Добавка к термопластам для снижения их горючести и способ ее производства

 

Изобретение относится к химии и технологии добавок к термопластам, снижающих горючесть полимеров, и может быть использовано в химической промышленности. Добавка к термопластам для снижения их горючести содержит алюмосиликаты слоистого типа, модифицированные интеркаляцией органического антипирена. В качестве алюмосиликата слоистого типа может быть использован каолин, а в качестве органического антипирена - трифенилфосфин, трифенилфосфат или меламин при следующем содержании компонентов (вес.%): органический антипирен 50 - 70, каолин 30 - 50. Описывается также способ получения добавки. Добавка обладает высокими гидрофобными свойствами, что предотвращает ее вымывание из полимерной композиции. Введение добавки существенно повышает кислородный индекс полимерных композиций. При этом полимерные материалы не теряют своих физико-механических свойств. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к химии и технологии добавок к термопластам, снижающих горючесть полимеров, и может быть использовано в химической промышленности.

Известен способ производства антипирена для термопластов, включающий смешивание фосфорсодержащего агента с органическим соединением, нагревание смеси и охлаждение полученного продукта. В качестве фосфорсодержащего агента используют фосфорную кислоту или акриловый эфир фосфорной кислоты, в качестве органического соединения - параформальдегид или триоксан, при этом фосфорсодержащий агент предварительно растворяют в органическом растворителе. Взаимодействие смеси производят при температуре до 120^oC (заявка ФРГ N 2739843, кл. C 08 G 8/08, 1979).

Композиции, содержащие антипирен, полученный по этому способу, обладают пониженной горючестью, однако со временем антипирен мигрирует на поверхность композиции, что приводит к повышению горючести и ухудшению эксплуатационных характеристик композиции.

Указанного недостатка лишена известная добавка к термопластам для снижения их горючести, содержащая органический антипирен (патент РФ N 2010802, кл. C 08 F 8/40, 1991). При производстве этой добавки жидкий и порошкообразный компоненты (диметилпирофосфорную кислоту и поливиниловый спирт, соответственно) смешивают, нагревают смесь до температуры 80 - 100^oC при постоянном перемешивании, выдерживают смесь при этой температуре в течение заданного времени, зависящего от массы загружаемых ингредиентов, после чего реакционную массу охлаждают до 20 - 50^oC.

Однако эта добавка имеет ограничения по температурным режимам экструдирования и может быть применена для неширокого круга термопластов. Кроме того, эта добавка обладает хорошей растворимостью в воде, что, в свою очередь, накладывает ограничения на условия эксплуатации полимерной композиции.

Технический результат, получаемый при реализации предложения, состоит в том, что предлагаемая добавка обладает высокими гидрофобными свойствами, что предотвращает ее вымывание из полимерной композиции, и как следствие - в расширении области эксплуатации последней. Предлагаемая добавка обладает также хорошей совместимостью с полимерами, находящими наиболее широкое применение в промышленности, и не претерпевает изменений в процессе переработки получаемых композиций. Полимерные материалы, содержащие предлагаемую добавку, не теряют своих физико-механических свойств.

Для достижения указанного результата добавка к термопластам для снижения их горючести, содержащая органический антипирен, дополнительно содержит алюмосиликаты слоистого типа, модифицированные интеркаляцией органического антипирена. В качестве алюмосиликата слоистого типа добавка может содержать каолин, а в качестве органического антипирена - трифенилфосфин, трифенилфосфат или меламин, при следующем содержании компонентов (вес.%): органический антипирен 50 - 70, каолин 30 - 50.

В результате реализации предлагаемого способа производства добавки получается новый продукт с указанными выше преимуществами, так что предлагаемый способ обеспечивает тот же технический результат.

Для этого в расплав трифенилфосфина, трифенилфосфата, при температуре 90 - 110^oC, или в концентрированный раствор меламина в этаноле, при температуре кипения этанола, и непрерывном перемешивании добавляют порошкообразный каолин до 30 - 50 вес.%, перемешивание проводят в течение 16 - 30 часов, после чего расплав охлаждают и измельчают до порошкообразного состояния.

