Азотфосфорсодержащие огнезащитные составы на основе продуктов аминолиза полиуретанов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ОГНЕЗАЩИТА

В.М. Балакин

канд. хим. наук, профессор Уральского государственного лесотехнического университета, г. Екатеринбург, Россия

Д. Ш. Гарифуллин

аспирант Уральского государственного лесотехнического университета, г. Екатеринбург, Россия

С. В. Ислентьев

студент Уральского государственного лесотехнического университета, г. Екатеринбург, Россия

УДК 678.019

А30ТФ0СФ0РС0ДЕРЖАЩИЕ ОГНЕЗАЩИТНЫЕ СОСТАВЫ НА ОСНОВЕ ПРОДУКТОВ АМИНОЛИЗА ПОЛИУРЕТАНОВ

На основе продуктов аминолиза литьевых полиуретанов различного строения были получены азотфосфорсодер-жащие огнезащитные составы. Проведена оценка первичной огнезащитной эффективности составов на установке типа ОТМ. Показана возможность получения на основе продуктов аминолиза полиуретана эффективных огнезащитных составов для древесины.

Ключевые слова: полиуретаны; аминолиз; огнезащитный состав.

В настоящее время актуальной задачей является переработка и утилизация отходов полимеров, в частности полиуретанов (ПУ) [1]. Полиуретаны представляют собой класс полимерных материалов, которые обладают универсальными свойствами. Благодаря разнообразию форм, которые они могут принимать, — от мягких пенопластов до жестких материалов с различными свойствами, они находят применение в различных областях промышленности и народного хозяйства [2]. В связи с высоким потреблением полиуретановых материалов неизбежно возникает проблема утилизации отходов, получаемых в процессе производства и потребления полиуретанов.

Одним из методов переработки отходов полиуретанов является химическая деструкция [3, 4]. Перспективным методом химической деструкции отходов полиуретанов может служить аминолиз [5], однако важным фактором, сдерживающим широкое применение данного метода, является проблема квалифицированного применения продуктов ами-нолиза.

Целью работы был синтез азотфосфорсодержа-щих огнезащитных составов на основе продуктов аминолиза полиуретанов и первичная оценка огнезащитной эффективности полученных составов на установке типа ОТМ.

© Балакин В. М., Гарифуллин Д. Ш., Ислентьев С. В., 2011

В качестве исходных ПУ были взяты отходы производства литьевых полиуретанов НПО "Уником-Сервис" (г. Первоуральск, Свердловская обл.). В работе были использованы три типа полиуретанов: на основе 2,4-толуилендиизоцианата и простого полиэфира — политетраметиленгликоля (I); на основе 4,4'-метилендиизоцианата (II) и 1,5-нафтилендиизо-цианата (III), и сложных полиэфиров на основе ади-пиновой кислоты и гликоля. В качестве отвердителя для этих полиуретанов использовались Диамет X и 1,4-бутандиол. Структура полиуретанов представлена на рис. 1.

В качестве аминов были использованы моноэта-ноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), полиэтилен-полиамин (ПЭПА) и этилендиамин (ЭДА) марки "хч".

Реакция аминолиза протекала при 130-180 °С в течение 2-5 ч. Азотсодержащие продукты аминолиза, представляющие собой вязкие жидкости темно-красного цвета (ПУ на основе простых полиэфиров) или твердые продукты (ПУ на основе сложных полиэфиров), использовались в качестве аминосостав-ляющего компонента в реакции фосфорилирования (реакции Кабачника - Филдса [6]) с получением производных а-метиленфосфоновых кислот. Полученный продукт фосфорилирования нейтрализовы-вался водным раствором аммиака до нейтрального значения рН с получением аммонийных солей ме-

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНаСТЬ 2011 ТОМ 20 №8

13

ш

он

о шь

НС1 / +НИ4ОН /

л«ллД-Ш2 + НзР0з + СН20 -► мл^д-ж-СН2-Р = 0 --—► д-ж-сн2-р = о

он

О №1,

Рис. 2. Схема получения огнезащитного состава: Я — азотсодержащая часть продуктов аминолиза ПУ

тиленфосфоновых кислот. Продукт нейтрализации использовался в качестве огнезащитного состава для древесины. Ранее на кафедре технологии переработки пластических масс Уральского государственного лесотехнического университета были разработаны огнезащитные составы на основе аммонийных солей моно- и полиметиленфосфоновых кислот, применяемые для огнезащиты древесных плит [7].

Схема получения огнезащитного состава приведена на рис. 2.

Готовые огнезащитные составы представляли собой прозрачные жидкости темно-красного цвета. Физико-химические свойства данных составов приведены в табл. 1.

