Исследование процесса горения фосфоразотсодержащих ППУ

Исследование процесса горения фосфоразотсодержащих ППУ

А.А. Захарченко, М.А. Ваниев, А.Б. Кочнов, Д.В. Шокова, И.А. Новаков

ФГБОУ ВО Волгоградский государственный

технический университет (ВолгГТУ), г. Волгоград

 

Пенополиуретановые материалы (ППУ) находят все более широкое применение в строительном и транспортном сегменте благодаря хорошим тепло- и звукоизолирующим свойствам, физико-механическим характеристикам, простоте изготовления, в том числе, на месте применения. Одним из существенных недостатков ППУ, ограничивающих их использование, является высокая пожароопасность, требования по снижению которой отражены в правилах европейской экономической комиссии ООН № 118 и Федеральном законе «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (123-ФЗ от 22.07.2008, ст. 134).

Для снижения горючести ППУ применяют различные антипирены, в том числе – фосфор- и фосфоразотсодержащие [1,2]. Целенаправленное использование тех или иных антипиренов базируется как на эмпирическом опыте, так и на изучении закономерностей процесса горения полимеров. Исследование термоокислительной деструкции ППУ, например методом ТГ-ДТА в режиме подъема температуры, по нашему мнению, не позволяет корректно моделировать процесс горения, так как при этом собственно горение начинается лишь при достижении температуры самовоспламенения образующихся газообразных продуктов деструкции. Оценка состава газовой фазы при горении достаточно трудоемка и требует применения сложного оборудования.

Нами были изучены особенности процесса горения исходного и модифицированного фосфор- и фосфоразотсодержащими антипиренами ППУ путем определения величин предельного кислородного индекса (КИ, по ГОСТ 12.1.044 - 89) с оценкой элементного состава исходного полимера и коксового остатка, образующегося в результате его полного сгорания. Исходные вспениваемые композиции, отверждаемые полиизоцианатом DESMODUR 44V20L в присутствии каталитической системы дибутилдилауринат олова–третичный амин, готовили на основе смеси «лапролов» различной молекулярной массы. В качестве антипиренов были использованы традиционно применяемые [1, 2] – фосполиол (ФП, продукт Фосполиол-II [3]), полифосфаты меламина и аммония.

Проведенные исследования показали, что частичная замена одного из «лапролов» в исходной рецептуре на ФП с увеличением содержания фосфора в ППУ до 4,83 % масс. позволяет повысить величину КИ с 18,0 до 27,5 % об. При этом количество коксового остатка после сгорания ППУ практически не меняется, оставаясь на уровне 11-13 % масс., а перенос фосфора в газовую фазу превышает 80 % масс. Последнее, в противовес традиционному мнению о том, что фосфор как антипирен проявляет себя в основном в конденсированной фазе [2], свидетельствует об активном ингибировании им в данном случае процесса горения в газовой фазе. Это согласуется с выводами, представленными в обзоре [1]. Использование в композиции ППУ полифосфата меламина в отсутствие ФП, поднимая величину КИ практически на такой же уровень (28,0 % об.), приводит к увеличению коксового остатка до 27 % и снижению потерь фосфора до 24 %. То есть, в данной ситуации фосфор достаточно активно проявляет функцию подавления процесса горения в конденсированной фазе, что, вероятно, обусловлено термически устойчивой структурой полифосфата меламина (температура разложения > 350 °С). Совместное применение ФП и полифосфата меламина заметно не меняет величину коксового остатка после сгорания ППУ, повышая, однако, значение КИ до 31,0 % об., что, видимо, связано с увеличением переноса при этом в газовую фазу почти 40 % фосфора. Количество азота, теряемого при сгорании ППУ во всех вышеописанных случаях применения антипиренов, практически не меняется, оставаясь на уровне 84-87 %, что указывает на его превалирующую активность в газовой фазе.

Замена полифосфата меламина на аналогичное количество полифосфата аммония в комбинации с ФП дает для ППУ значение КИ на уровне 31,5-32,0 % об. При этом количество фосфора переходящего в газовую фазу в результате сгорания ППУ увеличивается до 50-51 %, а азота до 90 % при снижении количества кокса на 3,0-3,5 %.

Таким образом, проведенными исследованиями показано, что в противоположность традиционным представлениям [1,2], ингибирующее влияние фосфоразотсодержащих антипиренов на процесс горения может проявляться как в конденсированной, так и в газовой фазах. Поэтому между величинами предельного кислородного индекса исследуемых ППУ и коксового остатка после их сгорания, в отличие от иных полимерных материалов [2], отсутствует четкая корреляционная связь. Степень проявления этого влияния обусловлена составом и структурой антипирена, а также его участием в процессе уретанообразования.

 

Литература

1. Harpal Singh, Ignition, Combustion, Toxicity, and Fire Retardancy of Polyurethane Foams: A Comprehensive Review / Singh Harpal, Jain A. K. // Journal of Applied Polymer Science. – 2009, vol. 111, pp. 1115-1143.
             
2. Кодолов В. И., Замедлители горения полимерных материалов / В. И. Кодолов. – М.: Химия, 1980. – 274 с.
  
3. «Волгоградпромпроект» [Электронный ресурс] – точка доступа -http://volgpp.ru/produkciya/antipireny/fospoliol-ii.

 

СМОТРЕТЬ СОДЕРЖАНИЕ СБОРНИКА

Категория: Материалы IX конференции | Добавил: epyur (12.12.2020)
Просмотров: 11 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar