SE510143C2 - Brandskyddsmedel - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 510143 impregnera i frånvaro av syra. En första nackdel med Blunt's metod är att processtegen, som innefattar en första impregnering, dränering, en andra impregnering och följande torkning knappast tillförsäkrar en tillräckligt djupt gående impregnering av stora material. Material som impregnerats enligt denna metod uppfyller därför i många fall inte de norska kraven för brandteknisk klassning. En andra och åtminstone lika viktig nackdel är att impregneringen måste genomföras i två steg för att man skall undvika utfällning av metallfosfater innan de tränger in i materialet. Om man trots detta ändå skulle kunna åstadkomma ett knappt acceptabelt icke- hygroskopiskt resultat med Blunt's metod så skulle dräneringen efter det första impregneringssteget behöva ersättas med ett tidsödande torkningssteg. En tvåstegs torkningsprocess innebär risk för ekonomisk förlust beroende på behovet av ökad hantering av materialet. Dessa faktorer kan också förorsaka ökade priser på impregnerat material. Ändamål Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett medel och ett förfarande för impregnering av vattenabsorberbara och normalt brännbara material, vilket medel även vid en enstegs impregnering ger en korrekt kvarhållning av ett medel som är brand- och rökdämpande även under inverkan av yttre fukt, och vilket uppfyller de högt ställda tekniska klassningskraven enligt norsk standard.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett sådant medel, vilket undanröjer problemen med missfärgning av impregnerat timmer eller trä.

Uppfinningen De ovan nämnda ändamålen uppfylls genom ett förfarande enligt den kännetecknande delen i kravet 5 och genom ett medel enligt den kännetecknande delen i kravet 1.

Ytterligare fördelaktiga särdrag kommer framgår av motsvarande underpatentkrav.

Uppfinningen åstadkommer alltså en brand- och rökdämpande eller -fördröjande, vattenbaserad sammansättning för användning vid en enstegsimpregnering av vattenabsorberbara och normalt brännbara material såsom trä eller timmer, papper, och textilier såsom rayon, bomull och ull, och 'lO 15 20 25 30 35 510143 vilken sammansättning består av ammoniumfosfater, vattenlösliga metallsalter och valfria tillsatser såsom fungicider.

Sammansättningen kännetecknas av att den består av: 0,5-40 vikts% monoammoniumfosfat och/eller diammoniumfosfat, 5-20 vikts% av en vattenlösning och dissocierbar ammoniumförening, 10-60% vattenlösligt metallsalt med förmåga att bilda vattenolösliga salter med fosfatjoner och/eller ammoniumfosfatjoner, 0-30 vikts% fosforsiffra (85%), 1-20 vikts% ättikssyra, och efter önskan upp till 5 vikts% tillsatser i en total koncentration av mellan 1 och 55 vikts% bäknat på den totala massan av den vattenbaserade lösningen. lVlaterialen impregneras på ett sätt som är känt i och för sig och som tillförsäkrar en tillräcklig absorption av medlet enligt uppfinningen, såsom genom neddoppning eller tryck-vakuumimpregnering.

Efter impregneringen torkas materialet vid förhållanden som tillförsäkrar ett bortskaffande av vatten och iättikssyra (HAc) ur impregneringslösningen.

Det gradvisa bortskaffandet av HAc resulterat i en gradvis förändring av pH i impregneringslösningen, vilket i sin tur leder till en utfällning av vattenolösliga metallfosfater och/eller metallammoniumfosfater från ammoniumfosfaterna och fosforsyran. Det impregnerade materialet kommer på detta sätt att uppvisa en hög och likformig halt av branddämpande, vattenolösliga salter såsom metall-ammoniumfosfat och metallfosfat utan närvaro av någon korroderande syra. Dessutom uppfyller det impregnerade materialet de högsta kraven med avseende på norsk standard vad avser brandklassifiering, och det är neutralt med avseende på färgförändring i det impregnerade materialet.

Den här aktuella brand- och rökdämpande sammansättningen tillåter också en enstegs impregnering, vilket innebär en kostnadsbesparing speciellt vid framställning av branddämpade material såsom timmer eller trävaror.

