Композиция для получения огнестойкого пенополиуретана - RU2556212C1

Описание

Изобретение относится к получению огнестойкого пенополиуретана из вспененной реакционной смеси, которая состоит из смеси полиолов, полиизоцианата и огнезащитных добавок (антипиренов). Такой пенополиуретан находит применение в транспорте, авиастроении и других областях промышленности, где требуется звуко- и теплоизоляционные материалы повышенной огнестойкости.

Пенополиуретан относится к органическим горючим материалам, так как имеет высокую удельную поверхность, заполненную воздухом. Этим свойством обладают не только эластичные открытопористые (на 98-99%) пенополиуретаны, но и их жесткие закрытопористые аналоги. Для снижения горючести пенополиуретанов используют обычно метод введения антипиренов - огнезащитных добавок. Как правило, это специально синтезированные органические соединения, содержащие хлор, бром, ароматические соединения, содержащие дополнительно фосфатные группы. (RU 2006121970; RU 2010143318; RU 2350629; US 2011/0237144; US 2008/0200573; WO 2008/106334; US 2011/0218260). Причем синтез подобных соединений - дорогое удовольствие, и их применение существенно удорожает процесс получения полиуретанов. Кроме того, в связи с тем, что они сами состоят из достаточного количества органических молекул, они не всегда обеспечивают необходимую огнестойкость в концентрациях, обеспечивающих необходимые технические параметры переработки смесей.

Известна композиция для получения огнестойкого пенополиуретана (RU 2040531) путем использования синергетического действия добавок вспучивающегося графита и меламина. Однако сам механизм введения добавок достаточно сложен, так как требует смешения добавок в части полиола, а в оставшейся части полиола смешивают аминный активатор, стабилизатор и воду. Получается трехкомпонентная система заливки пенополиуретана, что технологически неудобно. Кроме того, необходимо еще дополнительно вводить огнезащитное средство, в итоге суммарное количество добавок превышает 40% от массы реакционной смеси, а эффект огнезащиты не соответствует затратам.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является патент RU 2336283 С2, в котором приведена композиция для получения огнестойкого пенополиуретана, включающая смесь полиолов, полиизоцианат и огнезащитные добавки. В качестве такой добавки используют смесь, состоящую из расширенного графита, цианурата меламина и фосфогипса при соотношении (1-2):(1-2):1 соответственно, причем фосфогипс вводится в количестве от 30 до 50 мас. % от общего количества компонентов. Фосфогипс является сопутствующим продуктом производства фосфорной кислоты и существует в виде отвалов отвердевшей массы высотой порядка 20 метров и более. Промышленное применение фосфогипса ограничено необходимостью разработки отвалов специальной техникой и размолом в мельницах, хотя бы до состояния цемента, чтобы обеспечить равномерное распределение наполнителя в реакционной смеси. В этом случае говорить о дешевизне добавки уже не корректно. Кроме того, фосфогипс обладает нестабильными свойствами из-за разного содержания остатков фосфорной кислоты, серной кислоты и неразложившихся фосфатов, что затрудняет его переработку, а также может вызвать коррозию металлического оборудования. Следует отметить, что в данном составе содержание общего количества огнезащитных добавок и фосфогипса составляет от 40 до 60 мас. % состава, что существенно увеличивает вязкость композиции, уменьшает вспениваемость и снижает теплоэффективность изделий за счет значительно более высокой плотности материала (более 100 кг/куб.м).

Таким образом, задачей изобретения является разработка относительно дешевых и доступных огнезащитных добавок в композицию для получения огнестойкого пенополиуретана.

Техническим результатом изобретения является значительное повышение огнестойкости при небольшом количестве огнезащитных добавок, что снижает плотность готового изделия, повышает его тепло- звукоизолирующие свойства.

Для достижения такого технического результата композиция, как и прототип, содержит смесь полиолов, полиизоцианат и огнезащитные добавки. В отличие от прототипа в качестве огнезащитных добавок композиция содержит смесь полифосфата аммония и сульфамата аммония в количестве от 10 до 40 мас. % от общего количества компонентов, при этом соотношение полифосфата аммония к сульфамату аммония в смеси составляет соответственно от 1:2 до 7:1 массовых частей.

Как показали проведенные нами испытания, при добавке в композицию указанной огнезащитной смеси меньше 10 масс. % горючесть образцов уменьшается незначительно. При увеличении количества огнезащитной добавки вплоть до 40 масс. % горючесть плавно уменьшается. Увеличение общего количества огнезащитной добавки свыше 40% нецелесообразно, так как при этом начинает увеличиваться плотность образцов, что резко ухудшает тепло - и шумоизоляционные характеристики пенополиуретана.

