Патент на изобретение №2305117

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2305117 (13) C1
(51) МПК

C08L23/00 (2006.01)

C09K21/08 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 29.11.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2006111913/04, 10.04.2006

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

10.04.2006

(46) Опубликовано: 27.08.2007

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
Полиолефины. Каталог. Охтинское научно-производственное объединение “Пластполимер”. – Л., 1990. RU 819130 A1, 07.04.1981. RU 2270844 C1, 07.04.1981. JP 8176366 A (TOKUYAMA CORP.), 09.07.1996.

Адрес для переписки:

230026, Республика Беларусь, г.Гродно, ул. Счастного, 38, ОАО “Белкард”, директору НТЦ Г.А. Костюковичу

(72) Автор(ы):

Струк Василий Александрович (BY),
Кравченко Виктор Иванович (BY),
Костюкович Геннадий Александрович (BY),
Авдейчик Сергей Валентинович (BY),
Чекель Александр Владимирович (BY),
Овчинников Евгений Витальевич (BY)

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество “Белкард” (BY),
Республиканское унитарное предприятие “Белвторполимер” (BY)

(54) СОСТАВ ПОЛИМЕРНОГО ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО МАТЕРИАЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к созданию полимерных термопластичных материалов с повышенной стойкостью к горению и может быть использовано в машиностроении и строительной индустрии. Материал на основе полиолефинов содержит фосфогипс, в качестве антипирена – смесь фторсодержащего олигомера «Фолеокс» или «Эпилам» и галогенсодержащего антипирена, выбранного из группы: декабромдифенилоксид, гексабромциклододекан, хлорпарафин, функциональную добавку. Вышеуказанный состав обеспечивает высокую устойчивость материала к горению при низком содержании галогенсодержащих антипиренов. 4 табл.

Изобретение относится к области создания полимерных термопластичных материалов с заданными функциональными характеристиками, в частности с повышенной стойкостью к воздействию температур (пониженной горючести), и может быть использовано в машиностроении и строительной индустрии для изготовления изделий конструкционного назначения, в т.ч. деталей интерьера автомобилей, сельскохозяйственной техники, строительных конструкций и т.п.

В связи с ужесточением требований нормативных документов, регламентирующих характеристики машиностроительных материалов, по стойкости к горению разработан ряд композиционных материалов на основе термопластичных полиолефинов (полиэтилен НД, ВД, полипропилена и их сополимеров), содержащих антипирены различного механизма действия.

К наиболее распространенным антипиренам относят:

– неорганические соединения: алюминиевые квасцы, алюмосиликаты, гипс, хлорид, сульфат и фосфат алюминия, хлорид натрия, бура, гидроксид алюминия и др.;

– галогенсодержащие органические соединения: хлорпарафины, декабромфенол, перхлорпентациклодекан, тетраэтиламмонийбромид и др.;

– фосфорсодержащие соединения: органические фосфаты, фосфиты, фосфонаты, фосфорсодержащие полиэфиры, фосфазены и др. [1-3].

Механизм действия антипиренов заключается в снижении (предотвращении) доступа кислорода в зону горения вследствие образования продуктов пиролиза галогенсодержащих ингредиентов или коксообразного негорючего слоя на поверхности изделия и в снижении содержания газообразных горючих продуктов термоокислительной деструкции полимерной матрицы, благодаря подавлению (снижению) интенсивности цепных процессов термолиза.

Галогенсодержащие антипирены весьма эффективны как компоненты, предотвращающие горение. Однако им присущ существенный недостаток: газообразные галогены и их низкомолекулярные соединения (Cl2, HCl, Br2, HBr и др.) представляют собой существенную опасность для человека и окружающей среды. В связи с этим содержание галогенсодержащих антипиренов уменьшают в композиционных материалах.

