ТРУДНОГОРЮЧАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ЭКСТРУЗИИ, ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, ПРЕССОВАНИЕМ Российский патент 2012 года по МПК C09K21/14 C08L23/06 C08L23/08 C08L83/04 C08K3/22 C09C3/12 

Изобретение относится к самозатухающим полимерным композициям на основе полиэтилена высокого давления и может быть использовано для производства изделий, в частности, методами экструзии, литья под давлением, прессованием.

Природа большинства полимерных материалов такова, что их невозможно сделать полностью негорючими, в то же время ужесточаются требования пожарной безопасности во многих областях применения полимерных материалов: строительство, транспорт, бытовая техника, электроника. Для снижения способности полимерных материалов к возгоранию и поддержанию горения применяют добавки, затрудняющие воспламенение и снижающие скорость распространения пламени - антипирены, наиболее распространенными из которых являются галогенсодержащие добавки и гидроксиды металлов.

Галогенсодержащие добавки относятся к основным или первичным замедлителям горения. О количестве вводимых добавок судят по процентному содержанию галогена в полимере. Минимальное содержание брома, необходимое для снижения горючести полиэтилена до самозатухания должно быть 20%. Однако данная концентрация галогена в полимерном материале не является надежной гарантией эффективного снижения его горючести и повышения огнестойкости. [1]

Галогенсодержащие соединения (бромсодержащие замедлители горения в два раза эффективнее хлорсодержащих) являются эффективными замедлителями горения полимерных материалов, но высокое содержание галогена в материале стимулирует термоокислительную деструкцию материала. За счет высоких скоростей выделения галогенсодержащих частиц на поверхности материала образуются поры и трещины, а в газовую фазу выделяется много дыма и токсичных продуктов высокой плотности.

Применение гидроксидов металлов постоянно возрастает, это обусловлено их невысокой стоимостью по сравнению с системами на основе галогенов. Неорганические гидроксиды легки в обращении и нетоксичны.

Для обеспечения у полимерных композиций категории стойкости к горению ПВ-0 процентное содержание гидроксидов металлов должно составлять до 70%. [2] Однако такое высокое процентное содержание гидроксидов металлов приводит к снижению физико-механических характеристик изделия, повышению вязкости при переработке, что затрудняет применение таких композиций при экструзионном методе переработки.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является материал биозащиты от нейтронов, включающий полиэтилен (100), аморфный бор (3-5), гидроокись алюминия (70-100), бромсодержащее ароматическое соединение - декабромдифенилоксид (10-20), поливиниловый спирт (1-2), малеиновый ангидрид (1-2) [3]. Данный материал соответствует требованиям ГОСТ 28157-89 в части стойкости к горению ПВ-0, однако он не может перерабатываться методом экструзии. Применяемая в данной композиции гидроокись алюминия имеет низкую термостойкость (до 190°С), при более высоких температурах она разлагается с выделением большого количества воды (на практике частичное разложение происходит уже при температуре от 140°С). В связи с этим указанная композиция может перерабатываться только прессованием и литьем под давлением.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение термостойкости полимерной композиции для производства изделий методами экструзии, литья под давлением, прессованием при сохранении ее соответствия категории стойкости к горению ПВ-0 (по ГОСТ 28157-89).

Указанный результат достигается тем, что в трудногорючей полимерной композиции для производства изделий методами экструзии, литья под давлением, прессованием, включающей полиэтилен высокого давления, декабромдифенилоксид с трехокисью сурьмы, малеиновый ангидрид, дополнительно содержится сополимер этилена и винилацетата, гидроксид магния, модифицированный органосиланами и модификатор пластмасс Пента^®-1006 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полиэтилен высокого давления 20-30 Декабромдифенилоксид 6-15 Малеиновый ангидрид 2-5 Сополимер этилена и винилацетата 5-15 Трехокись сурьмы 2-5 Гидроксид магния, модифицированный   органосиланами 40-50 Модификатор пластмасс Пента^®-1006 1-3

Используемый в заявленной композиции гидроксид магния, модифицированный органосиланами (например, гидроксид магния, модифицированный винилсиланами), имеет более высокую термостойкость (может перерабатываться при температуре расплава до 200°С), чем гидроксид алюминия.

Наличие в составе малеинового ангидрида повышает механические и прочностные характеристики полимерной композиции, облегчает дисперсию, регулирует вязкостные свойства. Наличие в композиции модификатора пластмасс Пента^®-1006 (композиции на основе полиорганосилоксана, производства компании «Пента» по ТУ 2257-204-40245042-2007 http://www.penta-91.ru/p1006.htm) придает композиции дополнительную эластичность, а в сочетании с гидроксидом магния приводит к синергетическому эффекту при создании трудногорючих композиций, позволяет ввести в композицию большее количество наполнителя, уменьшает нагрузки на оборудование при переработке композиции. Вместо модификатора пластмасс Пента^®-1006 может быть использована иная аналогичная композиция других производителей.

