Повышение пожарных свойств полиэтилена

Increasing fire properties polyethylene
Цитировать:
Повышение пожарных свойств полиэтилена // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Нуркулов Э.Н. [и др.]. 2021. 5(86). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11717 (дата обращения: 22.06.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

 В статье исследуются физико-химические свойства антипирена, содержащего фосфор, азот и металлы. Проведены исследования антипирена, синтезированного для улучшения огнезащитных свойств полиэтилена, методами ИК-спектроскопии, сканирующим электронным микроскопом, элементным анализом, термическим анализом.

ABSTRACT

The article examines the physical and chemical properties of a fire retardant containing phosphorus, nitrogen and metals. Research has been carried out on the fire retardant synthesized to improve the fire-retardant properties of polyethylene by the methods of IR spectroscopy, scanning electron microscope, elemental analysis, and thermal analysis.

 

Ключевые слова: полиэтилен, полимер, плотность, огнестойкость, магний, алюминий, фосфор, антипирен, азот, растровый электронный микроскоп, ИК-спектр.

Keywords: polyethylene, polymer, density, fire resistance, magnesium, aluminum, phosphorus, fire retardant, nitrogen, scanning electron microscope, IR spectrum.

 

Введение. Полиэтилен – термопластичный материал, являющийся одним из основных синтетических полимеров. Полиэтилен обладает превосходной химической стабильностью и химической стойкостью и широко используется во многих областях благодаря своей не токсичности, низкой плотности, легкому весу и низкой стоимости. Полиэтилен - очень легковоспламеняющееся вещество, и при утечке жидкости возникает пожар, что способствует легкому распространению огня. По этой причине его нельзя использовать в зонах с высоким риском возгорания. Добавки с различными огнезащитными свойствами добавляются для улучшения огнезащитных свойств полиэтилена с учетом требований общественной безопасности и рынка. Такие добавки улучшают физико-механические свойства полиэтилена и повышают его огнестойкость[1].

В последние годы охрана окружающей среды стала одной из важнейших задач. В развитых странах использование галогенсодержащих антипиренов ограничено, вместо них для повышения огнестойкости широко используются гидроксиды металлов, фосфор, азотные антипирены[2]. Когда к легковоспламеняющимся материалам добавляют гидроксиды магния и алюминия, они снижают их воспламеняемость. Однако гидроксиды металлов при добавлении к полиэтилену ухудшают его физико-механические свойства[3].

Фосфорсодержащие антипирены обычно имеют небольшой молекулярный вес и легко впитывают влагу. Кроме того, большинство этих антипиренов являются жидкими и выделяют большое количество дыма и летучих веществ во время обработки, поэтому их использование ограничено. Фосфорсодержащие антипирены добавляют к полиэтилену в сочетании с другими типами антипиренов, и синергетический эффект будет слабым, если фосфорный антигенез добавлен отдельно[4]. Обзор литературы показал, что азотсодержащие антипирены не обладают высокими огнезащитными свойствами, но проявляют эффективные огнезащитные свойства при использовании в сочетании с фосфорсодержащими соединениями. Содержащий фосфор, азот, металл, антипирен предпочтителен из-за его огнестойкости, низкого дымообразования и экологичности. Использование таких антипиренов оказалось одним из наиболее эффективных способов повышения огнестойкости полиэтилена[5-6].

Экспериментальная часть. С целью улучшения огнестойкости полиэтилена были проведены исследования антипирена, синтезированного для улучшения огнезащитных свойств полиэтилена, методами ИК-спектроскопии, сканирующего электронного микроскопа, элементного анализа, термического анализа.

Результаты и их обсуждение. Физико-химические свойства олигомерного антипирена приведены в таблице.

Таблица

Физико-химические свойства новых эффективных фосфор-, азот-, металлосодержащих антипиренов

 

 

 

Антипирен

Соотношение

(моль)

 

Выход

 %

Агрегатное  состояние

pH

 

плотность, г/см3

растворитель

1:1,5:0,06:0,04

90

Белое твёрдое вещество

 

 

6

 

 

1,16

 

 

вода

1:1:0,08:0,02

65

1:0,08:0,02:1

40

 

Многочисленные эксперименты проводились при разных условиях и соотношениях. Эксперименты показали, что выход антипирена зависит от температуры, времени и соотношения компонентов. Оптимальная температура реакции составляет 140–160 ° C, и наивысший выход антипирена получается в соотношении компонентов - 1: 1,5: 0,06: 0,04. Метод ИК-спектроскопического исследования  определяет химические изменения в образцах полиэтилена и полиэтилена с антипиреном (рис.1, ИК- Фурье спектры фосфор-, азот-, металлосодержащего антипирена). ИК- спектроскопические исследования проводили на инфракрасном Фурье спектрометре SHIMADZU (диапазон 400-4000 см-1, разрешение 4 см-1). Интерпретация спектров проводилась с использованием базового программного обеспечения, реализующего автоматическое измерение спектров, имеющего средства графического отображения спектров и их фрагментов и формирующего работу с библиотекой спектров пользователя. Спектры показывают, что полоса поглощения, образованная при 3450 см-1 соответствует валентным колебаниям группы –N–Н. Полоса поглощения, образованная при 1651 см-1 соответствует валентным колебаниям группы (–С=N). Наличие    группы (–С–N=O) показывается при полосе поглощения в 1556 см-1. Наблюдаются полосы поглощения валентных колебаний при 1436 см-1 и 1392 см-1, доказывающие наличие групп (–CH2) и (–CH3) соответственно.  Группа (–P=O) образует ассиметричные колебания, на спектре, это создает полосу поглощения при 1247 см-1.  Симметричные колебания группы (–С–ОH) образуют полосу при 1130 см-1. Группы (–С–О–C–) и (–Р–О–C) образуют полосы поглощения в области 1033см-1 и 1066 см-1 соответственно.

