ТРУДНОГОРЮЧАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ЭКСТРУЗИИ, ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, ПРЕССОВАНИЕМ
FIRE-RESISTANT POLYMER COMPOSITION FOR FABRICATION OF ITEMS USING EXTRUSION, DIE CASTING AND PRESSING METHODS

Изобретение относится к самозатухающим полимерным композициям на основе полиэтилена высокого давления и может быть использовано для производства изделий, в частности, методами экструзии, литья под давлением, прессованием.
Природа большинства полимерных материалов такова, что их невозможно сделать полностью негорючими, в то же время ужесточаются требования пожарной безопасности во многих областях применения полимерных материалов: строительство, транспорт, бытовая техника, электроника. Для снижения способности полимерных материалов к возгоранию и поддержанию горения применяют добавки, затрудняющие воспламенение и снижающие скорость распространения пламени - антипирены, наиболее распространенными из которых являются галогенсодержащие добавки и гидроксиды металлов.
Галогенсодержащие добавки относятся к основным или первичным замедлителям горения. О количестве вводимых добавок судят по процентному содержанию галогена в полимере. Минимальное содержание брома, необходимое для снижения горючести полиэтилена до самозатухания должно быть 20%. Однако данная концентрация галогена в полимерном материале не является надежной гарантией эффективного снижения его горючести и повышения огнестойкости. [1]
Галогенсодержащие соединения (бромсодержащие замедлители горения в два раза эффективнее хлорсодержащих) являются эффективными замедлителями горения полимерных материалов, но высокое содержание галогена в материале стимулирует термоокислительную деструкцию материала. За счет высоких скоростей выделения галогенсодержащих частиц на поверхности материала образуются поры и трещины, а в газовую фазу выделяется много дыма и токсичных продуктов высокой плотности.
Применение гидроксидов металлов постоянно возрастает, это обусловлено их невысокой стоимостью по сравнению с системами на основе галогенов. Неорганические гидроксиды легки в обращении и нетоксичны.
Для обеспечения у полимерных композиций категории стойкости к горению ПВ-0 процентное содержание гидроксидов металлов должно составлять до 70%. [2] Однако такое высокое процентное содержание гидроксидов металлов приводит к снижению физико-механических характеристик изделия, повышению вязкости при переработке, что затрудняет применение таких композиций при экструзионном методе переработки.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является материал биозащиты от нейтронов, включающий полиэтилен (100), аморфный бор (3-5), гидроокись алюминия (70-100), бромсодержащее ароматическое соединение - декабромдифенилоксид (10-20), поливиниловый спирт (1-2), малеиновый ангидрид (1-2) [3]. Данный материал соответствует требованиям ГОСТ 28157-89 в части стойкости к горению ПВ-0, однако он не может перерабатываться методом экструзии. Применяемая в данной композиции гидроокись алюминия имеет низкую термостойкость (до 190°С), при более высоких температурах она разлагается с выделением большого количества воды (на практике частичное разложение происходит уже при температуре от 140°С). В связи с этим указанная композиция может перерабатываться только прессованием и литьем под давлением.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение термостойкости полимерной композиции для производства изделий методами экструзии, литья под давлением, прессованием при сохранении ее соответствия категории стойкости к горению ПВ-0 (по ГОСТ 28157-89).

Указанный результат достигается тем, что в трудногорючей полимерной композиции для производства изделий методами экструзии, литья под давлением, прессованием, включающей полиэтилен высокого давления, декабромдифенилоксид с трехокисью сурьмы, малеиновый ангидрид, дополнительно содержится сополимер этилена и винилацетата, гидроксид магния, модифицированный органосиланами и модификатор пластмасс Пента-1006 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Полиэтилен высокого давления
20-30
Декабромдифенилоксид
6-15
Малеиновый ангидрид
2-5
Сополимер этилена и винилацетата
5-15
Трехокись сурьмы
2-5
Гидроксид магния, модифицированный
органосиланами
40-50
Модификатор пластмасс Пента<sup></sup>-1006
1-3
Используемый в заявленной композиции гидроксид магния, модифицированный органосиланами (например, гидроксид магния, модифицированный винилсиланами), имеет более высокую термостойкость (может перерабатываться при температуре расплава до 200°С), чем гидроксид алюминия.

