ОГНЕСТОЙКИЙ ПОЛИСТИРОЛ Российский патент 2012 года по МПК C08J9/00 C08J9/22 C09K21/06 C04B16/08 

Настоящее изобретение относится к огнестойкому полистиролу, в частности к огнестойким полистирольным пенам.

Полистирольные пены сочетают в себе удачную комбинацию свойств, необходимых при строительстве и монтаже жилых домов, например:

весьма низкая проницаемость по отношению к воде;

весьма высокая устойчивость по отношению к воде;

весьма высокие термоизолирующие свойства, постоянные в течение всего срока службы (более 40 лет);

исключительно высокая звукоизоляция;

высокая конструкционная прочность при минимальной массе или плотности.

Полистирол сам по себе является горючим веществом, и высокая огнестойкость полистирольных пен достигается благодаря использованию специфических огнестойких добавок к полимеру или объединению частей полистирольной пены с другими конструкционными материалами. В продуктах такого типа и их комбинациях полистирольные пены завоевали высокую репутацию как безопасные и весьма эффективные конструкционные/изолирующие материалы.

В последнее время все более возрастает потребность в улучшении огнестойкости основных материалов зданий и конструкций, особенно в мерах по их пожаробезопасности. Важным требованием является длительное сохранение структурной целостности при воздействии огня, что увеличивает шансы спасения здания и его содержимого от огня. Обычные тесты на пожаробезопасность (например, установленные LPC Design Guide для противопожарной защиты зданий, Appendix В, LPS 1181: Part 1)) являются более жесткими, чем тесты, предусмотренные национальным и европейским законодательством (тест на воспламеняемость при слабом возгорании, тест на локальное возгорание и т.п.), особенно при длительном воздействии огня. Обычная стандартная огнестойкая полистирольная пена не удовлетворяет требованиям наиболее жестких из этих тестов.

Поэтому остается настоятельная потребность в полистирольной пене, которая сочетает вышеуказанные положительные свойства с резко возросшей способностью сохранять прочность конструкции при контакте с огнем.

Известно много примеров конструкционных материалов с высокой огнестойкостью, в которых полистирольная пена сочетается с другими материалами, такими как дерево, металл, минеральная вата, полиизоцианурат, полифенол. В этих примерах полистирольная пена может быть необработанной или изготовленной вместе с так называемой огнестойкой добавкой. Наиболее распространенными примерами огнестойких добавок к полистирольной пене являются галоидорганические соединения, такие как гексабромциклододекан, производные трибромфенильного аллилового эфира тетрабромбисфенола А. Общим в этих примерах является то, что они обеспечивают весьма эффективный контроль первоначального возгорания (например, благодаря ламинированию слабо воспламеняющимися материалами). Однако при более высоких температурах и при продолжительном горении (200-300°C) полистирол, находящийся внутри конструкции, будет плавиться. Это приводит к разрушению структуры пены и вероятно всей структуры строительной конструкции. Кроме того, если конструкция крыши недостаточно прочна, то капли горящего полистирола будут стекать наружу.

Другой подход к повышению огнестойкости полистирольных пен заключается в изменении огне- и теплозащитных свойств самой полистирольной пены. В литературе имеется много примеров применения такого подхода для сплошного невспененного полистирола: использование так называемых обугливающихся и вспучивающихся покрытий резко изменяет поведение твердого полистирола при его возгорании (Georlette, P., Simons, J., Costa, L. in "Fire retardancy of polymeric materials". Grand & Wilkie, Eds, Marcel Dekker, New York, 2000, p.245-283). Однако в случае полистирольных пен все обстоит значительно сложнее. В ЕР 834529, например, указано, что добавка фосфорсодержащих органических материалов и магния повышает огнестойкость ПС-пены. Однако даже очень большие добавки огнестойкого компонента улучшают поведение пены при возгорании лишь в минимальной степени. В целом попытки изменить поведение ПС-пены при возгорании путем введения так называемых обугливающихся и вспучивающихся добавок к полимеру или при полимеризации осложняются из-за этой проблемы.

