Добавки для снижения горючести полимерных материалов

Полимерные материалы активно применяются в строительстве, промышленности, производстве мебели и текстиля, однако высокая горючесть таких материалов представляет серьёзную угрозу в случае пожара. Для эффективного снижения горючести полимеров используются специальные инновационные добавки, позволяющие значительно повысить пожарную безопасность готовых изделий без потери их эксплуатационных качеств.

Классификация инновационных добавок-антипиренов

Добавки-антипирены подразделяются на несколько основных групп по химическому составу и механизму действия:

1. интумесцентные (вспучивающиеся) добавки;
   
   

2. нанокомпозиты на основе наночастиц;
   
   

3. органические фосфорсодержащие соединения;
   
   

4. неорганические антипирены (гидроксиды алюминия и магния, боратные соединения);
   
   

5. силиконовые и кремнийорганические соединения.
   
   

Рассмотрим подробно каждую группу добавок, их конкретные примеры и особенности применения.

Интумесцентные (вспучивающиеся) добавки

Интумесцентные добавки при нагревании расширяются, образуя вспененный защитный слой на поверхности полимерного материала, который изолирует материал от тепла и кислорода. В результате замедляется процесс возгорания и распространения огня.

Примеры инновационных интумесцентных добавок:

1. Exolit AP (Clariant) — вспучивающиеся добавки на основе аммоний-полифосфатов, применяемые в полипропилене, полиэтилене и полиамидах. Обеспечивают низкое дымовыделение и отсутствие галогенов в продуктах горения.
   
   

2. Flamestab NOR 116 (BASF) — интумесцентная добавка для полиолефинов, активно применяется в производстве кабельной изоляции и строительных полимерных изделий.
   
   

Основные преимущества этих добавок:

1. эффективное снижение скорости горения (класс горючести Г1–Г2);
   
   

2. минимальное выделение токсичных газов и дыма;
   
   

3. экологическая безопасность (отсутствие галогенов).
   
   

Нанокомпозитные добавки на основе наночастиц

Использование наночастиц в качестве антипиренов — одна из новейших разработок в области огнезащиты полимеров. Наночастицы создают прочный защитный барьер на поверхности материала, блокирующий доступ кислорода и замедляющий распространение пламени.

Примеры нанокомпозитных добавок:

1. наноглины (монтмориллонит, Cloisite) — широко используются в полиэтилене, полипропилене и полиамидах. Обеспечивают улучшенную термостойкость и замедление горения за счёт образования термоизоляционного слоя.
   
   

2. углеродные нанотрубки (Baytubes, Graphistrength) — эффективно замедляют распространение огня, существенно повышая предел воспламенения полимерных материалов.
   
   

Преимущества нанодобавок:

1. высокая эффективность при малых концентрациях (2–5% от общей массы полимера);
   
   

2. улучшение механических и термических свойств полимеров;
   
   

3. экологическая безопасность и долговечность защитного эффекта.
   
   

Органические фосфорсодержащие соединения

Фосфорсодержащие добавки работают за счёт образования на поверхности полимера тонкого слоя фосфорной кислоты при нагреве, препятствующего распространению огня и уменьшающего количество токсичных газов.

Инновационные примеры таких соединений:

1. DOPO (9,10-дигидро-9-окса-10-фосфафенантрен-10-оксид) — высокоэффективный негалогенированный антипирен для эпоксидных смол, поликарбонатов и полиуретанов. Обеспечивает класс горючести Г1 и низкое дымовыделение.
   
   

2. RDP (Resorcinol bis-diphenyl phosphate) — добавка для полиэтилентерефталата (ПЭТ), поликарбонатов и полистиролов, обеспечивает устойчивость к воспламенению и минимальное дымовыделение.
   
   

Преимущества:

1. низкая токсичность и дымообразование;
   
   

2. высокая химическая совместимость с различными типами полимеров;
   
   

3. отсутствие вредных галогенов в продуктах горения.
   
   

Неорганические антипирены

Неорганические антипирены, такие как гидроксид алюминия и гидроксид магния, широко применяются благодаря сочетанию безопасности и экономичности. При нагреве они выделяют воду, охлаждая материал и замедляя горение.

Инновационные неорганические добавки:

1. Martinal (Huber Engineered Materials) — модифицированный гидроксид алюминия с уменьшенными размерами частиц, обеспечивающий более эффективную защиту полимеров при меньшем расходе.
   
   

2. Magnifin (ICL) — высококачественный гидроксид магния, обеспечивающий высокие показатели пожарной безопасности в полиэтилене, полипропилене и ПВХ.
   
   

Преимущества:

1. низкая цена и широкая доступность;
   
   

2. высокая экологическая безопасность (не содержат галогенов и тяжёлых металлов);
   
   

3. дополнительное улучшение механических и электрических свойств полимеров.
   
   

Силиконовые и кремнийорганические соединения

Силиконовые добавки создают на поверхности полимерного материала стабильный термостойкий слой, препятствующий воспламенению и распространению пламени. Они наиболее эффективны в комбинации с другими антипиренами.

Примеры инновационных силиконовых добавок:

1. Dow Corning 3-6077 — силиконовый сополимер, используемый в термопластах и резинах, улучшает стойкость к воспламенению и уменьшает дымообразование.
   
   

2. Momentive Tospearl — сферические силиконовые добавки, снижающие горючесть полиолефинов и полистирола, обеспечивая дополнительную защиту от ультрафиолета и влаги.
   
   

Преимущества силиконовых соединений:

1. высокая термическая стабильность и долговечность эффекта;
   
   

2. устойчивость к атмосферным воздействиям и агрессивным средам;
   
   

3. совместимость с большинством полимеров.
   
   

Рекомендации по выбору добавок в зависимости от полимера

Выбор конкретных инновационных добавок зависит от типа полимера:

1. Для полиэтилена и полипропилена оптимальны интумесцентные добавки Exolit AP, наноглины и гидроксиды алюминия или магния.
   
   

2. Для полиамидов и поликарбонатов наиболее эффективны органические фосфорные соединения (DOPO, RDP) и нанокомпозиты.
   
   

3. В эпоксидных смолах и полиуретанах эффективны силиконовые добавки и органические фосфорные соединения.
   
   

4. Для ПВХ и полистирола лучшим решением считаются неорганические антипирены и силиконовые соединения.