Экструдированные полимерные пеноматериалы, содержащие добавки, придающие огнеупорные свойства, на основе бромированных жирных кислот

Экструдированные полимерные пеноматериалы, содержащие добавки, придающие огнеупорные свойства, на основе бромированных жирных кислот

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Эта заявка имеет приоритет на основании Предварительной Заявки на Патент Соединенных Штатов 61/001579, поданной 2 ноября 2007 г.

Настоящее изобретение относится к экструдированным полимерным пеноматериалам, таким как вспененные полимеры и сополимеры стирола, которые содержат вещества, придающие огнеупорные свойства, на основе бромированной жирной кислоты.

Добавки, придающие огнеупорные свойства (FR), обычно добавляют в изделия из экструдированных полимерных пеноматериалов, которые используют в строительстве и в применениях на автотранспорте (в применениях в двигателе внутреннего сгорания). Наличие добавки, придающей огнеупорные свойства, позволяет пеноматериалу проходить стандартные испытания на огнестойкость, которые являются необходимыми в различных юрисдикциях. В таких пенопродуктах в качестве добавок, придающих огнеупорные свойства, используют различные бромированные соединения с низкой молекулярной массой (<~1000 г/моль). Многие из них, например, гексабромциклододекан, находятся под действием государственного регулирования производства и общественного давления, что может привести к ограничениям на их применение, и поэтому стимулирует поиск замены для них.

Альтернативная добавка, придающая огнеупорные свойства, для экструдированных полимерных пеноматериалов должна быть способна позволять пеноматериалу проходить стандартные испытания на огнестойкость, при включении ее в пеноматериал на приемлемо низких уровнях. Так как экструдированные пеноматериалы перерабатывают при повышенных температурах, важно, чтобы добавка, придающая огнеупорные свойства, была термически стабильной (термически устойчивой) при температурных условиях, используемых в экструзионном процессе. Для некоторых пеноматериалов, таких как пенополистирол и пеноматериалы на основе стирольных сополимеров, такие температуры часто составляют 180°С или выше. Некоторые проблемы возникают, если добавка, придающая огнеупорные свойства, разлагается во время экструзионного процесса. Эти проблемы заключают в себе потерю добавки, придающей огнеупорные свойства, и, следовательно, потерю огнеупорных свойств, и образование продуктов разложения (таких как HBr), которые часто являются корродирующими и, следовательно, потенциально опасными для людей и вредными для рабочего оборудования. Добавка, придающая огнеупорные свойства, не должна вызывать значительную потерю желательных физических свойств в полимере. Предпочтительно, чтобы добавка, придающая огнеупорные свойства, имела низкую токсичность и не была высокобиодоступной.

Бромированные растительные масла были описаны в патенте США №3359220, в качестве добавок, придающих огнеупорные свойства, для использования в применениях пеноматериала в виде гранул. Как описано в патенте США №3359220, бромированное растительное масло добавляют в суспензионный полимеризационный процесс и таким образом внедряют в полимерные частицы, которые затем вспенивают посредством контактирования с паром. Полимерные частицы представляют собой полистирол, который сополимеризован с тунговым маслом. Бромированные растительные масла описаны в патенте США №3359220, как разлагающиеся в температурном диапазоне 140-180°С. Процесс получения пеноматериала в виде гранул не требует высоких температур переработки, поскольку стадии полимеризации и вспенивания проводят при температурах только до приблизительно 115°С. Эти стадии проводят при температурах значительно ниже сообщенной температуры разложения бромированного растительного масла, и поэтому не возникает проблемы, связанной с разложением бромированных растительных масел при их использовании в применениях пеноматериалов в виде полистирольных гранул.

Настоящее изобретение относится к способу, включающему получение находящейся под давлением смеси (А) воспламеняемого полимера, (B) повышающего огнестойкость количества, по меньшей мере, одной(го) бромированной жирной кислоты, сложного эфира, амида или сложного эфира-амида бромированной жирной кислоты, глицерида одной или более бромированных жирных кислот, полимеризованной бромированной жирной кислоты, или смеси любых двух или более веществ из вышеприведенного, и (С) пенообразующего вещества, и экструдирование смеси в зону пониженного давления таким образом, что смесь вспенивается (расширяется) и охлаждается с образованием вспененного полимера, содержащего компонент (В). Для удобства бромированные жирные кислоты, сложные эфиры, амиды или сложные эфиры-амиды бромированных жирных кислот, глицериды одной или более бромированных жирных кислот, и полимеризованные бромированные жирные кислоты, а также их смеси из двух или более веществ, иногда называют в этом документе как BFAB (на основе бромированных жирных кислот)-добавки, придающие огнеупорные свойства.

