Способ получения вспенивающегося полимерного антипирена

 

Использование: изобретение относится к способам получения полимерного материала, который вспенивается в огне и может применяться в качестве наполнителя для снижения горючести полимеров и огнезащиты различных поверхностей. Сущность: с целью повышения эффективности антипирена, утилизации отходов производства ксилита и упрощения процесса разработки способ пол полимерного вспенивающего антипирена: 100 мас.ч параформа (или формальдегида) растворяют в 200 мас.ч 0,5%-ной раствора NaOH при нагревании до 40-60°С в течении 30-40 мин. , затем добавляют 110-140 мас.ч дициандиамида с перемешиванием при 80-100°С в течении 40-60 мин, затем вливают 90-130 мас.ч оттека ксилита и перемешивают в течении 100-120 мин. Полученный продукт сушат при 120-150°С в течение 6-8 ч, а затем измельчают и перемешивают с фосфатной компонентной (моно-, ди-, полиаммонийфосфат) в соотношении на 100 мас.ч антипирена, 40-80 мас.ч. фосфатов.2 табл.

Изобретение относится к способам получения полимерного материала, способного вспениваться в огне или при высокой температуре, который может применяться для снижения горючести полимеров и огнезащиты различных поверхностей.

Известен вспенивающийся антипирен, полученный термической конденсацией о-фосфорной кислоты и сахаров [1]. Однако способ имеет недостатки: является многостадийным процессом синтез собственно антипирена, синтез отвердителя, стадия смешения с аддитивными компонентами и совместная термическая обработка смеси. Антипирен получают из дорогостоящего сырья.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения вспенивающегося антипирена на основе многоатомных спиртов, меламина и фосфорного соединения формулы (P₂O₅)_0,5-1˙(Н₂O)_0,01-1,5. Для устранения темной окраски антипирена в синтезе используют дополнительные компоненты.

Способ имеет следующие недостатки: сложное экспериментальное оформление, т. к. процесс протекает в инертной атмосфере и с высокоагрессивной пятиокисью фосфора. Антипирен характеризуется недостаточной эффективностью. При введении 45% антипирена в термопласты кислородные индексы полипропилена составляли величины 29-32.

Целью изобретения является разработка способа получения вспенивающегося антипирена высокой эффективности на основе доступного сырья. Целью являлось также упрощение процесса и утилизация отходов производства ксилита.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом получения антипирена: 100 мас.ч. параформа растворяют в 200 мас.ч. 0,5%-ного водного раствора NaOH при нагревании до 40-60^оС в течение 30-40 мин. Затем добавляют 110-140 мас.ч. дициандиамида с перемешиванием при 80-100^оС в течение 40-60 мин. Затем добавляют 130 мас.ч. оттека ксилита и процесс при перемешивании продолжают в течение 100-120 мин. Полученный продукт сушат в сушильном шкафу при 120-150^оС в течение 6-8 ч. Высушенный продукт измельчают и перемешивают с фосфатной компонентой (моно, ди-, полиаммонийфосфат) в соотношении 100 мас. ч. антипирена, 40-80 мас.ч. фосфатов.

Существенным отличием предлагаемого способа является использование оттека ксилита, взятого в массовом соотношении параформ : оттек ксилита : дициандиамид 100 : (90-130) : 110-140 и проведение процесса после его добавления в течение 100-120 мин при 80-100^оС с последующей сушкой продукта в течение 6-8 ч при 120-150^оС.

Процесс протекает в воздушной среде, не содержит агрессивных ингредиентов. Фосфатная компонента в виде моно- или ди-, полифосфатов аммония добавляется к антипирену в массовом соотношении 100 : (40-80).

Антипирен не окрашен.

Проведение процесса при температуре ниже 80^оС приводит к неполноте прохождения реакции, получению после сушки резиноподобного продукта, который невозможно использовать в композициях и увеличению времени ее протекания до 4-6 ч, а выше 100^оС к выпадению резиноподобной массы в осадок. Температурный интервал сушки обусловлен тем, что ниже 120^оС увеличивается время сушки до 2 3 сут, выше 150^оС происходит сшивка полимера, что снижает его огнезащитные свойства. Аналогичный эффект вызывает продолжительность сушки.

При содержании в реакционной среде дициандиамида ниже нижнего предела снижает способность антипирена вспениваться, увеличение выше верхнего предела не оказывает влияния на эффективность антипирена. Аналогичное влияние оказывают запредельные концентрации оттека ксилита. Содержание фосфатов аммония в полимерном антипирене определяется эффективностью вспенивания их смеси - меньше 40 мас.ч. вспенивание и соответственно огнезащита уменьшаются, содержание фосфатов больше 80 мас.ч. не сопровождается ростом эффективности составов.

