126 / 160
EuroWire –
март
2009
г.
124
Техническая статья
количество дыма, образующегося при
пожаре.
Многие предприятия, занимающиеся
переработкой ПВХ, выразили интерес к
альтернативным, не поддерживающим
горения
добавкам,
которые
обеспечивают
снижение
уровня
пожароопасности, не приводя при этом
к образованию токсичных или едких
веществ. Ингибитор горения не должен
отрицательно влиять на специфические
характеристики ПВХ.
Представляется желательным, чтобы
любое повышение эффективности
ингибирования пламени сочеталось с
уменьшением оптической плотности
дыма. В случае пожара из ПВХ
выделяется хлористый водород (HCl),
при этом в атмосферном воздухе
всегда присутствует влага. Карбонат
кальция обычно используется в ПВХ в
качестве раскислителя и экономичного
наполнителя. Идеальный ингибитор
горения также должен обладать этими
преимуществами.
3.3 Исследование
возможности
внедрения нанонаполнителя в
матрицу ПВХ
В
последнее
время
большой
интерес проявляется к полимерным
нанокомпозитам (ПНК), в особенности,
к нанокомпозитам на основе полимеров
и глин. При диспергировании слоистого
силиката в полимерной матрице
можно получить три основных вида
нанокомпозитов. Это зависит от природы
используемых компонентов, включая
полимерную матрицу, слоистый силикат
и органический катион. В случае если
полимер не может интеркалировать
между
силикатными
пластинами,
получается микрокомпозит. Полученный
композит с фазовым разделением имеет
такие же свойства, что и традиционные
микрокомпозиты. Помимо данного
традиционного класса композитных
материалов на основе полимера и
наполнителя, могут быть получены два
вида нанокомпозитов:
интеркалированные
структуры
•
образуются,
когда
одиночная
вытянутая полимерная цепь (а в
образованием
твердого
или
газообразного защитного слоя.
Это
уменьшает
поток
тепла
на
поверхность
полимера
с
последующимзамедлениемпроцесса
пиролиза и уменьшением доли
кислорода в поддержании процесса
горения.
Химическое действие может быть
выделено:
в реакции в газовой фазе: свободные
•
радикалы
высвобождаются
из
ингибитора
горения
и
вступают в химические реакции,
сопровождающие процесс горения;
в реакции в конденсированной
•
фазе, которая может проходить
двумя путями. Первый сводится
к образованию на поверхности
полимера защитного углеродистого
слоя
(кокса),
обладающего
свойствами
теплоизоляции
и
выступающего в качестве барьера
между продуктами пиролиза и
кислородом. При втором способе
происходит увеличение этого слоя,
вследствие чего процесс тепловой
обратной связи замедляется.
Летучие
компоненты
Кислород
Пламя
Продукты
горения
Тепло
Полимер
Цикл горения
полимера
Дисперсия
Газовая фаза
Кокс
Цикл горения полимера
▲
▲
Ингибиторы горения можно вводить
в состав полимера несколькими
способами:
реакционным путем: вступление в
•
химическую реакцию с полимером;
аддитивным путем: смешение с
•
полимером;
реакционным и аддитивным путями:
•
введение в состав материала обоими
способами.
При выборе ингибитора горения
учитываются следующие факторы:
токсичность;
•
п о д в е р ж е н н о с т ь
•
микробиологическому разрушению;
термостойкость в составе полимера.
•
Триоксид сурьмы (Sb
2
O
3
) обычно
добавляется
для
снижения
пожароопасностипластифицированного
ПВХ; тем не менее, Sb
2
O
3
способствует
остановке
радикально-цепного
механизма в газовой фазе и увеличивает
некоторых случаях – несколько
таких
цепей)
интеркалируется
(размещается посередине) между
слоями силиката. В результате
формируется вполне упорядоченная
структура
с
чередующимися
полимерными и неорганическими
слоями;
р а с с л о и вши е с я
и л и
•
деламинированные
структуры
получаются
при
полном
и
однородном
диспергировании
силикатов
в
непрерывной
полимерной матрице. Структура
расслоения представляет особый
интерес, поскольку она увеличивает
до максимума взаимодействие
между
полимером
и
глиной,
обеспечивая контакт полимера
со всей поверхностью отдельных
слоев. Это должно способствовать
наиболее существеннымизменениям
в механических и физических
свойствах.
Для того чтобы охарактеризовать
с трук т уру
нанокомпозитов
используются два метода анализа.
Рентгеноструктурный
анализ
(РСА) используется для выделения
интеркалированных структур путем
определения расстояния между слоями.
По сравнению с исходными полимерами
нанокомпозиты могут демонстрировать
значительно
более
высокие
характеристики
при
содержании
модифицированных слоистых силикатов
в диапазоне от 2 до 10 % по весу. К
числу таких улучшенных характеристик
относятся следующие:
механические свойства, такие как
•
прочность на растяжение;
прочность на сжатие, изгиб и
•
разрыв;
защитные свойства, такие как
•
водонепроницаемость и стойкость к
действию растворителей;
оптические свойства;
•
ионная электропроводность.
•
Основная особенность, которая делает
их интересными и служит причиной
растущего восторженного внимания
со
стороны
научно-технической
общественности,
заключается
в
порядке фундаментальной длины,
преобладающем в морфологии и
свойствах этих материалов.
Среди
слоистых
силикатов
монтмориллонит (Na+MMT) не допускает
получения
интеркалированной
полимерной
структуры.
MMT
безвреден для окружающей среды,
широко распространен в природе и
экономически выгоден в использовании.
Благодаря
высокому
показателю
«эффективность – стоимость» он
применяется в самых различных
отраслях промышленности.
Конденсированная
фаза
Интеркалированное
соединение
(нанокомпозит)
Расслоившееся
соединение
(нанокомпозит)
Фазовое
разделение
(микрокомпозит)
Слоистый силикат Полимер
Три
основных
типа
нанокомпозитных
▼
▼
материалов, получаемых при диспергировании
силиката слоистой структуры в полимерную
основу