Время проведения процесса зависит от влажности используемого каолина и от температуры процесса.

Осуществимость изобретения иллюстрируется на следующих примерах его реализации в лабораторных условиях.

Пример 1. 140 г трифенилфосфина насыпается в лабораторный стакан из термостойкого стекла объемом 200 мл, снабженного механической лопастной мешалкой. Трифенилфосфин расплавляется, и температура расплава доводится до 100 - 110^oC. При перемешивании со скоростью 50 - 80 об/мин в расплав всыпается 60 г каолина с размером частиц до 0,16 мм. Продолжительность процесса 20 - 24 часа. По окончании процесса расплав охлаждается и измельчается до порошкообразного состояния.

Пример 2. 250 г трифенилфосфина, 250 г каолина, объем стакана 500 мл, условия проведения процесса как в примере 1.

Пример 3. 70 г трифенилфосфата, 30 г каолина, температура процесса 90 - 100^oC, перемешивание в течение 10 - 15 часов. Расплав охлаждается и измельчается.

Пример 4. 50 г трифенилфосфата, 50 г каолина, условия проведения процесса как в примере 3.

Пример 5. К раствору 50 г меламина в 100 мл этанола при температуре кипения этанола добавляют 50 г. порошкообразного каолина. Кипячение при перемешивании продолжают 25 - 30 часов. По окончании процесса избыток этанола упаривают и осадок досушивают в эксикаторе при пониженном давлении для удаления остатков растворителя. Образовавшийся продукт измельчают до порошкообразного состояния.

При нагревании и перемешивании смеси происходит внедрение органического компонента в межслоевое пространство алюмосиликатов.

При горении полимера из межслоевого пространства модифицированного алюмосиликата в расплав горящего полимера переходят молекулы антипирена с последующим генерированием активных компонентов, снижающих горючесть за счет ингибирования активных радикалов радикально-цепных реакций в газовой фазе. Фрагменты расплавленного полимера, взаимодействуя с частицами алюмосиликата, образуют на поверхности горящего полимера коксовый слой, который влияет на процессы тепло- и массообмена, что способствует подавлению распространения фронта горения.

Добавка и гранулы исходного полимера смешиваются и загружаются в бункер литьевой машины. Экструдирование проводится при режимах, не отличающихся от режимов переработки соответствующих промышленных марок исходных полимеров.

В таблице приведены характеристики горючести полимерных материалов с использованием предлагаемой добавки, полученной по примеру 2.

Из приведенных в таблице данных следует, что введение предлагаемой добавки существенно повышает кислородный индекс полимерных композиций, что является основополагающим критерием их не горючести. Из приведенных данных также следует, что наибольший эффект достигается при применении добавки на таких термопластах, как АБС, полистирол и найлон, 6. Параметры по УЛ94 (UL94) также свидетельствуют в пользу предлагаемой добавки и наибольшего значения достигают при применении последней на таких термопластах, как АБС и полистирол.

Процесс производства добавки может быть осуществлен на предприятиях химической промышленности, выпускающих фосфорорганические соединения, на стандартном химическом оборудовании.

Формула изобретения

1. Добавка к термопластам для снижения их горючести, содержащая органический антипирен, отличающаяся тем, что она представляет собой каолин, модифицированный интеркаляцией органического антипирена, выработанного из группы, включающей трифенилфосфин, трифенилфосфат и меламин, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Органический антипирен - 50 - 70 Каолин - 30 - 50 2. Способ получения добавки к термопластам для снижения их горючести, смешением жидкого и порошкообразного компонентов и нагрев смеси при ее непрерывном перемешивании, отличающийся тем, что в качестве жидкого компонента используют расплав трифенилфосфина или трифенилфосфата при 90 - 110^oС или концентрированный раствор меламина в этаноле при температуре кипения этанола, а в качестве порошкообразного - каолин и проводят непрерывное перемешивание при добавлении порошкообразного каолина до 30 - 50 мас.% в течение 16 - 30 ч, после чего расплав или раствор охлаждают или, соответственно, упаривают и измельчают до порошкообразного состояния.

РИСУНКИ

Рисунок 1