Международный
научный журнал

Исследование огнезащитной эффективности олигомерных антипиренов для древесины и полимерных материалов


Fire rating research of oligomeric antipyrens for timber and polymer materials

Цитировать:
Нуркулов Ф.Н. Исследование огнезащитной эффективности олигомерных антипиренов для древесины и полимерных материалов // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2016. № 10(31) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/3776 (дата обращения: 21.09.2019).
 
Прочитать статью:

Keywords: oligomeric antipyren; timber; polymer materials; oxygen index; polyethylene; weight loss; fire rating

АННОТАЦИЯ

Возникла необходимость разработки и получения новых экологически безопасных огнезащитных составов на основе фосфор-, серосодержащих органических соединений с применением местных сырьевых ресурсов, а также из производственных отходов в качестве сырьевой базы в синтезе олигомерных антипиренов, обладающих совокупностью ценных и полезных свойств.

В настоящей работе использованы методы определения огнезащитных свойств олигомерных антипиренов по ГОСТ 16363-98. Метод определения кислородного индекса композиционных образцов марок АДж-2 и АР-130 на полимерах согласно ГОСТ 21793-76.

Синтезированы новые полифункциональные олигомерные антипирены марки АДж-2 и АР-130 на основе фосфор-, магний-, бор-, серосодержащих соединений, при совместном введении которых в олигомерные связующие наблюдается синергический эффект.

Исследование модификации древесины и полимерных материалов фосфор-, серосодержащими органическими соединениями, а также результаты исследования составов АДж-2 и АР-130. В среднем потеря массы при горении образца составила 6,0 и 5,2%, то есть огнезащитный состав обеспечивает I группу огнезащитной эффективности. Определено, что при введении олигомерного антипирена 12 масс. ч. в полиэтилен высокого давления (ПЭВД) кислородный индекс возрастает с 18 до 49% об.

ABSTRACT

There is a necessity to develop and produce new and environmentally safe flame retardants based on phosphorus, sulfur-containing organic compounds using local raw materials, as well as from industrial waste as a raw material base in the synthesis of oligomeric antipyrens with a plurality of valuable and useful features.

In the article methods of determining flame retardant properties of oligomeric antipyrens according to GOST 16363-98 are used. Determination method of oxygen index of composite samples for brands ADzh-2 and AP-130 on the polymers according to GOST 21793-76.

New multifunctional oligomeric antipyrens of ADzh-2 and AP-130 are synthesized on the basis of phosphorus, magnesium-, boron, sulfur-containing compounds under co-administration of which into oligomeric binders synergistic effect is observed.

Modification research of wood and polymer materials by phosphorus, sulfur-containing organic compounds, as well as study results of compounds ADzh-2 and AP-130. The average weight loss during combustion of the sample is 6.0 and 5.2% that is flame retardant provides I group of fire rating. It is determined that in case of oligomeric antipyren introduction of 12 mass. h. into a high-pressure polyethylene, the oxygen index increases from 18 to 49% by volume.

 

Природа большинства древесных и полимерных материалов такова, что их невозможно сделать полностью пожаробезопасными [1, с. 178–181]. Единственное, что можно сделать – это снизить их способность к возгоранию и поддержанию горения [2, с. 241]. Для этой цели применяются добавки, затрудняющие воспламенение и снижающие скорость распространения пламени – антипирены [3, с. 263–266].

В проблеме пожарной безопасности древесинных и полимерных композиционных материалов приоритетное значение имеют собственно огнезащитные средства и их взаимодействие с материалом, с достижением заданного уровня качества [4, с. 80].

Нами синтезированы новые полифункциональные олигомерные антипирены марки АДж-2 и АР-130, на основе фосфор-, магний-, бор-, серосодержащих соединений, при совместном введении которых в олигомерные связующие наблюдается синергический эффект.

Получение новых синтезированных композиций огнезащитных добавок для огнестойкости полимерным и древесинным материалам, обладающих высокой огнезащитной эффективностью, стабилизации полимеров, экологически безопасных и экономичных на сегодняшний день является актуальной задачей.

Для получения олигомерного антипирена марки АДж-2 и АР-130 были использованы ортофосфорная кислота, оксид магния, аммофос, бура в водном растворе, уротропин и меламин, полученные на АО «Узкимёсаноат» и отходов горно-металлургических заводов.

Были изучены физико-химические свойства: плотность, температура плавления, растворимость и кислородный индекс (КИ) в композиции с полиэтиленом высокого (ПЭВД) давления марки F-0220 c олигомерным антипиреном. Данные физико-химических характеристик и потеря массы олигомерного антипирена марки АДж-2 и АР-1230 представлены в табл. 1.


Таблица 1.

