Трудногорючая полимерная композиция для производства изделий методом экструзии, литья под давлением, прессованием

Трудногорючая полимерная композиция для производства изделий методом экструзии, литья под давлением, прессованием

Реферат

Изобретение относится к самозатухающим полимерным композициям на основе полиэтилена высокого давления и может быть использовано для производства изделий, в частности, методами экструзии, литья под давлением, прессованием.

Природа большинства полимерных материалов такова, что их невозможно сделать полностью негорючими, в то же время ужесточаются требования пожарной безопасности во многих областях применения полимерных материалов: строительство, транспорт, бытовая техника, электроника. Для снижения способности полимерных материалов к возгоранию и поддержанию горения применяют добавки, затрудняющие воспламенение и снижающие скорость распространения пламени - антипирены, наиболее распространенными из которых являются галогенсодержащие добавки и гидроксиды металлов.

Галогенсодержащие добавки относятся к основным или первичным замедлителям горения. О количестве вводимых добавок судят по процентному содержанию галогена в полимере. Минимальное содержание брома, необходимое для снижения горючести полиэтилена до самозатухания должно быть 20%. Однако данная концентрация галогена в полимерном материале не является надежной гарантией эффективного снижения его горючести и повышения огнестойкости. [1]

Галогенсодержащие соединения (бромсодержащие замедлители горения в два раза эффективнее хлорсодержащих) являются эффективными замедлителями горения полимерных материалов, но высокое содержание галогена в материале стимулирует термоокислительную деструкцию материала. За счет высоких скоростей выделения галогенсодержащих частиц на поверхности материала образуются поры и трещины, а в газовую фазу выделяется много дыма и токсичных продуктов высокой плотности.

Применение гидроксидов металлов постоянно возрастает, это обусловлено их невысокой стоимостью по сравнению с системами на основе галогенов. Неорганические гидроксиды легки в обращении и нетоксичны.

Для обеспечения у полимерных композиций категории стойкости к горению ПВ-0 процентное содержание гидроксидов металлов должно составлять до 70%. [2] Однако такое высокое процентное содержание гидроксидов металлов приводит к снижению физико-механических характеристик изделия, повышению вязкости при переработке, что затрудняет применение таких композиций при экструзионном методе переработки.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является материал биозащиты от нейтронов, включающий полиэтилен (100), аморфный бор (3-5), гидроокись алюминия (70-100), бромсодержащее ароматическое соединение - декабромдифенилоксид (10-20), поливиниловый спирт (1-2), малеиновый ангидрид (1-2) [3]. Данный материал соответствует требованиям ГОСТ 28157-89 в части стойкости к горению ПВ-0, однако он не может перерабатываться методом экструзии. Применяемая в данной композиции гидроокись алюминия имеет низкую термостойкость (до 190°С), при более высоких температурах она разлагается с выделением большого количества воды (на практике частичное разложение происходит уже при температуре от 140°С). В связи с этим указанная композиция может перерабатываться только прессованием и литьем под давлением.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение термостойкости полимерной композиции для производства изделий методами экструзии, литья под давлением, прессованием при сохранении ее соответствия категории стойкости к горению ПВ-0 (по ГОСТ 28157-89).

Указанный результат достигается тем, что в трудногорючей полимерной композиции для производства изделий методами экструзии, литья под давлением, прессованием, включающей полиэтилен высокого давления, декабромдифенилоксид с трехокисью сурьмы, малеиновый ангидрид, дополнительно содержится сополимер этилена и винилацетата, гидроксид магния, модифицированный органосиланами и модификатор пластмасс Пента^®-1006 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полиэтилен высокого давления	20-30
Декабромдифенилоксид	6-15
Малеиновый ангидрид	2-5
Сополимер этилена и винилацетата	5-15
Трехокись сурьмы	2-5
Гидроксид магния, модифицированный
органосиланами	40-50
Модификатор пластмасс Пента®-1006	1-3

Используемый в заявленной композиции гидроксид магния, модифицированный органосиланами (например, гидроксид магния, модифицированный винилсиланами), имеет более высокую термостойкость (может перерабатываться при температуре расплава до 200°С), чем гидроксид алюминия.

Наличие в составе малеинового ангидрида повышает механические и прочностные характеристики полимерной композиции, облегчает дисперсию, регулирует вязкостные свойства. Наличие в композиции модификатора пластмасс Пента^®-1006 (композиции на основе полиорганосилоксана, производства компании «Пента» по ТУ 2257-204-40245042-2007 http://www.penta-91.ru/p1006.htm) придает композиции дополнительную эластичность, а в сочетании с гидроксидом магния приводит к синергетическому эффекту при создании трудногорючих композиций, позволяет ввести в композицию большее количество наполнителя, уменьшает нагрузки на оборудование при переработке композиции. Вместо модификатора пластмасс Пента^®-1006 может быть использована иная аналогичная композиция других производителей.