При третьем подходе полистирольную пену в виде мелких шариков вспененного полистирола смешивают с полифенольной смолой и спрессовывают в листы пены с исключительно высокой огнестойкостью. Однако эти материалы не удовлетворяют многим начальным требованиям к полистирольным пенам; например, они значительно более хрупки и легче поглощают воду. Кроме того, изготовление таких изделий требует специальной техники, которая отсутствует на обычных заводах по производству пены.

Наконец, известны отдельные примеры, где полистирольной пене в виде так называемых мелких шариков EPS (вспененного полистирола) придают огнестойкость с помощью вспучивающейся оболочки или глиносиликатной массы типа жидкого стекла. Хотя эти материалы обладают повышенной огнестойкостью и имеют то преимущество, что способы их применения совместимы с современным состоянием техники в данной области, обычно содержание огнестойкого компонента таково, что получаемый материал теряет многие из вышеуказанных свойств самой ПС-пены.

Авторы данного изобретения установили, что эти проблемы можно решить путем использования комбинации огнестойкого связующего со вспучивающейся добавкой. Такая добавка может обеспечить значительно более высокую и синергическую огнестойкость при сохранении исключительно высоких рабочих характеристик полистирольной пены.

Настоящее изобретение предлагает композицию, содержащую

(i) мелкие шарики или частицы вспененного или вспениваемого полистирола;

(ii) вспучивающуюся добавку и

(iii) огнестойкое связующее,

причем количество компонента (i) составляет 20-75 мас.% в расчете на суммарную массу компонентов (i), (ii) и (iii).

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ приготовления огнестойкого полистирола, включающий первую стадию нанесения покрытия из огнестойкого связующего и вспучивающегося компонента на мелкие шарики вспененного полистирола и необязательно следующие стадии:

(a) сушка мелких шариков;

(b) перенос высушенных шариков в пресс-форму;

(c) прессование и формование мелких шариков при повышенной температуре.

В следующем аспекте изобретения предложен вспененный или вспениваемый полистирол в мелких шариках или особенной форме, причем частицы или мелкие шарики покрыты вспучивающимся веществом и огнестойким связующим. Вспененный или вспениваемый полистирол может представлять собой материал для повторной обработки, рецикла или обрезки при условии, что он находится в виде частиц.

Огнестойкое связующее предпочтительно использовать в жидком виде или в виде пасты, которая может i) быть нанесена и равномерно распределена на поверхности вспененных шариков, ii) способствовать адгезии к поверхности шариков и iii) образовывать негорючий материал после нагрева в огне. Огнестойкое связующее может представлять собой, например, силикат металла или алюмосиликат металла или цеолит. Огнестойкое связующее может быть органическим или неорганическим. Предпочтительны неорганические связующие на основе силиката и воды, причем под силикатом понимают любое из многочисленных соединений, содержащих кремний, кислород и один или несколько металлов. Обычно силикаты состоят из групп SiO₂ или SiO₄, соединенных с одним или несколькими металлами и иногда водородом, и содержат ионы алюминия, магния, кальция, натрия или других металлов. По соотношению Na₂O/SiO₂ их можно разделить на разные группы. Например, жидкий силикат натрия, называемый жидким стеклом, представляет собой вязкий щелочной и прозрачный раствор с различным соотношением SiO₂ и Na₂O. Также хорошо известны цеолиты, гидратированные алюмосиликаты кальция, натрия или калия. Если дополнительным источником соли является кальций, то связующее может представлять собой цемент, известняк или гипс. Особенно предпочтительны силикаты щелочных металлов, например силикаты натрия или калия, предпочтительно силикат натрия. Органические связующие могут, например, состоять из смесей фенольных смол и воды, дисперсий полиуретана или жидких смесей на основе меламина. Например, смесь силиката натрия и воды может функционировать как огнестойкое связующее, но также это могут быть, например, смеси воды и цеолитов, производные фенола (например, полифенолы, фенолформальдегидные смолы) или обугливающиеся соли (такие, как раскрытые в GB 2101644).

Огнестойкое связующее может также быть в виде геля или золь-геля, в частности, когда связующее является силикатом или цеолитом. Гель - это коллоидная суспензия, в которой пористый скелет включает жидкую фазу. Огнестойкое связующее можно использовать в виде гелеобразующей композиции, содержащей силикат или алюмосиликат, которая может необязательно содержать также органическую жидкость, в частности органическую жидкость, не смешивающуюся с водой. Гелеобразующую композицию можно приготовить in situ из силиката металла и алюмината металла в воде.