Mer i detalj kan medlet enligt föreliggande uppfinning framställas genom blandning av två separata komponenter al och bl: där komponenten al består av vatten, mono- och/eller diammonium- fosfat, efter önskan fosforsyra och en ammoniumförening med förmåga att dissociera i vatten, t ex ammoniumacetat; ammoniumsulfit, ammoniumsulfat, ammoniumklorid och ammoniumnitrat, företrädesvis ammoniumacetat, varvid halten av och förhållandet mellan vatten och ammoniumsalterna och efter 10 15 20 25 30 35 510145 önskan fosforsyra, väljs så att man erhåller ett pH av 3-6, där komponenten b) består av vatten, ättikssyra och åtminstone ett vattenlösligt metallsalt med förmåga att bilda vattenolösliga salter med fosfatjoner och/eller ammoniumfosfatjoner, t ex magnesiumsulfat och/eller magnesiumacetat, där halten av och förhållandet mellan vatten och ättikssyra valts så att man erhåller ett pH-värde inom gränserna 1,5-3,2, och där komponenterna a) och b) företrädesvis blandas ihop vid omgivande luftens temperatur och ett pH som justerats med ammonium- acetat eller en syra, företrädesvis 50% fosforsyra, och efter önskan med tillsatser, så att de bildar en enkomponents brand- och rökdämpande impregneringslösning med ett pH inom gränserna l,5-4,3. l sådana fall då kraven på inhibering av korrosion är mindre starka kan fosforsyran ersättas av andra organiska syror såsom HCI eller H2SO4.

Påvisbart lämpliga metallsalter för användning vid föreliggande uppfinning är salter som bildar olösliga fosfater eller ammoniumfosfater i det impregnerade materialet. Exempel på sådana metallsalter är salter av de alkaliska jordmetallerna Ba, Ca och Mg, och av metaller ur grupp IV i det periodiska systemet, såsom Fe, Cu och Zn. Exempel på lämpliga metallsalter för användning vid föreliggande uppfinningar är klorider av Cu, Zn, Ba, Ca, Mg och Fe, sulfater av Cu, Zn, Fe, Mg, och acetater av Ca, Cu, Zn och lVlg.

Magnesiumsulfat är att föredra av flera skäl: lågt pris, låg toxicitet, god löslighet i moderlösningen före impregnering, och låg löslighet efter impregnering och torkning, t ex i form av magnesiumammonium-fosfat.

Fackmannen på området kan emellertid, med ledning av den föreliggande beskrivningen och deras ordinarie kunskap, upptäcka andra metallsalter som är lämpade för användning vid uppfinningen.

Lämpliga ammoniumföreningar för användning vid komponenten a) ovan kan vara vilken som helst förening som dissocieras i den vattenbaserade lösningen och som bildar ammoniumjoner. Föredragna ammoniumföreningar är ammoniumacetat och/eller ammoniumsulfat, vilka vid en ändring av pH under torkningssteget samverkar vid bildandet av olösliga metallammonium- fosfater.

Den impregnerade lösningen kan innehålla varierande mängder av salter beroende på det absorberade materialet och omfattningen av den önskade dämpnings- eller fördröjningseffekten. T ex timmer kräver relativt hög halt av salter, t ex åtminstone 20 vikts% (i timret), medan andra material ofta kräver 10 15 20 25 30 35 510143 mindre halt av salter. Beroende på innehållet av t ex Mg-salter kan åtminstone en dei av magnesiumsulfatet ersättas av magnesiumacetat för att minska sulfatkoncentrationen i lösningen.

Den impregnerade lösningen kan inkorporeras i substratmaterialet på i och för sig känt sätt. Med avseende på timmer är t ex konventionella impregneringsprocesser lämpliga.

Vid preparering av material som är svåra att impregnera eller material med relativt stor tjocklek, t ex timmer är det att föredra att det impregnerade materialet torkas i en atmosfär med gradvis minskad fukthalt. Om t ex det impregnerade timret torkas i en atmosfär med låg fukthalt måste en ökad torkningstemperatur användas, eller måste en disporportionerligt längre tid användas för att bortskaffa en väsentlig del av den ättikssyra som finns kvar i timret, om detta över huvud taget är möjligt. Det är emellertid så, att höga torkningstemperaturer väsentligt försvagar timrets styrka, t ex med omkring 50% vid en torkningstemperatur av 120°C. För att undvika en försvagning av timrets styrka och åstadkomma ett bortskaffande av ättikssyrakomponenten är där lämpligt att timret torkas under 1-3 veckor vid omkring 60°C och i en atmosfär med gradvis minskad fuktalt, t ex från 100% RH vid början och ned till 20% RH vid slutet av torkningssteget. Det är vidare lämpligt att torka timret med byte av luft för att hålla partialtrycket av ättikssyra vid en acceptabelt låg nivå med hänsyn till koncentrationsgradienten under bort- tagandet av densamma ur timret. Tid-, temperatur- och fuktförhållandena kan variera från en typ av material till en annan typ, och variationerna sker med varierande dimensioner på materialet.