В еще одном аспекте изобретение относится к экструдированному воспламеняемому полимерному пеноматериалу, имеющему плотность от 1 до приблизительно 30 фунт/фут³ (16-480 кг/м³), к экструдированному воспламеняемому полимерному пеноматериалу, содержащему повышающее огнестойкость количество бромированной жирной кислоты, сложного эфира, амида или сложного эфира-амида бромированной жирной кислоты, глицерида одной или более бромированных жирных кислот, полимеризованной бромированной жирной кислоты, или смеси любых двух или более веществ из вышеприведенного.

В другом аспекте, изобретение относится к экструдированному пенополистиролу или пеноматериалу на основе сополимера стирола, имеющему плотность от 1 до приблизительно 30 фунт/фут³ (16-480 кг/м³), к экструдированному пенополистиролу или пеноматериалу на основе сополимера стирола, содержащему повышающее огнестойкость количество бромированной жирной кислоты, сложного эфира, амида или сложного эфира-амида бромированной жирной кислоты, глицерида одной или более бромированных жирных кислот, полимеризованной бромированной жирной кислоты, или смеси любых двух или более веществ из вышеприведенного.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения способ осуществляют в присутствии промотора текучести расплава, например, такого, который описан более подробно ниже. Наличие промотора текучести расплава в эффективных количествах, как было обнаружено, весьма значительно снижает количество BFAB-добавки, придающей огнеупорные свойства, которая необходима для прохождения стандартизованных испытаний на огнестойкость. Поэтому, в еще одном аспекте, изобретение относится к вспененному воспламеняемому полимеру, содержащему повышающее огнестойкость количество BFAB-добавки, придающей огнеупорные свойства, и промотор текучести расплава. В этом аспекте, воспламеняемый полимер предпочтительно представляет собой полистирол или сополимер стирола.

Неожиданно, экструдированный пеноматериал, изготовленный в соответствии с изобретением, проявляет превосходные огнеупорные свойства, что подтверждено различными стандартными испытаниями. Даже если смесь полимера и добавки на основе бромированной жирной кислоты (BFAB) подвергают температурам, сильно превышающим температуры разложения, которые приведены в патенте США №3359220 для бромированного растительного масла, то обнаруживают, что во время экструзионного процесса происходит небольшое термическое разложение BFAB-добавки или вовсе не происходит. Следовательно, BFAB-добавка, придающая огнеупорные свойства, не расходуется и не разлагается во время процесса изготовления пеноматериала. BFAB-добавки, придающие огнеупорные свойства, часто являются эффективными при удивительно небольших уровнях, особенно при использовании в комбинации с промотором текучести расплава. BFAB-добавки, придающие огнеупорные свойства, могут быть даже в два раза эффективнее, исходя из массы брома в экструдированном полимерном пеноматериале, чем гексабромдодекан, особенно при использовании в комбинации с промотором текучести расплава. Многие из BFAB-добавок, придающих огнеупорные свойства, представляют собой легко доступные материалы, которые являются недорогими и имеют GRAS-статус (признаны безопасными).

В некоторых вариантах осуществления экструдированный пеноматериал изготавливают с использованием воды или диоксида углерода (или с использованием и того, и другого) в качестве всего пенообразующего вещества или его части. Неожиданно, BFAB-добавки, придающие огнеупорные свойства, как было обнаружено, оказались стабильными в условиях экструзии, даже в присутствии воды и/или диоксида углерода, оба из которых способны участвовать в реакциях гидролиза со сложными эфирами и бромированными алифатическими соединениями. Никакой значительной потери молекулярной массы у BFAB-добавок, придающих огнеупорные свойства, не наблюдается в том случае, когда в экструзионном процессе присутствуют в качестве пенообразующего вещества вода и/или диоксид углерода.

Еще одним преимуществом изобретения является то, что превосходные огнеупорные свойства могут быть достигнуты даже в том случае, когда экструдированный пеноматериал не содержит оловосодержащее соединение-стабилизатор.