Декабромдифенилоксид снижает температуру горения за счет протекания сложного комплекса радикальных реакций с участием трехокиси сурьмы - синергиста бромсодержащих антипиренов. Сама по себе трехокись сурьмы не задерживает горения, так как плавится при температурах выше температур плавления большинства полимеров. Однако в смеси с галогенсодержащими соединениями образует галогениды и оксигалогениды сурьмы, которые при температуре воспламенения находятся в газообразном состоянии и разбавляют горючие газы. Таким образом, заявленное сочетание компонентов обеспечивает новый технический эффект.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Примеры 1-5. Гранулированные компоненты загружают в агрегат для усреднения, а затем в экструзионную линию, где при помощи дозаторов в расплав подаются порошкообразные компоненты. Температура расплава в экструдере 198-200°С. Используют двухшнековый экструдер. Готовый продукт представляет собой композицию с равномерным распределением ингредиентов по объему материала. Полученный гранулят композиции перерабатывают в изделия методом экструзии, литья под давлением или прессованием на соответствующем технологическом оборудовании.

Составы трудногорючих полимерных композиций в таблице 1.

Показатели свойств трудногорючих полимерных композиций оценивали по стандартным методикам. Огнестойкость (устойчивость к горению) определяли по ГОСТ 28157-89, который соответствует международному стандарту UL-94. Стандарты ГОСТ 28157-89 и UL-94 имеют три шкалы горючести материалов: ПВ-0 (V-0), ПВ-1 (V-1), ПВ-2 (V-2). Материалы, отнесенные к ПВ-0, должны удовлетворять следующим требованиям:

- время горения не должно превышать 10 с после каждого приложения пламени;

- суммарное время горения серии из пяти образцов после двукратного приложения пламени не должно превышать 50 с;

- ни один из образцов не должен гореть или тлеть до зажима;

- гигроскопическая хирургическая вата, находящаяся на расстоянии 300 мм под образцом, не должна воспламеняться падающими частицами вещества;

- ни один образец не должен гореть и тлеть более 30 с после второго удаления пламени.

Результаты испытаний заявленной трудногорючей полимерной композиции представлены в таблице 2

Как следует из данных табл.2, заявленные составы трудногорючей полимерной композиции (составы 1-5) по горючести не уступают прототипу, но могут перерабатываться методом экструзии.

Таблица 1
Составы композиций
Пример	Полиэтилен высокого давления	Декабром - дифенил-оксид	Малеиновый ангидрид	Сополимер этилена и винилацетата	Трехокись сурьмы	Гидроксид магния, модифицированный органосиланами	Модификатор пластмасс Пента®-1006
1	28	15	1	10	5	40	1
2	26	15	2	10	5	40	2
3	25	12	2	10	4	45	2
4	22	9	3	10	3	50	3
5	19	11	3	10	4	50	3

Таблица 2
Результаты испытаний
Пример	Время горения (t1, c)	Время горения(t2, С)	Время тления (t, c)	Суммарное время горения (t, c)	Суммарное время горения и тления (t, c)	Сгорание до зажима (+/-)	Горящие частицы (+/-)
1	1	0	0	0	1	-	-
2	0	0	0	0	0	-	-
3	1	0	0	1	1	-	-
4	0	0	0	0	0	-	-
5	0	0	0	0	0	-	-

Источники информации

1. Кодолов В.И. Замедлители горения полимерных материалов. М.: Химия, 1980.

2. Узденский В.Б. Трудногорючие полимерные материалы. Пластикс, 2003, №2.

3. Патент РФ на изобретение №2008730 (Климанова Р.С., Сеземова В.И., Русакова М.В., Васильев Г.А., Орлов Ю.В.), 30.01.1992, «Материал биозащиты от нейтронов».

Трудногорючая полимерная композиция для производства изделий методами экструзии, литья под давлением, прессованием, включающая полиэтилен высокого давления, декабромдифенилоксид, малеиновый ангидрид, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит сополимер этилена и винилацетата, трехокись сурьмы, гидроксид магния, модифицированный органосиланами, и модификатор пластмасс Пента^®-1006 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полиэтилен высокого давления	20-30
Декабромдифенилоксид	6-15
Малеиновый ангидрид	2-5
Сополимер этилена и винилацетата	5-15
Трехокись сурьмы	2-5
Гидроксид магния, модифицированный
органосиланами	40-50
Модификатор пластмасс Пента®-1006	1-3