Влияние фосфорсодержащих антипиренов на показатели пожарной опасности газонаполненных полимеров на основе реакционноспособных олигомеров

Введение. Снижение горючести газонаполненных полимеров, склонных к карбонизации, основано на применении фосфор- и борсодержащих соединений, уменьшающих образование горючих летучих продуктов пиролиза и повышающих выход коксового остатка. Это снижает скорость тепловыделения, тепло- и массоперенос между материалом и пламенем. В научной литературе приводятся данные о влиянии фосфор­содержащих антипиренов на термостойкость, горючесть и дымообразующую способность пенополиуретанов, но отсутствуют данные о влиянии концентрации фосфора на показатели пожарной опасности пенопластов.

Целью настоящей работы является разработка эффективных методов получения заливочных пенопластов на основе реакционноспособных олигомеров с пониженной пожарной опасностью и высокими эксплуатационными характеристиками. Задачи: выявить влияние концентрации фосфора на технологические и физико-механи­ческие характеристики, термостойкость и пожарную опасность заливочных пенопластов, разработать тепло­изоляционные материалы пониженной пожарной опасности с высокими эксплуатационными показателями.

Методы. Физико-механические свойства и показатели пожарной опасности пенопластов определяли по действующим ГОСТам. Термические свойства и состав продуктов горения пенопластов изучали с помощью термоаналитического комплекса DuPONT-9900 и хромато-масс-спектрометрии.

Результаты и их обсуждение. Концентрация фосфора при синтезе жестких пенополиуретанов с пониженной горючестью и высокими эксплуатационными характеристиками должна превышать 2,1 % масс. Слабогорючие карбамидные пенопласты получены при концентрации фосфора 0,2–0,3 % масс. Для получения нетлеющих слабо­горючих резольных пенофенопластов концентрация фосфора составляет 0,6–0,7 % масс. При этом высокой эффективностью обладают фосфорорганические антипирены, содержащие реакционноспособные группы.

Выводы. В результате экспериментальных исследований выявлено влияние концентрации фосфора и содержания фосфорсодержащих антипиренов на физико-механические свойства, термостойкость и пожарную опасность пенопластов на основе реакционноспособных олигомеров, разработаны заливочные пено­пласты с пониженной пожарной опасностью и высокими эксплуатационными характеристиками.

1. Валгин В.Д. Отечественная энергосберегающая технология теплоизоляции строительных конструкций с использованием пенопласта нового поколения // Пластические массы. 2007. № 10. С. 44–48.

2. Клемпнер Д. Полимерные пены и технологии вспенивания / пер. с англ. под ред. А.М. Чеботаря. СПб. : Профессия, 2009. 600 с.

3. Кулешёв И.В., Торнер Р.В. Теплоизоляция из вспененных полимеров. М. : Стройиздат, 1987. 144 с.

4. Абдрахманова Л.А., Мубаракшина Л.Ф. Оценка эксплуатационной стойкости усиленных карбамидных пенопластов // Строительные материалы. 2009. № 8. С. 38–39.

5. Эванс Д.А.К. Жесткий пеноплиуретан как теплоизоляционный материал для зданий с низким энерго­потреблением // Полимерные материалы. 2013. № 3. С. 10–19.

6. Панкрушин А.А. Технологическая и экономическая целесообразность применения карбамидных пенопластов // Строительные материалы. 2004. № 5. С. 10–12.

7. Дементьев А.Г., Тараканова О.Г. Структура и свойства пенопластов. М. : Химия, 1983. 176 с.

8. Гурьев В.В. Влияние структурных особенностей теплоизоляционных материалов из газонаполненных пластмасс на их механические свойства // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 12. С. 19–23.

9. Киселёв И.Я. Теплофизические свойства пенопластов // Пластические массы 2003. № 6. С. 10–12.

10. Ушков В.А., Лалаян В.М., Сокорева Е.В. Распространение пламени по поверхности строительных пенопластов // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2013. № 2. С. 23–27. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=19435775

11. Сокорева Е.В., Горюнова А.В., Ушков В.А. Пожарная опасность газонаполненных полимеров // Без­опасность строительного фонда России. Проблемы и решения. 2017. № 1. С. 48–55. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30778543

12. Баратов А.Н., Корольченко А.Я., Кравчук Г.Н. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справ. изд. в 2-х кн. : кн. 2. М. : Химия, 1990, 384 с.

13. Ушков В.А., Сокорева Е.В., Славин А.М., Орлова А.М. Термостойкость и пожарная опасность строительных пенопластов на основе реакционноспособных олигомеров // Строительные материалы. 2014. № 1. С. 28–32. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17978029

14. Константинова Н.И., Виноградов А.М., Бобков А.С. Распространение тления в фенолоформальдегидных пенопластах // Пожарная профилактика : сб. науч. тр. М. : ВНИИПО, 1986. С. 93–103.

15. Ушков В.А., Бруяко М.Г., Сокорева Е.В., Лалаян В.М. Горючесть фосфорсодержащих резольных пено­фенопластов // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2012. Т. 21. № 11. С. 35–39. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18642346

16. Баратов А.Н., Андриянов Р.А., Корольченко А.Я., Михайлов Д.С. и др. Пожарная опасность строительных материалов / под ред. А.Н. Баратова. М. : Стройиздат, 1988. С. 179–277.