Известны составы полимерных термопластичных материалов на основе полиолефинов, содержащие неорганический наполнитель (тальк, каолин, мел и др.), функциональную добавку (краситель, антиоксидант, парафин и др.) и галогенсодержащий антипирен (гексабромбензол, декабромфенилоксид, хлорпарафин). Такие материалы на основе полиэтилена низкого давления под маркой «Тралсен» выпускают по ТУ 6-05-184-81, на основе полиэтилена высокого давления под маркой «Кассполен» выпускают по ТУ 6-05-1973-84, на основе полипропилена под маркой 21-01-4С, 21-02-4С выпускают по ТУ 6-050-1968-84. Данные материалы выбраны за прототип [4]. Составы материалов по прототипу приведены в Каталоге «Полиолефины» и на сайтах фирм-производителей. Составы полимерных термопластичных материалов на основе полиолефинов, выбранные за прототип, обладают достаточно высокими показателями служебных характеристик. Вместе с тем, существенным недостатком этих материалов является значительное содержание галогенсодержащего антипирена, обеспечивающего требуемые показатели стойкости к горению (ПВ-0, ПВ-1), достигающее 10-15 мас.%. При термическом воздействии на изделия из таких материалов выделяется большое количество вредных и опасных для окружающей среды и обслуживающего персонала галогенсодержащих низкомолекулярных продуктов.

Задача изобретения состоит в разработке состава полимерного термопластичного материала на основе полиолефинов с высокой устойчивостью к горению и минимальным содержанием галогенсодержащих антипиренов.

Поставленная задача достигается тем, что состав полимерного термопластичного материала на основе полиолефинов, содержащий неорганический наполнитель, функциональную добавку и антипирен в качестве неорганического наполнителя содержит фосфогипс, а в качестве антипирена – смесь фторсодержащего олигомера «Фолеокс» или «Эпилам» и галогенсодержащего антипирена, выбранного из группы: хлорпарафин, гексабромбензол, декабромфенилоксид при следующем соотношении компонентов, мас.%:

– фосфогипс – 0,5-10,0
– фторсодержащий олигомер – 0,1-1,0
– галогенсодержащий антипирен – 1,5-3,0
– функциональная добавка – 0,5-1,5
– полиолефин – остальное до 100

Сущность предлагаемого технического решения состоит в достижении синергического эффекта, заключающегося в достижении комплекса повышенных служебных характеристик при введении в состав полимерного термопластичного материала заявленного сочетания компонентов. Неорганический наполнитель фосфогипс представляет собой технологические отходы получения серной и фосфорной кислот и включает соли кальция и магния. Состав фосфогипса, который образуется на ОАО «Гомельский химзавод», представлен в табл.1.

Альтернативным модификатором аналогичного механизма действия могут быть гипсосодержащие отходы, образующиеся на ОАО «СтеклозаводНеман». Состав гипсосодержащих отходов, образующихся при обработке стеклянных изделий, представлен в табл.2. Состав гипсосодержащих отходов колеблется в зависимости от вида (состава) стекла, применяемого для изготовления изделий – хрустальное, декоративное, обычное, термостойкое.

Таблица 1
Состав фосфогипса ОАО «Гомельский химический завод»
№ п/п Компонент Содержание*, мас.%
1 CaO 35,0
2 SO3 57,0
3 P2O5 общ. 0,4
4 Н2О общ. 1,5
5 F общ. 0,2
6 MgO 0,02
7 Примеси остальное до 100
* Содержание компонентов определено после термообработки при 110°С в течение 1 часа.
Таблица 2
Состав гипсосодержащих отходов производства стеклянных изделий (ОАО «СтеклозаводНеман»)
№ п/п Компонент Содержание*, мас.%
1 SiO2 0,3-3,60
2 Fe2O3 0,08-0,31
3 CaO 32,76-36,6
4 MgO 1,81-4,44
5 SO3 36,36-41,25
6 Примеси 21,30-22,05
7 F 1,86-3,88
8 Na2O 0,05-0,06
9 K2O 0,01-0,15
10 Pb 0,20-1,02
* Влажность продукта 33,98-57,16% рН 9,6-11,95

Наличие в составе различных соединений кальция и магния обеспечивает комплексный эффект: увеличение прочностных характеристик композиционного материала, стабилизацию реологических показателей (вязкости) расплава и увеличение стойкости к горению вследствие образования слоя (корки), препятствующего распространению фронта горения и каплеобразования. Повышению стойкости к горению способствует и кристаллогидратная вода, образующаяся при повышенных температурах. Фторсодержащий олигомер в составе материала обеспечивает гомогенное распределение неорганического наполнителя по объему и создает препятствия для термоокислительной деструкции полимерной матрицы вследствие более высокой стойкости к окислению. Деструкция олигомера при превышении температур 350-400°С сопровождается образованием негорючих радикальных продуктов, которые блокируют механизм цепного термоокислительного процесса полиолефинов с образованием неактивных компонентов.

