Полимерная композиция с пониженной горючестью

 

Изобретение относится к полимерным материалам с пониженной горючестью и может быть использовано при изготовлении деталей теле-, радио- и светотехники и изделий электротехнического назначения. Целью изобретения является повышение стойкости к термоокислительному старению и термостабильности полимерной композиции при снижении расхода термостабилизатора и сохранение физико-механических, электрических теплофизических показателей на достигнутом уровне. Полимерная композиция с пониженной горючестью включает полипропилен, гексабромциклододекан, трехокись сурьмы и термостабилизатор. Новым в композиции является то, что в качестве термостабилизатора используется полифосфат аммония в количестве 1,0 - 3,0 мас.% 2 табл.

Предполагаемое изобретение относится к полимерным материалам с пониженной горючестью и может быть использовано при изгоnовлении деталей теле-, радио и светотехники и изделий электротехнического назначения.

Известны полимерные композиции с пониженной горючестью на основе полиолефина, включающие для повышения огнестойкости металлы, в частности сурьму, в сочетании с нетеплостойкими галоидзамещенными соединениями, например хлорпарафином /1/.

Сочетание галоидзамещенного соединения с металлом дает удовлетворительные результаты в отношении приобретения полимерами самогасящих характеристик, но при этом наблюдается значительное увеличение токсичных дымов и газов в случае возникновения пожара. Кроме того, удовлетворительная степень самогашения достигается только при высокой концентрации подобных добавок.

Известны полимерные композиции с повышенной стойкостью к горению, включающие полипропилен, гексабромциклододекан и трехокись сурьмы, в частности 3 мас. гексабромциклододекана в сочетании с 1 2 мас. трехокиси сурьмы, способны обеспечить материалу класс горючести V-2 по Ul-94/2.

Недостатком данной композиции является то, что материал не может быть отнесен к классу V-0 или V-1 из-за каплепадения, а также низкие термостабильность и стойкость к термоокислительному старению при повышенных температурах.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является полимерная композиция с повышенной стойкостью к горению, включающая полипропилен, гексабромциклододекан, трехокись сурьмы и термостабилизатор - меламин, следующего состава, мас. /3/.

Пропилен 86,0 Гексабромциклододекан 8,0 Трехокись сурьмы 4,0 Меламин 2,0 Недостатками данной композиции являются сравнительно низкие термостабильность и стойкость к термоокислительному старению при относительно большом расходе термостабилизатора.

Целью настоящего изобретения является повышение термостабильности и стойкости к термоокислительному старению полимерной композиции при снижении расхода термостабилизатора и сохранении физико-механических, электрических и теплофизических показателей на достигнутом уровне.

Поставленная цель достигается тем, что в известную композицию, включающую полипропилен, гексабромциклододекан и трехокись сурьмы, в качестве термостабилизатора вводим полифосфат аммония (ПФА) при следующем соотношении компонентов, мас.

Гексабромциклододекан 6,0 16,0 Трехокись сурьмы 3,0 8,0 ПФА 1,0 3,0 Полипропилен Остальное Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав полипропиленовой композиции отличается от известной введением нового компонента, а именно в качестве термостабилизатора вводим полифосфат аммония. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Анализ известных композиций на основе полипропилена показал, что введеный полифосфат аммония известен в качестве антипирена, оlнако его применение в известных композициях в сочетании с другими компонентами не обеспечивает композиции таких свойств, которые проявляются в заявляемом техническом решении (в композиции с пониженной горючестью включающей полипропилен, гексабромциклододекан и трехокись сурьмы), где полифосфат аммония проявляет свойства термостабилизатора-акцептора бромистого водорода, выделяющегося при разложении гексабромциклододекана.

Таким образом, сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями, показывает, что нами необнаружены технические решения, обладающие сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Изобретательский уровень".

Для экспериментальной проверки заявляемого состава полимерной композиции с пониженной горючестью были подготовлены 12 смесей ингредиентов, из которых 10 показали оптимальные результаты (см. табл. 1 и 2 п.п.2 11).

Пример N 14 по прототипу.

Примеры N 15 18 по аналогу, пример N 13 по аналогу, где представлен состав композиции без термостабилизатора.

В качестве ингредиентов используют: изотактический полипропилен по ГОСТ 26996-86, в качестве антипиренов гексабромциклододекан в виде порошка с содержанием связанного брома не менее 70% по ТУ6-47-06-89 и трехокись сурьмы в виде порошка по ТУ48-14-2-82.

Используемый термостабилизатор полифосфат аммония, порошок белого цвета (по ТУ 6-47-75-90), содержание азота в ПФА не менее 13 мас. содержание оксида фосфора не менее 69 мас. Полифосфат аммония имеет общую формулу (NH₄)_n+2P_nO_3n+1, где n 50 100.

Используемый в прототипе термостабилизатор Меламин порошок белого цвета по ГОСТ 7599-76.

Полимерные композиции готовили в роторном смесителе закрытого типа (тип "бенбери"). Смешение компонентов производят в расплаве полипропилена при температуре 170 180^oC в течение 7 мин. Полученные композиции гранулируют на экструдере типа "Brabender" и отливают стандартные образцы для испытаний по ГОСТ 12019-66.

Определение предела прочности при разрыве проводят по ГОСТ 11262-80.

