Снижение горючести ПВХ линолеума Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 621.43.019.2

А. В. Еремеева, Е. М. Готлиб

СНИЖЕНИЕ ГОРЮЧЕСТИ ПВХ ЛИНОЛЕУМА

Ключевые слова: Линолеум, горючесть, антипирены, фосфаты.

Дан краткий анализ методов снижения горючести полимеров и показана эффективность применения для этих целей в составе ПВХ композиций для линолеума фосфорорганического антипирена ГЖ-ФК.

Keywords: Linoleum, combustibility, fire-retarding agents, phosphates.

Short analysis of methods of decrease in combustibility ofpolymers is given and efficiency of application for these purposes in composition of PVC linoleum of the phosphorus organic fire-retarding agent GZh-FK is shown.

Введение

Горючесть - это комплексная, многофакторная характеристика материала, которая оценивается следующими параметрами [1]:

- температура воспламенения или самовоспламенения;

- скорость выгорания и распространения пламени по поверхности;

- кислородный индекс;

- время самостоятельного горения.

Для снижения горючести полимерныхматериа-лов, как правило, используются специальные до-бавки-антипирены. Анализ литературных данных показывает, что основными замедлителями горения полимеров являются органические и неорганические соединения, содержащие фосфор и галогены [2,3].

В зависимости от того, как антипирены вводятся и взаимодействуют с полимерами или исходными мономерами различают антипирены инертного и реакционного типов. Инертные антипирены механически совмещаются с полимерами и вводятся на стадии их переработки в изделия. В общем объеме потребления антипиренов доля инертных составляет около 80%, причем, ассортимент их шире, чем анти-пиренов-реагентов.

В то же время инертным антипиренам присущи существенные недостатки. Это, прежде всего влияние на физико-механические свойства полимерных материалов, склонность к миграции на поверхность, способность вымываться водой, моющими средствами и т. д. [4,5].

В связи с этим, наблюдается тенденция некоторого сокращения объема потребления инертных антипиренов по сравнению с реакционноспособны-ми, которые вводятся в полимер в процессе синтеза.

Как правило, антипирены содержат: замедлители горения (фосфаты аммония, бора, хлорид аммония, гексабромциклододекан), синергисты (вещества, усиливающие действие основного замедлителя), стабилизаторы, ограничивающие расход замедлителя.

Различают антипирены, действующие в газообразной фазе, например галогениды сурьмы, и твердые антипирены, такие как фосфаты аммония.

Известны также антипирены, действующие как в газообразной, так и в твердой фазах.

Таким образом, для снижения горючести полимеров применяется как физическое наполнение порошковыми добавками (например, трехокисью сурьмы), так и модификация с введением в структуру соединений, содержащих галогены, атомы фосфора или бора. Вместе с основными замедлителями горения целесообразно использовать алюминий, кремний, металлсодержащие добавки [5,6].

Чаще всего в качестве антипиренов применяются хлор и бром и фосфорсодержащие соединения, так как они обеспечивают наилучшее соотношение цена/качество.

Для всех материалов, используемых в строительстве, в том числе и для ПВХ линолеума, показатель стойкости к возгоранию/горению очень важен для обеспечения оптимальных потребительских свойств.

Экспериментальная часть

Для приготовления композиций для производства линолеума использовалась [7] пастообразующая поливинилхлоридная смола марки ПВХ-Е-6250-Ж (ГОСТ 14039-78), В качестве наполнителя применялся микромрамор (карбонат кальция) марки РМ-130 (ТУ 5716-001-99242323-2007), средний размер частиц - 46 мкм. Пластификатором служил ЭДОС - смесь производных 1,3 диоксана (ТУ 2493-003-13004749-93).

В качестве антипиренов были испытаны жидкость гидравлическая ГЖ-ФК (ТУ 6-02-1114-93) -сложный эфир пара-третичного бутилфенола, фенола и ортофосфорной кислоты, а также калиевая соль ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты Оксифос-Б-1 ( ТУ 2484-344-05763441-2001 изм.3). Горючесть определяли методом огневой трубы в соответствии с ГОСТ 17088-71. Физико-химические характеристики смесевых пластификаторов определяли по ГОСТ 8728-88. Деформационно-прочностные свойства ПВХ композиций оценивали в соответствии с ГОСТ 18108-85.