Сочетание фторсодержащего олигомера и традиционного галогенсодержащего антипирена обуславливает увеличение эффективности действия последнего благодаря взаимодействию продуктов термолиза между собой. Функциональная добавка, введенная в состав полимерного термопластичного материала, существенного влияния на прочностные и теплофизические характеристики не оказывает и обеспечивает необходимый цвет изделия и его стойкость к воздействию неблагоприятных эксплуатационных факторов.

Таким образом, заявленное сочетание компонентов обеспечивает новый технический эффект. Для изготовления полимерного термопластичного материала использовали гранулированные полимерные материалы (ПЭНД, ПЭВД, ПП), выпускаемые специализированными предприятиями Беларуси и России по нормативной документации (ГОСТ 26996-86, ГОСТ 16338-85, ГОСТ 16336-77). Материалы на основе полиолефинов с повышенной устойчивостью к горению использовали или в состоянии поставки (материал «Кассполен» – ТУ 6-05-1973-84, материал «Тралсен» – ТУ 6-05-05-184-81, материал 21-01-4С, 21-02-4С – ТУ 6-050-1968-84) или получали механическим перемешиванием компонентов в шаровой мельнице с последующей переработкой по рекомендуемым в [4] режимам.

Минеральный наполнитель (фосфогипс, представляющий отходы ОАО «Гомельский химзавод») использовали в состоянии промышленной поставки в виде порошка с размером частиц не более 50 мкм, термообработанного при 110-120°С для удаления адсорбированной при хранении влаги.

Галогенсодержащие антипирены использовали в гранулированном виде в состоянии поставки (OOO НПФ «Барс-2», г.Санкт-Петербург или ОАО «Полимир», г.Новополоцк).

В качестве функциональной добавки использовали продукт на основе парафина (воска), содержащий краситель (сажу), антиоксидант (дифениламин или его аналог), который промышленно производится ОАО «Полимир» (г.Новополоцк).

В качестве фторсодержащего олигомера использовали промышленно поставляемый продукт, выпускаемый под торговыми марками «Эпилам» и «Фолеокс» в соответствии с ТУ.

Общая формула этих соединений представляет собой Rf-R1, где Rf – фторсодержащий радикал, R1– функциональная группа COOH, CONH2 и др. Структурная формула фторсодержащего радикала олигомера «Эпилам» и олигомера «Фолеокс» (марки Ф-1 и Ф-3) имеет следующий вид:

или CF3-[-CF2-CF2-]-n, где n=2-40.

Функциональная группа у олигомеров «Эпилам» и «Фолеокс» марки Ф-1 R1-СООН, у олигомера «Эпилам» марки Ф-3 R1-CONH2.

Олигомеры выпускают в виде разбавленных растворов (1-2 мас.%) во фреоне (хладоне), воде, спиртах. Растворитель в процессе применения олигомера улетучивается и не оказывает существенного влияния на свойства объекта, в котором использован олигомер.

Технология получения полимерного термопластичного материала в соответствии с заявленным составом состоит в следующем. В рабочий объем смесителя барабанного типа (например, мельницы МБЛ) вводят гранулы матричного полимерного материала (ПЭНД, ПЭВД, ПП). Гранулы активизируют в течение 10-15 мин мелющими телами (стальными шарами или цилиндрами). Далее в объем смесителя вводят необходимое количество олигомера и перемешивают композицию до равномерного смачивания всех гранул. В полученный состав последовательно вводят минеральный наполнитель (фосфогипс), функциональную добавку и антипирен и перемешивают в течение 10-15 мин до получения гомогенного состава.

Готовый продукт представляет собой композицию с равномерным распределением ингредиентов по объему материала. Полученный состав полимерного термопластичного материала перерабатывают в изделия методом литья под давлением или экструзии на соответствующем технологическом оборудовании (термопластавтоматах или экструзионных линиях по получению профилей) по режимам, указанным в [4]. При необходимости возможно применение операции предварительного гранулирования материала на стандартном экструдере с гранулирующей головкой.

