает ей декоративный внешний вид и выполняет защитную функцию, снижая ее горючесть. Предложена система прозрачной декоративной огнезащитной отделки древесины, в которой ФОА выполняет функции поренбейца-антипирена и отвердителя финишного эпоксидного лакового покрытия.

Литература

Chursova L.V, Panina N.N., Grebneva T.A., Kutergina I.Yu. Epoxy resins, hardeners, modifiers and binders based on them. - St. Petersburg.: PSC Profession. 2020. 576 p.

Zhukov E.V., Onegin V.I. Technology of protective and decorative coatings of wood and wood materials: Textbook for universities. - M.: Ecology. 1993. 304 p.

Nikolaev P V., Nikolaeva E.P. Synthesis of phosphate hardener-flame retardant and reokinetics of epoxy composites with its application. Journal of applied chemistry. 2005. V. 78. N 5. P. 860-864 (in Russian).

Bogomolov B.D. Chemistry of wood and fundamentals of chemistry of high-molecular compounds. M.: Lesnaya prom. 1973. 399 p.

Drysdale D. Introduction to the dynamics of fires. M.: Stroizdat. 1990. 424 p.

Geller A.A., Geller B.E. Practical guide to the physical chemistry of fiber-forming polymers. 1972. 200 p.

Trofimova N.N., Babkin V.A. Study of acid hydrolysis of larch wood polysaccharides for obtaining crystalline glucose. Chemistry of plant raw materials. 2009. N 3. P. 31 (in Russian).

Sazanov Yu.N., Gribanov A.V. Carbonization of polymers. SPb.: Scientific foundations and technologies. 2013. 296 p.

Medvedeva E.N., Babkin V.A. The use of lignin for the synthesis of phenol-formaldehyde resins. Chemistry for sustainable development. 1996. V. 4. N 4-5. P. 333-342 (in Russian).

Haupman Z., Grefe Yu., Remane H. Organic chemistry. M.: Chemistry. 1979. 832 p.

Sorokin M.F. Chemistry and technology of film-forming substances: textbook. for higher education institutions. M.: Chemistry. 1981. 448 p.

Knop A., Sheib V. Phenolic resins and materials based on them. M.: Chemistry. 1983. 280 p.

Stepanov B.I. Introduction to chemistry and technology of organic dyes. M.: Chemistry. 1984. 592 p.

Loginova V.A., Cheshkova A.V., Frolova T.S. Preparation of dyed azolignins on linen cotTonin modified by en-zymes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 2. P. 6470 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206302.5970.

Nikolaev P.V., Konstantinova E.P. Possibilities of regulating the oxygen balance and composition of the fire extinguishing aerosol of epoxy polymer solid fuel elements in fire extinguishing media. Jour-nal of applied chemistry. 2014. V. 87. N 4. P. 505-508 (in Russian).

Konstantinova E.P., Nikolaev P.V., Lapteva N.V. Active solvents in the synthesis of oligoesteracil derivatives of epoxy oligomers and inorganic acids. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2011. V. 54. N 9. P. 80-85 (in Russian).

Konstantinova E.P., Filippova E.V., Nikolaev P.V. Low-temperature methods of synthesis of epoxy ether modified by amines and acids. Paint and varnish industry. 2017. N 4. P. 31-32 (in Russian).

Konstantinova E.P., Golitsina O.E. Epoxy oligoether-phosphatephthalates-catalysts and inhibitors of curing of powder high-filled phenol-formaldehyde binders. Paint and varnish industry. 2015. N 6. Р. 36 (in Russian).

Nikolaev P.V., Islaykin M.K. Kinetic and quantum-chemical studies of the opening of the α-oxide cycle by acids. Journal of General chemistry. 2003. V. 73. N 1. P. 103-109 (in Russian).