Новые направления в огнестойкости ТПУ: от фосфорных эфиров к вспучивающимся системам, фосфорно-азотная синергия становится основным подходом

Новые направления в огнестойкости ТПУ: от фосфорных эфиров к вспучивающимся системам, фосфорно-азотная синергия становится основным подходом

При применении термопластичного полиуретанового эластомера (ТПУ) огнезащитная модификация часто сталкивается с проблемой обеспечения баланса между эффективностью и физическими свойствами. Антипирены на основе фосфора благодаря своему разнообразию видов и понятным механизмам действия стали одним из ключевых путей разрешения этого противоречия. К наиболее часто используемым фосфорсодержащим антипиренам в основном относятся антипирены на основе полифосфата аммония (АПФ), на основе фосфорорганических соединений (ОП) и на основе красного фосфора.

В настоящее время фосфорорганические антипирены широко используются в огнезащитных составах полиуретанов из-за их хорошей совместимости и стабильности с полиуретаном. Некоторые из них могут даже выступать в качестве пластификаторов для полиуретановых материалов. Фосфорорганические антипирены, используемые в полиуретанах, в основном представляют собой жидкие и твердые эфиры фосфорной кислоты и эфиры фосфоновой кислоты. Они обладают такими преимуществами, как высокая огнезащитная эффективность, низкая вязкость, хорошая совместимость, умеренная термическая стабильность и устойчивость к образованию диаграмм.

Температура разложения фосфорорганических антипиренов существенно влияет на огнестойкость ТПУ. Были проведены исследования огнезащитного воздействия трис(β-хлорэтил)фосфата и трис(2,3-дибромпропил)фосфата на ТПУ, как показано в таблице ниже.

Можно видеть, что, хотя эти два антипирена имеют схожие структуры и составы, их огнезащитное действие существенно различается. Анализ механизма огнезащиты показывает, что огнезащитные компоненты наиболее эффективны только тогда, когда они высвобождаются при температуре ниже или близкой к начальной температуре разложения полимера. Если температура разложения слишком низкая, антипирен может полностью разложиться до того, как полимер полностью сгорит, а его часть может даже потеряться во время термической обработки, не позволяя достичь желаемого эффекта. И наоборот, если температура разложения слишком высока, эффективные огнезащитные компоненты могут не выделяться в достаточной степени во время сгорания полимера, что также приводит к плохой огнестойкости. Среди испытанных антипиренов температура термического разложения трис(β-хлорэтил)фосфата составляет 240–280°С, а трис(2,3-дибромпропил)фосфата - >300°С. Температура термического разложения полиуретана составляет около 400°C. Температура разложения трис(2,3-дибромпропил)фосфата ближе к температуре разложения полиуретана, что делает его более подходящим, относительно говоря, и, таким образом, его огнезащитный эффект превосходит эффект трис(β-хлорэтил)фосфата.

Соединения дифосфатных эфиров также могут служить антипиренами для полиуретановых материалов. Группой, соединяющей два эфира фосфорной кислоты, может быть алкилен, арилен, алкилен-арилен или другие двухвалентные связывающие группы, такие как -SO-, -S-, -SO₂- и т. д. Однако проблема с этими антипиренами заключается в том, что в условиях окружающей среды выше 100°C сам антипирен или существующие примеси могут улетучиваться из полиуретанового материала, образуя туман на стеклянных поверхностях. Особенно остро эта проблема стоит в автомобильной промышленности. Полифосфаты могут быть использованы для решения этой проблемы. Обычно добавление от 0,5 до 50 частей полифосфатного антипирена, содержащего 10 фосфатных групп, на 100 частей полиуретанового материала может обеспечить хорошую огнестойкость, одновременно предотвращая улетучивание антипирена при высоких температурах и уменьшая образование тумана.

Большинство антипиренов могут мигрировать или испаряться внутри полиуретановых материалов, влияя на стабильность свойств материала. Введение в молекулу антипирена соединений с гидроксильными группами позволяет им вступать в реакцию с изоцианатами в полиуретановом материале, образуя химические связи и предотвращая миграцию и улетучивание молекул антипирена. Такие антипирены могут представлять собой дифосфаты или полифосфаты, содержащие до 10 фосфатных групп. Эти ди- или полифосфатные молекулы несут по меньшей мере две или более гидроксильные группы, способные вступать в реакцию с изоцианатами. Эти соединения обладают высокой огнезащитной эффективностью и превосходной миграционной стойкостью. Добавление 50 частей такого антипирена на 100 частей полиуретанового материала позволяет достичь класса SE (самозатухающий) при оценке по стандарту FMVSS 302.

Еще одним направлением развития фосфорорганических антипиренов являются вспучивающиеся антипирены. Это соединения фосфора, которые обеспечивают огнестойкость за счет совместного действия нескольких механизмов, включая синергию фосфора и азота, вспенивание негорючими газами, а также дегидратацию и карбонизацию полиолов и сложных эфиров с образованием огнестойкого слоя угля. Механизм включает в себя потребление газов разложения, образующихся при горении полимера, способствуя образованию негорючего полукокса и предотвращая реакцию окисления, тем самым подавляя горение. Шанхайский научно-исследовательский институт химической промышленности разработал новый безгалогеновый вспучивающийся антипирен Использование ANTI-2 для огнестойкости ТПУ, испытания на кислородный индекс, степень горения UL94, прочность на разрыв, удлинение и твердость показали, что ANTI-2 является эффективным антипиреном для эластомеров ТПУ. Когда содержание ANTI-2 увеличилось до более чем 35%, степень горения достигла V-0. Однако с увеличением содержания АНТИ-2 твердость огнестойкого модифицированного ТПУ увеличивалась, прочность на разрыв снижалась, а относительное удлинение существенно не менялось. фосфорно-азотной системы (АНТИ-2) с использованием АПП, формальдегида, меламина и меламиноформальдегидного преполимера.

По мере развития огнезащитных технологий использование исключительно традиционных систем на основе фосфора больше не может соответствовать строгим требованиям к термостойкости, стойкости к пожелтению и сверхтонкой обработке в высококачественных ТПУ. Эффективные модифицированные органические фосфинатные антипирены с ультрамелким размером частиц, разработанные Yinsu Flame Retardant, добились значительного прогресса в области устойчивости к высоким температурам и устойчивости к пожелтению, предлагая новое прорывное направление для разрешения конфликта между эффективностью огнезащиты и сохранением свойств в ТПУ.

Отказ от ответственности: этот контент взят из соответствующей литературы и предназначен только для обмена знаниями, а не для коммерческого использования.