Вспучивающееся вещество в приведенном выше описании представляет собой композицию, которая при нагревании или контакте с огнем образует вспененный слой угля, во много раз превышающий ее первоначальный объем. Примеры включают смеси полифосфата аммония/пентаэритрита, меламин, гуанидины, хлорпарафины, фосфины, фосфонаты, связующие смол и вспениваемый графит, предпочтительно вспениваемый графит.

Полагают, что указанное связующее и вспучивающаяся добавка сочетаются между собой естественным образом.

Особенностью настоящего изобретения является то, что суммарное содержание огнестойкого связующего и вспучивающегося вещества не влияет на конечные механические и термические свойства пены. Это противоречит прежним описаниям, в которых связующие типа силикатов или жидкого стекла использовали как единственные добавки для придания огнестойкости вспененным полимерам (например, US 6545078 B1, 2003; WO 2006/121259; WO 2007/012832 A2). В этих случаях необходимое содержание добавок для достижения даже средней огнестойкости слишком велико для практического применения. Аналогично во вспененные полимеры вводили пленки вспучивающихся веществ, но и здесь необходимое их содержание было слишком велико для практического применения. В патенте NL 1026339, например, указана концентрация вспененного графита до верхнего слоя вспененной пластинки (по дорогостоящему способу введения после формования), необходимая для достижения приемлемой огнестойкости.

Мелкие шарики вспененного полистирола обычно получают термообработкой вспениваемого полистирола (например, как описано в "Modern Styrenics Polymers, Scheirs & Friday, eds. Wiley, New York 2003). Под вспениваемым полистиролом понимают композицию, которая содержит пенообразователь и способна вспениваться в присутствии пенообразователя. Композиция может быть в виде частиц или, что более предпочтительно, вспениваемых мелких шариков. Мелкими шариками называют сферические или практически сферические частицы, в частности сфероидальные частицы, которые могут иметь большой диаметр и малый диаметр и соотношение между которыми может, в частности, находиться в интервале 1.0-1.3, предпочтительно 1.0-1.2. Вспениваемые частицы или шарики могут иметь средний размер в интервале 0.3-3 мм, предпочтительно 0.3-2 мм, в частности 0.4-1.5 мм. Они могут также иметь объемную плотность (или кажущуюся плотность), определенную по методике ASTM D 1622 в интервале 550-720 кг/м³, предпочтительно 580-710 кг/м³, в частности 600-770 кг/м³.

Композиция вспениваемого полистирола содержит полимер стирола, который может быть гомополимером или сополимером стирола, содержащим по меньшей мере 50 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 80 мас.% и, в частности, по меньшей мере 90 мас.% стирола. Сомономер или сомономеры, присутствующие в сополимере стирола, можно выбрать из винилароматических соединений, в частности из альфа-метилстирола, стирола, галогенированного в ароматическом кольце, или стирола, алкилированного в ароматическом кольце, метакриловой кислоты, алкиловых эфиров C₁-C₄ метакриловой кислоты, таких как метилакрилат, метилметакрилат, этилакрилат, этилметакрилат, изопропилакрилат или бутилакрилат, амидов и нитрилов метакриловой кислоты, таких как акриламид, метакриламид, акрилонитрил или метакрилонитрил, бутадиена, этилена, дивинилбензола и малеинового ангидрида. Композиция вспениваемого полистирола может также быть смесью полимеров - полистирола и полиолефинов (например, ARCEL, выпускаемый фирмой NOVA Chemicals) или оксидов полистирола и полифенилена (NORYL). Кроме того, мелкие шарики вспениваемого полистирола могут также содержать добавку, например оксиды металлов, порошок металла, сажа, графит и т.п., которая улучшает термоизолирующие свойства (например, EPS Silver, полимеры Neopor и Lambdapor) конечной пены. Предпочтение отдается гомополистиролу. Средняя по массе молекулярная масса, Mw, полистирола может быть в интервале 150000-450000 дальтон, предпочтительно 160000-400000 дальтон, в частности 170000-300000 дальтон. Распределение молекулярных масс стирольных полимеров, рассчитанное из соотношения между Mw и среднечисленной молекулярной массой Mn полимера, может находиться в интервале 1.5-4.0, предпочтительно 1.7-3.5, в частности 1.8-3.0. Преимуществом является то, что полистирол содержит сравнительно малое количество остаточного мономера и остаточных сомономеров, несмотря на присутствие сажи, которая, как известно, является ингибитором полимеризации: например, ее количество может быть меньше или равно 2000 частей по массе на миллион (м.д.), предпочтительно равно или меньше 1000 м.д. Композиция из вспененного полистирола содержит на 100 частей по массе стирольного полимера 2-20 частей, предпочтительно 3-15 частей и, в частности, 3-10 частей по массе по меньшей мере одного пенообразователя. Пенообразователь можно выбрать из алифатических или циклических, необязательно фторированных углеводородов, диоксида углерода, воды и смесей двух или нескольких этих соединений. Более конкретно, его можно выбрать из фреонов, линейных или разветвленных насыщенных углеводородов и циклических насыщенных углеводородов, предпочтительно углеводородов C₃-C₇, в частности углеводородов C₄-C₆, таких как н-бутан, изобутан, н-пентан, изопентан, н-гексан или изогексан, диоксида углерода, воды и смесей двух или нескольких таких соединений, особенно смесей двух или нескольких таких углеводородов, смесей диоксида углерода с водой, смесей диоксида углерода по меньшей мере с одним из указанных углеводородов или смесей воды по меньшей мере с одним из этих углеводородов и необязательно с диоксидом углерода.

