Nowe układy antypirenów typu intumescent (spęczniających) oraz tworzywa sztuczne zawierające te układy

Celem realizacji projektu było opracowanie oraz wytworzenie nowych środków uniepalniających ograniczających proces palenia się tworzyw sztucznych w wyniku tworzenia na ich powierzchni trwałej warstwy zwęglenia o budowie komórkowej (uniepalniacze intumescent lub spęczniające). W toku prowadzonych prac opracowywane rozwiązania objęte zostały ochroną patentową, a także opisany został sposób wytwarzania opracowanych substancji oraz materiałów polimerowych je zawierających.

Do badań wykorzystano sztywną piankę poliuretanową, nienasyconą żywicę poliestrową oraz żywicę epoksydową, stanowiące materiały stosowane powszechnie w budownictwie, motoryzacji oraz przemyśle elektrycznym i elektronice. Podczas realizacji tego etapu wytworzono 4 nowe związki na bazie substancji o wysokiej zawartości azotu oraz przebadano 2 substancje niewykorzystywane dotychczas jako środki uniepalniające. Ponadto do badań zastosowano 2 rodzaje tworzyw termoplastycznych, stosowane na szeroką skalę w wielu dziedzinach gospodarki, tj. polietylen dużej gęstości i plastyfikowany poli(chlorek winylu). Do modyfikacji ww. polimerów zastosowano substancje wytypowane na podstawie wyników uzyskanych dla tworzyw chemoutwardzalnych oraz 1 nowy związek, a także mieszankę popularnego uniepalniacza ze znanymi substancjami niewykorzystywanymi dotychczas jako środki ograniczające palność. Następnie zweryfikowano wpływ połączenia opracowanych substancji i nanomateriałów na efektywność tworzenia spęczniałej warstwy ochronnej w trakcie procesu palenia. Przedmiotem badań w ramach niniejszego etapu był plastyfikowany poli(chlorek winylu) oraz sztywna pianka poliuretanowa. Jako środki ograniczające palność zastosowano substancje analizowane w poprzednich etapach oraz 1 nową, tym razem w postaci płynnej, a jako nanomateriałów użyto modyfikowanego tlenku grafenu i glinokrzemianów warstwowych. Materiały referencyjne stanowiły niemodyfikowane polimery i/lub tworzywa zawierające komercyjny antypiren. Nowo opracowane substancje poddano szczegółowej charakterystyce, z kolei dla wszystkich otrzymanych materiałów przeprowadzono badania palności i emisji dymu z wykorzystaniem kalorymetru stożkowego oraz komory dymotwórczej. Dodatkowo zbadano mikrostrukturę wytworzonych materiałów, wykorzystując do tego skaningową mikroskopię elektronową, oraz określono ich właściwości mechaniczne.

Projekt III.N.07. Zdjęcia SEM modyfikowanego tlenku grafenu (a) i zwęgliny powstałej po badaniu palności na kalorymetrze stożkowym (b)

Na podstawie analizy przebiegu krzywych szybkości wydzielania ciepła w funkcji czasu (Heat Release Rate) stwierdzono, że zastosowanie analizowanych substancji uniepalniających w przypadku większości polimerów powodowało obniżenie wartości HRR. Ponadto przebieg krzywych dla tych próbek był podobny do materiałów wykazujących zdolność do tworzenia zwęgliny, co potwierdziła analiza próbek po teście wykonanym z wykorzystaniem kalorymetru stożkowego. Zaobserwowano, że ilość oraz jakość powstałej zwęgliny warunkowały skuteczność w ograniczaniu palności i emisji dymu z badanych tworzyw. Na otrzymane rezultaty istotny wpływ wywarły nie tylko rodzaj substancji i polimeru, do którego została ona wprowadzona, ale także sposób otrzymania próbek, warunkujący jednorodną strukturę materiałów.

Uzyskane podczas realizacji projektu wyniki pozwoliły na przygotowanie zgłoszeń patentowych (2), dokumentacji technicznych dotyczących receptur nowych antypirenów intumescent oraz duroplastów i tworzyw termoplastycznych je zawierających (3), materiałów informacyjnych, które udostępniono w portalu branżowym (1), a także materiałów informacyjnych udostępnionych
w serwisie CIOP-PIB (1).

Wyniki projektu przedstawiono w 2 publikacjach w czasopismach o zasięgu krajowym, 1 publikacji w czasopiśmie o zasięgu międzynarodowym i 2 publikacjach przygotowanych do czasopism o zasięgu międzynarodowym. Zostały one także zaprezentowane na 7 konferencjach krajowych oraz 2 konferencjach międzynarodowych, jak również w materiałach 1 konferencji międzynarodowej.