Utan att behöva bindas till någon speciellt förklaringsteori kan man tro att torkning i en atmosfär med gradvis minskad fukthalt förhindrar koncentrering av HAc och nedbringar det binära systemet vatten/ättikssyra med en följande ökning av pH, t ex till 4,5, och åstadkommer en gradvis utfällning av brandskyddande fosfater och ammoniumfosfater. Den resulterande impregneringen blirpå detta sätt likformigt fördelad i materialet och blir också vattenolöslig och icke-hygroskopisk. Dessutom visar försök som genomförts med föreliggande uppfinning att timmer som impregnerats och torkats på detta sätt är praktiskt taget fritt från rester av ättikssyra.

Tack vare den höga halten solitt material efter torkning uppfyller timmer som impregnerats på detta sätt kraven för den högsta klassifieringen för organiskt material enligt norsk standard nr 3919, och det uppvisar inte 10 15 20 25 30 35 I' C) 10145 nackdelen med missfärgning av timret eller korrodering av metallkomponenter som är lokaliserade inuti eller i närheten av det impregnerade timret.

Uppfinningen skall nu beskrivas mer i detalj i det följande med hänvisning till bifogade ritningar, vilka illustrerar resultaten från brandtekniska prov som genomförts på furu (tall) som impregnerats med en samman- sättning enligt uppfinningen.

En föredragen sammansättning enligt uppfinningen för timmer, och utan tillsatser, består av: Monoammoniumfosfat 0,5 - 20 vikts% Ammoniumsulfat 0,5 - 20 vikts% Ammoniumacetat 10,0 - 20 vikts% Magnesiumsulfat 5,0 - 40 vikts% Magnesiumacetat 10,0 - 20 vikts% Fosforsyra 85% 15,0 ~ 30 vikts% Åuikssyra 10,0 - 20 vikts% Denna sammansättning har den fördelen, att det impregnerade träet uppvisar gott brandskydd, håg hygroskopitet, god bas för påläggning t ex av fernissa och bets, det ger mycket liten korrodering på spikar och liknande som förekommer i eller intill träet.

Nlagnesiumsalter tillsätts för att binda upp magnesiumjonerna till vattenolösliga magnesiumfosfater och magnesiumammoniumfosfater.

Dessutom kan en nätverksbildande substans tillsättas, t ex i form av en polymerbildande organisk monomer, vilken förbättrar fixeringen av salterna och gör de träbaserade produkterna och andra vattenabsorberande material mer resistenta mot utlakning efter impregneringen.

Framställning av en föredragen lösning för impregnering Såsom nämnts ovan framställs impregneringslösningen av den ovan nämnda föredragna sammansättningen i två satser, vilka kombineras och pH-justeras till mellan pH 1,5 och 4,3. lhopblandningen av de respektive komponenterna kan emellertid ske i ett steg, men med hänsyn till den möjliga utfällningen vid framställning av den koncentrerade lösningen är det vanligen lämpligt att dela upp framställningen av sammansättningen i två steg eller SaTSGf. 10 15 20 25 30 35 510143 Sammansättning A Till en lämplig mängd vatten och i en lämplig behållare av plast eller rostfritt stål och försedd med en omrörande och en pH-mätare sattes: a) monoammoniumfosfat under konstant omröring till dess allt blivit löst, b) ammoniumsulfat underfortsatt omröring, och omröringen fortsattes till dess allting blivit löst, c) magnesiumsulfat med fortsatt omröring, och omröringen fortsattes till dess allt blivit löst.

Sammansättning B Till en lämplig volym vatten och i en lämplig behållare av plast eller av rostfritt stål försedd med omrörande och med en pH-mätare sattes: al magnesiumacetat under konstant omröring till dess allt blivit löst, b) ättiksssyra under konstant omröring till dess ett pH-värde av 1,5-3,2 uppnåtts, företrädesvis ett pH-värde av 2,0.

Sammansättningen B tillsätts till sammansättningen A under konstant omröring. pH-värdet justerades till 3,5-3,7, med ammoniumacetat för ökning av pH vid behov, eller med fosforsyra för minskning av pH vid behov. Efter viss tidsperiod och omröring avslutades omröringen, och lösningen fick vila så att den satte sig.

Alternativt kan pH-värdet i lösningen minskas med hjälp av svavelsyra, saltsyra och/eller ättiksssyra, och det kan ökas med hjälp av alkaliska föreningar såsom ammoniumhydroxid. ' Ammoniumacetat är emellertid att föredra beroende på dettas brandfördröjande effekt efter utfällning i det impregnerade materialet.

