МОДИФИКАЦИЯ ДРЕВЕСИНЫ И ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ФОСФОР-, СЕРОСОДЕРЖАЩИМИ ОРГАНИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

MODIFICATION OF TIMBER AND POLYMERIC MATERIALS BY PHOSPHORUS SULFUR-CONTAINING ORGANIC COMPOUNDS

Fayzulla Nurkulov

senior Researcher, Tashkent Institute of Chemical Technology,

Uzbekistan, Tashkent

Abdulahat Jalilov

professor, Doctor of Chemistry, Director of the State Unitary Enterprise of the Tashkent Scientific Research

Institute of Chemical Technology,

Uzbekistan, Tashkent

Nigmatzhan Samigov

professor, Doctor of Technical Sciences, Head of the Chair “Building materials and chemistry”, Tashkent Architecture and Construction Institute,

Uzbekistan, Tashkent

Ikromzhon Siddikov

ph.D., Associate Professor Ministry of Internal Affairs of the Republic of Uzbekistan Higher Technical School of Fire Safety,

Uzbekistan, Tashkent

Sayfiddin Jumaev

senior Researcher, Ministry of Internal Affairs of the Republic of Uzbekistan Higher Technical School of Fire Safety,

Uzbekistan, Tashkent

Umidjon Samigov

senior Researcher, Tashkent Architecture and Construction Institute,

Uzbekistan, Tashkent

АННОТАЦИЯ

Показано исследование модификации древесины и полимерных материалов фосфор-, серосодержащими органическими соединениями, а также результаты исследования составов АДж-2. В среднем потеря массы при горении образца составила 6,0 %, то есть огнезащитный состав обеспечивает I группу огнезащитной эффективности согласно ГОСТ 16363-98. Определено, что при введении олигомерного антипирена 12 масс. ч в полиэтилен высокого давления (ПЭВД) кислородный индекс по ГОСТ 21793-76 возрастает с 18 до 48 % об.

ABSTRACT

Research of timber and polymeric materials modification by phosphorus sulfur-containing organic compounds, as well as research results of compounds ADzh-2 are shown. The average weight loss during sample combustion is 6,0% that is flame retardant provides I group of fire-resistance, according to GOST 16363-98. It has been determined that when introducing oligomeric flame retardant of 12 parts by weight into high-pressure polyethylene, oxygen index increases from 18 to 48 % vol. based on GOST 21793-76.

Ключевые слова: олигомерный антипирен, древесина, полимерные материалы, кислородный индекс, полиэтилен, потеря массы, огнезащитная эффективность.

Keywords: oligomeric flame retardant, wood, polymeric materials, the oxygen index, polyethylene, weight loss, the flame-retardant efficiency.

Природа большинства древесных и полимерных материалов такова, что их невозможно сделать полностью пожаробезопасными. Единственное, что можно сделать – это снизить их способность к возгоранию и поддержанию горения. Для этой цели применяются добавки, затрудняющие воспламенение и снижающие скорость распространения пламени – антипирены [1, с. 178–181].

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 [2, с. 241].

Нами синтезированы новые полифункциональные олигомерные антипирены марки АДж-2, 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 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 представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Физико-химические показатели олигомерного антипирена

Строительные материалы на основе полиолефинов являются горючими материалами, и они отличаются от других термостойких полимерных материалов низкой термостойкостью и повышенной огневой опасностью. Они относятся к легковоспламеняющимся материалам, разложение которых протекает без образования коксового остатка: кислородный индекс (КИ) равны соответственно: 17,4-18,2 %; 325–345⁰С и 345–390⁰С.

В данной работе исследовалась возможность использования АДж-2 в качестве олигомерного антипирена для полиэтилена высокого (ПЭВД) давления марки F-0220.

Исследуемая огнезащитная композиция ПЭВД состоит из олигомерного антипирена АДж-2 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 48 % об. Полиэтилен, содержащий олигомерный антипирен, снижает время самостоятельного горения более чем в 2,5 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 пожароопасности пластмасс. Его можно применять только как один из элементов оценки пожароопасности пластмасс.

На рисунке 1 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 фосфорсодержащим олигомерным антипиреном в количестве 10–60 % составляет 28–48 % (рис. 1).

Исследования огнезащитной эффективности проводились на деревянных элементах. Результаты исследования составов АДж-2 показали, что в среднем потеря массы образца составила 6,0 %, то есть огнезащитный состав обеспечивает I группу огнезащитной эффективности.

Рисунок 1. Зависимость КИ полиэтиленов от содержания модифицированных неорганических наполнителей и фосфорсодержащего олигомерного антипирена в их молекулах

Исследования кислородного индекса композиции полиэтилена составляет КИ 28–48 %.

Таким образом, доказана эффективность использования для наполнения полиэтиленов композиционными неорганическими наполнителями с фосфорсодержащими олигомерными антипиренами в качестве огнезащитных средств полиолефиновых 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 олигомеров: Сборник тезисов докладов. (Волгоград, 1–6 июня 2015). Москва-Черноголовка-Волгоград. – 2015. – С. 241.