В этом изобретении бромированные жирные кислоты, сложные эфиры, амиды, сложные эфиры-амиды или глицериды бромированных жирных кислот, и полимеризованные бромированные жирные кислоты, («BFAB-добавки, придающие огнеупорные свойства»), являются пригодными добавками, придающими огнеупорные свойства, для вспененных органических полимеров. BFAB-добавка, придающая огнеупорные свойства, подходящим образом содержит, по меньшей мере, приблизительно 15% по массе брома. BFAB-добавка, придающая огнеупорные свойства, может содержать, по меньшей мере, 20%, по меньшей мере, 25%, по меньшей мере, 35% или, по меньшей мере, 40% по массе брома. BFAB-добавка, придающая огнеупорные свойства, может содержать вплоть до 65%, вплоть до 60% или вплоть до 55% по массе брома. BFAB-добавка, придающая огнеупорные свойства, может иметь среднечисловую молекулярную массу 500 или более, предпочтительно 750 или более или еще более предпочтительно 1000 или более.

Пригодные бромированные жирные кислоты содержат от 12 до 30, в особенности от 12 до 20 атомов углерода. Пригодная бромированная жирная кислота может содержать от 1 до 8 атомов брома, при условии, что она содержит, по меньшей мере, 15% по массе брома. Пригодная бромированная жирная кислота может содержать другие инертные заместители, такие как гидроксильные группы. Гидроксильные группы могут присутствовать в исходной жирной кислоте или иногда могут быть введены гидролизом пендантного атома брома во время процесса изготовления. Бромированная жирная кислота может содержать другие инертные заместители.

Как использовано в этом документе, полагают, что заместитель является «инертным», если он содержит одну или более гетероатомсодержащих групп, которые не оказывают отрицательное влияние на функцию вещества в качестве добавки, придающей огнеупорные свойства, в экструдированном полимерном пеноматериале. На этой функции может отрицательно сказаться, например, то, если группа является причиной возникновения несовместимости вещества с органическим полимером, если группа является причиной реагирования вещества нежелательным образом с органическим полимером, если группа является причиной разложения вещества при слишком низкой температуре, или, если группа является причиной того, что вещество становится неэффективным в качестве добавки, придающей огнеупорные свойства, в условиях стандартных испытаний на огнестойкость. Примеры инертных заместителей включают, например, гидроксил, простой эфир, сложный эфир, карбоновые кислоты, уретан, мочевину, биурет, изоцианурат, кетон, альдегид, аминогруппу, амид, фтор, хлор и тому подобное.

Пригодные сложные эфиры бромированных сложных кислот включают сложные эфиры, которые соответствуют продукту реакции бромированной жирной кислоты, которая описана выше, с одноатомным спиртом или соединением, имеющим много гидроксильных групп (кроме глицерина). Подобно тому, пригодные амиды бромированных жирных кислот включают амиды, которые соответствуют продукту реакции бромированной жирной кислоты с соединением, имеющим одну или более первичных или вторичных аминогрупп. Пригодные сложные эфиры-амиды бромированных жирных кислот включают сложные эфиры-амиды, которые соответствуют продукту реакции бромированной жирной кислоты с аминоспиртом, имеющим, по меньшей мере, одну аминогруппу и, по меньшей мере, одну гидроксильную группу. В этом контексте термин «соответствуют» продукту реакции означает то, что структура сложного эфира, амида или сложного эфира-амида является таковой, которая может быть получена посредством реагирования бромированной жирной кислоты со спиртом, амином или аминоспиртом, в зависимости от конкретного случая, хотя на практике для получения этого вещества может быть использован и другой способ синтеза. Сложный эфир, амид или сложный эфир-амид бромированной жирной кислоты может содержать одну, две, три, четыре или более жирнокислотных цепей, по меньшей мере, одна из которых является бромированной. Сложный эфир, амид или сложный эфир-амид будет содержать, по меньшей мере, 15% по массе брома.

Некоторые пригодные сложные эфиры бромированных сложных кислот включают сложные эфиры бромированных сложных кислот, представленные структурой I:

.