Первичные огнезащитные свойства составов определялись на установке типа ОТМ [8]. Зависимости

Таблица 1. Краткая характеристика физико-химических свойств огнезащитных составов на основе продуктов аминолиза полиуретанов

Физико- химические

Состав Исходный Амин свойства составов

полиуретан Плотность, г/см3 Концентрация

состава, %

МЭА 1,19 44,6

ОЗС1 I ДЭА ЭДА 1,18 1,19 61,2 56,2

ПЭПА 1,13 54,2

МЭА 1,19 57,2

ОЗС II II ДЭА ЭДА 1,20 1,20 56,4 55,7

ПЭПА 1,15 56,9

МЭА 1,20 56,3

ОЗС III ДЭА 1,16 59,0

III ЭДА 1,22 59,0

ПЭПА 1,20 59,2

♦ МЭА (К2 = 0,85) о ДЭА (Я2 = 0,67) а ЭДА (Д2 = 0,95)

50 100 150 200 250 300 350 400 Расход, г/м2

Рис. 3. Зависимость потери массы древесины от расхода ОЗС I (на основе 2,4-толуилендиизоцианата и простого полиэфира — политетраметиленгликоля)

14

0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНаСТЬ 2011 ТОМ 20 №8

0s я

0 ä 2

Я

О-

1 В

♦ МЭА (R2 = 0,75)

о ДЭА (Л2 = 0,80)

а ЭДА (R2 = 0,73)

□ ПЭПА (R2 = 0,80)

16 14 12 10 8 6 4 2

50 100 150 200 250 300 350 400 450 Расход, г/м2

Рис. 4. Зависимость потери массы древесины от расхода ОЗС II (на основе 4,4'-метилендиизоцианата и сложного полиэфира на основе адипиновой кислоты и гликоля)

а и

о ♦ cfs

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Расход, г/м2

Рис. 5. Зависимость потери массы древесины от расхода ОЗС III (1,5-нафтилендиизоцианата и сложного полиэфира на основе адипиновой кислоты и гликоля)

потери массы образцов древесины от расхода огнезащитных составов представлены на рис. 3-5.

Огнезащитные составы обладают высокой огнезащитной эффективностью. Составы на основе 2,4-толуилендиизоцианата (I) и простого полиэфира обеспечивают I группу огнезащитной эффективности при расходе от 150 г/м2 и на основе ПЭПА — от 300 г/м2. Составы на основе 4,4'-метилендиизо-цианата (II) и сложного полиэфира обеспечивают I группу огнезащитной эффективности при расходе

от 200 г/м2. Составы на основе 1,5-нафтилендиизо-цианата (III) и сложного полиэфира обеспечивают I группу огнезащитной эффективности при расходе от 150 г/м2 и на основе ЭДА — от 300 г/м2.

Таким образом, показана возможность получения эффективных огнезащитных составов для древесины на основе продуктов аминолиза ПУ, что является оригинальным решением, позволяющим обеспечить безотходную утилизацию вторичных полиуретанов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вторичная переработка пластмасс : пер. с англ.; под ред. Г. Е. Заикова. — СПб : Профессия, 2006. — 400 с.

2. Кузнецова Т. М. Развитие рынка полиуретана — перспективное направление повышения эффективности российской нефтехимии. Часть 1 / Нефтехимический комплекс России : ежемесячный бюллетень. — 2008. — №5. — С. 23-28.

3. Datta J., Ronh М. Glikoliza odpadow poliuretanowych / Polimery. — 2007. — Vol. 52, No. 7-8. — Р. 579582.

4. Zia К. М., Bhatti H. N., Bhatti I. A. Methods for polyurethane and polyurethane composites, recycling and recovery: a review// Reactive & Functional Polymers. — 2007. — Vol. 67, No. 8. — P. 675-692.

5. Xue S., Omoto М., Hidai Т., Imai Y. Preparation of epoxy hardeners from waste rigid polyurethane foam and their application // Journal of Polymer Science. — 1995. — Vol. 56, No. 2. — P. 127-134.

6. Петров К. А., Чаузов В. А., Ерохина Т. С. Аминоапкильные фосфорорганические соединения // Успехи химии. — 1974. — Т. XLIII. — Вып. 11. — С. 2045-2087.

7. Балакин В. М., Таланкин В. С., Литвинец Ю. И. и др. Исследование аминометиленфосфона-тов в качестве антипиренов для древесных плит // Технология древесных плит и пластиков : межвуз. сб. — Свердловск : УПИ, 1983. — С. 76-79.

8. ГОСТР 53292-2009. Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний : введ. 01.01.2010. — М. : Стандартинформ, 2009.

Материал поступил в редакцию 17 июня 2011 г.

Электронный адрес авторов: [email protected].

ISSN 0869-7493 ООЖАРООЗРЬЮОБЕЗООАСООСТЬ 2011 ТОМ 20 №8

15