Результаты, подтверждающие закономерность, приведены в табл. 1.

Использование оттека ксилита в указанных соотношениях и условиях реакции позволяет утилизировать отходы производства ксилита, получить антипирен с повышенными огнезащитными свойствами. Оттек ксилита, используемый в способе, характеризуется ТУ 39.03.045-39.83 и имеет следующий состав, мас.ч.: Глицерин 0,59 Примесь 0,20 Пентаэритрит 2,67 Адонит 1,12 Аробит 17,85 Ксилит 68,00 Сорбит 9,57 Полученный по предлагаемому способу материал без оттека ксилита резко теряет антипирирующую эффективность. Эффективность полученного антипирена определяется резким увеличением объема вспенивания его при действии огня или высокой температуры. Обугленная пена имеет низкую теплопроводность. Пенококс, образующийся на поверхности, не позволяет прогреваться нижним слоям материала, т.е. антипирен не только подавляет горение, но и защищает поверхность от прогрева. Такой антипирен особенно эффективен при добавлении его к некарбонизирующимся полимерам или имеющим малый собственный коксовый остаток.

Эффективность антипирена оценивали по значениям кислородных индексов эпоксидной смолы, диметилсилоксанового каучука (см. табл. 2), а также по коэффициенту горючести, согласно методике [3] (табл. 1).

Картон, обработанный предлагаемым составом, переведен в группу трудновоспламеняемых материалов.

П р и м е р 1. 100 мас.ч. параформа загружают в реактор, заливают 200 мас. ч. 0,5% -ного водного раствора NaOH и полученная смесь перемешивается при 50^оС в течение 35 мин. Затем добавляют 125 мас.ч. дициандиамида, температура поднимается до 80^оС и реакция продолжается в течение 50 мин при непрерывном перемешивании. Добавляют 110 мас.ч. оттека ксилита и перемешивание продолжают 110 мин. Продукт выливают в фарфоровую чашку и сушат в течение 7 ч при 140^оС. Полученный продукт и диаммонийфосфат измельчают в шаровой мельнице 100 мас.ч. полимера и 50 мас.ч. диаммонийфосфата смешивают.

На образец картона размером 60 х 150x х 1 мм наносили кистью 50%-ный водный раствор антипирена с расходом 0,5 кг/м². Сушили при комнатной температуре в течение 3 сут. Испытывали методом "КТ" по ГОСТу. Коэффициент горючести равен 2,3%.

П р и м е р 2. 300 мас.ч. 40% формалина загружали в реактор, добавляли 0,8 мас.ч. NaOH. Полученную смесь перемешивали. Затем добавляли 120 мас.ч. дициандиамида, температуру поднимали до 80^оС и выдерживали 50 мин. Затем добавляли оттек ксилита по режиму, описанному в примере 1, сушили, измельчали и соединяли с диаммонийфосфатом.

Наносили на образец картона и испытывали. Коэффициент горючести равен 2,30.

Способы получения антипирена в примерах 2-10 проведены по примеру 1.

Результаты представлены в табл. 1.

Анализ продукта показал содержание, %: С 36,33; Н 6,20; 28,83.

Особое значение имеет последовательность смешения компонентов. При совместной термической обработке образуется продукт, который после 10-15 дней хранения теряет способность вспениваться и осуществлять огнезащиту.

Таким образом, предложенный способ получения вспенивающегося полимерного антипирена позволяет по сравнению с прототипом утилизировать отходы производства - оттек ксилита, упростить процесс - осуществлять синтез в воздушной среде, не используя высокоагрессивные компоненты, получать светлый антипирен.

Применение антипирена повышает огнестойкость полимеров на 10-15 ед. К. И. и осуществляет эффективную огнезащиту.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВСПЕНИВАЮЩЕГОСЯ ПОЛИМЕРНОГО АНТИПИРЕНА взаимодействием окси- и азотсодержащего соединения при нагревании с последующим смешиванием полученного высушенного продукта с фосфатной компонентой, отличающийся тем, что в качестве оксисоединения используют отток ксилита, а в качестве азотсодержащего соединения используют продукт взаимодействия дициандиамида и 0,5% -ного щелочного раствора параформальдегида, причем отток ксилата вводят в прореагировавшую при 80 - 100^oС смесь параформальдегида и дициандиамида при соотношении параформальдегид - дициандиамид : отток ксилита : 100 : 100 - 140 : 90 - 130 и после сушки при 120 - 150^oС в течение 6 - 8 ч продукт смешивают с фосфатной компонентой при соотношении 100 : (40 - 80).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2