Исследование огнезащитной эффективности олигомерных антипиренов для древесины и полимерных материалов

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

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

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

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