Разработка новых огнезащитных составов для модификации полимерных материалов

УДК 678.5

И.Ю. Горяйнов, С.Н. Бондаренко, И.Я. Шиповский

Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета, Волжский, Россия

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ОГНЕЗАЩИТНЫХ СОСТАВОВ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

The new fireproof structure for updating polymeric materials is developed. Influence of fireproof updating on such properties of wood, polyvinyl spirit, a paper and a cotton fabric as is investigated: combustibility, resistance to thermooxygent destruction, water absorption, physicomechanical parameters. Significant decrease in combustibility, and also preservation and improvement of the listed properties of polymeric materials is achieved.

Разработан новый огнезащитный состав для модификации полимерных материалов. Исследовано влияние огнезащитной модификации на такие свойства древесины, поливинилового спирта, бумаги и хлопчато-бумажной ткани как: горючесть, стойкость к термоокислительной деструкции, водопоглощение, физико-механические показатели. Достигнуто значительное снижение горючести, а также сохранение и улучшение перечисленных свойств полимерных материалов.

В настоящее время полимерным материалам уделяется все большее внимание, т.к. они широко применяются в различных отраслях промышленности, таких как шинная и резинотехническая, текстильная, автомобилестроение, самолетостроение, судостроение, вагоностроение, строительство.

Однако, большинство выпускаемых промышленностью полимерных материалов легко воспламеняемы и горючие. Статистика показывает, что возгорание полимерных материалов является причиной все возрастающих количеств пожаров. Так, по данным МЧС, в РФ за 2006 год произошло - 226952 пожара, погибло 18194 человека (735 ребенка), получили травмы 13183 человека, материальный ущерб составил 6774,4 млн. рублей.

В связи с этим к ним в последнее время предъявляются все более высокие требования, среди которых, наибольшее внимание уделяется пониженной горючести в совокупности с улучшенным комплексом других свойств. Но существующие на сегодня огнезащитные составы не обеспечивают комплексного улучшения свойств полимерных материалов, либо являются очень дорогими. Поэтому разработка новых эффективных огнезащитных составов является актуальной задачей.

Одним из наиболее эффективных способов снижения горючести полимерных материалов, призванных на порядок повысить эффективность мер по обеспечению огнезащиты, являются химические методы модификации. Обычно в качестве замедлителей горения используют неорганические и органические вещества, которые содержат в своём составе такие элементы, как галогены, фосфор, азот, бор и др.

Нами разработан новый огнезащитный состав на основе фосфорборсодержащего олигомера (ФБО). Некоторые свойства ФБО представлены в таблице 1.

Таблица 1. Физико-химические показатели ФБО

Показатель Значение

Молекулярная масса 788

Плотность, г/см3 1,6879

Показатель преломления 1,4599

Кинематическая вязкость, Ст 27,7

В результате проведенных исследований нами установлено, что ФБО является эффективным ингибитором горения для древесины и материалов ее переработки. Изменение свойств образцов древесины после модификации представлены в таблице 2.

Таблица 2. Свойства образцов древесины

Испытания Показатели образцов древесины

Исходный Модифицированный ФБО

Предел прочности, МПа при статическом изгибе 109,5 110,2

при сжатии вдоль волокон 54,0 55,6

при растяжении вдоль волокон 136,5 138,2

Водопоглощение, % 26,2 10,0

Твердость, Н/мм2 46,3 46,0

Кислородный индекс, % 23,5 53

Огнестойкость горит затухает

Коксовый остаток, % (при 6000С) 0 35,1

*согласно ГОСТ 16363-98 модифицированные образцы древесины могут быть отнесены к трудновоспламеняемым материалам

Несомненным преимущество ФБО является и тот факт, что он не вымывается из древесины при воздействии на нее воды, а огнезащитный эффект при модификации древесины и материалов ее переработки ФБО протекает по двум механизмам.

Первый из них заключается в том, что при воздействии открытого пламени на полимерный материал, а также его деструкции и окислении, входящие в состав рецептуры фосфорборсодержащие соединения образуют полифосфорные и борсодержащие кислоты, которые в виде тонкой пленки распределяются по поверхности материала и препятствуют поступлению кислорода, в отсутствии которого процесс горения прекращается.

В соответствии со вторым механизмом, фосфорборсодержащие соединения в процессе горения способствуют протеканию реакций циклизации, конденсации и карбонизации продуктов деструкции и образованию в результате этих процессов так называемой «коксовой шапки», которая имеет пористую структуру и низкую теплопроводность, что препятствует проникновению теплового потока к внутренним слоям, и тем самым замедляет выделение в зону горения продуктов деструкции с одновременным резким снижением их концентрации в газовой фазе.

Образование коксовой шапки на поверхности модифицированных образцов древесины под воздействием пламени, с течением времени представлено на рис.1.

3 минуты 5 минут 10 минут

Рис. 1. Образование коксовой шапки

Полученные результаты, вероятно, свидетельствуют о взаимодействии ФБО с макромолекулами целлюлозы с образованием сшитых структур, и возникновением трудно растворимых комплексных соединений по атому бора фосфорборсодержащего олигомера, вследствие образования донорно-акцепторной связи при переходе неподеленной пары электронов от атома кислорода оксиметильных групп целлюлозы

на р- свободную орбиталь атома бора. Возможно взаимодействие ФБО с макромолекулами целлюлозы не только по оксиметильным группам, но и по гидроксильным группам.

CH2OH

CH2OH

O O

-o-(HO)B—O-p—O—B(OH) -о-P-O—

CH2OH

Кроме того, ФБО может быть использован для огнезащитной модификации синтетических волокон, поливинилового спирта и пленок на его основе, бумаги и хлоп-чато-бумажной ткани.

Обобщив полученные результаты можно сказать, что огнезащитный состав на основе ФБО может с успехом применяться: - в строительстве и народном хозяйстве (для огнезащиты древесины и материалов ее переработки), - в текстильной, резинотехнической промышленности и автомобилестроении (для модификации синтетических волокон), - в лакокрасочной промышленности (для огнезащиты пленочных материалов).

Таким образом, исследованы закономерности огнезащитной модификации полимерных материалов фосфорборсодержащим олигомером эффективность которого, как ингибитора горения, подтверждена увеличением огнестойкости указанных материалов, при этом физико-механические показатели модифицированных материалов остаются практически на прежнем уровне.

+

H

УДК 678.5.046

Р.А. Яковлева, Ю.В. Попов, Н.В. Саенко, ЕЮ. Шевцова

Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, Украина

ОГНЕБИОСТОЙКИЕ ЭПОКСИДНЫЕ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ

The development of firebioresistance epoxy composites for wood. As to its toxicology parameters the developed epoxy composite belongs to the class of moderately dangerous materials. Developed firebioresistance compositions behave to the group of materials which burn difficultly, and coverages for wood on their basis be-