В структуре I, R представляет собой незамещенную или инертно замещенную гидрокарбильную группу, и каждый R¹ независимо представляет собой бромированную линейную алифатическую группу, содержащую от 11 до 23 атомов углерода. R¹ может содержать от 1 до 8 или более атомов брома. В структуре I, каждый -OR² представляет собой независимо гидроксильную группу или незамещенную или инертно замещенную эфирную или сложноэфирную группу, которая не содержит бром, в каждом случае являющуюся присоединенной к соседней группе R через атом кислорода. В том случае, когда группа -OR² представляет собой сложный эфир, она может быть остатком жирнокислотной группы, имеющей от 12 до 24 атомов углерода. В структуре I, а равно, по меньшей мере, одному, и b представляет собой ноль или положительное число, а и/или b могут представлять собой большие числа в том случае, когда сложный эфир является полимерным по природе. а и b являются такими, при которых сложный эфир жирной кислоты содержит, по меньшей мере, 15% по массе брома, а предпочтительно имеет значение от 1 до 4, и b предпочтительно имеет значение от 0 до 3.

Некоторые пригодные амиды бромированных жирных кислот включают амиды бромированных жирных кислот, представленные структурой II:

.

В структуре II, R, R¹, а и b являются такими же, как описаны в отношении структуры I. Каждый R³ независимо представляет собой водород, незамещенный или инертно замещенный алкил, или незамещенный или инертно замещенный арил. В структуре II, каждый -NR³R⁴ представляет собой группу, которая не содержит бром. Каждая группа -NR³R⁴ независимо представляет собой (I) первичную аминогруппу (в этом случае R³ и R⁴ оба являются водородами), (II) вторичную аминогруппу (и в этом случае R³ является водородом, а R⁴ представляет собой незамещенный или инертно замещенный алкил или незамещенный или инертно замещенный арил), (III) третичную аминогруппу (и в этом случае как R³, так и R⁴ представляют собой незамещенный или инертно замещенный алкил или незамещенный или инертно замещенный арил), или (IV) незамещенную или инертно замещенную амидную группу (и в этом случае R³ представляет собой водород, незамещенный или инертно замещенный алкил или незамещенный или инертно замещенный арил, а R⁴ представляет собой -(O)CR⁶, где R⁶ является незамещенным или инертно замещенным алкилом, или незамещенным или инертно замещенным арилом). Группа R⁴ может представлять собой остаток (после удаления группы -OH из карбоксильной группы) жирной кислоты, имеющий от 12 до 24 атомов углерода. В структуре II, а равно, по меньшей мере, одному, и b представляет собой ноль или положительное число. а и b являются такими, при которых амид жирной кислоты содержит, по меньшей мере, 15% по массе брома, а предпочтительно имеет значение от 1 до 4, b предпочтительно имеет значение от 0 до 3.

Некоторые пригодные сложные эфиры-амиды бромированных жирных кислот включают сложные эфиры-амиды бромированных жирных кислот, представленные структурой III:

,

где R, R¹, R³, a и b являются такими же, как определены выше в отношении структур I и II, и каждый Y представляет собой группу -OR² или группу -NR³R⁴, где группа -OR² и группа -NR³R⁴ являются такими же, как определены выше в отношении структур I и II соответственно. Каждый а предпочтительно имеет значение от 1 до 4, и b предпочтительно имеет значение от 0 до 3.

Глицериды бромированных жирных кислот представляют особый интерес, благодаря их довольно высоким молекулярным массам (особенно в том случае, когда глицерид представляет собой ди- или триглицерид) и, так как эти вещества могут быть легко получены из некоторых недорогих растительных масел и животных жиров. Глицериды могут содержать одну, две или три бромированные жирнокислотные группы. Если глицерид содержит только одну или две бромированные жирнокислотные группы, то он может соответственно содержать один или два свободных гидроксила (на глицериновой части молекулы), и/или может быть замещен одной или двумя небромированными жирнокислотными группами. В том случае, когда глицерид содержит только одну или две бромированные жирнокислотные группы, могут существовать различные позиционные изомеры. Любой из этих позиционных изомеров является подходящим. Глицеридные соединения, содержащие одну бромированную жирнокислотную группу, могут существовать в форме двух позиционных изомеров, которые представлены структурами II:

и ,

где R¹ описан выше, а R⁵ представляет собой водород или остаток небромированной жирнокислотной группы. Подобно тому, глицеридные соединения, содержащие две бромированные жирнокислотные группы, могут существовать в форме двух позиционных изомеров, которые представлены структурами V:

и ,

где R¹ и R⁵ являются такими же, как описаны ранее. Глицеридные соединения, содержащие три бромированные жирнокислотные группы, могут быть представлены структурой VI:

,

где R¹ опять же является таким же, как описан выше.