 

Рисунок 1. ИК- Фурье спектры фосфор-, азот-, металлосодержащего антипирена

 

Согласно результатам ИК-спектрального анализа полиэтилена, можно наблюдать в области 2940 см-1, 2846,93 см-1, 1463,97 см-1 симметричной валентности, высокоинтенсивные, 717,52 см-1 маятниковые колебательные пики, принадлежащие группе CH2. При изучении анализа полиэтилена с антипиреном можно увидеть в областях 2940 см-1, 2848,86 см-1 и 1471,69 см-1 симметричную валентность, высокую интенсивность, 717,52 см-1 маятниковые колебательные пики, принадлежащие группе -CH2, Полосы поглощения в области 2360,87-2341,58 см-1 подтверждают наличие  группы -NH2 площади поглощения в области 659,66 см-1 принадлежат  группе Р-С. ИК-спектр полиэтилена с добавлением полиэтилена и антипирена показан на рисунке 2.

 

Рисунок 2. а) ИК-спектр полиэтилена и б) полиэтилена с антипиреном

 

Проведены исследования полиэтилена, содержащего антипирен, методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и элементного анализа. При СЭМ видно, что антипирен равномерно распределяется по поверхности полиэтилена, что увеличивает термостойкость полиэтилена. В результате добавления антипирена к полиэтилену может создать более термостойкий барьер для снижения интенсивности горения, тем самым активно повышая безопасность полиэтилена (рис. 3).

 

   

Рисунок 3. Сканирующий электронный микроскоп и элементный анализ полиэтилена с фосфором, азотом, металлсодержащим антипиреном

 

Изучены термические анализы полиэтилена и полиэтилена с антипиреном. При изучении термического анализа полиэтилена видно, что потеря массы находится в пределах 278-498 oC. Потеря массы началась, когда температура достигла 278 °C, и достигла 100%, когда температура достигла 498°C (Рис. 4).

 

Рисунок 4. Термический анализ полиэтилена

 

При изучении результатов термического анализа полиэтилена с добавкой антипирена кривая ТГА встречается, в основном, в 2-х интенсивных диапазонах температур разложения. Диапазон разложения 1 соответствует температуре 236,96-336,02°C, а диапазон разложения 2 соответствует температуре 392,21-511,73°C. При температуре 511,73°C она составила 65,32%, а когда температура достигла 750°C, потеря массы достигла 80,18%, после чего она, как видно, не изменяется (рис. 5).

 

Рисунок 5. Термический анализ полиэтилена с фосфор-, азот-, металлсодержащим антипиреном

 

Заключение. В статье исследуются ИК-спектральный анализ, сканирующая электронная микроскопия и элементный анализ синтезированного фосфор-, азот-, металлосодержащего антипирена. Когда полученный антипирен был добавлен к полиэтилену, было обнаружено, что он равномерно распределяется по его поверхности, повышая его огнезащитные свойства. Таким образом, синергетический антипирен, содержащий фосфор, азот, и металл, был использован для улучшения механических свойств и огнестойкости полиэтилена. Термический  анализ нового антипирена, приведённого выше, показывает, что масса полиэтилена постепенно уменьшается с повышением температуры и сопровождается эндоэффектами.

 

Список литературы:

  1. Х.С Бекназаров, А.Т Джалилов, А.С Султанов. Стойкость к термоокислительной деструкции полиэтилена, стабилизированного производными госсипола. Пластические массы 2007. №4. с- 39-40
  2. Нуркулов Э.Н, Бекназаров Х.С, Джалилов А.Т, Набиев Д.А. Исследование и применение фосфор, азот, бор и металл содержаших антипиренов для повышения огнестойкости свойств древесины. Universum: Технические науки. Выпуск: 8(77). Август 2020. Часть 3
  3. Нуркулов Э.Н, Бекназаров Х.С, Джалилов А.Т. Исследование свойств металлфосфорсодержащих олигомерных антипиренов. //Булатовские чтения. – 2020. – Т. 5. – С. 203-205
  4. Джалилов А. Т., Киёмов Ш. Н. Уретан-эпоксидные термореактивные полимерные системы в качестве антифрикционного материала //Булатовские чтения. – 2020. – Т. 5. – С. 76-78.
  5. Киёмов Ш. Н., Джалилов А. Т. Адгезия эпоксиуретанового полимера по металлу //Universum: технические науки. – 2020. – №. 9-2 (78).
  6. Ru Zhou, Jingjing Mu, Xiaoyan Sun, Yanming Ding, Juncheng Jiang. Application of intumescent flame retardant containing aluminum diethyphosphinate, neopentyl glycol, and melamine for polyethylene. Safety Science 131 (2020) 104849
Информация об авторах

докторант, ООО «Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии», Узбекистан, Ташкентская область, Ташкентский р-н, Шурoбазар

Junior Researcher, Tashkent Research Institute of Chemical Technology, Uzbekistan, Tashkent region, Tashkent district p/o Shuro Baazar

д-р техн. наук, ведущий науч. сотр., Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Dr. Tech. Sciences, Leading Researcher Tashkent Research Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent

академик, АН РУз, директор ООО Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии Республика Узбекистан, п/о Ибрат

Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Director of LLC “Tashkent Research Institute of Chemical Technology”, the Republic of Uzbekistan, Ibrat

магистрант, Каршинский инженерно-экономический институт, Узбекистан, г. Карши

Master's student, Karshi Engineering and Economic Institute, Uzbekistan, Karshi

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top