Огнестойкая полимерная композиция и изделие, выполненное из нее

Изобретение относится к негорючим слабодымящим полимерным композициям на основе полибутилентерефталата. Полученная композиция может быть использована для изготовления литьем под давлением и экструзией деталей конструкционного и декоративно-конструкционного назначения, применяемых в автомобиле- и авиастроении и других видах транспорта, а также электротехнике. Техническая задача - разработка полимерной композиции, обеспечивающей пожаробезопасность (высокую огнестойкость и низкое дымовыделение) изготовленных из нее изделий при сохранении высокого уровня физико-механических свойств. Предложена огнестойкая полимерная композиция, включающая полибутилентерефталат, органогалогенный антипирен и политетрафторэтилен, которая в качестве органогалогенного антипирена содержит декабромдифенилоксид или его смесь с трехокисью сурьмы, и дополнительно содержит модификатор блоксополимер полиблочного строения, полученный путем синтеза бутандиола с олиготетраметиленоксидом при избытке диметилтерефталата, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полибутилентерефталат 79,5-91, декабромдифенилоксид или его смесь с трехокисью сурьмы 4-10, указанный модификатор 4-15, политетрафторэтилен 1-3, а также изделия, изготовленные из предлагаемой огнестойкой полимерной композиции. Вышеуказанные изделия обеспечивают необходимый уровень пожаробезопасных свойств. 2 табл.

 

Изобретение относится к негорючим слабодымящим полимерным композициям на основе полибутилентерефталата. Полученная композиция может быть использована для изготовления литьем под давлением и экструзией деталей конструкционного и декоративно-конструкционного назначения, применяемых в автомобиле- и авиастроении и других видах транспорта, а также электротехнике.

Известна формовочная огнестойкая композиция, содержащая полибутилентерефталат, меламин (антипирен) и сернокислый барий (наполнитель) (ав.св. СССР 1578158 ).

Недостатками композиции являются сильное дымовыделение при горении, низкие значения деформационных, в т.ч. демпфирующих, свойств и недостаточная огнестойкость.

Известна огнестойкая полимерная композиция, содержащая полиалкилентерефталат, антипирен, термостабилизатор, стекловолокнистый наполнитель и модификатор - эпоксидную смолу (ав.св. СССР 1789533).

Недостатками композиции являются сильное дымовыделение и высокая плотность.

Известна огнестойкая полиэфирная формовочная композиция, содержащая полиэфир (полибутилентерефталат, полиэтилентерефталат), антипирен, модификатор, стабилизатор, наполнитель (Германия, заявка № 19837701)

Указанная полимерная композиция имеет высокие показатели негорючести, хорошие деформационные свойства (не содержит наполнителей), но обладает высоким дымовыделением.

Изделия, изготовленные из известных полимерных композиций, не обеспечивают необходимого уровня пожаробезопасных свойств за счет высокого дымовыделения.

Наиболее близкой к заявляемой композиции, принятой за прототип, является огнестойкая полиэфирная композиция, включающая, мас.%:

Органогалогенный антипирен (предпочтительно
ароматические бромсодержащие соединения - дифениловый
эфир с 5-10 ат.Вr, тетрабромобисфенол А и др.)	1-40
Политетрафторэтилен с размером частиц 20-800 мкм
(предпочтительно 100-700 мкм)	0,01-5
Триоксид сурьмы	1-30

в расчете на 100 мас.% полиэфира - в основном полибутилентерефталата (патент США № 5194481).

Указанная полимерная композиция имеет высокие показатели негорючести (К.И.= 29,3-30,1), хорошие прочностные и деформационные свойства, но обладает высоким дымовыделением. Поэтому изделия, изготовленные из композиции-прототипа, также не обеспечивают необходимого уровня пожаробезопасных свойств.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка полимерной композиции, обеспечивающей пожаробезопасность (высокую огнестойкость и низкое дымовыделение) изготовленных из нее изделий при сохранении высокого уровня физико-механических свойств.

