Химия и химические технологии/1. Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство

д.т.н., проф. Бокова Е.С., к.т.н., Коваленко Г.М., Бокова К.С., Громов С.С.

Московский государственный университет дизайна и технологии, Россия

Исследование горючести и воспламеняемости полимерных материалов на основе интерполимерных комплексов

Существенным недостатком большинства полимерных материалов является их повышенная горючесть, что ограничивает их применение в различных областях народного хозяйства. В настоящее время огнезащита полимерных материалов осуществляется путём введения антипиренов. Однако, при использовании этого класса добавок возникает ряд проблем, которые требуют решения: низкая эффективность при малых концентрациях, необходимость использования нескольких антипиренов для синергизма действия, а также повышенная токсикологическая опасность, как при использовании в технологическом процессе производства, так и в условиях пожара [1, с. 98-110].

В последнее время представляет интерес использование в качестве антипиренов нетоксичных веществ.

К таким добавкам могут быть отнесены интерполимерные комплексы (ИПК), стабилизированные кооперативной системой водородных связей. Эти соединения представляют собой продукты взаимодействия поликарбоновых кислот (полиакриловой, полиметакриловой) и неионогенных полимеров (поливинилового спирта, полиэтиленгликоля и т.д.). Уникальное строение ИПК обеспечивает им повышенную сорбционную активность к парам воды, набухаемость и эластомерные свойства [2, с.43], [3, с. 941-948].

Цель работы – получение интерполимерных комплексов и их использование в качестве модифицирующих добавок для создания полимерных материалов с пониженной горючестью.

В качестве объектов исследования в работе использована полиакриловая кислота (ПАК) (ФГУП «НИИ химии и технологии полимеров им. ак. В. А. Каргина с опытным заводом» г. Дзержинск, Россия) и неионогенные полимеры: поливиниловый спирт (ПВС) марки BF-17 (фирмы «Chang Chun Petrochemical CO., LTD», Тайвань), полиэтиленоксид (ПЭО) (фирмы Sigma Aldrich, США) и полиакриламид (ПАА) марки FA 920 (фирмы Floeger, Франция).

Интерполимерные комплексы получали методом простого смешения 0,3 М растворов ПАК, ПВС, ПЭО и ПАА при комнатной температуре, регулируя кислотность реакционной среды 0,2 N соляной кислотой.

На первом этапе работы необходимо было установить, что при взаимодействии ПАК и неионогенных полимеров действительно образуется ИПК, а не механическая смесь исходных полимеров. Для этого использовали методы турбидиметрического титрования и вискозиметрии.

Согласно исследованиям максимумы на кривых турбидиметрии, совпадающие с минимумами на кривых вискозиметрии, свидетельствует об образовании устойчивого ИПК. В случае взаимодействия ПАК и ПВС образуется стехиометрический поликомплекс состава 1:1, при взаимодействии ПАК с ПАА и ПЭО – нестехиометрические, состава 1:0,6.

Последние, как правило, представляют собой гидрофильные ассоциаты, способные связывать большее количество воды. На основании этого факта можно предположить, что такие поликомплексы будут обладать пониженной горючестью, а также не будут выделять в процессе горения токсичных веществ.

В работе методами дифференциально-сканирующей калориметрии были определены тепловые эффекты и температурные переходы у ИПК в интервале температур от 0 до 500 ºС. Температура воспламенения интерполимерных комплексов оценивалась по ГОСТ 12.1.004-89 С 21. Сводные данные по теплофизическим характеристикам ИПК представлены в табл. 1.

Очевидно, что все поликомплексы обладают высокой термостабильностью, а их температуры воспламенения находятся, примерно, в одном диапазоне от 370 до 395 ºС. У ИПК ПАК-ПЭО этот показатель чуть ниже (370 ºС), чем у поликомплексов ПАК-ПВС (390 ºС) и ПАК-ПАА (393 ºС) вследствие химического состава основного комплексообразующего полимера полиэтиленоксида, имеющего простую эфирную связь в основной цепи.

Таблица 1. Теплофизические характеристики интерполимерных комплексов

№ п/п	Интерполимерный комплекс	Энтальпия плавления, кДж/кг	Температура воспламенения, ºС
1	ПАК-ПВС	66	390
2	ПАК-ПЭО	23	370
3	ПАК-ПАА	3	393

В целом, исследования показали, что интерполимерные комплексы, стабилизированные водородные связями, вследствие своего химического состава и уникальной структуры, возможно, могут быть использованы в качестве модифицирующих добавок для снижения горючести композиционных полимерных материалов.

Список использованной литературы:

1. Андрианова Г.П., Полякова К.А., Матвеев Ю.С. Технология переработки пластических масс и эластомеров.- 3-е изд. Ч.1, 2 – М.: Колос С. 2008 – 347с.

2. Bimendina L.A., Iskaraeva S.B., Kudaibergenov S.E., Bekturov E.A. // Polym. News. 1997. V. 22, № 1, p. 43.

3. А.Д. Антипина, В.Ю. Барановский, И.М. Паписов, В.А. Кабанов. Особенности равновесий при образовании комплексов поликислот и полиэтиленгликолей. Высокомолекул. соед. А. 2001. Т. 14, №4, с. 941-948.