Impregnering av timmer eller trämaterial lmpregnering av timmer eller trämaterial kan genomföras i en konventionell impregneringsanläggning för trä. Efter det att träet placerats i impregneringsanläggningen utsätts det för ett lågt tryck av 50 mbar under 20 minuter. lmpregneringslösningen införs i impregneringsansläggningen, och trämaterialet trycksätts, företrädesvis upp till 16 bar till dess önskad mängd vätska trängt in i träet (2-10 timmar).

Lösningen bör innehålla mellan 5 och 55 vikts% torrsubstans beräknat 10 15 20 25 30 35 0"! _; (_) -A -ia 04 på mängden lösning, t ex med en föredragen sammansättning såsom angivits ovan.

Trämaterialet torkas i en konventionell trätork, företrädesvis vid 60°C, och i en atmosfär med gradvis minskad fukthalt och med kontinuerligt eller satsvis bortskaffande av ättikssyra från torkningsatmosfären för att bibehålla en koncentrationsgradient ättikssyra under del-bortskaffandet är densamma, varvid ättikssyran avleds ur trämaterialet. Efter torkníngen skall trämaterialet innehålla 15-40 vikts% av impregneringssammansättningen (torrsubstansl beräknat med hänsyn till det torra trämaterialets massa.

Impregnering av textilmaterial Textilier av rayon, bomull, ull, komposlt-textilmaterial eller textilmaterial av andra brännbara och vattenabsorberande material doppas i impregnerings- lösningen, eller så sprutas impregneringslösningen på materialet. Koncentra- tionen på impregneringslösningen skall bero av behandlingssättet och skall normalt ligga mellan 5 och 25 vikts% torrsubstans av totalmängen av vätskan. Partiklar med en diameter över lOO pm bortskaffas genom filtrering.

Efter neddoppning pressas överskottet av vätskan ut, och därefter torkas textilierna. Efter torkníngen skall textilierna uppvisa en viktsökning med 10-15% härrörande från fast material från impregneringslösningen. lmpregnering av textilier i enlighet med föreliggande uppfinning resulterar i ett impregnerat material med mycket små och enhetligt fördelade brandfördröjande metallsalter, t ex med 20p.m storlek, och på detta sätt kommer materialet att även efter impregneringen ha samma konsistens, t ex mjukhet som före impregneringen. l motsats till jämförbara tidigare metoder tillförsäkrar föreliggande uppfinningen även en reglerbar impregnering med hänsyn till mängden brandfördröjande komponenter i textilmaterialet.

Impregnering av papper och pappersprodukter Papper och pappersprodukter impregneras på ett liknande sätt som textilier.

Brandtest För att demonstrera vätskans effektivitet som brandfördröjande och rökfördröjande medel impregerades en sats furupanel med en tjocklek av 12 mm med en vätska som preparerats i enlighet med den metod som beskrivits 10 15 20 510143 ovan, och som har följande sammansättning: Tabell 1 Sammansättning hos olika impregneringslösningar AA BB CC (vikts%) (vikts%) (vikts%) Monoammoniumfosfat 22,20 15,18 Diammoniumfosfat 7,24 Ammoniumsulfat 2,90 3,03 Ammoniumacetat 4,52 0,20 5,06 Nlagnesiumsulfat - 7H2O 15,38 6,76 8,09 l\/lagnesiumacetat - 4H2O 2,90 3,03 Fosforsyra (85%) 18,57 6,92 Ättikssyra (60%) 7,24 6,76 Tillsatser 4,19 3,03 Vatten 47,00 54,10 56,64 Panelen testades i enlighet med Nordtest-metoden, vilken är identisk med standarden NS-lNSTA 412.

Resultaten av denna test visas i figurerna 1-3 vad avser proven AA resp. BB resp. CC. Figurerna illustrerar att den impregnerade furupanelen uppfyller de brandtekniska kraven i NS-INSTA 412 med goda marginaler, såväl vad avser temperaturen som speciellt rökutvecklingen, vilken i praktiken är noll. Efter tio minuters test-tid var den uppmätta temperaturen omkring 100°C lägre än den accepterade temperaturgränsen. Inte under hela testperioden upptäcktes någon rökutveckling av betydelse under den accepterbara gränsen.