Для решения поставленной технической задачи предложены:

Огнестойкая полимерная композиция, включающая полибутилентерефталат, органогалогенный антипирен и политетрафторэтилен, которая в качестве органогалогенного антипирена содержит декабромдифенилоксид или его смесь с трехокисью сурьмы, и дополнительно содержит модификатор - блоксополимер полиблочного строения, полученный путем синтеза бутандиола с олиготетраметиленоксидом при избытке диметилтерефталата, при следующем соотношении компонентов, мас.ч:

Полибутилентерефталат	79,5-91
Декабромдифенилоксид или
его смесь с трехокисью сурьмы	4-10
Указанный модификатор	4-15
Политетрафторэтилен	1-3

и изделия, изготовленные из предлагаемой огнестойкой полимерной композиции.

Массовое соотношение бутандиола и олиготетраметиленоксида при синтезе блоксополимера составляет 9:1.

Массовое соотношение декабромдифенилоксида и трехокиси сурьмы составляет 2:1.

В качестве политетрафторэтилена предлагаемая композиция содержит ультрадисперсный порошок политетрафторэтилена с размером частиц 1-20 мкм.

Снижение дымовыделения и сохранение физико-механических свойств достигается введением в рецептуру предлагаемой огнестойкой полимерной композиции модификатора - указанного блоксополимера и ультрадисперсного порошка политетрафторэтилена.

Модификатор - блоксополимер полиблочного строения - содержит блоки звеньев, образованных диметилтерефталатом и бутандиолом, и звеньев, образованных диметилтерефталатом и олиготетраметиленоксидом. Синтез блоксополимера осуществляют при избытке диметилтерефталата. Массовое соотношение бутандиола и олиготетраметиленоксида может быть любым, но предпочтительно соотношение 9:1.

Модификатор-блоксополимер имеет хорошее сродство с полибутилентерефталатом, хорошо совмещается с ним в расплаве, равномерно распределяется по объему полимера и способствует кристаллизации последнего без возникновения внутренних напряжений.

Центрами кристаллизации являются частицы ультрадисперсного порошка политетрафторэтилена.

Равномерное распределение модификатора-блоксополимера в полибутилентерефталате способствует более плотной упаковке макромолекул последнего, что позволяет уменьшить доступ кислорода в объем полимера, а сильно развитая поверхность частиц ультрадисперсного (1-20 мкм) порошка политетрафторэтилена способствует поглощению продуктов горения. Все это приводит к снижению дымовыделения.

В предлагаемой полимерной композиции был использован полибутилентерефталат по ТУ 2226-001-45372259-98.

В качестве органогалогенного антипирена могут быть использованы различные галогенсодержащие соединения, но предпочтительнее использовать декабромдифенилоксид (ТУ 2494-451-04872688-2003) или его смесь с трехокисью сурьмы (ТУ 48-15-1-88). Соотношение декабромдифенилоксида и трехокиси сурьмы может быть различным, но наилучший технический результат достигается при соотношении 2:1.

Ультрадисперсный порошок политетрафторэтилена имеет размер частиц 1-20 мкм (ТУ).

Из предлагаемой полимерной композиции можно получить методами литья под давлением и экструзии такие изделия, как корпуса приборов, детали пассажирских кресел, профили крепления и др.

Примеры осуществления

Пример 1.

Получение блоксополимера.

В реактор, снабженный обогревом и мешалкой, загружают 177 г диметилтерефталата, 112,5 г бутандиола и 12,5 г олиготетраметиленоксида с молекулярной массой 1000. В качестве катализатора используется тетрабутоксититан, в качестве термостабилизатора - Ирганокс 1010 (фосфоросодержащий ингибитор).

Синтез ведут при температуре 150-200°С и интенсивном перемешивании в течение 2 час. На первой стадии происходит образование олигомеров с концевыми бутандиольными группами и отгоняется метанол.

Затем поднимают температуру до 245°С и синтез проводят в течение 1,5-2 ч в вакууме при остаточном давлении 1 мм рт.ст. до полной отгонки избыточного бутандиола.

Получение полимерной композиции.

Смесь, состоящая из 79,5 мас.ч полибутилентерефталата (ТУ 2226-001-45372259-98), 5,0 мас.ч декабромдифенилоксида, 2,5 мас.ч. трехокиси сурьмы, 10 мас.ч. блоксополимера и 3 мас.ч. ультрадисперсного политетрафторэтилена, тщательно перемешивается в смесителе и подается в загрузочный бункер экструдера, где гомогенизируется и превращается в гранулы. Температурный режим экструдера 200-230°С, зона сопла -227±2°С. Образцы для испытаний полимерной композиции изготавливаются на стандартной литьевой машине.

