Сравнительная оценка различных видов гидроксида алюминия как антипирена в поливинилхлоридном покрытии искусственной кожи Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ОГНЕЗАЩИТА

Магистрант кафедры "Технологии полимерных пленочных материалов и искусственной кожи (ТППМ и ИК)" Московского государственного университета дизайна и технологии (МГУДТ)

П.М. Беспалов

Канд. техн. наук, доцент кафедры ТППМиИКМГУДТ

Л. Л. Гайдарова

Д-р хим. наук, профессор, заведующая кафедрой ТППМиИКМГУДТ

Г. П. Андрианова

Д-р хим. наук, главный научный сотрудник Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН

Ю.П.Топоров

УДК 675.92.04

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ КАК АНТИПИРЕНА В ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНОМ ПОКРЫТИИ ИСКУССТВЕННОЙ КОЖИ

Исследовано влияние степени дисперсности и вида гидроксида алюминия на его эффективность какантипирена в поливинилхлоридных(ПВХ) композициях. Показано влияние предыстории порошка на его взаимодействие с полимером, а также на особенности эндотермических процессов при нагревании ПВХ пленок. Установлено, что наибольшим антипирирующим действием обладает наногидроксид алюминия.

В настоящее время актуальной проблемой является снижение токсикологической опасности полимерных материалов пониженной горючести, поскольку традиционные антипирены в большинстве своем являются вредными веществами или выделяют таковые в условиях пожара. Так, при использовании галогенсодержащих антипиренов образуются такие токсичные газы, как бромид и хлорид водорода, бром, хлор. При горении материалов с фосфорсодержащими ингибиторами возможно выделение летучих соединений фосфора. Особенно опасны фосфоргалоидорганические антипире-ны, поэтому, несмотря на их высокую эффективность, наметилась тенденция к ограничению их применения [1,2].

К нетоксичным антипиренам относятся гидро-ксиды металлов и в первую очередь А1(ОН)3. Однако для существенного снижения горючести в полимерные композиции, в частности на базе поливинил-хлорида (ПВХ), необходимо вводить 50-200 мас. ч. указанного антипирена-наполнителя [3, 4]. Такую высокую концентрацию порошкообразной добавки невозможно использовать для снижения горючести обивочной искусственной кожи (ИК) вследствие очень малой толщины ПВХ слоя, наносимого на волокнистую основу. Другим фактором, препятствующим применению высоконаполненной композиции, является метод производства ИК. Данный ма-

териал обычно получают из пластизолей (паст) ПВХ, которые должны обладать определенной текучестью. Высокая степень наполнения антипире-ном резко увеличит вязкость ПВХ смеси и сделает ее непригодной к переработке.

Повышение эффективности гидроксида алюминия позволило бы снизить его концентрацию в ПВХ пластизоле и применить данный нетоксичный ан-типирен для производства обивочной ИК.

Известно, что свойства гидроксида алюминия как антипирена обусловлены, прежде всего, его эндотермическим разложением при нагревании. Температура проявления эндоэффектов и количество поглощенной теплоты зависят от условий синтеза гидроксида алюминия, которые предопределяют его структуру [5, 6]. На эффективность гидроксида алюминия влияет также его степень дисперсности. В работе [4] показано, что увеличение степени дисперсности порошка гидроксида алюминия до размера частиц 5 мкм способствует снижению горючести ПВХ материала, однако рекомендуемая концентрация антипирена все же очень высока — 50 мас. ч. на 100 мас. ч. ПВХ.

Целью настоящего исследования являлась оценка совместного влияния дисперсности, способа получения и обработки гидроксида алюминия на эффективность его антипирирующего действия в ПВХ покрытии для обивочной ИК.

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2008 ТОМ 17

17

В работе использовали наногидроксид алюминия (НГА) марки IPC, полученный гидролизом нанопорошка алюминия, промышленный (ТУ 6-47-107-88) гидроксид алюминия (ГА) и этот же порошок, но прошедший операцию механодиспер-гирования (ДГА). Содержание указанных антипи-ренов в пластизоле на основе ПВХ-ЕП 6602С и пластификатора диоктилфталата варьировали от 4 до 20 мас. ч. на 100 мас. ч. полимера.

Горючесть модельных ПВХ пленок исследовали в режиме зажигания, когда пламя непосредственно контактировало с образцом, и в режиме самовоспламенения, при котором пламя находилось на расстоянии 2 см от поверхности образца, закрепленного горизонтально в металлической рамке. Определяли потерю массы образцов при горении Am и время индукции до начала самовозгорания хинд. В случае отсутствия самовоспламенения в течение 2 мин опыт прекращали. Визуально оценивали цвет и количество дыма.

Тепловые эффекты при нагревании пленок исследовали методом дифференциально-сканирующей калориметрии на приборе DSC Q100.

Удельную поверхность порошков косвенно характеризовали водным числом (предельное количество воды, которое поглощается навеской порошка).

Определение водного числа показало, что его величина составляет для ГА 200%, ДГА — 280%, НГА — 400%. Полученные результаты свидетельствуют, что несмотря на склонность к агломерации, НГА отличается наибольшей степенью дисперсности в сравнении с ГА и ДГА.