Смеси глицеридов, соответствующих структурам IV и V, IV и VI, V и VI и IV, V и VI, все являются пригодными в этом изобретении.

Также могут быть использованы полимеризованные бромированные жирные кислоты. Средняя степень полимеризации может доходить до 1,1-50 или более, где средняя степень полимеризации приблизительно 1,5-5 обычно является предпочтительной. Такие вещества могут быть получены, например, (1) полимеризацией гидроксилсодержащей, ненасыщенной жирной кислоты, с последующим бромированием, (2) бромированием гидроксилсодержащей жирной кислоты, с последующей полимеризацией или (3) введением гидроксильных групп в бромированную жирную кислоту, с последующей полимеризацией. Способы полимеризации гидроксилсодержащих жирных кислот описаны, например, в GB 1469531 и GB 1373660. Бромированная жирная кислота также может быть полимеризована посредством реакции с удлинителем цепи или с другим агентом реакции сочетания, для введения, например, ацетальных, уретановых или подобных связывающих звеньев между бромированными жирнокислотными молекулами. Как и прежде, такой тип реакции полимеризации может быть проведен до бромирования или после бромирования.

Добавка, придающая огнеупорные свойства, заслуживающая особого внимания в этом изобретении, представляет собой бромированное растительное масло или бромированный животный жир. Такие вещества обычно содержат высокие доли триглицеридов, и часто содержат, в дополнение к ним, некоторые количества свободных жирных кислот, моноглицеридов, диглицеридов или их любой смеси из двух или более веществ. Все жирнокислотные группы могут содержать один или более атомов брома, но обычно некоторая часть жирнокислотных групп является небромированной. Бромированное растительное масло или бромированный животный жир предпочтительно содержит от 25 до 65% по массе брома. Предпочтительные бромированные масла включают, например, бромированное соевое масло, бромированное сафлоровое масло, бромированное хлопковое масло, бромированное льняное масло, бромированное арахисовое масло, бромированное оливковое масло, бромированное подсолнечное масло, бромированное каноловое масло, бромированное рапсовое масло, бромированное кукурузное масло, бромированное касторовое масло, бромированное пальмовое масло, бромированное конопляное масло, или их комбинации из любых двух или более масел. Более предпочтительно, бромированное масло представляет собой бромированное соевое масло, бромированное подсолнечное масло, бромированное каноловое масло, бромированное льняное масло, бромированное кукурузное масло, бромированное рапсовое масло, или их комбинацию из любых двух или более масел. Растительное масло может быть получено из генетически модифицированного организма, такого как генетически модифицированная соя, генетически модифицированный подсолнечник или генетически модифицированная канола. Растительное масло или животный жир может содержать цис- и/или транс-углерод-углеродные двойные связи. Любой тип двойных связей, либо оба типа двойных связей могут быть бромированы. Могут быть использованы растительные масла или животные жиры, которые были обработаны с превращением цис-двойных связей в транс-двойные связи, также как могут быть использованы жирные кислоты, сложные эфиры, амиды, сложные эфиры-амиды и полимеры жирных кислот, которые были обработаны таким образом (или получены из растительного масла или животного жира, таким образом обработанных). Способы выполнения такого превращения описаны, например, в публикации: Snyder et al., J. Am. Oil. Chem. Soc. 1982, 59 (11), 469-470.