Из предложенной огнестойкой полимерной композиции по примеру 1 были изготовлены методом литья под давлением образцы для испытаний в виде дисков (ГОСТ 18616-80) и лопаток (ГОСТ 11262-80). Методом экструзии из композиции по примеру 1 были изготовлены изделия - профили крепления.

Примеры 2-5.

Получение огнестойкой полимерной композиции осуществляют аналогично примеру 1, но при соотношении компонентов, указанных в таблице 1.

Из предложенной огнестойкой полимерной композиции по примерам 2-5 были изготовлены образцы в виде дисков (ГОСТ 18616-80) и лопаток (ГОСТ 11262-80). Методом литья под давлением из композиций по примерам 2-5 были изготовлены изделия - детали пассажирских кресел, корпуса приборов, выключатели, штепсельные разъемы.

Свойства огнестойкой полимерной композиции по сравнению с прототипом приведены в таблице 2.

Таблица 1
Наименование компонентов	Состав, мас. ч., по примерам	Прототип
1	2	3	4	5
Полибутилентерефталат	79,5	86,0	91,0	79,5	83,0	100
Модификатор
(блоксополимер)	10,0	7,0	4,0	15,0	5,0	-
Органогалогенный
антипирен	5,0	4,0	3,0	4,0	10,0	1-40
Трехокись сурьмы	2,5	-	1,5	2,0	-	1-30
Политетрафторэтилен	3,0	2,0	1,0	2,0	2,0	0,01-5

Таблица 2
Наименование	Состав, мас. г., по примерам	Прототип
свойств	1	2	3	4	5
Физико-механические свойства
Плотность, г/см3	1,36	1,35	1,35	1,35	1,4	1,45
Предел прочности при разрыве, МПа	63	65	62	58	60	60
Относительное удлинение при разрыве, %	7	8	10	9	8	4
Пожаробезопасные свойства
Горючесть
τocт, с	7	8	9	8	4	10-12
Нпрогор, см	1,1	1,3	1,3	1,2	1,0	4,2
Дымовыделение
D2	105	110	110	105	100	>150
D4	190	195	205	195	200	250
Примечание: τост - время остаточного горения (тления) после воздействия пламени газовой горелки в течение 12 с на вертикально расположенных образцах; Нпрогор - высота прогорания; D2, D4 - удельная оптическая плотность дыма за 2 и 4 минуты соответственно (усл. ед.).

Физико-механические свойства композиций определялись по стандартным методикам, горючесть - по ОСТ 1 90094-79, дымообразование - по ГОСТ 24632-81.

Из таблицы 2 следует, что предлагаемая огнестойкая полимерная композиция обладает пониженным на 25-30% дымообразованием по сравнению с прототипом.

Таким образом, предлагаемая огнестойкая композиция сочетает в себе низкие дымовыделение и горючесть наряду с высокими прочностными и деформационными свойствами.

Изделия, изготовленные из предлагаемой огнестойкой полимерной композиции, обеспечивают необходимый уровень пожаробезопасных свойств.

1. Огнестойкая полимерная композиция, включающая полибутилентерефталат, органогалогенный антипирен и политетрафторэтилен, отличающаяся тем, что в качестве органогалогенного антипирена она содержит декабромдифенилоксид или его смесь с трехокисью сурьмы и дополнительно содержит модификатор-блоксополимер полиблочного строения, полученный путем синтеза бутандиола с олиготетраметиленоксидом при избытке диметилтерефталата, при следующем соотношении компонентов, мас.ч:

Полибутилентерефталат	79,5-91
Декабромдифенилоксид или
его смесь с трехокисью сурьмы	4-10
Политетрафторэтилен	1-3
Модификатор	4-15

2. Огнестойкая полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что массовое соотношение бутандиола и олиготетраметиленоксида при синтезе блоксополимера составляет 9:1.

3. Огнестойкая полимерная композиция по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что массовое соотношение декабромдифенилоксида и трехокиси сурьмы в смеси составляет 2:1.

4. Огнестойкая полимерная композиция по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что в качестве политетрафторэтилена она содержит ультрадисперсный порошок политетрафторэтилена с размером частиц 1-20 мкм.

5. Изделие, отличающееся тем, что оно изготовлено из огнестойкой полимерной композиции по любому из пп.1-4.