Д-р хим. наук Лучкина Л.В, канд. хим. наук Беданоков А.Ю., канд. техн. наук. Бештоев Б.З., Лучкин Е.В., Шоранова Л.О.

Акционерное Общество «Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова», Москва, Россия

Сравнительная характеристика влияния концентрации трис-(β-хлорпропил) фосфата и пудры оксида кремния на горючесть жестких пенополиуретанов

В настоящее время, благодаря своим уникальным свойствам, одним из долговечных и высокоэффективных тепло- и звукоизоляционных материалов является жесткие пенополиуретаны (ППУ). ППУ получили широкое применение в гражданском, промышленном, энергетическом строительстве в качестве ограждающих конструкций зданий, теплоизоляционных и защитных покрытий энергетического оборудования, теплопроводов, кумулятивных емкостей и других строительных конструкций. Однако более широкое применение ППУ сдерживается их высокой пожарной опасностью (горючестью, дымовыделением и токсичностью продуктов горения). Дополнительные сложности создает система технического регулирования в РФ, которая выпустила новые положения, ограничивающие применение ППУ в строительстве. Например, в области пожарной безопасности в 2013 году были введены новые документы [1], ограничивающие применение ППУ-сэндвич-панелей там, где другие материалы ранее не использовались. При этом тенденция ужесточения норм сохраняется [2].

В связи с существующей актуальной проблемой пожароопасности ППУ авторами данной работы методами миграционной полимеризации и частичной поликонденсации получены жесткие ППУ на основе двухкомпонентной системы, исследовано влияние концентрации трис-(β-хлорпропил) фосфата (ТСРР) и пудры оксида кремния, содержащихся в полиольном компоненте на физико-механические свойства и показатели воспламеняемости, горючести и дымообразования полученных жестких пен.

Жесткие ППУ получали согласно следующей схеме:

В качестве полиольного компонента «А» применяли смесь простых и сложных полиэфиров, катализаторов, стабилизаторов, специальных добавок, в том числе антипиренов, а так же новое поколение озоносберегающих вспенивателей - Solkan 365/227 (93:7). В качестве полиизоцианатного компонента «Б» использована композиция на основе 4,4-дифенилметандиизоцианата, содержащая высокофункциональньные изоцианаты. Соотношение между компонентами «А» и «Б» (в весовых частях) составляло от 1:1 до 1:1,2. Смешение всех химических веществ компонента «А» велось на специальной лабораторной установке по производству формулированных полиолов.

Увеличение доли жидких антипиренов (в частности ТСРР) приводило к снижению показателей физико-механических свойств полученных пен и сокращению срока хранения готового компонента «А». Данный эффект объясняется вступлением ТСРР в химическую реакцию с компонентами, входящими в состав «А» и снижением его эффективности при взаимодействии с компонентом «Б». При использовании в качестве антипирена добавки пудры оксида кремния наблюдался обратный эффект. Частицы оксида кремния образуют новую поверхностную фазу в структуре ППУ, что приводит к повышению показателей таких физико-механических свойств, как твердость, плотность и прочность при разрыве.

Для оценки горючести образцов жестких ППУ были проведены испытания на кислородный индекс (КИ) (ГОСТ 21793-76*), воспламеняемость (ГОСТ 30402-96), дымообразование (ГОСТ 12.1.044) и горючесть (ГОСТ 12.044-91). КИ образцов материала, полученного на основе смесей полиольных компонентов и полиизоцианата с содержанием 18,7 и 21,6 масс.% ТССР, составил 21%, класс воспламеняемости - В2 (умеренновоспламеняемый материал), класс дымообразующей способности – Д3 (материал с высокой дымообразующей способностью), класс горючести - Г3 (нормальногорючий материал). У исходных образцов и образцов содержащих 15.3 масс. % ТССР КИ равняется 18%, класс воспламеняемости – В3 (легковоспламеняемый материал), класс дымообразующей способности – Д3 (материал с высокой дымообразующей способностью), класс горючести - Г4 (сильногорючий материал).

КИ образцов материала полученного на основе смесей полиольных компонентов и полиизоцианата с содержанием 0,5 масс.% пудры оксида кремния составляет 22%, класс воспламеняемости В2 (умеренновоспламеняемый материал), класс дымообразующей способности – Д3 (материал с высокой дымообразующей способностью), класс горючести - Г3 (нормальногорючий материал). КИ образцов, содержащих 1,5 масс.% составляет 23%, класс воспламеняемости В2(умеренновоспламеняемый материал), класс дымообразующей способности – Д2 (материал с умеренной дымообразующей способностью), класс горючести - Г3 (нормальногорючий материал). Повышение КИ и снижение дымообразующей способности объясняется уменьшением размера пор в структуре пены ППУ, что способствует снижению горючести ППУ, также образованием теплоизоляционного барьерного слоя на поверхности образцов ППУ, препятствующий горению материала.

Таким образом, можно отметить, что при увеличении концентрации антипиренов, как ТСРР, так и пудры диоксида кремния показатель КИ возрастает. В процессе синтеза получены жесткие ППУ модифицированные ТСРР и пудрой оксида кремния с высокими физико-механическими характеристиками и пожарной безопасностью. Найден некий оптимум по составу вводимого в ППУ как ТСРР (18,7%), так и пудры оксида кремния (1,5 %), которые способствуют формированию структуры композиционного материала, обладающего высокими физико-механическими характеристиками и пожарной безопасностью.

Литература

1. Электронная база данных документов по пожарной безопасности ЭБД НСИС ПБ № 1 за 2014 год (№ 52)

2. М. И. Степанова, «Международная конференция «Полиуретаны–2014», Полимерные материалы, апрель, 2014, стр. 5

3. Лучкина Л.В., Рудакова Т.А., Сухов А. В., Попова Т.В., Озерин А.Н., Влияние концентрации трис-(β-хлорпропил)фосфата на горючесть жестких пенополиуретанов (http://remont-dlya-vseh.ru/wp-content/uploads/2013/02/goryuchestppu.pdf).