Kompozycja antypirenów zmniejszająca palność tworzyw sztucznych

Istota wynalazku

Zmniejszenie palności tworzyw wykorzystywanych w górnictwie, elektronice, przemyśle elektrycznym, budownictwie, przemyśle konstrukcyjnym, meblarstwie, motoryzacji i transporcie publicznym spowodowało światowy wzrost zapotrzebowania na tego rodzaju materiały. Obecne zapotrzebowanie wynosi około 7 milionów ton w skali roku z jego tendencją zdynamizowania. Większość nowych tworzyw stanowią łatwopalne tworzywa masowe, poddane procesom uniepalnienia przez dodanie antypirenów (FR). Praktycznym bodźcem do dodawania antypirenów do tworzyw masowych są rosnące wymagania w zakresie ich niepalności oraz potrzeba poznania mechanizmów i skuteczności ich działania. Problemem palności tworzyw sztucznych zajmuje się wiele jednostek badawczo-rozwojowych, uniwersytetów oraz koncernów chemicznych działających w takich gałęziach przemysłu, jak budownictwo, elektronika, sprzęt AGD. Największym rynkiem oferującym substancje pomocnicze do polimerów jest rynek produkcji związków obniżających palność. W chwili obecnej przemysł ten dostarcza w skali rocznej kilka milionów ton produktów zmniejszających palność. Od dziesiątków lat ekonomicznym i praktycznym bodźcem rozwoju prac nad nowymi systemami antypirenów do tworzyw sztucznych jest spełnianie rosnących wymagań dotyczących zmniejszania ich palności i badania zmierzające do poznania mechanizmu i skuteczności ich działania. Największą przeszkodą dla spełnienia coraz bardziej surowych norm bezpieczeństwa pożarowego jest wzajemna korelacja pomiędzy ogólnym zmniejszeniem palności tworzywa sztucznego, a ilością i toksycznością emitowanych dymów. Klasyczne związki zmniejszające palność zwiększają jednocześnie dymotwórczość polimerów (związki halogenowe, niektóre związki fosforowe, melamina, itp). Obecnie poszukuje się substancji mogących zastąpić dotychczas stosowane antypireny, lecz pozbawione ich wad. Kolejnym ważnym aspektem jest stosowanie antypirenów bezpiecznych dla zdrowia ludzi i środowiska naturalnego.

Zjawiska spalania się tworzyw nie można wyeliminować całkowicie, lecz jedynie zredukować do akceptowalnego poziomu. W tym celu najlepiej opracować synergiczny (wzajemnie wspierający się) układ związków zmniejszających palność, w którym każdy z antypirenów będzie odpowiedzialny za inne aspekty zmniejszenia palności (jak szybkość wydzielania ciepła, palność powierzchniowa, zdolność do wydzielania dymów).

W przypadku zgłaszanego wynalazku palność tworzyw tworzyw została ograniczona poprzez zastosowanie synergicznego układu antypirenów bezhalogenowych (nie mających chloru ani bromu w strukturze). Jako podstawowe środki uniepalniające zastosowano klasyczne związki zmniejszające palność z kilku grup (antypireny fosforowe, azotowe oraz wodorotlenek glinu). Dzięki zastosowaniu kompozycji antypirenów zmniejszenie palności osiągnięto poprzez pęczniejącą powłokę oddzielającą polimer od źródła ognia, wydzielanie przez antypireny gazowych substancji rozcieńczających płomień, oraz dzięki wykorzystaniu efektu synergicznego użytych antypirenów.

W wyniku badań okazało się, że tworzywa sztuczne o tak dobranej kompozycji antypirenów są mniej palne oraz wydzielają mniej dymów od konwencjonalnych tworzyw oraz wielu używanych na rynku antypirenów oraz ich systemów.

Użycie opracowanej kompozycji pozwala na uzyskanie tworzyw sztucznych, które w czasie pożaru palą się zdecydowanie wolniej od ich odpowiedników oraz wydzielają mniejsze ilości dymów. Zastosowanie ogniobezpiecznych tworzyw sztucznych w wielu dziedzinach może przyczynić się do zmniejszenia strat materialnych wywołanych pożarem, a także pozwolić ludziom na ewakuację z miejsc objętych pożarem.

Korzyści

Opracowana kompozycja pozwala spełnić następujące wymagania:
- zmniejszyć ogólną palność, a więc także zapalność i palność powierzchniową;
- zmniejszyć (a przynajmniej nie powiększać) ilości wydzielanego dymu;
- nie powiększać toksyczności emitowanych dymów;
- w możliwie niewielkim stopniu zmieniać właściwości użytkowe;
- nie ograniczać możliwości i wydajności procesów wytwórczych,
- nie pogarszać warunków pracy podczas procesów wytwórczych;
- pozostawać w polimerze podczas długotrwałego jego stosowania.
Stosowane obecnie antypireny nie spełniają wszystkich ww. warunków.
Między innymi nie można nimi dowolnie zmniejszać palności tworzyw sztucznych bez spotęgowania wydzielania dymów podczas spalania.

Tak więc, potencjalnymi korzyściami z wdrożenia nowo opracowanych receptur antypirenów będzie przede wszystkim:
- poprawa bezpieczeństwa pożarowego;
- Zmniejszenie materialnych strat spowodowanych pożarem;
- zmniejszenie liczby ofiar śmiertelnych pożarów oraz ofiar poszkodowanych pożarem
- wzrost poziomu wiedzy z zakresu inżynierii materiałowej oraz technologii tworzyw sztucznych
- wzrost/poprawa konkurencyjności producentów tworzyw sztucznych
- znikomy wpływ nowego rozwiązania na środowisko naturalne (opracowana kompozycja antypirenów jest bezpieczna dla ludzi oraz środowiska naturalnego).

Potencjał komercjalizacji

Potencjał komercjalizacji wyników badań jest bardzo duży. Wynika on z możliwości rynku tworzyw termousieciowanych w Polsce i innych państwach UE. Zdolność produkcyjna i przetwórcza tych tworzyw w Polsce jest na poziomie 500 tys. ton rocznie.

Wdrożenie do praktyki przemysłowej opracowanych tworzyw sztucznych na bazie nowych receptur antypirenów spowoduje znaczne zmniejszenie zagrożenia pożarowego. Odbiorcami nowych rozwiązań pośrednio będą firmy wytwarzające systemy tworzyw sztucznych do zastosowań przemysłowych. Najkorzystniej będzie wdrożyć nowoopracowane rozwiązanie do tworzyw poliuretanowych (pianki sztywne oraz elastyczne, kleje), żywic epoksydowych oraz nienasyconych żywic epoksydowych. Wynikami badań mogą być zainteresowani producenci tworzyw sztucznych w niniejszych gałęziach gospodarki: np. transportu, budownictwa, meblarstwa, górnictwa. Wdrożenie nowych technologii produkcji ogniobezpiecznych materiałów polimerowych przyczyni się do powstania nowych miejsc pracy w zakładach przetwórczych tworzyw sztucznych.