Физико-химические показатели олигомерного антипирена

Показатели

Олигомерный антипирен

АДж-2

АР-130

Плотность, г/см3 ГОСТ 15139-69

1,04

1,11

Ƞхв

0,055

0,078

Растворимость

вода

Внешний вид и цвет

Олигомерное вещество белого цвета

Олигомерное вещество медовая

 

Определение огнезащитных свойства древесины ГОСТ 16363 «Средства защитные для древесины». Условия в помещении: Температура воздуха – 90°С, атмосферное давление – 721 мм.рт.ст., относительная влажность – 57%. Результат испытания потеря массы без добавками древесинных материалов и добавками древесинных материалов олигомерного антипирена марки АДж-2 и АР-130 представлены в табл. 2 и 3.


Таблица 2.

Испытания на горючесть древесинного материала без добавок олигомерного антипирена

Время, с

Масса, г

Потеря массы

Подачи источника зажигания

Самостоятельного горения

Тления

До испытания

После испытания

грамм

%

1

120

368

137

151,22

51,81

99,41

65,74

2

120

350

143

152,28

51,47

100,81

66,20

3

120

355

135

125,02

48,23

76,79

64,45

В среднем:

64,45

 

Огнезащитный состав, нанесенный на образцы деревянных брусков под номерами № 1, 2, 3 (табл. 2), не обеспечивает огнезащиты древесины. Огнеза­щитный состав, нанесенный на образцы деревянных брусков под номерами марки антипирен АДж-2 – № 1, 2, 3, АР-130 – № 4, 5, 6 (Табл. 3), обеспечивает получение трудновоспламеняемой древесины и относится к первой группе огнезащитной эффективности по ГОСТ.


Таблица 3.

Испытания на горючесть древесинного материала с добавками олигомерного антипирена АДж-2 и АР-130

Время, с

Масса, г

Потеря массы

Подачи источника зажигания

Самостоятельного горения

Тления

До испытания

После испытания

грамм

%

1

120

Отсутствует

33

145,25

136,77

8,48

5,84

2

120

32

150,36

140,99

9,37

6,23

3

120

31

138,22

129,96

8,26

5,98

В среднем:

6,0

4

120

Отсутствует

32

159,28

151,08

8,20

5,15

5

120

30

165,59

156,98

8,61

5,20

6

120

24

119,93

113,63

6,30

5,25

В среднем:

5,2

 

Строительные материалы на основе полиоле­финов являются горючими материалами и отличаются от других термостойких полимерных материалов низкой термостойкостью и повышенной огневой опасностью. Они относятся к легковоспламеняющимся материалам, разложение которых протекает без образования коксового остатка: кислородные индексы (КИ) равны соответственно: 17,4–18,2 %; 325–345 °С и 345–390 °С.

В данной работе исследовалась возможность использования АДж-2 и АР-130 в качестве олигомерного антипирена для полиэтилена высокого (ПЭВД) давления марки F-0220. Исследуемая огнезащитная композиция ПЭВД состоит из олигомерного антипирена АДж-2 или АР-130 и минеральных наполнителей, в составе которых имеются гидроксиды металлов. Исследуемые олигомерные антипирены с ПЭВД и минеральными наполнителями хорошо смешиваются и дают возможность повысить огнестойкость.

При горении полимера из межслоевого прост­ранства модифицированного минерального наполни­теля в расплав горящего полимера переходят молекулы антипирена с последующим генериро­ванием активных компонентов, снижающих горючесть за счет ингибирования активных радикалов радикально-цепных реакций в газовой фазе. Фрагменты расплавленного полимера, взаимо­действуя с частицами минерального наполнителя, образуют на поверхности горящего полимера коксовый слой, который влияет на процессы тепло- и массообмена, что способствует подавлению распространения фронта горения.

Так как полиэтилен является горючим мате­риалом, то разработанные материалы исследовались на воспламеняемость методом кислородного индекса. При введении в ПЭВД 12 масс. ч. олигомерного антипирена кислородный индекс возрастает с 18 до 49% об. Полиэтилен, содержащий олигомерный антипирен, снижает время самостоятельного горения более чем в 2,7 раза по сравнению с полиэтиленом без антипирена.

Все показатели горючести изменяются аддитивно содержанию олигомерного антипирена, являющегося негорючим материалом.

Метод определения кислородного индекса с полимерным материалом в виде пленок и листов толщиной не более 10,5 мм проводили по ГОСТ 21793-76. Метод используется для сравнительной оценки горючести пластмасс в определенных контролируемых условиях и неприменим для оценки пожароопасных пластмасс. Его можно применять только как один из элементов оценки пожароопасной пластмассы.