Выбор диапазона соотношения компонентов огнезащитной добавки от 1:2 до 7:1 масс. частей обусловлен их свойствами. При минимальной концентрации огнезащитной добавки в 10% необходимо больше сульфамата аммония, поскольку его огнезащитное действие сильнее полифосфата аммония и его должно быть не менее 5% от общей массы реакционной смеси (нижний порог проявления значимого эффекта), но и не более 10% (т.к. проявляется эффект замедления схватывания смеси). Поэтому наиболее оптимальное количество сульфамата аммония от общей массы реакционной смеси составляет 6,5-7%. Следовательно, на долю полифосфата аммония в этом случае приходится 3-3,5% от общей массы. Примерное соотношение полифосфата аммония к сульфамату в этом случае составляет 1:2. При увеличении концентрации огнезащитной добавки концентрация сульфамата аммония остается на уровне 5-6%, и на огнезащитные свойства начинает влиять увеличенное количество полифосфата аммония. При максимальной концентрации огнезащитной добавки 40% соотношение полифосфата аммония к сульфамату составит 7:1. При этом обеспечивается необходимый огнезащитный эффект, а также необходимые технологические характеристики и физико-механические свойства готового изделия. Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение:

Пример 1. Готовят смесь, состоящую из 5 кг полиизоцианата, 4,5 кг полиола (готовая смесь), 0,345 кг полифосфата аммония и 0,720 кг сульфамата аммония. Подготовленную смесь наносят под давлением на ровную поверхность. Композиция вспенивается в течение 10-15 сек, твердеет в течение 5-7 мин и из нее вырезаются образцы для испытаний. Общее количество огнезащитных добавок в этой композиции составляет 10%, а соотношение полифосфата аммония к сульфамату аммония в смеси составляет соответственно 1:2,03.

Композиции в примерах 2 и 3 приготавливаются аналогично примеру 1, но с иным составом компонентов. Все примеры представлены в таблице 1.

Горючесть полученного пенополиуретана оценивали по ГОСТ 12.1.044-89 п. 4.3. на приборе ОТМ, среднюю плотность материала оценивали по ГОСТ 17177-94, прочность при 10% деформации по ГОСТ 17177-94.

Физико-механические свойства и огнестойкость полученных материалов представлены в таблице 2. В этой же таблице для сравнения приведены данные для образца, изготовленного из известной композиции по прототипу с содержанием фосфогипса 40 мас. %, полученного с использованием компонентов:

- Полиизоцианат - 50 г

- Лапрол - 30 г

- Вода - 1,2 г

- Диметилэтаноламин - 0,3 г

- Глицерин - 4,5 г

- Расширенный графит - 10,7 г

- Фосфогипс - 71,2 г

Как видно из результатов испытаний, все полученные пенополиуретаны являются трудногорючими, причем горючесть образца №1 с низким содержанием огнезащитных добавок (всего 10 масс. %, по сравнению с 40 масс. % в прототипе) дает более высокую огнестойкость. Сравнение образца №3 и прототипа (известный) показывает, что при равных мас. % наполнения (40%) предлагаемая композиция существенно более устойчива к действию пламени источника, тогда как известная композиция находится на пределе устойчивости. Кроме того, композиция обладает значительно более низкой плотностью (почти в 2 раза), что обеспечивает лучшие теплофизические характеристики материала.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить максимально огнестойкий пенополиуретан с улучшенными характеристиками по плотности и потере массы образца при испытании.

Реферат

Изобретение относится к получению огнестойкого пенополиуретана из вспененной реакционной смеси, которая состоит из смеси полиолов, полиизоцианата и огнезащитных добавок (антипиренов). Описана композиция для получения огнестойкого пенополиуретана, содержащая смесь полиолов, полиизоцианат и огнезащитные добавки, причем в качестве добавок используют смесь полифосфата аммония и сульфамата аммония в количестве от 10 до 40 мас.% от общего количества компонентов, при этом соотношение полифосфата аммония к сульфамату аммония в смеси составляет соответственно от 1:2 до 7:1 массовых частей. Технический результат - получение пенополиуретана, обладающего максимальной огнестойкостью (группа горючести Г-1), практически неизменной плотностью по сравнению с пенополиуретаном, полученным без огнезащитных добавок. 2 табл., 1 пр.

Формула