Огнестойкая композиция на основе эпоксидной диановой смолы
Владельцы патента RU 2590551:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к области получения огнестойких композиций на основе полимерного связующего и может найти применение в производстве деталей и изделий в электротехнике, радиотехнике и других отраслях промышленности. Огнестойкая композиция на основе эпоксидной диановой смолы содержит отвердитель - полиэтиленполиамин и наполнитель. При этом композиция в качестве наполнителя содержит сшитый полиакриламид POLYSWELL, предварительно набухший в нейтрализованном аммиаком 20%-ном водном растворе фосфорборсодержащего олигомера ФБО при массовом отношении POLYSWELL:нейтрализованный раствор ФБО, равном 1:10, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.: эпоксидная диановая смола - 100,0; полиэтиленполиамин - 15,0; указанный наполнитель, предварительно набухший в нейтрализованном аммиаком 20%-ном водном растворе ФБО - 5,0-20,0. Техническим результатом является повышение огнестойкости композитов на основе эпоксидной диановой смолы. 2 табл.
Изобретение относится к области получения огнестойких композиций на основе полимерного связующего и может найти применение в производстве деталей и изделий в электротехнике, радиотехнике и других отраслях промышленности.
Известна огнестойкая композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, полиэтиленполиамин, низкомолекулярный полибутадиеновый каучук, трихлорцифенил, хлорпарафин, хлоргидриновый эфир тетрабромфенола, α-ферроцен и минеральный наполнитель (авторское свидетельство СССР 1543196, C08DL 63/02; опубл. 1990).
Однако данная композиция многокомпонентна, что усложняет процесс приготовления. Огнезащитную роль играют хлорсодержащие соединения, действие которых проявляется в газовой фазе. При этом возможно образование летучих галогенсодержащих токсичных продуктов.
Известна огнестойкая композиция, включающая эпоксидную диановую смолу, пластификатор - дибутилфталат, отвердитель - полиэтиленполиамин, наполнитель - продукт взаимодействия гидрооксида магния и диметилфосфита, с содержанием фосфора (16,1-24,1%). (Пат. 2056444, Россия, C08L 63/02, C08K 13/02; опубл. 20.03.1996).
Однако эффективность указанной огнестойкой композиции подтверждается только при нанесении последней на стеклоткань, которая является дополнительным компонентом, повышающим огнестойкость.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является огнестойкая композиция, включающая эпоксидную диановую смолу, пластификатор - дибутилфталат, отвердитель - полиэтиленполиамин, наполнитель - продукт взаимодействия гидрооксида алюминия и диметилфосфита, с содержанием фосфора (6,4-19,4%). (Пат. 2056445, Россия, C08L 63/02, C08K 13/02; опубл. 20.03.1996).
Эффективность указанной огнестойкой композиции подтверждается только при нанесении последней на стеклоткань, которая является дополнительным компонентом, повышающим огнестойкость.
Задачей изобретения является разработка огнестойкой композиции на основе эпоксидной смолы.
Техническим результатом является повышение огнестойкости композитов на основе эпоксидной диановой смолы.
Поставленный технический результат достигается в огнестойкой композиции на основе эпоксидной диановой смолы, содержащей отвердитель - полиэтиленполиамин и наполнитель, при этом композиция в качестве наполнителя содержит сшитый полиакриламид POLYSWELL, предварительно набухший в нейтрализованном аммиаком 20%-ном водном растворе фосфорборсодержащего олигомера ФБО при массовом отношении POLYSWELL:нейтрализованный раствор ФБО, равном 1:10, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.: эпоксидная диановая смола - 100,0; полиэтиленполиамин - 15,0; указанный наполнитель, предварительно набухший в нейтрализованном аммиаком 20%-ном водном растворе ФБО - 5,0-20,0.
Эпоксидная диановая смола марки ЭД-20 является основным вяжущим в композиции (ГОСТ 10587-84).
Полиэтиленполиамин является отвердителем эпоксидных композиций (ТУ 6-02-594-75).
В качестве наполнителя используется сшитый полиакриламид POLYSWELL, предварительно набухший в нейтрализованном аммиаком 20%-ном водном растворе фосфорборсодержащего олигомера ФБО при массовом отношении POLYSWELL:нейтрализованный раствор ФБО, равном 1:10.
Сшитый полиакриламид POLYSWELL представляет собой гранулы белого цвета, хорошо набухающие в воде, плотностью - 0,8-1,0 г/см3. Используется для борьбы с потерей циркуляции бурового раствора (http://www.globaldrillchem.com/products/index/polyacrylamide-lcm_3951.html).
Фосфорборсодержащий олигомер ФБО (борат метилфосфита) повышает огнестойкость, термостойкость, стойкость к термоокислительной деструкции синтетических волокон (пат. 2481428 РФ, МПК D06M 15/41, - 10.05.2003).
Для нейтрализации 20%-ного раствора фосфорборсодержащего олигомера ФБО использовался аммиак (ГОСТ-6221-90) при массовом отношении 20%-ный раствор ФБО:аммиак = 10:1,3.
Пропитанный нейтрализованным аммиаком 20%-ным водным раствором фосфорборсодержащего олигомера ФБО POLYSWELL придает повышенную огнестойкость композиции на основе эпоксидной диановой смолы. При воздействии пламени на наполнитель происходят своеобразные микровзрывы и вброс воды в зону пламени, а также интенсивное коксообразование, что приводит к замедлению горения и прогревания материала за счет поглощения значительного количества тепла. Применение аммиака - нейтрализация 20%-ного водного раствора ФБО - позволяет повысить огнестойкость композиции за счет присутствия в аммиаке атомов азота, которые также способствуют повышению огнестойкости.