В Табл. 4 приведены характеристики горючести полимерных материалов. С использованием предлагаемой добавки существенно повышается кислородный индекс полимерных композиций, что является основополагающим критерием их негорючести.

Наполнители практически не снижают горючесть полиолефинов и не влияют на процесс массообмена при их горении. Кислородный индекс композиции полиэтилена марки F-0220 c модифицированным неорганическим наполнителем с фосфор-, серосодержащим олигомерным антипиреном в количестве 10-60% составляет 28-49% (табл.4).


Таблица 4.

Зависимость КИ полиэтиленов от содержания модифицированных неорганических наполнителей и олигомерного антипирена в их молекулах

Наименование олигомерного антипирена

Концентрация олигомерного антипирена, масс, %

Кислородный индекс, %

-

0

18,0

АДж-2

10

28,4

40

43,3

60

48,2

АР-130

10

28,6

40

43,5

60

49,2

 

Исследования огнезащитной эффективности проводились на деревянных элементах. Результаты исследования составов АДж-2 и АР-130 показали, что в среднем потеря массы образца составила 6,0 и 5,2%, то есть огнезащитный состав обеспечивает I группу огнезащитной эффективности.

Исследования кислородного индекса компо­зиции полиэтилена составляет КИ 28-49%.

Таким образом, доказана эффективность исполь­зо­вания для наполнения полиэтиленов компози­ционными неорганическими наполнителями с фосфор-, серосодержащими олигомерными антипи­ренами в качестве огнезащитных средств древесинных и полиолефиновых строительных материалов.


Список литературы:

1. Каблов В.Ф., Кейбал Н.А., Рубенко К.Ю., Блинов А.А., Мотченко А.О. Влияние волокнистых наполнителей на адгезионные и теплозащитные свойства эластомерных композиций // Известия ВГТУ. – 2015. – № 7. –С.178–181.
2. Нуркулов Ф.Н., Джалилов А.Т. Фосфор-борсодержащие олигомерные антипирены для древесины и древес-ных композиционных материалов // V Международная конференция-школа по химии и физикохимии оли-гомеров: Сборник тезисов докладов. (Волгоград, 1–6 июня 2015 г.). Москва – Черноголовка – Волгоград. – 2015. – С. 241.
3. Хашхожева Р.Р. Разработка новых огнестойких композитных материалов на основе полибутилентерефта-лата / Хашхожева Р.Р., Черкесова Р.А., Хаширова С.Ю., Микитаев А.К. / Материалы X Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы», 2014. –С.263–266.
4. Хашхожева Р.Р. Разработка новых огнестойких композиционных материалов на основе полибутилентере-фталата / Хашхожева Р.Р., Черкесова Р.А., Хаширова С.Ю., Микитаев А.К. // Материалы международной научно-практической конференции «Химия: состояние, перспективы развития».- Грозный, 2014. – С. 80.


References:

1. Kablov V.F., Keibal N.A., Rubenko K.Iu., Blinov A.A., Motchenko A.O. Influence of fibrous fillers on the adhesive and heat-shielding properties of elastomeric compositions. Izvestiia VGTU. [Newsletter of VSTU], 2015, no. 7, pp.178–181 (In Russian).
2. Nurkulov F.N., Dzhalilov A.T. Oligomeric phosphorus-boron-containing antipyrens for wood and wood composite materials. V Mezhdunarodnaia konferentsiia-shkola po khimii i fizikokhimii oligomerov: Sbornik tezisov dokla-dov. (Volgograd, 1–6 iiunia 2015 g.). Moskva – Chernogolovka – Volgograd. [V International Conference - School of Chemistry and Physical Chemistry of oligomers: collection of abstracts. (Volgograd, 1-6 June, 2015). Moscow - Chernogolovka - Volgograd], 2015, p. 241. (In Russian).
3. Khashkhozheva R.R. Development of new fire resistant composite materials based on polybutylene terephthalate. Materialy X Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Novye polimernye kompozitsionnye materi-aly». [Materials of X international scientific-practical conference “New polymer composite materials”], 2014, pp. 263–266 (In Russian).
4. Khashkhozheva R.R. Development of new fire-resistant composite materials based on polybutylene terephthalate. Materialy mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Khimiia: sostoianie, perspektivy razvitiia». [Ma-terials of the international scientific-practical conference "Chemistry: state and prospects of development"], Groz-ny, 2014. p. 80. (In Russian).


Информация об авторах:

Нуркулов Файзулла Нурмуминович Nurkulov Fayzulla

д-р технических наук Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии, 111116, Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар

doctor of Technical Sciences, Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, 111116, Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, P/o Shuro-bazaar


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5122

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66236 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в: 

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

 

OpenAirediscovery

CiteFactor

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.