Для создания ПВХ линолеума пониженной горючести используется оксид сурьмы. Эта добавка увеличивает температуру воспламенения за счет расхода тепла на плавление образующегося 8ЪС13 , который, в свою очередь, является ингибитором

окисления продуктов разложения ПВХ. Однако оксид сурьмы является дорогостоящим, относительно дефицитным, получается, по импорту и плохо диспергируется в ПВХ-композициях. Кроме того, он неприменим в прозрачных ПВХ-пленках для лицевого слоя линолеума.

В связи с этим, представляется целесообразным использовать в рецептуре ПВХ линолеума в качестве антипиренов фосфорорганические добавки, лишенные вышеперечисленных недостатков.

Известно [1,6] , что фосфорсодержащие антипи-рены могут быть активны как в газовой так и конденсированной фазах. Соединения фосфора действуют в газовой фазе через образование радикалов РО*, поглощающих активные радикалы Н* и ОН*, которые способствуют распространению пламени.

Действие в конденсированной фазе заключается в том, что при разложении антипирена образуются остатки фосфорной кислоты, которые действуют как дегидратирующий агент, способствуя образованию карбонизированных структур. При этом также может образовываться аэрозоль, способствующий дезактивации радикалов за счёт эффекта стенки.[2].

Данные по влиянию ГЖ-ФК на горючесть пластифицированных ЭДОС ПВХ-пленок (табл.1) свидетельствуют о том, что, по сравнению с использованием трехокиси сурьмы, ПВХ линолеум из негорючего становится самозатухающим. Аналогичным образом ведет скбя и Оксифос Б.

Таблица 1 - Составы и свойства ПВХ-композиций для изготовления линолеума

№ № Наименование

компонентов 1 2 3

п

п

1 ПВХ- 100 100 100

2 ЭДОС 70- 70 70

3 ГЖ-ФК -- 0 10

4 Трехокись сурьмы 8 -- --

Горение пленок при него- горю- само-

поднесении рю- чая затуха-

открытого огня чая ние

Прочность, МПа:

в продольном направ- 1,33 1,19 1,26

лении

в поперечном направ- 1,14 1,28 1,32

лении

Относительное удлине-

ние, %:

в продольном направ- 350 275 288

лении

в поперечном направ- 265 318 330

лении

Таким образом, применение ГЖ-ФК, как и Ок-сифоса Б, не обеспечивает по горючести такого же эффекта, как трехокись сурьмы. Однако, применение данных модификаторов, играющих роль анти-пиренов, достаточно эффективно для создания ПВХ материалов для покрытия полов с повышенными требованиями по пожарной безопасности.

Полученные, с использованием ГЖ-ФК, ПВХ -покрытия, обладают достаточно хорошей термостабильностью (35мин. при 1600С) и относительно невысокой жесткостью (9-10х10-2Н). По сравнению с базовой рецептурой несколько улучшаются деформационно-прочностные свойства (табл.1).

ГЖ-ФК представляет собой огнестойкий продукт с температурой вспышки 2400С и температурой самовоспламенения 7000С. Вследствие этого, фосфорсодержащий антипирен способен повысить температуру вспышки пластификатора ЭДОС и снизить его летучесть (табл.2), уменьшая одновременно интенсивность окраски.

Оксифос Б, напротив, ухудшает ет физико-химические показателили пластификатора ЭДОС (табл.2). В связи с этим, его применение в рецептуре ПВХ композиций дляля производства линолеума являетсяся нерациональным.

