СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОГО ЭЛАСТИЧНОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА Российский патент 1995 года по МПК C08G18/40 C08G18/40 C08G101/00 

Изобретение относится к способу по- лучения огнестойкого эластичного полиуретанового пеноматериала из реакционной смеси, содержащей полиол, полиизоцианат и определенное количество графита, придающего продукту устойчивость к пламени.

Эластичные пенополиуретаны, как правило, легко горючи, в частности, ввиду того, что органический материал имеет очень высокую удельную поверхность. Поэтому известен целый ряд методов, когда введение добавок во вспененную реакционную смесь с последующей обработкой готового пеноматериала приводит к снижению его воспламеняемости.

Известен способ получения огнестойкого эластичного пенополиуретана путем взаимодействия полиола и полиизоцианата в присутствии графита с размером частиц 0,2-1,0 мм, способного к вспучиванию аминного активатора, стабилизатора и воды [1]
Частицы графита вспучиваются при термических нагрузках и изолируют при этом в виде пены защищаемый материал.

Недостаток, однако, состоит в том, что при начавшемся уже экзотермическом процессе разложения пены уменьшается возможность отведения тепла, вследствие чего разложение может дойти до самовозгорания.

Технической задачей настоящего изобретения является получение огнестойких пенополиуретанов, которые не подвержены горению и швеливанию или тлению, или же эти процессы в них, по крайней мере, существенно затруднены. В частности, совершенно определенно удается избежать самовозгорания после процесса тления.

Для решения этой задачи, в соответствии с изобретением, предлагается добавлять в реакционную смесь в дополнение к ячеистому графиту меламин в предусмотренных количествах.

Способ согласно изобретению заключается в том, что вспучивающийся графит пpедварительно смешивают с меламином при массовом соотношении 1,5-2:3, соответственно, причем суммарное количество графита и меламина составляет 25-30% от массы реакционной смеси, причем графит и меламин примешивают сначала к части полиола, а в оставшуюся часть полиола вводят аминный активатор, стабилизатор и воду.

Синергетическое действие этих двух материалов-графита и меламина совершенно неожиданно дает пенопродукт, который, с одной стороны, мало изменился по своим физическим свойствам, а с другой стороны приобрел способность длительное время противостоять интенсивному тепловому воздействию без последующего тления.

Введенный в требуемом соотношении меламин предотвращает экзотермическую реакцию пиролиза вспененного графита за счет того, что расходует это тепло на собственный экзотермический процесс плавления и превращения. При этом отбирается такое количество тепла, что пиролиз приостанавливается и, наконец, вообще прерывается.

При применении одного только графита подобное прерывание пиролиза было бы возможно только при очень высоких концентрациях, что при низкой плотности исходного пеноматериала оказывало бы значительное влияние на физические свойства пенополиуретанов.

Кроме того, при применении одного только вспучивающегося графита или одного только меламина дымовые газы не содержат галогенов, что значительно снижает токсичность и уменьшает опасность коррозии.

Плотность наполненного пеноматериала следует поддерживать на уровне 40-200 кг/м³.

Наиболее целесообразно брать для этой цели полностью или частично наполненный полиол. В качестве наполненного полиола можно использовать, например, РН Д-эфир.

Кроме того, при применении одного только ячеистого графита или одного только меламина дымовые газы не содержат галогенов, что значительно снижает токсичность и уменьшает опасность коррозии.

Плотность наполненного пеноматериала следует поддерживать на уровне 40-200 кг/м³.

В приведенных ниже примерах и сравнительных опытах иллюстрируется эффективность применяемых пламязащитных средств.

В табл.1 приводятся варианты типовых рецептур и различных добавок к ячеистому графиту и меламину, в табл.2 дается подробный анализ применяемых рецептур.

С помощью дозатора под давлением производят смешивание в указанных в таблице 1 количествах следующих трех компонентов, смесь в нагретом виде (≈до 60^оС) загружают в форму размером 500 х 500 х 100 мм.

1. Полиол (а) (≈2/3 от общего количества), меламин, вспучивающийся графит, а также пламязащитное средство по выбору;
2. Полиол (а) и (б) (≈1/3 от общего количества), аминные активаторы, силиконы, вода;
3. Смесь изоцианатов (ТДI/МДI в весовых соотношениях 70:30).

Пеноматериал, образующийся из указанной выше смеси, можно вынимать из формы через 6 минут. Разделять полиол "а" на компоненты 1 и 2 есть смысл для того, чтобы при дозировочной загрузке с помощью дозатора контролировать вязкость обоих компонентов.