Неожиданно, BFAB-добавки, придающие огнеупорные свойства, обычно имеют термическую стабильность (термическую устойчивость), которую определяют посредством анализа температуры 5%-ной потери массы. Температуру 5%-ной потери массы измеряют термогравиметрическим методом анализа следующим образом: ~10 миллиграмм BFAB-добавки, придающей огнеупорные свойства, анализируют с использованием Приборов для термоанализа модели Hi-Res TGA 2950 или эквивалентного устройства, с потоком газообразного азота 60 миллилитров в минуту (мл/мин) и со скоростью нагревания 10°С/мин в диапазоне от комнатной температуры (номинально 25°С) до 600°С. Потерю массы образцом отслеживают во время стадии нагревания, и температуру, при которой образец имеет потерю массы 5% от его исходной массы, принимают за температуру 5%-ной потери массы (5%-WLT). Такой способ обеспечивает температуру, при которой образец претерпел кумулятивную потерю массы в 5 масс. %, исходя из исходной массы образца. BFAB-добавка, придающая огнеупорные свойства, предпочтительно показывает 5%-WLT, равную, по меньшей мере, температуре, при которой воспламеняемый полимер перерабатывают в расплаве, либо для смешения его с BFAB-добавкой, придающей огнеупорные свойства, либо для переработки смеси в изделие, такое как пеноматериал, экструдированная деталь (изделие), отформованная деталь (изделие), или тому подобное. 5%-WLT для BFAB-добавки, придающей огнеупорные свойства, часто составляет выше 200°С, предпочтительно выше 220°С и еще более предпочтительно, выше 240°С. 5%-WLT для бромированного подсолнечного масла составляет приблизительно 273°С (зависящей некоторым образом от степени бромирования), и то же для гексабромированной стеариновой кислоты составляет приблизительно 246°С.

Бромированные глицериды жирных кислот, такие как бромированные растительные масла и животные жиры, могут быть получены непосредственным бромированием растительного масла или животного жира, которое содержит, по меньшей мере, некоторую составляющую из ненасыщенных жирных кислот. Это удобно делать в растворителе с использованием источника элементарного брома в качестве бромирующего агента. Растворитель является таким, который не вступает в реакцию с жирной кислотой и который не участвует в свободно-радикальных реакциях с источником брома или с бромом. Подходящие растворители включают, например, тетрахлорид углерода, метиленхлорид и н-гептан. Подходящие условия бромирования общеизвестны и описаны, например, в публикации: McCutcheon, Org. Synth. Vol. 3, E.C. Horning, Ed., John Wiley and Sons, Inc. London 1955, pp. 526-528. Бромированные жирные кислоты могут быть получены гидролизом бромированного растительного масла или животного жира или бромированием соответствующей жирной кислоты. Другие сложные эфиры, амиды и сложные эфиры-амиды жирных кислот могут быть приготовлены посредством получения сложного эфира или амида реакцией спирта (или полиспирта), первичного или вторичного аминосоединения или аминоспирта с соответствующей жирной кислотой, с соответствующим растительным маслом или соответствующим животным жиром, с последующим бромированием. Взамен этого, бромирование может быть выполнено на исходной жирной кислоте, на исходном растительном масле или исходном животном жире.

Все ненасыщенные центры или некоторая их часть может быть бромирована. Если исходное масло или исходный жир содержит составляющую из насыщенных жирных кислот, то бромированный продукт будет содержать соответствующую составляющую из небромированных жирных кислот. Некоторые бромированные растительные масла являются коммерчески доступными. Такие коммерчески доступные бромированные растительные масла могут быть использованы в этом изобретении.

Бромированные жирные кислоты могут быть получены путем проведения гидролиза бромированного растительного масла или животного жира, или путем бромирования жирной кислоты. Сложные эфиры, амиды и сложные эфиры-амиды могут быть приготовлены аналогичным образом, либо путем превращения бромированного растительного масла или животного жира в сложный эфир, амид или сложный эфир-амид (реакцией со спиртом, амином или аминоспиртом, соответственно) или путем бромирования сложного эфира, амида или сложного эфира-амида. Кислоты, сложные эфиры, амиды и амиды-сложные эфиры могут быть бромированы аналогичным обычным способом, каким могут быть бромированы растительные масла или животные жиры.

