EoW March 2009

Техническая статья

образованием 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. твердого

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. 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. Среди слоистых

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

Цикл горения полимера

Газовая фаза

Кислород

Продукты горения

Летучие компоненты

Пламя

Тепло

Дисперсия

Конденсированная фаза

Полимер

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. • снижения пожароопасностипластифицированного ПВХ; тем не менее, Sb 2 O 3 способствует остановке радикально-цепного механизма в газовой фазе и увеличивает Триоксид сурьмы (Sb 2 O 3 ) обычно добавляется для

▼ ▼

Три

основных

типа

нанокомпозитных

материалов, получаемых при диспергировании силиката слоистой структуры в полимерную основу

Слоистый силикат Полимер

Интеркалированное соединение (нанокомпозит)

Расслоившееся соединение (нанокомпозит)

Фазовое разделение (микрокомпозит)

124

EuroWire – март 2009 г.