Пеноматериал, который во всех шести рецептурах один и тот же, имеет следующие физические свойства: Плотность исходного материала по Германс- кому промышленному стандарту (ГПС) 53420 80 г/м³ Прочность при растяжении по ГПС 53571 120 кПа Относительное удлине- ние при разрыве по ГПС 53571 85% Остаточная характе- ристика при обработке давлением (22 час. 70^оС, 50%) по ГПС 53572 5%
Испытание на усталостную прочность по ГПС 53574: потеря твердости 12% потеря высоты 2%
При добавлении различных количеств вспучивающегося графита и меламина физические свойства в указанных рецептурах изменяются очень незначительно, поскольку эти вещества не принимают непосредственного участия в реакции.

Полученные таким образом 6 различных пеноматериалов подвергались затем различным испытаниям на возгораемость. Результаты испытаний приведены в таблице 3.

Тесты N 4 и 7 соответствуют Британскому стандарту 5852, часть 2, в соответствии с которым производилось сжигание деревянной перемычки на исследуемом материале с последующей оценкой противопожарных свойств этого материала. Проведенные в нем спецификации позволяют оценивать тест как "выдержал" и "не выдержал". Тест раздела 7 соответствует повышенным требованиям, т.к. источник загорания в спецификации имеет более высокую массу.

Тест 25853 "б" и "в" основан на испытании на возгораемость при использовании бунзеновской и керосиновой горелки, когда материал в течение указанного времени выдерживается под воздействием горячего и интенсивного пламени, подаваемого на небольшом расстоянии. После интенсивной обработки пламенем потери пеноматериала в весе должны составлять менее 10% а пределы распространения подпалин должны входить в границы, указанные в спецификации.

В соответствии с тестом UIC (международный стандарт пожаробезопасности), 100 г сложенной в виде подушки бумаги поджигается на исследуемом материале с последующей оценкой степени ущерба.

Как показали опыты по проверке пожаробезопасности, пеноматериалы, содержащие вспучивающийся графит и меламин, в указанных в изобретении количествах, выдержали все испытания.

Чтобы более наглядно иллюстрировать эффективность полученных в соответствии с изобретением пеноматериалов, предлагается опытная установка, представленная на фиг.1. На двух кусках пеноматериала (1 и 2), расположенных под прямым углом друг к другу, располагается 100 г бумаги, сложенной в виде подушки. Производится поджигание. Перед началом эксперимента термоэлемент (4) ставится к середине нижнего куска пеноматериала (1) и с помощью измерительного прибора (5) регистрируется ход температуры в течение 60 минут.

Измеренные величины наносятся на диаграмму в соответствии с фиг.2. При этом пунктирная кривая "А" отражает ход температур для пеноматериалов, полученных в соответствии с примерами 1-3, в то время, как вытянутая температурная кривая "В" представляет ход температур для эталонного пеноматериала в соответствии с примерами 5 и 6.

Как следует из диаграммы, для пеноматериалов примеров 1-3, регистрировалось повышение температур, начиная от комнатной до 160-170^оС, в то время, как для сравнительных пеноматериалов (примеры 5-6) отмечалось распространение экзотермичекого пиролитического разложения с повышением температур до 650^оС до наступления самовозгорания.

Таким образом, однозначно доказывалось преимущество предлагаемого в изобретении метода и синергическое действие добавляемых в смесь вспучивающегося графита и меламина в указанных количествах.

Использование: для изготовления термоизоляции. Сущность: при получении эластичного пенополиуретана по реакции полиола и полиизоцианата в присутствии вспучивающегося графита, аминного активатора, стабилизатора и воды, вспучивающийся графит предварительно смешивают с меламином при массовом соотношении (1,5 2) 3 соответственно, при суммарном количестве графита и меламина, равном 20 40% от массы реакционной смеси. Графит и меламин сначала примешивают к части полиола, а во вторую часть полиола вводят аминный активатор, стабилизатор и воду. В ту часть полиола, в которую введены графит и меламин, вводят также огнезащитное средство. Размер частиц вспучивающегося графита может быть от 0,2 до 100 мм. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 3 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОГО ЭЛАСТИЧНОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА путем взаимодействия полиола и полиизоцианата в присутствии ячеистого графита с размером частиц 0,2 1,0 мм, аминного активатора, стабилизатора и воды, отличающийся тем, что ячеистый графит предварительно смешивают с меламином при массовом соотношении 1,5 2,0 3 соответственно и суммарное количество графита и меламина составляет 20 40% массы реакционной смеси, причем графит и меламин примешивают сначала к части полиола, а в оставщуюся часть полиола вводят аминный активатор, стабилизатор и воду. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в ту часть полиола, в которой содержится графит и меламин, добавляют огнезащитное средство.