CC BY
97
A A UNi
/т те>
7universum.com
UNIVERSUM:
технические науки
ИССЛЕДОВАНИЕ ОГНЕЗАЩИТНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЛИГОМЕРНЫХ АНТИПИРЕНОВ ДЛЯ ДРЕВЕСИНЫ И ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Нуркулов Файзулла Нурмуминович
старший научный сотрудник Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии,
111116, Республика Узбекистан, Ташкентская обл., Зангиотинский р-н, п/о Ибрат
E-mail: [email protected]
FIRE RATING RESEARCH OF OLIGOMERIC ANTIPYRENS FOR TIMBER AND POLYMER MATERIALS
Fayzulla Nurkulov
senior Research scientist, Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, 111116, Republic of Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, village Ibrat
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 1636398 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.
Ключевые слова: олигомерный антипирен, древесина, полимерные материалы, кислородный индекс, полиэтилен, потеря массы, огнезащитная эффективность.
Keywords: oligomeric antipyren; timber; polymer materials; oxygen index; polyethylene; weight loss; fire rating.
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
Библиографическое описание: 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/3 776
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 синергиче-ский 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.
Физико-химические
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 «Уз-кимёсаноат» 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 Б-0220 с олигомерным антипиреном. Данные физико-химических характеристик и потеря массы олигомерного ан-типирена марки АДж-2 и АР-1230 представлены в табл. 1.
Таблица 1.
олигомерного антипирена
Показатели Олигомерный антипирен
АДж-2 АР-130
Плотность, г/см3 ГОСТ 15139-69 1,04 1,11
Цхв 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
Испытания на горючесть древесинного
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.
*ла 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 33 145,25 136,77 8,48 5,84
2 120 Отсутствует 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 32 159,28 151,08 8,20 5,15
5 120 Отсутствует 30 165,59 156,98 8,61 5,20
6 120 24 119,93 113,63 6,30 5,25
7universum.com
UNIVERSUM:
технические науки
В среднем:
5,2
Строительные материалы на основе полиолефи-нов 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 %; 325345 °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 ан-типирена с последующим генерированием активных компонентов, снижающих горючесть за счет ингибиро-вания 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 мас-сообмена, 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 ан-типирен, 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 2179376. 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 массо-обмена 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
10 28,4
АДж-2 40 43,3
60 48,2
10 28,6
АР-130 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 поли-олефиновых 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 древесных композиционных материалов // V Международная конференция-школа по химии и физикохимии олиго-меров: 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 полибутилентерефталата / 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 полибутилентерефталата / 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 dokladov. (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 materialy». [Materials of X international scientific-practical conference "New polymer composite materials"], 2014, pp. 263266 (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». [Materials of the international scientific-practical conference "Chemistry: state and prospects of development"], Grozny, 2014. p. 80. (In Russian).
