Защита полимеров от действия огня.

Природа полимеров такова, что их невозможно сделать полностью безопасными в отношении огня. Единственное, что возможно – снизить их способность к загоранию и поддержанию горения. Для этой цели применяют добавки, затрудняющие воспламенение и снижающие скорость распространения пламени. Эти добавки называют антипирены. Для защиты полимеров от огня существует 4 основных метода:

1. Огнезащитное покрытие наружной поверхности - уменьшает проникновение

О₂ и скорость реакции окисления.

Если защитное покрытие способно разбухать, вспениваться, то оно служит хорошим теплоизоляционным слоем и снижает скорость образования летучих веществ при пиролизе субстрата.

2. Образование большого количества нелетучих газов – происходит разбавление О₂ и, следовательно, уменьшение скорости горения и уменьшение температуры материала.

Когда она достигает точки ниже температуры воспламенения, начинается самозатухание. Такими негорючими газами могут служить NH₃, N_2, SО₂, HHal.

3. Инициирование эндотермических реакций.

В первую очередь, в наружных слоях. В результате таких реакций температура опускается ниже уровня загорания и происходит самозатухание. Для этой цели можно использовать вещества, которые вблизи температуры возгорания начинают сублимироваться.

4. Ингибирование свободнорадикальных реакций окисления.

Ингибирование таких процессов может приводить к уменьшению концентрации ОН-радикалов. Этот результат может быть получен путем улавливания промежуточных радикалов и их дезактивация за счет химических реакций или эффекта стенки.

Эффективность антипиренов часто не зависит от степени их диспергирования в матрице или их растворимости.

Большинство реакций, предназначенных для торможения горения, протекают в газовой фазе и эффективность добавок чаще всего определяется скоростью диффузии частиц добавок и скоростью их взаимодействия со свободными радикалами.

Oогнезащитные вспенивающие покрытия.

Такие покрытия наносят на поверхность полимера наподобие краски. Такие добавки должны быстро образовывать негорючие газы, вспенивающие наружную поверхность и препятствующие проникновению кислорода. Одновременно вспененный материал служит теплоизоляционным барьером.

Используют многоатомные спирты сорбит, пентаэритрит, сахара, крахмал, который смешивают с агентами вспенивания и обезвоживания. В качестве вспенивателей

применяют меламнны, уретаны, гуанидин и т.д., при разложении которых выделяются негорючие газы.

Агент обезвоживания - кислота Льюиса или Н₃РО₄ (точнее, слаборастворимые в воде фосфаты: (NНз)зРО₄, сложные эфиры, неполные эфиры, при разложении которых образуется Н₃РО₄).

В качестве покрытий для пластмасс используют соединения в которые затрудняет проникновение кислорода.

Антипирены, способствующие образованию негорючих продуктов.

Известно лишь несколько добавок: сульфат аммония и сульфамат аммония. При нагревании разлагаются и выделяют NH₃.Н₂О. SO₂. SO₃. Эти добавки используют, прежде всего, при производстве бумаги и других целлюлозных материалов. При производстве полимеров - редко, т.к. они легко выщелачиваются и, кроме того, они нестабильны в условиях переработки полимеров.

Антипирены - ловушки свободных радикалов.

Существует два класса таких добавок. Применяются широко: органические бромиды и хлориды. При высоких температурах эти вещества разлагаются с образованием Hal – радикалов, реагирующих с очень активными ОН – радикалами. Эффективность этих соединений определяется тем, насколько легко могут диссоциировать связи С-На1.

Скорость образования галоген-радикалов должна быть такой, чтобы улавливание активных радикалов могло происходить в течение всего времени, пока температура на поверхности остается выше температуры загорания летучих.

Соединения брома обладают более низкой энергией диссоциации, чем соединения хлора, но не обязательно, они являются более активными антипиренами (из-за невысокой продолжительности их действия).

Наиболее распространены хлорированные парафины С₁₀-С₃₀: производные гексахлорциклопентаднена, хлорированные арилдиамины (используют в эпоксидных смолах), хлорированные алкилариловые простые эфиры (в полиэфирах), тетрабромдецен (додецен), гексабромциклопентадиен. бромфталамид (в полиуретанах и ПА).

Синергические смеси антипиренов.

В большинстве случаев используют не один антипирен, а смеси, компоненты которых действуют по разным механизмам.

В промышленности широко используют соединения, содержащие Hal и Р. или смеси Hal-содержащих соединений и оксидом Sb. или соединения В и их смеси.

Соединения, содержащие Hal и Р – важные промышленные антипиренные системы. Достоинство этих соединений в том, что при разложении отщепляют галоген-радикалы, которые дезактивируют ОН-радикалы.

4