BFAB-добавка, придающая огнеупорные свойства, является пригодной в качестве добавки, придающей огнеупорные свойства, в изготовлении экструдированных полимерных пеноматериалов из воспламеняемого полимера. «Воспламеняемый» здесь означает просто то, что полимер способен к горению. Воспламеняемые полимеры, представляющие интерес, включают полиолефины, такие как полиэтилен (в том числе сополимеры этилена, например этилен-α-олефиновые сополимеры), полипропилен и тому подобное; поликарбонаты и смеси поликарбонатов, например смеси поликарбоната со сложным полиэфиром; полиамиды; сложные полиэфиры; эпоксидные смолы; полиуретаны; и виниловые ароматические полимеры (в том числе виниловые ароматические гомополимеры, виниловые ароматические сополимеры, или смеси одного или более виниловых ароматических гомополимеров и/или виниловых ароматических сополимеров), а также другие воспламеняемые полимеры, в которых может быть растворена или диспергирована BFAB-добавка, придающая огнеупорные свойства. «Виниловый ароматический» полимер представляет собой полимер ароматического соединения, имеющего полимеризуемую ненасыщенную по этиленовому типу группу, связанную непосредственно с атомом углерода ароматического кольца. Виниловые ароматические мономеры включают незамещенные вещества, такие как стирол, дивинилбензол и винилнафталин, а также соединения, которые являются замещенными в ненасыщенной по этиленовому типу группе (такие как, например, альфа-метилстирол), и/или являются замещенными в кольце. Замещенные в кольце виниловые ароматические мономеры включают замещенные в кольце виниловые ароматические мономеры, имеющие галоген, алкоксигруппу, нитрогруппу или незамещенные или замещенные алкильные группы, непосредственно связанные с атомом углерода ароматического кольца. Примеры таких замещенных в кольце виниловых ароматических мономеров включают 2- или 4-бромстирол, 2- или 4-хлорстирол, 2- или 4-метоксистирол, 2- или 4-нитростирол, 2- или 4-метилстирол и 2,4-диметилстирол. Предпочтительными виниловыми ароматическими мономерами являются стирол, альфа-метилстирол, 4-метилстирол и их смеси. Вспененные полимеры любого из этих типов представляют интерес.

Воспламеняемый полимер, заслуживающий внимания, представляет собой полимер или сополимер винилового ароматического мономера, такой как полимер стирола, или сополимер стирола, например сополимер стирола и акриловой кислоты, сополимер стирола и акрилонитрила (SAN), или сополимер стирола, акрилонитрила и бутадиена (ABS-пластик). Полистирол, сополимер стирола и акриловой кислоты и сополимер стирола и акрилонитрила являются особенно предпочтительными. Другой воспламеняемый полимер, заслуживающий внимания, представляет собой статистический, блок- или графт-сополимер бутадиена и, по меньшей мере, одного винилового ароматического мономера. Дополнительный еще один воспламеняемый полимер, заслуживающий внимания, представляет собой полифениленоксид.

Вспененный полимерный пеноматериал изобретения изготавливают экструзионным способом. В экструзионном способе, расплавленную смесь, содержащую воспламеняемый(еся) полимер(ы), BFAB-добавку, придающую огнеупорные свойства, пенообразующий(е) агент(ы) и необязательно другие вещества, приготавливают под давлением, достаточным для удерживания расплавленной смеси от вспенивания. BFAB-добавка, придающая огнеупорные свойства, может быть введена в расплавленную смесь путем предварительного смешивания ее с полимером(ами) до плавления полимера(ов), с отдельным изготовлением концентрированной «маточной смеси» BFAB-добавки, придающей огнеупорные свойства, и части полимера(ов), и смешением той «маточной смеси» с остальной частью полимера(ов) до или после его(их) плавления, или путем введения BFAB-добавки, придающей огнеупорные свойства, в виде жидкого или расплавленного вещества в расплавленный полимер. В этом способе, расплавленную смесь, содержащую воспламеняемый полимер и BFAB-добавку, придающую огнеупорные свойства, обычно доводят до температуры, по меньшей мере, 180°С, часто, по меньшей мере, 190°С, или, по меньшей мере, 200°С, прежде, чем подвергать расплавленную смесь экструдированию. Обычно, это соответствует точке в экструзионном процессе, когда воспламеняемый полимер смешивается с другими веществами, такими как пенообразующий агент и/или BFAB-добавка, придающая огнеупорные свойства. Обычно (но не обязательно) расплавленную смесь впоследствии охлаждают немного до подходящей температуры экструзии и затем ее пропускают через экструзионную головку в зону с более низким давлением, таким, при котором смесь одновременно охлаждается и вспенивается с образованием ячеистого вспененного полимера. Вспененный полимер может быть с открытыми порами, с закрытыми порами или может содержать как открытые, так и закрытые поры. Предпочтительный экструдированный вспененный полимер содержит, по меньшей мере, 70% закрытых пор. Вспененный полимер может представлять собой листовой материал, имеющий толщину не более чем ј дюйм (6 мм), или может представлять собой материал в виде планки, имеющей толщину от ј дюйма до 12 дюймов (0,6-30 см), предпочтительно от 0,5 до 8 дюймов (1,2-20 см). Предпочтительный экструдированный вспененный полимер представляет собой полимер или сополимер стирола, наиболее предпочтительно, полистирол, сополимер стирола и акриловой кислоты, сополимер стирола и акрилонитрила или их смесь из двух или более веществ.