Наличие в составе малеинового ангидрида повышает механические и прочностные характеристики полимерной композиции, облегчает дисперсию, регулирует вязкостные свойства. Наличие в композиции модификатора пластмасс Пента-1006 (композиции на основе полиорганосилоксана, производства компании «Пента» по ТУ 2257-204-40245042-2007 http://www.penta-91.ru/p1006.htm) придает композиции дополнительную эластичность, а в сочетании с гидроксидом магния приводит к синергетическому эффекту при создании трудногорючих композиций, позволяет ввести в композицию большее количество наполнителя, уменьшает нагрузки на оборудование при переработке композиции. Вместо модификатора пластмасс Пента-1006 может быть использована иная аналогичная композиция других производителей.
Декабромдифенилоксид снижает температуру горения за счет протекания сложного комплекса радикальных реакций с участием трехокиси сурьмы - синергиста бромсодержащих антипиренов. Сама по себе трехокись сурьмы не задерживает горения, так как плавится при температурах выше температур плавления большинства полимеров. Однако в смеси с галогенсодержащими соединениями образует галогениды и оксигалогениды сурьмы, которые при температуре воспламенения находятся в газообразном состоянии и разбавляют горючие газы. Таким образом, заявленное сочетание компонентов обеспечивает новый технический эффект.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Примеры 1-5. Гранулированные компоненты загружают в агрегат для усреднения, а затем в экструзионную линию, где при помощи дозаторов в расплав подаются порошкообразные компоненты. Температура расплава в экструдере 198-200°С. Используют двухшнековый экструдер. Готовый продукт представляет собой композицию с равномерным распределением ингредиентов по объему материала. Полученный гранулят композиции перерабатывают в изделия методом экструзии, литья под давлением или прессованием на соответствующем технологическом оборудовании.
Составы трудногорючих полимерных композиций в таблице 1.
Показатели свойств трудногорючих полимерных композиций оценивали по стандартным методикам. Огнестойкость (устойчивость к горению) определяли по ГОСТ 28157-89, который соответствует международному стандарту UL-94. Стандарты ГОСТ 28157-89 и UL-94 имеют три шкалы горючести материалов: ПВ-0 (V-0), ПВ-1 (V-1), ПВ-2 (V-2). Материалы, отнесенные к ПВ-0, должны удовлетворять следующим требованиям:
- время горения не должно превышать 10 с после каждого приложения пламени;
- суммарное время горения серии из пяти образцов после двукратного приложения пламени не должно превышать 50 с;
- ни один из образцов не должен гореть или тлеть до зажима;
- гигроскопическая хирургическая вата, находящаяся на расстоянии 300 мм под образцом, не должна воспламеняться падающими частицами вещества;
- ни один образец не должен гореть и тлеть более 30 с после второго удаления пламени.
Результаты испытаний заявленной трудногорючей полимерной композиции представлены в таблице 2
Как следует из данных табл.2, заявленные составы трудногорючей полимерной композиции (составы 1-5) по горючести не уступают прототипу, но могут перерабатываться методом экструзии.
Таблица 1
Составы композиций
Пример
Полиэтилен высокого давления
Декабром - дифенил-оксид
Малеиновый ангидрид
Сополимер этилена и винилацетата
Трехокись сурьмы
Гидроксид магния, модифицированный органосиланами
Модификатор пластмасс Пента<sup></sup>-1006
1
28
15
1
10
5
40
1
2
26
15
2
10
5
40
2
3
25
12
2
10
4
45
2
4
22
9
3
10
3
50
3
5
19
11
3
10
4
50
3
Таблица 2
Результаты испытаний
Пример
Время горения (t<sub>1</sub>, c)
Время горения(t<sub>2</sub>, С)
Время тления (t, c)
Суммарное время горения (t, c)
Суммарное время горения и тления (t, c)
Сгорание до зажима (+/-)
Горящие частицы (+/-)
1
1
0
0
0
1
-
-
2
0
0
0
0
0
-
-
3
1
0
0
1
1
-
-
4
0
0
0
0
0
-
-
5
0
0
0
0
0
-
-
Источники информации
1. Кодолов В.И. Замедлители горения полимерных материалов. М.: Химия, 1980.
2. Узденский В.Б. Трудногорючие полимерные материалы. Пластикс, 2003, №2.
3. Патент РФ на изобретение №2008730 (Климанова Р.С., Сеземова В.И., Русакова М.В., Васильев Г.А., Орлов Ю.В.), 30.01.1992, «Материал биозащиты от нейтронов».