Хотя данное изобретение направлено на разработку неогнестойкого EPS, композиция вспененного полистирола может также содержать по меньшей мере одну добавку, выбранную из огнестойких веществ, зародышевых реагентов, пластификаторов и реагентов, облегчающих извлечение сформованных и вспененных изделий из пресс-формы. В частности, она может содержать по меньшей мере одно огнестойкое вещество, выбранное, в частности, из галогенированных углеводородов, предпочтительно бромированных углеводородов, в частности углеводородов C₆-C₁₂, таких как гексабромциклогексан, пентаброммонохлорциклогексан или гексабромциклододекан, в количестве 0.05-2 частей, предпочтительно 0.1-1.5 частей по массе на 100 мас. частей стирольного полимера. Композиция может также содержать по меньшей мере один зародышевый реагент, выбранный, в частности, из синтетических восков, в частности восков, получаемых синтезом Фишера-Тропша, и полиолефиновых восков, таких как полиэтиленовый и полипропиленовый воски, в количестве 0.05-1 частей, предпочтительно 0.1-0.5 частей по массе на 100 мас. частей стирольного полимера. Подобным образом композиция может содержать по меньшей мере один пластификатор, выбранный, в частности, из минеральных масел и нефтяных восков, таких как парафиновые воски, в количестве 0.1-1 частей, предпочтчительно 0.1-0.8 частей по массе на 100 масс. частей стирольного полимера. Композиция может дополнительно содержать по меньшей мере один реагент, который облегчает извлечение сформованных и вспененных изделий из пресс-формы, выбранный, в частности, из неорганических солей и эфиров стеариновой кислоты, таких как моно-, ди- или тристеараты глицерина и стеарат цинка, стеарат кальция или стеарат магния, в количестве 0.05-1 частей, предпочтительно 0.1-0.6 частей по массе на 100 мас. частей стирольного полимера.

Способ получения композиции вспененного полистирола в виде вспененных частиц или предпочтительно вспененных мелких шариков включает стадию полимеризации стирола и необязательно по меньшей мере одного сомономера, как указано выше, в водной суспензии с последующей стадией отделения и удаления водной фазы и выделения композиции, в частности, в виде вспененных частиц или мелких шариков. Водно-суспензионную полимеризацию можно проводить при перемешивании в присутствии по меньшей мере одного инициатора свободнорадикальной полимеризации, по меньшей мере одного стабилизатора суспензии, пенообразователя или пенообразователей, причем последние присутствуют в количестве 3-20, предпочтительно 5-10 частей по массе на 100 мас. частей полистирола.