Пенообразующий агент используют для обеспечения газа, который образует поры и вспенивает расплавленную смесь после того, как она проходит через экструзионную головку. Пенообразующий агент может быть физического (эндотермического) или химического (экзотермического) типа или представлять собой комбинацию обоих типов. Физические пенообразующие агенты включают диоксид углерода, азот, воздух, воду, аргон, С2-С8 углеводороды, такие как различные циклические и ациклические изомеры бутана и пентана, спирты, такие как этанол, и различные простые эфиры, сложные эфиры, кетоны, гидрофторуглероды, хлорфторуглероды, гидрохлорфторуглероды и тому подобное. Химические пенообразующие агенты включают так называемые вспенивающие агенты «азо»-типа, некоторые гидразиды, семи-карбазиды, и нитрозосоединения, гидрокарбонат натрия, карбонат натрия, гидрокарбонат аммония и карбонат аммония, а также смеси одного или более этих веществ с лимонной кислотой. Еще один подходящий тип вспенивающего агента является инкапсулированным внутри полимерной оболочки.

Количество пенообразующего агента, которое используют, является достаточным для придания желательной плотности пеноматериалу. Экструдированный полимерный пеноматериал подходящим образом имеет плотность «пены» от приблизительно 1 до приблизительно 30 фунтов на кубический фут (pcf) (16-480 кг/м³), в особенности от приблизительно 1,2 до приблизительно 10 pcf (19,2-160 кг/м³) и наиболее предпочтительно, от приблизительно 1,2 до приблизительно 4 pcf (19,2-64 кг/м³).

Другие вещества могут присутствовать во время экструзионного процесса и в получающемся в результате экструдированном полимерном пеноматериале. Они включают промоторы текучести расплава, другие добавки, придающие огнеупорные свойства, в том числе гексабромциклододекан, другие галогенированные добавки, придающие огнеупорные свойства, и/или негалогенированные добавки, придающие огнеупорные свойства, синергисты добавок, придающих огнеупорные свойства, аттенюаторы ИК-излучения, ингибиторы коррозии, окрашивающие вещества, стабилизаторы, зародышеобразующие агенты, консерванты, биоциды, антиокислители, наполнители, упрочняющие агенты и тому подобное. Эти и другие добавки могут быть использованы, если желательно или необходимо для конкретного продукта из экструдированного пеноматериала или для конкретного процесса. Предпочтительно, чтобы оловосодержащие соединения в основном отсутствовали в экструзионном процессе и в получающемся в результате экструдированном пеноматериале. Неожиданно, в отсутствие этих оловосодержащих соединений могут быть получены превосходные характеристики огнеупорных свойств и термическая стабильность.

Промоторы текучести расплава представляют собой вещества, которые в условиях горения помогают снизить молекулярную массу органического полимера и, таким образом, позволяют ему «уйти» от фронта распространения горения или от другого источника тепла. Также полагают, что промоторы текучести расплава способствуют выделению HBr из BFAB-добавки, придающей огнеупорные свойства, в условиях высокой температуры и таким образом повышают эффективность BFAB-добавки, придающей огнеупорные свойства. Примеры промоторов текучести расплава включают 2,3-диметил-2,3-дифенилбутан, 2,2'-диметил-2,2'-азобутан; бис(альфа-фенилэтил)сульфон; 1,1'-дифенилбициклогексил; 2,2'-дихлор-2,2'-азобутан, 2,2'-дибром-2,2'-азобутан, 2,2'-диметил-2,2'-азобутан-3,3',4,4'-тетракарбоновую кислоту, 1,1'-дифенилбициклопентил, 2,5-бис(трибромфенил)-1,3,4-тиадиазол, 2-(бромфенил-5-трибромфенил)-1,3,4-тиадиазол и поли-1,4-диизопропилбензол. Присутствие от 0,05 до 0,5 части по массе промотора текучести расплава на 100 частей по массе воспламеняемого полимера дополнительно улучшает характеристики огнеупорных свойств при заданном уровне брома, или позволяет эквивалентно улучшить характеристики огнеупорных свойств, которые должны быть достигнуты при некотором более низком содержании брома, если бы не присутствовал промотор текуче