Test av hygroskopi Provstycken av furu med en dimension av 230x1 14x14 mm och impregnerade med den ovan nämnda lösningen torkades till en fukthalt av 20 vikts% och placerades därefter horisontellt i en Iuftkonditioneringskammare med en vinkel av 10° under 5 dagar. Luftkonditioneringskammaren hade en relativ fuktighet av omkring 100% och en temperatur av 25°C. Observationer och mätningar genomfördes under en dag. Proven konditionerades därefter 10 510143 10 vid omgivningstemperatur till dess fukthalten i trâmaterialet kvarstod stabil.

Testresultaten visade inte någon saltutdrivning under eller efter testperioden, och fuktabsorptionen låg under gränsnivån enligt ASTM-D3201- 86.

Föreliggande uppfinning åstadkommer alltså ett nytt medel för impregnering av normalt brännbart material, vilket möjliggör impregnering i ett steg, och vilket uppfyller kraven med avseende på hygroskopi, toxicitet, missfärgning av impregnerade material, samt korrodering av metall- komponenter som är monterade inuti eller intill det impregnerade materialet.

Claims (1)

10 15 20 25 30 35 51Û 143 11 PATENTKRAV l. En brand- och rökfördröjande, vattenbaserad sammansättning för användning vid enstegs impregnering av vattenabsorberande och normalt brännbara material såsom trämaterial eller timmer, papper och textilier, vilken sammansättning innehåller ammoniumfosfater, vattenlösliga metallsalter och valfria andra tillsatser, kännetecknad av att sammansättningen i kombination innehåflen _ 0,5-4O vikts% monoammoniumfosfat och/eller diammoniumfosfat, 5-30 vikts% vattenlösning och dissocierbar ammoniumförening, 10-60 vikts% vattenlösligt metallsalt med förmåga att bilda vattenolösliga salter med fosfatjoner och/eller ammonium- fosfatjoner, 0-30 vikts% fosforsyra (85%), 1-20 vikts% ättikssyra, och valfritt maximalt 5 vikts% tillsatser i en total koncentration av mellan 1 och 55 vikts% med avseende på den totala massan i vattenlösningen. 2. En sammansättning enligt krav 1, kännetecknad av att metallsaltet består av klorider av Cu, Zn, Ba, Ca, Mg, Fe, sulfater av Cu, Zn, Fe, l\/lg, acetater av Ca, Cu, Zn, Mg, eller blandningar därav. 3. En sammansättning enligt krav 1, kännetecknad av att metallsaltet utgörs av magnesiumsulfat och/eller magnesiumacetat. 4. En sammansättning enligt något av kraven 1 - 3, kännetecknad av att den vattenlösliga ammoniumföreningen består av ammoniumacetat och/eller ammoniumsulfat. 5. Ett förfarande för impregnering av vattenabsorberande och normalt brännbara material såsom trämaterial eller timmer, papper och textilier med en sammansättning bestående ammoniumfosfater, vattenlösliga salter och valfria andra tillsatser, till bildande av vattenolösliga och brandfördröjande salter, speciellt metall-ammoniumfosfater och metallfosfater, kännetecknat av att: a) en brandfördröjande vattenbaserad impregneringslösning bereds, bestående av ä 0,5-40 vikts% ammoniumfosfat och/eller diammoniumfosfat, 5-30 vikts% vattenlösning och dissocierbar ammoniumförening, 10 15 20 510143 12 10-60 vikts% vattenlösligt metallsalt med förmåga att bilda vattenolösliga salter med fosfatjoner och/eller ammoniumfosfatjoner, 0-30 vikts% fosforsyra (85%),

1. -20 vikts% ättikssyra, och valfritt maximalt 5 vikts% tillsatser i en total koncentration av mellan 1 och 55 vikts% med avseende på den totalvikten på vattenlösningen, b) materialet i fråga impregneras i ett steg med hjälp av en i och för sig känd metod, t ex genom neddoppning, besprutning eller tryckvakuum- impregnering, c) det impregnerade materialet torkas för bortskaffande av ättikssyra och vatten från impregneringslösningen. 6. Förfarande enligt krav'5, kännetecknat av att metallsalterna består av ett av salterna valt ur gruppen bestående av klorider av Cu, Zn, Ba, Ca, l\/lg, Fe, sulfater av Cu, Zn, Fe, Mg och acetater av Ca, Cu, Zn, Mg. 7. Förfarande enligt krav 5, kännetecknat av att metallsaltet består av magnesiumsulfat och/eller magnesiumacetat. 8. Förfarande enligt någon av kraven 5 - 7, kännetecknat av att den vattenlösliga ammoniumföreningen består av ammoniumacetat och/eller ammoniumsulfat. 9. Förfarande enligt något av kraven 5 - 8, kännetecknat av att material med stor tjocklek torkas i en atmosfär med gradvis minskande fukthalt.