Таблица 2 - Физико-химические показатели сме-севых пластификаторов для линолеума

Состав, Твс Содержа- Кислот- Цвет-

мас.ч. п, ние лету- ное чис- ность,

0С чих, % ло, мг КОН/г мгТ2/100 см3

ЭДОС 150 0,26 0,12 30

ГЖ-ФК 220 0,20 0,09 10

ЭДОС :

ГЖ-ФК 160 0,22 0,13 20

90 : 10 170 0,23 0,12 15

80 : 20 175 0,23 0,12 10

70 : 30

Окси- 145 0,36 --- 5

фос Б

ЭДОС:

Окси- 132 0,41 0,14 15

фос Б 95 : 5

ЭДОС: Окси-

фос Б : 165 0,27 0,13 20

ГЖ-ФК

85 : 1 :

14

В тоже время, ГЖ-ФК может быть успешно использована для производства ПВХ линолеума специального назначения с пониженной горючестью.

Испытания его в ЦНИИ «Прометей» (г.Москва) методом «огневой трубы», путем оценки времени самостоятельного горения образцов и потери массы при горении, представлены на рис 1.

Гидравлическая жидкость на порядок уменьшает потерю массы при горении линолеума. Кроме того, введение этого модификатора в оптимальном количестве (10 мас.ч ) приводит к тому, что линолеум самостоятельно не горит ( рис.1).

Этот антипирен по степени воздействия на организм человека относится к 4 классу опасности, т. е. его введение в рецептуру не только снижает горючесть, но и улучшает санитарно-гигиенические свойства ПВХ линолеума.

Рис. 1 - Зависимости времени самостоятельного горения и потери массы ПВХ линолеума от содержания антипирена ГЖ-ФК

В качестве негорючей основы линолеума специального назначения может использоваться полиэфирная ткань.

Заключение

В качестве фосфорорганического антипирена в рецептуре ПВХ композиций для производства линолеума достаточно эффективно использовать сложный эфир пара-третичногобутилфенола, фенола и ортофосфорной кислоты. Эта добавка обеспечивает самозатухающие свойства напольного покрытия,

одновременно положительно влияя на деформационно-прочностные и санитарно-гигиенические характеристики линолеума. Рост температуры вспышки и снижение интенсивности окраски ЭДОСа при смешении с этим модификатором позволяет предположить уменьшение миграции пластификатора при эксплуатации линолеума и улучшение его декоративных характеристик.

Литература

1. Кодолов, В.И. Замедлители горения полимерных материалов / В.И. Кодолов // М. : Химия, 1980, - 274 с

2. Асеева, P.M. Горение полимерных материалов / P.M. Асеева, Г.Е. Заиков. // М.: Наука, 1981, - 280 с.

3. Баратов А.Н. Пожарная опасность строительных материалов / А.Н. Баратов, Р.А. Андриянов, А.Я. Корольчен-ко, Д.С. Михайлов, В.А. Ушков, Л. Г. Филин, М, Стройиздат, 1988, 186с.

4. Коблов В.Ф. Исследование влияния высокодисперсных вспучивающихся систем антипиренов на огнетепло-стойкость полимерных композиций / В.Ф.Коблов, О.М.Новосельцева ,В.Г.Кочетков и др. // Вестник тех-нол. ун-та. - 2015. - Т.18. - №14. - С.48-49

5. Wyrych. J. Angew. The influence of phthalate plasticizers on degradation of PVC / Wyrych.J. Angew // Macromol. chem. - 1975. - Bd. 48. - N 654. - Р. 1-15.

6. Полимерные материалы с пониженной горючестью. Под ред. Праведникова А.Н..М, Химия ,1986, 284 с. 7.

7. Готлиб Е.М. К вопросу модификации рецептур ПВХ линолеумов /Е. М. Готлиб [и др.] //Вестник. Ка-зан.технол. ун-та. - 2013. - Т.16. - №4. - С. 151-153.

© А. В. Еремеева - студ. КНИТУ; Е. М. Готлиб - д-р техн. наук, проф. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ, egotlib@yandex.ru.

© A. V. Eremeeva, student, KNRTU; E. M. Gotlib, doctor of technical Sciences, prof. of department of technology of synthetic rubber KNRTU, egotlib@yandex.ru.