Водно-суспензионную полимеризацию можно проводить при температуре в интервале 70-150°C, предпочтительно 85-140°C. При этом массовое соотношение между водой и стиролом и необязательно сомономером находится в интервале от 0.8/1 до 5/1, предпочтительно от 0.9/1 до 4/1. Полимеризацию можно проводить в течение такого времени, чтобы количество отстаточного мономера или остаточных сомономеров было меньше или равно 2000 м.д., предпочтительно меньше или равно 1000 м.д.

Водно-суспензионную полимеризацию проводят в присутствии одного нескольких инициаторов свободнорадикальной полимеризации в количестве 0.01-2 частей, предпочтительно 0.05-1 частей по массе на 100 мас. частей и необязательно сомономеров. Инициатор свободнорадикальной полимеризации можно выбрать из моно-, ди- и полифункциональных свободнорадикальных инициаторов и, в частности, из пероксидов, гидропероксидов, пероксикарбонатов, пероксикеталей, пероксиэфиров и азосоединений. Предпочтительно их выбирать из бифункциональных или полифункциональных свободнорадикальных инициаторов и более предпочтительно из пероксиэфиров. Было установлено, что особенное преимущество дает проведение полимеризации в присутствии по меньшей мере одного инициатора свободнорадикальной полимеризации, выбранного из кумилгидропероксида, пероксиэфиров, таких как трет-бутилперокси-2-этилгексаноат, трет-бутилпероксинеодеканоат, трет-бутилпероксипивалат, трет-бутилпероксидиэтилацетат, трет-бутилпероксиизобутират, трет-бутилперокси-3,5,5-триметилгексаноат, кумилпероксинеодеканоат, трет-амилперокси-2-этилгексаноат, трет-амилпероксинеодеканоат, трет-амилпероксипивалат, 2,5-бис(2-этилгексаноилперокси)-2,5-диметилгексан или 2,4,4-триметилпентил-2-пероксинеодеканоат или из бифункциональных или полифункциональных свободнорадикальных инициаторов, таких как 1,1-бис(трет-бутилперокси)-3,3,5-триметилциклогексан, 1,1-бис(трет-бутилперокси)циклогексан, 2,5-бис(трет-бутилперокси)2,5-диметилгексан, 2,2-бис(трет-бутилперокси)бутан или бис(трет-бутилпероксиизопропил)бензол. Практически все эти инициаторы обеспечивают увеличение выхода продуктов реакции полимеризации, несмотря на присутствие сажи. Соответственно, можно получать полистирол, содержащий очень малое количество остаточного стирола и остаточных сомономеров. Инициатор или инициаторы свободнорадикальной полимеризации можно вводить целиком в начале полимеризации или часть в начале полимеризации и остальную часть в одну или несколько порций во время полимеризации.

Водно-суспензионную полимеризацию предпочтительно проводить в присутствии одного стабилизатора суспензии, в частности по меньшей мере одного органического стабилизатора суспензии, выбранного, в частности, из поливиниловых спиртов, гидроксиэтилцеллюлозы, метилцеллюлозы, додецилбензолсульфоната натрия, неупорядоченного сополимера акриловой кислоты и этилгексилакрилатного крахмала, полиакриламидов и поливинилпирролидонов или по меньшей мере одного неорганического стабилизатора суспензии, выбранного, в частности, из оксида алюминия, силиката магния, оксида магния, оксида цинка, карбоната кальция, фторида кальция и неорганических солей (пиро)фосфорной кислоты, таких как трикальций фосфат, фосфат бария, фосфат алюминия или пирофосфат магния. Количество использованного стабилизатора суспензии может составлять 0.05-6 частей, предпочтительно 0.1-4 частей по массе на 100 мас. частей стирола и необязательно сомономеров.

Для повышения стабильности суспензии полимеризацию можно также проводить в присутствии предварительно приготовленного полимера стирола, отличающегося или, что более предпочтительно, идентичного с полимером композиции, в количестве 1-50 частей, предпочтительно 30-45 частей по массе на 100 мас. частей всего используемого стирола. Таким образом, перед началом полимеризации можно приготовить раствор путем введения предварительно приготовленного полимера стирола в мономер или сомономеры и растворения в них. Таким образом, можно проводить предварительную полимеризацию в объеме или в растворе стирола и одного или нескольких сомономеров до тех пор, пока не будет достигнута указанная выше доля предварительно приготовленного полимера, и затем продолжать полимеризацию в водной суспензии в присутствии, в частности, приведенных выше реагентов и добавок.

