Калмагамбетова А.Ш., Икишева А.О., Дадиева М.К., Иманова М.А.,

Гайдарева И.В.

Карагандинский Государственный Технический Университет

Влияние антиперенов на горючесть огнезащитных композиционных материалов

Полимеры являются чрезвычайно выгодным современным материалом в строительных конструкциях и изделиях. Однако органическим недостатком их является низкая теплостойкость, горючесть. Поэтому задача повышения огнезащитных свойств полимеров является серьезной научной проблемой. На основании изучения снижения горючести органических покрытий антипиренами-добавками, пленкообразователями, наполнителями, пигментами нами был произведен подбор компонентов с использованием местных источников сырья [1]. Вполне очевидно, что дальнейший этап технологической разработки по синтезу новых огнезащитных составов связан с изучением механизма и кинетики процесса вспучивания огнезащитных составов.

Фосфорсодержащие антипирены являются практически единственными, предотвращающими тление полимерных композиции [2]. Влияние фосфорсодержащих соединений на горючесть полимерных композиций показало, что фосфорсодержащие антипирены действуют на начальных стадиях процесса горения, через образующийся коксовый остаток. Ингибирование горения, происходящее в поверхностной зоне пленкообразующего компонента, связано с замедлением реакций пиролиза в К – фазе, тем самым способствуя уменьшению количества горючих газов. Это свидетельствует о твердофазном механизме действия фосфорсодержащих антипиренов [3].

Несмотря на большую важность этого класса антипиренов, механизм их действия окончательно не установлен и участие в различных стадиях процесса малоизучен, а имеющиеся данные не систематизированы и нередко противоречивы. Воздействие на процесс горения самих полимеров является многофакторным, сопряженным с процессами как в конденсированной, так и в газовой фазах. В том же числе обязательно должно быть проработаны влияния вида, количества и, прежде всего, состояния фосфорсодержащего соединения в антипирене на последовательность стадий процесса.

В предлагаемый нами огнезащитный материал изготавливался на основе уже синтезированных перхлорвиниловых смол ПСХ-ЛС. Ингибитор в виде фосфата аммония вводили дополнительно в пределах 5-30% с интервалом 5% в составы огнезащитных композиции. Общая схема механизма процесса представляется следующим образом. При термодеструкции поливинилхлорид (обозначим его молекулу через МН) окисляясь начинает разлагаться при 160-170⁰С. Реакция окисления без катализатора начинается с образования радикала М, который с молекулой кислорода дает радикал МО₂. Этот радикал вступает в реакцию с новой молекулой МН по реакции

МО₂ + МН = МО₂Н + М.

Гидроперекись МО₂Н является первым продуктом окисления; а активные частицы М снова вступают в реакцию с кислородом по реакции М + О₂ = МО₂, и дают новые активные частицы, так возникают цепная реакция. Опытами установлено, что направление термических превращений с введением фосфата аммония (обозначаемый как АН) значительно меняется. Масса этого вещества для эффективного подавления окисления нами определено не более 25% от окисляющихся продуктов, исходя из ухудшения физико-механические свойств всей огнезащитной системы. Торможение химических процессов можно объяснить следующим механизмом. Радикал МО₂ легче соединяется с АН, так как сила химической связи у АН менее прочна, чем у МН. Происходит реакция МО₂ + АН = МО₂Н + А.

Радикал А слабо активен, он почти не реагирует с кислородом, цепь быстро обрывается, и реакция окисления МН не развивается. При этом одновременно накапливается содержание кокса, подавляющего нежелательный окислительный процесс. Экспериментально установлено, что чем раньше в процессе термических превращений происходит взаимодействие фосфата с полиолом, тем более полно происходит переход его углерода в кокс. Скорость окисления и глубина превращения может быть уяснена при рассмотрении рисунка 1, на котором показана функция температуры – время, требуемое для деструкции катализаторов и вспенивающих агентов.

1 – состав (c дициандиамидом); 2 – состав (с меламином); 3 – состав (с мочевиной).

Рисунок 1- Зависимость времени испытания полимерного покрытия от температуры

Характер кривых 2 в промежутке 100-300 ºС заставляет предполагать, что перемещение критической температуры к «холодной» поверхности с постоянной скоростью придало покрытию состава 2 наиболее эффективную устойчивость к пламени. Этим положением следует объяснить отмеченное выше стабильное поведение пенококса при вспучивании дициандиамида.

Литература

1.Калмагамбетова А.Ш. Автореферат диссертации «Комплексные вспучивающиеся защитные материалы для металлических и деревянных строительных конструкций», Алматы. -2006.

2. Асеев Р.М., Заиков Т.Е. Горение полимерных материалов, -М.: Химия, 1988, - 245с.

3. Hoke C.E.// SPE Journal., 1983, - Vol. 29, №5, - P. 36-40.