Электрическую прочность при переменном напряжении частоты 50 Гц определяют по ГОСТ 6433.3-71.

Категорию стойкости композиции к горению определяют по ГОСТ 28157-89.

Стойкость композиций к термоокислительному старению определяли по ГОСТ 26996-86.

Сущность метод заключается в определении времени от момента помещения стандартного образца из исследуемого материала в термошкаф, нагретый до 150^oC, до момента разрушения образца, происходящего под воздействием температуры и кислорода воздуха.

Термостабильность при 200^oC определяем по ГОСТ 14041-68. Сущность метода заключается в определении времени от момента погружения пробирки с исследуемым материалом (исследуемой композицией) в диатермическое масло, нагретое до 200^oC, до момента посинения индикаторной бумаги (тип "Конго"), расположенной над исследуемым материалом. Посинение индикаторной бумаги происходит под действием бромистого водорода, выделяющегося при разложении гексабромциклодекана при повышенной температуре.

Вопрос повышения термостабильности и стойкости к термоокислительному старению композиций с пониженной горючестью, наработанных с использованием в качестве антипирена гексабромциклододекана и трехокиси сурьмы, связан с сравнительно низкой температурой начала термодеструкции гексабромциклододекана (175 185^oC), что затрудняет его промышленное применение, так как температура переработки полипропилена для обеспечения оптимальной работы оборудования составляет 175 210^oC. В условиях высокотемпературного смешения ингредиентов и гранулирования полученной композиции происходит частичная термодеструкция гексабромцилододекана, сопровождающаяся выделением бромистого водорода (HBr), что приводит к ухудшению санитарно-гигиенических условий производства, изделия могут приобретать темную окраску и контрастирующие разводы и, как следствие, ухудшение физико-механических свойств материала.

Представленные результаты показывают, что композиция с пониженной горючестью предлагаемого состава, с использованием в качестве термостабилизатора полифосфата аммония (п.п. 2 11 табл. 1 и 2) обладает более высокой термостабильностью при 200^oC и составляет от 2 ч.10 мин (п. 3 табл. 2) до 3 ч.50 мин (п. 2 и п. 8 табл. 2), против 1 ч. 50 мин (п. 14 табл. 2) по прототипу и 15 мин (п. 13 табл. 2) по аналогу, где термостабилизатор в составе композиции отсутствует.

Введение в состав заявляемой композиции полифосфат аммония в количестве 1,0 мас. обеспечивает композиции термостабильность выше, чем введение 2 мас. меламина (3 ч. 50 мин. п. 2 табл. 2 против 1 ч. 50 мин п. 14 табл. 2). Одновременно повышается стойкость композиции к термоокислительному старению и составляет от 30 суток до 36 и 37 суток (п. 9 и п. 3 и п. 4 табл. 2) против 15 суток по прототипу (п. 14 табл. 2) и 3 суток по аналогу (п. 13 табл. 3), где стабилизатор отсутствует.

Введение в состав заявляемой композиции полифосфата аммония в количестве 1,0 мас. обеспечивает композиции стойкость к термоокислительному старению 36 суток (п. 3 табл. 2), т.е. выше, чем введение 2 мас. меламина 15 суток (п. 14 табл. 2).

Повышение термостабильности и стойкости к термоокислительному старению заявляемой композиции по-видимому объясняется тем, что введенный в композицию в качестве добавки полифосфат аммония проявляет свойства термостабилизатора гексабромциклододекана.

Эффект повышения термостабильности и стойкости к термоокислительному старению заявляемой композиции при введении в нее полифосфата аммония обусловлен на наш взгляд тем, что полифосфат аммония является более эффективным термостабилизатором-акцептором бромистого водорода и других продуктов разложения гексабромциклододекана, чем меламин (в прототипе), и наряду с чисто химическим взаимодействием проявляется сильный удерживающий эффект.

Использование заявляемого изобретения позволит: проводить переработку полипропилена при форсированных режимах работы оборудования;
получать композицию с пониженной горючестью, повышенной термостабильностью и стойкостью к термоокислительному старению;
широкое использование гексабромциклододекана в промышленном использовании при сравнительно низком расходе полифосфата аммония;
повысить срок службы изделий из заявленной композиции при повышенных температурах эксплуатации;
отказаться от импорта меламина (производство которого в СНГ отсутствует).

Источники информации:
1. Производство и применение огнестойких материалов в СССР и за рубежом, М. НИИТЭХИМ, вып. 6, стр. 13.

2. Полимерные материалы с пониженной горючестью. Под редакцией А.Н. Праведникова, М. Химия, 1986, стр. 137.

3. Технологическая карта по наработке полипропилена с пониженной горючестью", утв. 1990 (прототип).

Формула изобретения

Полимерная композиция с пониженной горючестью, включающая полипропилен, гексабромциклододекан, трехокись сурьмы и термостабилизатор, отличающаяся тем, что в качестве термостабилизатора она содержит полифосфат аммония общей формулы
(NH₄)_n+2 PnO_3n+1,
где n 50 100,
при следующем соотношении компонентов, мас.

Гексабромциклододекан 6,0 16,0
Трехокись сурьмы 3,0 8,0
Полифосфат аммония 1,0 3,0
Полипропилен Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2