Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 23

Однако существенным ограничением является щелочная природа обычных вторичных HALS. Если сопутствующие добавки являются кислотными или производят кислотные побочные продукты разложения, они могут координироваться с HALS, чтобы мешать стабилизации и вносить вклад в изменение цвета. Алкилирование вторичного HALS с образованием третичного HALS, такого как Lowilite 76, значительно снижает эти вредные координации. Другой способ снизить щелочность HALS – это сформировать полимерную молекулу через активные аминогруппы, такие как Lowilite 62. С негорючим полипропиленом комбинация стабилизаторов часто оказывается синергической. Позже будут обсуждаться общие коммерческие системы и некоторые системы следующего поколения. Далее будем рассматривать сугубо антипиреновые добавки. Горение – это очень сложная комбинация физических и химических явлений, которые должны сбалансированно взаимодействовать между собой, чтобы и произошло горение. Три компонента, необходимые для поддержания горения, – это топливо, тепло и кислород, которые образуют классический «огненный треугольник». И тушение пожара осуществляется средствами, воздействующими на одну или несколько составляющих этого треугольника.

Добавки, высвобождающие гидратационную воду при нагревании, охлаждают основание и разбавляют горючие газы. Хотя эти добавки недорогие, это относительно неэффективный подход к замедлению горения, поскольку требуются высокие их уровни, приблизительно 30 % по массе. Добавки, действующие в конденсированной фазе, образуют тепловой барьер, который защищает субстрат и ограничивает диффузию горючих газов из субстрата и кислорода в субстрат. В настоящее время ведутся исследования по разработке этих систем, поскольку они характеризуются относительно низким тепловыделением. Добавки, действующие в паровой фазе, демонстрируют наивысшую эффективность, поскольку они влияют на химию горения. Уровень общей нагрузки всего в 3% достаточен для выполнения определенных требований по воспламеняемости. Галогенсодержащие системы, работающие в паровой фазе, характеризуются более высоким тепловыделением, чем системы, работающие в конденсированной фазе. Конденсированная фаза образуется от источника возгорания или за счет тепловой обратной связи от реакций газофазного окисления. При термолитическом расщеплении полимера горючие и негорючие газообразные продукты попадают в зону горения газовой фазы. Эти продукты вступают в реакцию с кислородом и выделяют тепло при образовании диоксида углерода, оксида углерода, воды и сажи.

Термогравиметрический анализ показывает, что тригидрат алюминия (ATH) образует гидратные воды в диапазоне 205–225 °C. Поскольку эта температура часто достигается при смешивании термопластов, ATH обычно не используется в этих системах. Гидроксид магния дегидратируется в диапазоне 300–320 °C и может быть безопасно переработан в полипропилен с использованием уровней нагрузки порядка 60% для достижения желаемых характеристик воспламеняемости. Антипирены, которые препятствуют горению за счет физического воздействия охлаждения, разбавления и изоляции, менее эффективны по весу, чем те, которые химически подавляют химию пламени. Системы с конденсированной фазой разлагаются при нагревании с образованием большого количества термически стабильного остатка или полукокса. Этот полукокс действует как тепловой экран для передачи тепла от пламени к полимеру и как физический барьер, ограничивающий диффузию горючих газов из полимера в зону горения. Нагар возникает в результате сочетания обугливания и вспенивания поверхности полимера, в результате чего образуется толстый защитный барьер. Из-за их низкого воздействия на окружающую среду и относительно низкого тепловыделения существует значительный интерес к разработке вспучивающихся систем. Эти системы обычно содержат источник кислоты, такой как полифосфат аммония (APP), и полигидроксисоединение, такое как пентаэритрит, которое дегидратируется и обугливается из-за воздействия кислоты.

APP представляет собой линейный полимер, который разлагается при нагревании в три последовательных этапа. Для эффективных огнезащитных систем требуется, чтобы газы выделялись между стадиями гелеобразования и стеклования материала и чтобы полукокс имел достаточную прочность для сохранения своей структуры. Далее заметим, что галогенированные антипирены очень эффективны, потому что они мешают радикальному цепному механизму в газовой фазе процесса горения. Ранее мы видели, что при горении полимеров происходят цепные радикальные реакции с участием радикалов ОН и Н. Поскольку эта система является регенеративной, галогенированные антипирены очень эффективны при относительно низких уровнях нагрузки. Бром более эффективен, чем хлор, потому что имеет более низкую энергию связи углерода с бромом. Это позволяет высвобождать галогенид в более благоприятный момент в процессе сгорания. Также считается, что HCl образуется в более широком диапазоне температур и поэтому присутствует в более низких концентрациях на фронте пламени и, следовательно, эта кислота менее эффективна, чем Hbr. В следующей части мы также рассмотрим другие системы из антипиреновых добавок и поговорим о других важных аспектах, связанных с защитой полимерных компаундов на основе полипропилена и его сополимеров от горения.