Водно-суспензионную полимеризацию можно проводить в присутствии других добавок, выбранных из числа реагентов, обеспечивающих передачу цепи, огнестойких добавок, таких как галогенированные углеводороды, предпочтительно бромированные углеводороды, в частности указанные выше, реагентов для поперечного сшивания, таких как бутадиен или дивинилбензол, пластификаторов и зародышевых реагентов, особенно указанных выше.

Водно-суспензионную полимеризацию проводят, в частности, в присутствии по меньшей мере одного пенообразователя в количестве 3-23 частей, предпочтительно 4-17 частей, в частности 4-12 мас. частей на 100 мас. частей стирола и необязательно используемых в полимеризации сомономеров. Обычно во время полимеризации небольшая часть используемого пенообразователя теряется и не обнаруживается в композиции вспененного полистирола после полимеризации. Пенообразователь или пенообразователи можно выбрать из указанных выше соединений и ввести целиком в начале полимеризации или во время полимеризации или частично в начале и оставшуюся часть в одной или нескольких порциях во время полимеризации. Альтернативно их можно ввести на отдельной стадии пропитки.

Композицию вспененного полистирола используют для изготовления вспененного изделия, в частности эструдированного или сформованного изделия, имеющего, в частности, объемную плотность (или кажущуюся плотность), определенную по методике ASTM D 1622, равную 5-200 кг/м³, предпочтительно 5-180 кг/м³ и, в частности, 5-150 кг/м³. Вспененный полистирол обычно получают способом, включающим следующие стадии:

(i) стадию предвспенивания (или предварительного вспенивания) путем контактирования и смешения композиции, в частности в виде вспененных частиц или вспененных мелких шариков, с водяным паром, в частности, в сосуде с перемешиванием в тех условиях давления и температуры, при которых могут сформироваться вспененные частицы или мелкие шарики, имеющие объемную плотность (или кажущуюся плотность), равную 5-200 кг/м³, предпочтительно 5-100 кг/м³ и, в частности, от 5 до 50 или до 30 кг/м³, например, при температуре 80-110°С или 85-105°С при абсолютном давлении 10-160 кПа или 50-150 кПа, и

(ii) необязательно стадию стабилизации полученных частиц или мелких шариков (созревание) путем их контактирования с воздухом, в частности, при температуре 0-40°С и абсолютном давлении 50-130 кПа, предпочтительно 80-120 кПа, в течение времени от нескольких часов до нескольких суток, например от 4 час до 3 суток, с тем чтобы, в частности, достичь равновесия между наружным воздухом и внутренней атмосферой вспененных частиц или мелких шариков.

Мелкие шарики вспененного полистирола смешивают с огнестойким связующим и вспучивающимся веществом; при этом важно достичь хорошего распределения обеих добавок на мелких шариках. Вспучивающееся вещество и огнестойкое связующее можно добавить по отдельности или в виде смеси. Смешивать можно предпочтительно при температуре 0-100°С, более предпочтительно 10-75°С, наиболее предпочтительно при обычной температуре. Мелкие шарики затем сушат и необязательно формуют.

Соответственно изобретение относится к использованию композиции вспененного полистирола, в частности, в виде вспененных частиц или предпочтительно вспененных мелких шариков и к полученным из нее вспененным частицам и вспененным мелким шарикам для изготовления формованного и вспененного изделия с указанной выше объемной плотностью (или кажущейся плотностью), например, в интервале 5-200 кг/м³, предпочтительно 5-100 кг/м³, в частности 5-50 кг/м³, и особенно 5-30 кг/м³.

Формование частиц или мелких шариков из вспененного полистирола обычно проводят путем подачи их в пресс-форму и нагревания пресс-формы, в частности, для объединения частиц или мелких шариков друг с другом, например, при температуре 80-120°С и получения сформованного и вспененного изделия, в частности, с нужной объемной плотностью (или кажущейся плотностью), которая предпочтительно практически идентична плотности предварительно вспененных частиц или мелких шариков.

Огнестойкое связующее предпочтительно использовать в растворе, предпочтительно водном растворе. Можно использовать и другие растворители или носители для огнестойкого связующего. При использовании огнестойкого связующего в растворе, например в водном растворе, концентрация огнестойкого связующего в растворе составляет 2-80 мас.%, предпочтительно 10-70 мас.%, более предпочтительно 15-50 мас.%.