17. Михайлин Ю.А. Тепло-, термо- и огнеопасность полимерных материалов. СПб. : Научные основы и техно­логии, 2011. 416 с.

18. Zhao Q., Chen C., Fan R., Yuan Y., Xing Y., Ma X. Halogen-free flame-retardant rigid polyurethane foam with a nitrogen–phosphorus flame retardant // Journal of Fire Sciences. 2017. Vol. 35. Issue 2. Pp. 99–117. DOI: 10.1177/0734904116684363

19. Gomez-Fernandez S., Ugarte L., Pena-Rodriguez C., Corcuera M.A., Eceiza A. The effect of phosphorus containing polyol and layered double hydroxides on the properties of a castor oil based flexible polyurethane foam // Polymer Degradation and Stability. 2016. Vol. 132. Pp. 41–51. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2016.03.036

20. Savas L.A., Deniz T.K., Tayfun U., Dogan M. Effect of microcapsulated red phosphorus on flame retardant, thermal and mechanical properties of thermoplastic polyurethane composites filled with huntite&hydromagnesite mineral // Polymer Degradation and Stability. 2017. Vol. 135. Pp. 121–129.DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2016.12.001

21. Chen F., Sun W., Jiang J., Hu S., Shen Q., Zhang L.-M. Preparation and flame retardant properties of ceramic polyurethane foam composite // Journal Wuhan University Technology. 2016. Vol. 38. Issue 4. Pp. 1–7.

22. Yang S., Liu X., Tang G., Long H., Wang B.,Zhang H. et al. Fire retardedpolyurethane foam composites based on steel slag/ammonium polyphosphate system: A novel strategy for utilization of metallurgical solid waste // Polymer Advanced Technology. 2022. Vol. 33. Issue 1. Pp. 452–463. DOI: 10.1002/pat.5529

23. Sun C., Dong Z., Dong Y., Lu S. et al. Effect of flame retardant dimethylmethylphosphonate on properties of rigid polyurethane foam // Plastic Science and Technology. 2017. Vol. 45. Issue 3. Pp. 90–94.

24. Chan Y.Y., Ma C., Zhou F., Hu Y., Schartel B. A liquid phosphorus flame retardant combined with expandable graphite or melamine in flexible polyurethane foam // Polymer Advanced Technology. 2022. Vol. 33. Issue 1. Pp. 326–339. DOI: 10.1002/pat.5519

25. Zieleniewska M., Ryszkowska J., Bryskiewicz A., Auguszik M., Szczepkowski L., Swiderski A., Wrzesniewska-­Tosik K. The structure and properties of viscoelasticpolyurethane foams with FyrolTM and keratin fibers // Polymery. 2017. Vol. 62. Issue 2. Pp. 127–135. DOI: 10.14314/polimery.2017.127

26. Yang S., Zhang B., Liu M., Yang Y., Xinliang L., Depeng C. et al. Fire performance of piperazine phytate modi­fied rigid polyurethane foam composites // Polymer Advanced Technology. 2021. Vol. 32. Issue 11. Pp. 4531–4546. DOI: 10.1002/pat.5454

27. Chmiel E., Lubczak J. Oligoetherols and polyurethane foams obtained from melamine diborate // Journal of Polymer Research. 2017. Vol. 24. Issue 6. Pp. 1–12. DOI: 10.1007/s10965-017-1252-1

28. Ушков В.А., Сокорева Е.В., Горюнова А.В., Демьяненко С.А. Пожарная опасность фосфорсодержащих жестких заливочных пенополиуретанов // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. № 12. С. 1524–1532. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.12.1524-1532

29. Сазонов О.О., Назимов А.А., Архипов Н.А., Сайфиева А.Р., Капралова В.М., Сударь Н.Т. Исследование полиуретанов на основе фосфорорганических полиолов, модифицированных фталевым ангидридом // Вестник Казанского технологического университета. 2021. Т. 24. № 11. С. 66–69. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47231256

30. Кобелев А.А., Круглов Е.Д., Асеева Р.М., Серпов Б.Б. Гибридная полиуретано-неорганическая теплоизоляция: пожарная опасность и термоокислительное разложение // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2021. № 8. С. 24–33. DOI: 10.31044/1994-6260-2021-0-8-24-33

31. Ушков В.А., Бруяко М.Г., Григорьева Г.С., Сокорева Е.В. Термостойкость и горючесть строительных пенопластов на основе реакционноспособных олигомеров // Научно-технический вестник Поволжья. 2012. № 5. С. 344–348. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17978029

32. Ma Yu-feng, Wang Chun-peng, Chu Fuxiang. Effect of molybdenum trioxide on flame retardant properties of phenolic foams halogen-free system // Chemistry and Industry of forest Products. 2016. Vol. 36. Issue 3. Pp. 73–80.

33. Liu J., Chen R.-Q., Xu Y.-Z., Wang C.-P., Chu F.-X. Resorcinol in high solid phenol-formaldehyde resins for foams production // Journal Applied Polymer Science. 2017. Vol. 134. Issue 22. DOI: 10.1002/app.44881