Декабромдифенилоксид снижает температуру горения за счет протекания сложного комплекса радикальных реакций с участием трехокиси сурьмы - синергиста бромсодержащих антипиренов. Сама по себе трехокись сурьмы не задерживает горения, так как плавится при температурах выше температур плавления большинства полимеров. Однако в смеси с галогенсодержащими соединениями образует галогениды и оксигалогениды сурьмы, которые при температуре воспламенения находятся в газообразном состоянии и разбавляют горючие газы. Таким образом, заявленное сочетание компонентов обеспечивает новый технический эффект.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Примеры 1-5. Гранулированные компоненты загружают в агрегат для усреднения, а затем в экструзионную линию, где при помощи дозаторов в расплав подаются порошкообразные компоненты. Температура расплава в экструдере 198-200°С. Используют двухшнековый экструдер. Готовый продукт представляет собой композицию с равномерным распределением ингредиентов по объему материала. Полученный гранулят композиции перерабатывают в изделия методом экструзии, литья под давлением или прессованием на соответствующем технологическом оборудовании.

Составы трудногорючих полимерных композиций в таблице 1.

Показатели свойств трудногорючих полимерных композиций оценивали по стандартным методикам. Огнестойкость (устойчивость к горению) определяли по ГОСТ 28157-89, который соответствует международному стандарту UL-94. Стандарты ГОСТ 28157-89 и UL-94 имеют три шкалы горючести материалов: ПВ-0 (V-0), ПВ-1 (V-1), ПВ-2 (V-2). Материалы, отнесенные к ПВ-0, должны удовлетворять следующим требованиям:

- время горения не должно превышать 10 с после каждого приложения пламени;

- суммарное время горения серии из пяти образцов после двукратного приложения пламени не должно превышать 50 с;

- ни один из образцов не должен гореть или тлеть до зажима;

- гигроскопическая хирургическая вата, находящаяся на расстоянии 300 мм под образцом, не должна воспламеняться падающими частицами вещества;

- ни один образец не должен гореть и тлеть более 30 с после второго удаления пламени.

Результаты испытаний заявленной трудногорючей полимерной композиции представлены в таблице 2

Как следует из данных табл.2, заявленные составы трудногорючей полимерной композиции (составы 1-5) по горючести не уступают прототипу, но могут перерабатываться методом экструзии.

Таблица 1 Составы композиций При
мер Полиэтилен высокого давления Декабром - дифенил-оксид Малеиновый ангидрид Сополимер этилена и винилацетата Трехокись сурьмы Гидроксид магния, модифицированный органосиланами Модификатор пластмасс Пента^®-1006 1 28 15 1 10 5 40 1 2 26 15 2 10 5 40 2 3 25 12 2 10 4 45 2 4 22 9 3 10 3 50 3 5 19 11 3 10 4 50 3

Таблица 2 Результаты испытаний Пример Время горения (t₁, c) Время горения(t₂, С) Время тления (t, c) Суммарное время горения (t, c) Суммарное время горения и тления (t, c) Сгорание до зажима (+/-) Горящие частицы (+/-) 1 1 0 0 0 1 - - 2 0 0 0 0 0 - - 3 1 0 0 1 1 - - 4 0 0 0 0 0 - - 5 0 0 0 0 0 - -

Источники информации

1. Кодолов В.И. Замедлители горения полимерных материалов. М.: Химия, 1980.

2. Узденский В.Б. Трудногорючие полимерные материалы. Пластикс, 2003, №2.

3. Патент РФ на изобретение №2008730 (Климанова Р.С., Сеземова В.И., Русакова М.В., Васильев Г.А., Орлов Ю.В.), 30.01.1992, «Материал биозащиты от нейтронов».

Изобретение относится к самозатухающим полимерным композициям на основе полиэтилена высокого давления и может быть использовано для производства изделий, в частности, методами экструзии, литья под давлением, прессованием. Композиция включает полиэтилен высокого давления, декабромдифенилоксид, малеиновый ангидрид, а также в состав дополнительно введены сополимер этилена и винилацетата, трехокись сурьмы, гидроксид магния, модифицированный органосиланами, и модификатор пластмасс Пента^®-1006. Сочетание компонентов в определенном соотношении обеспечивает повышение термостойкости полимерной композиции для производства изделий методами экструзии, литья под давлением, прессованием при сохранении ее соответствия категории стойкости к горению ПВ-0 (ГОСТ 28157-89). 2 табл., 5 пр.

Трудногорючая полимерная композиция для производства изделий методами экструзии, литья под давлением, прессованием, включающая полиэтилен высокого давления, декабромдифенилоксид, малеиновый ангидрид, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит сополимер этилена и винилацетата, трехокись сурьмы, гидроксид магния, модифицированный органосиланами, и модификатор пластмасс Пента^®-1006 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Полиэтилен высокого давления 20-30 Декабромдифенилоксид 6-15 Малеиновый ангидрид 2-5 Сополимер этилена и винилацетата 5-15 Трехокись сурьмы 2-5 Гидроксид магния, модифицированный   органосиланами 40-50 Модификатор пластмасс Пента^®-1006 1-3