Вспучивающееся вещество может быть любым веществом, которое набухает при нагревании, при этом увеличивается его объем и уменьшается плотность. Обычно вспучивающееся вещество используют для пассивной противопожарной защиты, и обычно оно является эндотермическим и может содержать химически связанную воду. Типичные примеры вспучивающихся веществ представляют собой вспененный графит, наноглины, пористые стеклянные мелкие шарики (например, Expancell, выпускаемый Akzo), предпочтительно вспененный графит.

Вспучивающееся вещество и огнестойкое связующее составляют в процентах от суммарной массы вспененных или вспениваемых мелких шариков или частиц полистирола 20-75%, предпочтительно 25-60%, более предпочтительно 35-45%.

Масса вспучивающегося вещества и огнестойкого связующего в суммарной массе вспененных или вспениваемых мелких шариков или частиц полистирола составляет 10-30%, более предпочтительно 15-25%, например 17-23%.

Масса вспучивающегося вещества и огнестойкого связующего в суммарной массе вспененных или вспениваемых мелких шариков или частиц полистирола предпочтительно составляет 30-50%, более предпочтительно 35-45%, например 37-43%. Несомненно, масса огнестойкого связующего не включает массу любого жидкого растворителя или носителя.

Обычно вспучивающееся вещество и огнестойкое связующее вводят во вспененный или, что более предпочтительно, во вспениваемый полистирол перед формованием. Однако огнестойкое связующее и вспучивающееся вещество можно ввести в уже сформованное из полистирольной пены изделие, блок или лист путем пропитки, распыления или вымачиванием в ванне; в этом случае огнестойкое связующее и вспучивающееся вещество должны иметь возможность проникнуть в изделие, блок или лист, например, путем помещения их в контейнер (например, в мешок), из которого раствор или суспензия огнестойкого связующего и вспучивающегося вещества могут вытекать под действием силы тяжести или с помощью насоса.

Настоящее изобретение включает также изделие из полистирольной пены, обработанное огнестойким связующим и вспучивающимся веществом, и необязательно материал, который обычно используют в конструкционных целях, такой как гипс, стальная плита, алюминий или некоторые другие металлы.

Далее изобретение будет проиллюстрировано следующими примерами. Частицы вспененного полимера полистирола получили методом традиционной суспензионной полимеризации. Частицы были предварительно вспенены с использованием водяного пара до кажущейся плотности 19 кг/м³ и подвергнуты созреванию.

Пример 1

Смешали 250 г раствора силиката натрия, как описано ниже, и 40 г вспененного графита. Затем полученную суспензию смешали со 100 г предварительно вспененных мелких шариков полистирола. После сушки смеси покрытые пленкой предварительно вспененные мелкие шарики сформовали (300×300×50 мм) на стандартном оборудовании для EPS в обычных условиях.

После сушки пены в течение 48 час/70°С в сушильном шкафу ее выдержали в течение 24 час при 50% RH и 23С и затем нарезали на образцы 190×90×20 мм. Их испытали на огнестойкость согласно тесту DIN 4102: Part 1: В2. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 2

Повторили пример 1 за исключением того, что сначала 250 г раствора силиката натрия смешали с предварительно вспененными мелкими шариками и затем добавили 40 г вспененного графита и снова перемешали.

Пример 3

Повторили пример 1 за исключением того, что не использовали раствор силиката натрия или вспененный графит.

Пример 4

Повторили пример 1 за исключением того, что использовали не раствор силиката натрия, а только 40 г вспененного графита, который смешали с 100 г предварительно вспененных мелких шариков полистирола. Нанесения на вспененный графит (прилипания к предварительно вспененным мелким шарикам) не наблюдали. Отметили отложение вспененного графита под слоем предварительно вспененных мелких шариков.

Пример 5

Повторили пример 5 за исключением того, что использовали только 250 г раствора силиката натрия и не добавляли к смеси вспененный графит.

