ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОЛИГОМЕРНЫХ АНТИПИРЕНОВ И КОМПОЗИТОВ, СОДЕРЖАЩИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЧАСТИЦЫ

АННОТАЦИЯ

Данная статья посвящена вопросу разработки многофункциональных антипиренов из олигомерных антипиренов фосфорной, азотной, борной и металлической групп, повышения огнестойкости и разработке технологии их извлечения с целью повышения огнестойкости горючих материалов. Был проведен анализ соответствующего этикета, относящегося к данной теме, с учетом достоинств статьи. В ходе исследования был проведен синтез олигомерных антипиренов, модифицированных ионами различных металлов (Zn, B), и проана-лизированы их свойства при добавлении в полимерные матрицы. Были изучены синтез и структура металлсодержащих олигомерных антипиренов, их взаимодействие с полимерными композитами, а также огнестойкость и термостабильность

ABSTRACT

This article is devoted to the development of multifunctional flame retardants from oligomeric flame retardants of the phosphorus, nitrogen, boron, and metal groups, improving their fire resistance, and developing a technology for their extraction to improve the fire resistance of combustible materials. An analysis of the relevant literature on this topic was conducted, taking into account the merits of the article. The study synthesized oligomeric flame retardants modified with various metal ions (Zn, B), and analyzed their properties when added to polymer matrices. The synthesis and structure of metal-containing oligomeric flame retardants, their interaction with polymer composites, as well as their fire resistance and thermal stability, were studied

Ключевые слова: Полимерные вещества, ортофосфорная кислота, мочевина, ИК-спектр, азот, фосфор, бор, металл.

Keywords: Polymeric substances, orthophosphoric acid, urea, IR spectrum, nitrogen, phosphorus, boron, metal.

Введения

Научными центрами по всему миру рассматривается важный научно-практический вопрос технологических процессов при разработке олигомерных антипиренов, которые обладают свойством повышать пожароопасность легковоспламеняющихся материалов, а также совершенствовать механизм создания их оптимальных составов и влияния на них [1]. Стоит отметить, что особое внимание уделяется разработке многофункциональных антипиренов, разработке огнезащитных свойств и технологии их получения с целью повышения огнестойкости горючих материалов на основе олигомерных антипиренов фосфора, азота, бора и группы металлов [2,3]. В настоящее время на основе инновационных технологий создан ряд химических составов, в состав которых входят эти вещества, с помощью этих антипиров достигнуты определенные научные и практические результаты по получению огнеупорных материалов.  В этой связи следует особо отметить, что были опубликованы некоторые научные публикации, посвященные созданию олигомерных антипиренов с содержанием металлов, основанных на новых подходах [4].  Кроме того, при изучении и улучшении физико-химических свойств огнеупорных покрытий на основе эпоксидной смолы частицы металла, содержащиеся в антепренах, смогли проявить активное влияние на положительное изменение физико-химических свойств композита [5]. Также важно разработать экономически эффективные и экологически чистые технологии производства выпуклых композитов[6].

Анализ литературы

Ряд ученых провели исследования международного масштаба по изучению физико-химических свойств металлсодержащих олигомерных антипренов и композитов. В Америке профессор Джон Д. Питерсон изучал синтез металлсодержащих олигомерных антипиренов для повышения термостойкости и огнестойкости полимерных композитов, исследуя их влияние на полимерные матрицы. Испанский ученый доктор Мария Л. Санчес изучала синтез олигомерных антипиренов на основе фосфора, модифицированных ионами металлов, и их влияние на огнестойкость полимеров. Японский ученый, профессор Хироси Танака, специализируется на изучении физико-химических свойств металлосодержащих полимерных композитов, включая их термостойкость и механические свойства. Работа этих исследователей сосредоточена на углубленном изучении физико-химических свойств металлсодержащих олигомерных антипренов и композитов, служащих для синтеза термостойких материалов и расширения возможностей изучения и применения их структуры.

Методология исследования

Для изучения функциональных групп, содержащих металлсодержащий олигомерный антипирен, был проведен ИК-спектральный анализ. Также были проанализированы физико-химические свойства металлсодержащих олигомерных антипиренов и композитов, а также исследованы их синтез и структура. Для определения огнестойкости и термостабильности было изучено взаимодействие олигомерных антипиренов с полимерными композитами.