Показатели служебных характеристик материалов оценивали по стандартным методикам. Огнестойкость материалов (устойчивость к горению) определяли по ГОСТ 28157-89 по скорости горения горизонтально закрепленного образца (метод А), который соответствует международному стандарту UL-94. Стандарт UL-94 и ГОСТ 28157-89 имеют три шкалы горючести материалов: ПВ-0 (V-0) при удалении источника пламени материал горит не более 10 сек, ПВ-1 (V-1) – материал горит без источника пламени не более 30 сек и ПВ-2 (V-2) – материал горит не более 30 сек с падением капель, способных поджечь горючий материал под образцом.

Как следует из данных табл.4, заявленные составы полимерных термопластичных материалов (составы IV-X) превосходят прототипы (составы I-III) по физико-механическим характеристикам и не уступают по горючести, несмотря на более низкое содержание галогенсодержащего антипирена. Уменьшение содержания компонентов ниже заявленного предела (состав IX) снижает устойчивость к горению, а превышение содержания – не обеспечивает дополнительных преимуществ.

Таким образом, заявленные составы полимерных термопластичных материалов по совокупности характеристик превосходят прототип и обладают техническим эффектом.

Таблица 3
Составы полимерных термопластичных материалов
Компонент Содержание, мас.%
Прототип Заявляемые составы Запредельные
I* II** III*** IV V VI VII VIII IX X XI XII
1. Минеральный наполнитель:
– тальк 5,0 5,0 5,0 – – – – – – – – –
– фосфогипс – – – 0,5 5,0 10,0 5,0 5,0 5,0 5,0 0,1 15,0
2. Фторсодержащий олигомер:
– «Эпилам» – – – – – – – 0,5 – – – –
– «Фолеокс»:
– марки Ф-1 – – – 0,1 0,5 1,0 – – 0,5 0,5 0,05 2,0
– марки Ф-3 – – – – – – 0,5 – – – – –
3. Галогенсодержащий антипирен:
Декабромдифе-
нилоксид (ДБД) – – 2,5 – – – – – 2,5 – – –
– гексабромцикло
додекан (ГБЦД) – – 2,5 – – – – – – – – –
– оксид сурьмы – 1,0 1,0 – – – – – – – – –
– хлорпарафин 5,0 5,0 – 1,5 2,5 3,0 2,5 2,5 – 2,5 1,0 10,0
4. Функциональная добавка (парафин, сажа, антиоксидант) 2,0 2,0 2,0 0,5 1,0 1,5 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 2,0
5. Полиолефин
– ПЭНД – 87 – – – – – – – 32 – –
– ПЭВД 88 – – 97,4 91,0 84,5 91,0 91,0 – 59 – –
– ПП – – 87 – – – – – 91,0 – 97,85 71
* Композиция типа «Кассполен» на основе ПЭВД 15303-003 марки 115-117
** Композиция типа «Тралсен» на основе ПЭНД марки 21008-075
*** Композиция типа 1-01-4С на основе ПП марки 21020

Кроме того, в составе материалов использованы технологические отходы химических производств, что позволяет снизить их стоимость и экологические загрязнения.

Из разработанных материалов методом экструзии изготовлены погонажные изделия (трубы), используемые в стройиндустрии для прокладки кабелей и в машиностроении.

Источники информации

1. Полимерные материалы с пониженной горючестью / Копылов В.В., Новиков С.Н., Оксентьевич Л.А. и др. / Под ред. А.Н. Праведникова. М.: Химия. 1986. С.224.

4. Полиолефины. Каталог. Охтинское научно-производственное объединение «Пластполимер». Л.: 1990.

Формула изобретения

Состав полимерного термопластичного материала на основе полиолефинов, содержащий неорганический наполнитель, антипирен и функциональную добавку, отличающийся тем, что в качестве неорганического наполнителя содержит фосфогипс, а в качестве антипирена – смесь фторсодержащего олигомера «Фолеокс» или «Эпилам» и галогенсодержащего антипирена, выбранного из группы: декабромдифенилоксид, гексабромциклододекан, хлорпарафин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Фосфогипс 0,5-10,0
Фторсодержащий олигомер 0,1 -1,0
Галогенсодержащий антипирен 1,5-3,0
Функциональная добавка 0,5-1,5
Полиолефин Остальное до 100

Categories: BD_2305000-2305999