Таблица 1 Пример № Плотность пены, кг/м³ Тест по DIN 4102:Part1:B2 Наблюдемое горение пены Горящие капли Высота пламени, мм 1 37.5 Прошел Нет Нет <10* 2 37.5 Прошел Нет Нет <10* 3 18.5 Не прошел Да Да >150 4 19 Не прошел Да Да >150 5 21 Не прошел Да Да >150 * слой вспучивающегося вещества.

Раствор силиката натрия (жидкое стекло): 36-38 мас.% силиката натрия в воде

Некоторые физические характеристики пен в примерах 1, 2, 3 приведены в таблице 2.

Таблица 2 Пример Плотность пены, кг/м³ Прочность на изгиб, кПа (EN 12089) Прочность 10% комп., кПа (EN 826) Теплопроводность, мВт/м.К (10°С) (EN 12667) 1(с покр.) 37.5 260 105 34.7 2 (с покр.) 37.5 260 105 34.7 3 (без покрытия) 18.5 290 110 33.7

Изобретение относится к огнестойким вспененным изделиям из полистирола, которые могут использоваться при строительстве и монтаже жилых домов. Вспененное изделие объемной плотностью 5-200 кг/м³ получают из композиции, содержащей следующие компоненты, мас.%: 25-60 вспененных или вспениваемых мелких шариков или частиц полистирола, 10-30 вспучивающегося вещества, 30-50 огнестойкого связующего вещества, представляющего собой неорганический материал, выбранный из перечня, включающего силикаты металлов, алюминаты металлов, алюмосиликаты металлов и цеолиты. Вспучивающееся вещество представляет собой, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, включающей меламин, фосфин, фосфонат, вспененный графит, вспененные стеклянные мелкие шарики и наноглины. Описан также способ получения огнестойкого вспененного изделия из полистирола, включающий стадии нанесения покрытия из огнестойкого связующего и вспучивающегося вещества на вспененные мелкие шарики или частицы полистирола, сушки мелких шариков с покрытием, переноса покрытых мелких шариков или частиц в пресс-форму и прессования и формования мелких шариков или частиц при повышенной температуре. Технический результат - более высокая огнестойкость вспененных изделий из полистирола и сохранение прочности конструкции при контакте с огнем. 2 н. и 8 з.п., 2 табл., 5 пр.

1. Вспененное изделие, имеющее объемную плотность в интервале 5-200 кг/м³, полученное из композиции, содержащей, мас.%:
(i) 25-60 вспененных или вспениваемых мелких шариков или частиц полистирола;
(ii) 10-30 вспучивающегося вещества и
(iii) 30-50 огнестойкого связующего вещества, представляющего собой неорганический материал, выбранный из перечня, включающего силикаты металлов, алюминаты металлов, алюмосиликаты металлов и цеолиты.

2. Изделие по п.1, в котором вспененный или вспениваемый полистирол, из которого изготавливается изделие, находится в виде мелких шариков.

3. Изделие по п.1 или 2, в котором полистирол имеет среднюю молекулярную массу 150000-450000 Да.

4. Изделие по п.1 или 2, в котором вспучивающееся вещество представляет собой, по меньшей мере, одно вещество из группы, включающей меламин, фосфин, фосфонат, вспененный графит, вспененные стеклянные мелкие шарики и наноглины.

5. Изделие по п.1 или 2, в котором вспучивающееся вещество является вспененным графитом.

6. Изделие по п.1 или 2, в котором огнестойкое связующее является силикатом натрия.

7. Изделие по п.1 или 2, в котором масса (i) вспененных или вспениваемых мелких шариков или частиц полистирола составляет 35-45% в расчете на суммарную массу (i), (ii) и (iii).

8. Изделие по п.1 или 2, в котором масса (ii) вспучивающегося вещества составляет 15-25% в расчете на суммарную массу компонентов (i), (ii) и (iii).

9. Изделие по п.1 или 2, в котором масса (iii) огнестойкого связующего составляет 30-50% в расчете на суммарную массу компонентов (i), (ii) и (iii).

10. Способ получения огнестойкого вспененного изделия из полистирола, включающий стадию нанесения покрытия на вспененные мелкие шарики или частицы полистирола из огнестойкого связующего и вспучивающегося вещества и дополнительно следующие стадии:
(a) сушку мелких шариков с покрытием
(b) перенос высушенных мелких шариков или частиц в пресс-форму и
(c) прессование и формование мелких шариков или частиц при повышенной температуре.