Анализы и результаты

При получении олигомерных антипиренов, содержащих фосфор, азот, бор и металло-улавливающие вещества, синтезированных для улучшения воспламеняемых свойств полимерных веществ, в основном использовалось местное сырье - мочевина ((NH₂)₂CO. При получении олигомерного антипирена haorat составляла 130-160^оС, при изучении ИК-спектра олигомерного антипирена, изображений с помощью сканирующего электронного микроскопа и элементного анализа. Общая формула полученного металлсодержащего олигомера антипирена выглядит следующим образом:

Из формулы металлсодержащего антипирена видно, что существует несколько P, Zn, B таких элементов, которые замедляют-затягивают или полностью предотвращают процесс горения.

В процессе горения азотистые соединения распадаются и выделяют инертные газы (например, оксиды азота- NOx) в зону горения. Эти газы снижают вероятность возгорания за счет снижения концентрации кислорода. Сочетание цинка и бора элементов с азотом, фосфором и углеродом еще больше повышает их эффективность.

Были изучены оптимальные условия и физико-химические свойства получаемого антипирена, что позволило получить данные главным образом о составе антипирена, получаемого с высокой эффективностью. В таблице 1 представлены физико-химические свойства и влияние нового высокоэффективного антипирена на растворители.

Таблица 1.

Физико-химические свойства антипирена, полученного на основе местного сырья

В результате экспериментов было установлено, что эффективность огнеупорной добавки зависит от качества и соотношения компонентов. Оптимальная температура реакции - 150-160°C.

Для изучения функциональных групп в металлсодержащем олигомерном антипирене анализ ик-спектра дает значимые убедительные результаты (рис.1).

Рисунок 1. Спектроскопический анализ металлсодержащего тугоплавкого антепрена с использованием IK -спектроскопии

На основании результатов анализа было определено наличие органических и неорганических функциональных групп на основе областей поглощения инфракрасного (IK) спектра. Эти спектральные показатели поглощения соответствуют следующим функциональным группам:

В диапазоне 3329,14⁻3431,36 см⁻¹ наблюдалась широкая полоса поглощения группы NH, в то время как полоса поглощения 3219,19 см⁻¹ принадлежит группе BOH (OH), а полоса поглощения 1674,21 см⁻¹, как было обнаружено, содержит C=O (карбонильную) полосу, с полосой поглощения 1120,64 см⁻¹, подтверждающей наличие RO₄3 - (фосфатной) полосы. Поглощение в диапазоне 1035,77 см⁻¹ подтверждает наличие связи R–O–C (эфирной), которая характерна для сложных эфиров.

Вывод

Результаты исследований физико-химических свойств металлсодержащих олигомерных антипиренов и композитов показывают, что эти материалы обладают такими важными свойствами, как высокая огнестойкость и термостабильность.

В ходе исследования был проведен синтез олигомерных антипиренов, модифицированных ионами различных металлов (Zn, B), и проана-лизированы их свойства при добавлении в полимерные матрицы.

Результаты этого исследования позволяют предположить, что металлсодержащие олигомерные антипирены могут быть эффективной добавкой для повышения термостойкости и огнестойкости полимерных композитов.

В будущем будет важно продолжить исследования, направленные на расширение промышленного применения этих материалов и повышение их экологической безопасности.

В результате экспериментов было установлено, что эффективность огнеупорной добавки зависит от качества и соотношения компонентов. Оптимальная температура реакции - 150-160°C.

Список литературы:

1. H. Jian, et al., Research progress on the improvement of flame retardancy, hydrophobicity, and antibacterial properties of wood surfaces, Polymers (Basel) 15 (4) (Feb 15 2023), https://doi.org/10.3390/polym15040951.
2. C. Chen, et al., Structure–property–function relationships of natural and engineered wood, Nat. Rev. Mater. 5 (9) (2020) 642–666, https://doi.org/ 10.1038/s41578-020-0195-z.
3. P. Mali, N.S. Sonawane, V. Patil, G. Lokhande, R. Mawale, N. Pawar, Morphology of wood degradation and flame retardants wood coating technology: an overview, Int. Wood Prod. J. 13 (1) (2021) 21–40, https://doi.org/10.1080/ 20426445.2021.2011552.
4. D.C.O. Marney, L.J. Russell, Combined fire retardant and wood preservative treatments for outdoor wood applications – a review of the literature, Fire. Technol 44 (1) (2007) 1–14, https://doi.org/10.1007/s10694-007-0016-6.
5. Нуркулов Э. Н. Исследование физико-химических свойств огнезащитных покрытий на основе эпоксидной смолы //Universum: технические науки. – 2024. – Т. 6. – №. 5 (122). – С. 50-52.
6. Нарзуллаев А. Х. Создание новых типов многофункциональных композиций ингибиторов коррозии на основе фосфора, серы, азота, в том числе кратоновых альдегидов //Universum: технические науки. – 2021. – №. 12-5 (93). – С. 14-16.