Характеристики эндоэффектов в ПВХ пленках, содержащих исследуемые виды гидроксида алюминия, определяли из анализа ДСК-грамм, полученных для образцов с 20 мас. ч. антипирена. Результаты, представленные в табл. 1, показывают, что нагревание всех вариантов пленок сопровождается эндоэффектами, однако нет прямой зависимости между степенью дисперсности порошка и величиной эндоэффекта.

Удельная энтальпия АН, характеризующая количество поглощенной теплоты, выше у образца с ГА, нежели с полученным тем же методом, но более дисперсным ДГА. Максимальная величина АН соответствует пленке, содержащей тонкодисперсный НГА.

Температурная область проявления эндоэффек-тов АТэндо также различна и зависит от вида гидро-ксида алюминия. При использовании ДГА эндотермический процесс развивается в наиболее узком диапазоне температур, который составляет всего 20°C, а в образце с НГА эндоэффекты проявляются на протяжении почти 100°C.

Таблица 1. Влияние гидроксида алюминия на тепловые характеристики ПВХ пленок

Вид гидроксида алюминия АТ °С эндо , С АН, Дж/г Т, °C

ГА 220-275 7,9 141 -145

ДГА 230-250 4,2 148 -155

НГА 178-275 17,1 115 -123

Таблица 2. Влияние гидроксида алюминия на характеристики горючести ПВХ пленок

Вид гидро-ксида алюми- Концентрация гидроксида алюминия, Характеристики горючести образцов в режиме

самовоспламенения зажигания

ния мас. ч. ^инд,с Am, %

Без антипирена 5 100 Сгорел

ГА 20 10 48 10 9,8 79,0 Самозатухающий Сгорел

ДГА 20 10 40 7 12,4 88,2 Самозатухающий Сгорел

НГА 20 10 8 6 4 > 120 То же 45 12 5 2,1 8,5 14,0 27,4 48,6 Не поддерживает горения То же Самозатухающий То же Сгорел

Таким образом, сравнение пленок, содержащих ДГА и ГА, показывает, что операция механодиспер-гирования антипирена приводит к ослаблению эндотермического эффекта. НГА, полученный иным методом, нежели промышленный гидроксид алюминия, способствует усилению эндоэффектов, которые проявляются в наиболее широком температурном диапазоне.

В табл. 1 представлен также температурный переход Т ПВХ пленок, который характеризует подвижность макромолекул ПВХ. Изменение положения Т в зависимости от вида гидроксида алюминия свидетельствует о различном взаимодействии полимера с поверхностью частиц антипирена. В частности, наименее подвижны цепи ПВХ при использовании ДГА, величина Т максимальна. Полученные данные показывают, что каждый вид гид-роксида алюминия имеет специфические особенности поверхности частиц порошка, зависящие от его предыстории. Можно отметить, что чем ниже Т, тем больше величина АН (см. табл. 1).

Различия в тепловых характеристиках оказали влияние на горючесть ПВХ пленок (табл. 2). Результаты свидетельствуют, что 10 мас. ч. ГА и ДГА недостаточно, чтобы ПВХ пленки оказались не поддерживающими горение, тогда как применение НГА в том же количестве делает образец устойчивым к

18

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2008 ТОМ 17 №1

горению. Более того, предельно допустимая концентрация НГА может быть снижена до 6 мас. ч., что практически не окажет влияния ни на вязкость ПВХ пластизоля, ни на эксплуатационные свойства ИК.

Следует отметить, что при горении образца, не содержащего антипирен, выделяется большое количество черного дыма. Использование 20 мас. ч. ГА и ДГА существенно снижает дымообразование, а цвет дыма становится белым. Аналогичный ре-

зультат получен при введении в ПВХ 10 и более мас. ч. НГА, при меньшем его содержании выделяется дым серого цвета.

Проведенные исследования показали, что активность гидроксида алюминия как антипирена зависит не только от степени дисперсности, но, прежде всего, от методов получения и обработки, которые обуславливают тепловые эффекты в наполненных им полимерных композициях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Екимов, А. В огне не горит / А. Екимов, И. Айзинсон // Пластике. — 2007. — № 7-8. — С.49-52.

2. Low smoke cables // Fire Safety Engineering. — 1998. —V.5,№ 1. — P. 50.

3. Огнестойкость ПВХ композиции с пониженным дымо-, газовыделением: Обзорная информация. — М.: НИИТЭИ химпром, 1984. — 39 с.

4. Гукепшева, Л. М. Влияние концентрации и степени измельчения антипирена-наполнителя на физические свойства ПВХ композиций / Л. М. Гукепшева, Р. Б. Тхакахов, М. М. Бегретов [и др.] // Пластические массы. — 2006. — № 6. — С. 13-14.

5. Аптикашева, А. Г. Морфология поверхности гидроксидов алюминия, полученных в процессе промышленного синтеза / А. Г. Аптикашева, А. А. Ламберов, С. Р. Егорова [и др.] // ЖФХ. — 2005. — Т. 79, № 9. — С. 1633.

6. Аптикашева, А. Г. Особенности формирования фазового состава гидроксидов алюминия периодического осаждения в условиях промышленного синтеза / А. Г. Аптикашева, А. А. Ламберов, С. Р. Егорова [и др.] // Химическая технология. — 2007. — Т. 8, № 9. — С. 396-401.

Поступила в редакцию 22.11.07.

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНаСТЬ 2008 ТОМ 17 №1

19