25. Горючість пластмас, методи її зниження

Горючесть пластмасс Горючесть пластмасс и, соответственно, их пожароопасность, является «ахиллесовой пятой» полимерных материалов. Пожароопасность определяется следующими характеристиками: горючестью, дымо- и газовыделением, огнестойкостью (для конструкционных полимеров и композитов).

Горючесть – это комплексная характеристика материала, включающая: 1) его способность к воспламенению или самовоспламенению; 2) скорость горения или распространения пламени; 3) параметры, определяющие условия, при которых возможен самоподдерживающийся процесс горения (состав атмосферы, интенсивность выделения тепла).

Дым и газы, выделяющие при горении полимеров, оказывают удушающее действие на органы дыхания и затрудняют борьбу с пожаром из-за потери видимости.

Оценка огнестойкости для конструкционных полимеров является обязательной, особенно жесткие требования по огнестойкости и горючести предъявляются к полимерам, используемым на транспорте (железнодорожном, автомобильном и особенно авиационном).

Способы снижения горючести пластмасс. Одним из самых радикальных методов снижения горючести является синтез негорючих или трудногорючих полимеров. Наиболее часто с этой целью в молекулы полимеров вводят атомы галогенов (бром, хлор), фосфора, бора (карборановые или боразольные циклы), азота (триазиновые циклы). Практически полную негорючесть полимерному материалу придает карбонизация, или графитизация (углеволокно).

Механизм снижения горючести за счет введения в молекулу полимера фосфор-, азот- или борсодержащих групп проявляется в твердой фазе, где они выступают как катализаторы процесса коксования полимера. В каталитическом ускорении процессов коксообразования основную роль играют процессы дегидратации, циклизации, полимеризации, поликонденсации деструктирующих фрагментов полимерных молекул, снижающие температуру на поверхности и в массе горящего материала за счет эндотермических эффектов.

Одним из наиболее простых способов регулирования горючести полимеров является введение в них добавок минерального характера.

Инертные минеральные негорючие наполнители, неспособные разлагаться до температуры 1000 °С (оксиды, силикаты, металлы, графит и т. п.). Єти добавки способны умеренно снижать горючесть полимеров.

Негорючие вещества, выделяющие при повышении температуры до 400°С значительные количества негорючих паров или газов (карбонаты, гидрокарбонаты, гидроксиды), а также вещества, содержащие микрокапсулированные жидкости (воду, галогенсодержащие легкокипящие жидкости, фреоны, замещенные фосфаты и др.). Вещества этого класса способны значительно снижать горючесть полимеров.

Активные негорючие вещества, способные при повышении температуры выше 300–400 °С выделять негорючие и препятствующие горению пары, а также вещества, способствующие коксообразованию полимеров (хлор- и бромсодержащие вещества, соединения фосфора, азота, бора, кремния и некоторых других элементов в сочетании с оксидом сурьмы или мышьяка, некоторыми соединениями железа, цинка, серы и других элементов). Эти вещества называются замедлителями горения, или антипиренами. Они в максимальной степени снижают горючесть полимеров.

Инертные вещества – минеральные наполнители – способны снижать горючесть полимеров за счет уменьшения теплоты их сгорания (эффект разбавления).

В качестве антипиренов наиболее часто используют хлорпарафины, гексабромбензол и другие бромсодержащие продукты в сочетании с оксидом сурьмы; фосфор, фосфорную кислоту и ее соли, фосфины; соли борной кислоты и др. Механизм действия замедлителей горения, содержащих галогены, связан с их испарением и выделением в газовую фазу, окружающую пламя, тяжелых паров, эффективно разбавляющих горючие продукты и ингибирующих радикальные процессы окисления. Действие антипиренов, содержащих фосфор и азот, проявляется в твердой фазе (каталитическое ускорение процессов коксообразования). Известно, что в ряде случаев смеси антипиренов проявляют значительно большую активность, чем их составляющие (эффект синергизма).

Правильно подобранные антипирены должны разлагаться несколько ниже той температуры, при которой начинается деструкция. Наилучшим вариантом смеси антипиренов будет композиция, компоненты которой разлагаются при различных температурах, перекрывая широкий интервал.

Дымообразование при горении полимеров, содержащих антипирены, несколько возрастает, при этом меняется состав токсичных газов, выделяющихся в процессе пиролиза. Например, при применении галогенсодержащих антипиренов в газовой фазе появляются галогены и галогеноводороды, при добавлении фосфорных производных – летучие фосфины. Обычно за счет применения антипиренов полимерный материал удается довести до самозатухания, при котором горение прекращается, если удалить источник огня. Снижение горючести полимера позволяет значительно повысить пределы огнестойкости конструкций на его основе.