Заявленный состав позволяет получать композиты на основе эпоксидной диановой смолы с повышенной огнестойкостью. Использование 5-20 мас.ч. наполнителя наиболее оптимально. При увеличении содержания наполнителя снижается равномерность распределения наполнителя в композиции и повышается время отверждения, что создает технологические трудности при изготовлении эпоксидного композита. Использование меньшего содержания наполнителя приводит к снижению огнестойкости.
Огнезащитную композицию приготавливают следующим образом.
Эпоксидная диановая смола и отвердитель - полиэтиленполиамин загружаются в емкости и перемешиваются 5-10 минут. Затем осуществляется введение сшитого полиакриламида POLYSWELL, предварительно набухшего в нейтрализованном аммиаком 20%-ном водном растворе фосфорборсодержащего олигомера ФБО при массовом отношении POLYSWELL:нейтрализованный раствор ФБО, равном 1:10. Общее время приготовления составляет 20 минут.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Вначале готовят 20%-ный водный раствор фосфорборсодержащего олигомера ФБО, который затем нейтрализуют аммиаком до pH 7 при массовом отношении 20%-ный раствор фосфорборсодержащего олигомера ФБО:аммиак = 10:1,3.
Для приготовления наполнителя в лабораторный стакан загружают 1 мас.ч. гранул сшитого полиакриламида POLYSWELL и 10,0 мас.ч. нейтрализованного аммиаком 20%-ного водного раствора фосфорборсодержащего олигомера ФБО, перемешивают до получения однородной массы. Затем выдерживают при температуре 23°С в течение 20 минут.
В емкость, содержащую 100,0 мас.ч. эпоксидной диановой смолы и 15 мас.ч. отвердителя - полиэтиленполиамина, вводят предварительно набухший сшитый полиакриламид POLYSWELL, и перемешивают содержимое 10-15 минут до получения однородной массы, затем проводят отверждение композиции в течение 24 часов при комнатной температуре 23°С.
Для проведения сравнительных испытаний было приготовлено 4 варианта композиций (по способу, описанному в примере) и композиция по контрольному примеру, рецептуры которых представлены в табл. 1.
Композиция представляет собой вязкую жидкость бежевого цвета.
С целью определения эффективности разработанных огнезащитных композиций проведены их испытания путем воздействия на образец источника открытого огня. Установка для испытаний собрана на базе лабораторного химического штатива и установлена в хорошо вентилируемом помещении. Образцы для измерений имеют следующие размеры: диаметр - 50 мм, толщина - 5 мм. Подготовленный к испытанию образец закрепляют в штативе строго вертикально. Используют универсальную газовую горелку Бунзена, снабженную насадкой с диаметром отверстия 7 мм. Газовую горелку (используют бытовой газ), находящуюся в горизонтальном положении на расстоянии не менее 200 мм от образца, зажигают и регулируют так, чтобы высота пламени составляла 150-180 мм. Пламя направляют точно в центр закрепленного образца. Подачу воздуха регулируют до тех пор, пока не исчезнет желтый кончик пламени.
Предлагаемые композиции исследовались на горючесть в соответствии с ГОСТ 28157-89 методом оценки скорости горизонтального распространения пламени по поверхности.
Измерения температуры проводятся прибором - пирометр С-300.3 (ГОСТ 28243-96 «Пирометры. Общие технические требования»). Принцип работы пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.
С помощью пирометра регистрируют изменение температуры на необогреваемой поверхности опытного образца с течением времени до момента достижения предельного состояния опытного образца. За предельное состояние материала было принято появление черного пятна на необогреваемой стороне опытного образца - потеря целостности материала.
Были исследованы различные содержания сшитого полиакриламида POLYSWELL, предварительно набухшего в нейтрализованном аммиаком 20%-ном водном растворе ФБО. Результаты исследований приведены в таблице 2.
Из таблицы 2 видно, что предлагаемые композиции проявляют большую огнестойкость и обеспечивают значительное увеличение огнестойкости по сравнению с контрольным примером. Например, время достижения предельного состояния опытных образцов увеличивается в 10 раз. Скорость линейного горения по контрольному примеру составляет 18 мм/мин, а с использованием указанного наполнителя 1,18 мм/мин (состав 3).
Таким образом, введение в композиции на основе эпоксидной смолы в качестве наполнителя предварительно набухшего в нейтрализованном аммиаком 20%-ном водном растворе фосфорборсодержащего олигомера сшитого полиакриламида POLYSWELL позволяет повысить огнестойкость эпоксидных композитов.
Огнестойкая композиция на основе эпоксидной диановой смолы, содержащая отвердитель - полиэтиленполиамин и наполнитель, отличающаяся тем, что композиция в качестве наполнителя содержит сшитый полиакриламид POLYSWELL, предварительно набухший в нейтрализованном аммиаком 20%-ном водном растворе фосфорборсодержащего олигомера ФБО при массовом отношении POLYSWELL:нейтрализованный раствор ФБО, равном 1:10, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
Эпоксидная диановая смола - 100,0
Полиэтиленполиамин - 15,0
Указанный наполнитель, предварительно набухший
в нейтрализованном аммиаком
20%-ном водном растворе ФБО - 5,0-20,0.
