Opracowanie metod otrzymywania ogniobezpiecznych nanokompozytów polimerowych z uwzględnieniem bezhalogenowych związków zmniejszających palność tworzyw sztucznych

Kierownik projektu: dr Kamila Sałasińska

Streszczenie projektu:

Celem realizacji projektu było przygotowanie innowacyjnych receptur nanokompozytów polimerowych o zredukowanej palności i emisji dymów. Efektem prowadzonych prac były opracowania dotyczące receptur oraz technologii otrzymywania materiałów polimerowych modyfikowanych  nanonapełniaczami i bezhalogenowymi substancjami uniepalniającymi, pomiędzy którymi będzie występował synergiczny efekt prowadzący do redukcji palności i dymotwórczości.

W ramach projektu wytypowano trzy rodzaje tworzyw usieciowanych, w tym: sztywne pianki poliuretanowe, nienasycone żywice poliestrowe oraz żywice epoksydowe, które poddano fizycznej modyfikacji za pomocą dodatków, tj. nanorurek węglowych, glinokrzemianów warstwowych  i tlenków metali. W wyniku przeprowadzonych badań dobrano metodę wprowadzania nanocząstek do osnowy polimerowej metodami mechanicznymi i ultradźwiękowymi, dokonano syntezy nanokompozytów polimerowych, a także scharakteryzowano ich palność i dymotwórczość za pomocą kalorymetru stożkowego oraz komory do badań dymotwórczości.

Następnie sprawdzono skuteczność współdziałania dostępnych na rynku antypirenów bezhalogenowych i napełniaczy w postaci nanometrycznej, prowadzącą do redukcji palności i dymotwórczości tworzy sztucznych. Zaproponowane uprzednio osnowy z tworzyw usieciowanych uzupełniono o popularne polimery termoplastyczne w postaci polietylenu wysokiej gęstości  i polichlorku winylu, z których wytworzono serie nanokompozytów. Ponadto dla pianek, zamiast tworzyw poliuretanowo-izocyjanurowych, zastosowano komercyjne pianki otwartokomórkowe  o niskiej gęstości, a dla żywic epoksydowych – dwa układy różniące się lepkością. Przygotowane materiały poddano analizie palności i emisji dymów z wykorzystaniem kalorymetru stożkowego oraz komory dymotwórczej.

Opracowano ostateczne receptury układów uniepalniających, zawierających nanonapełniacze i bezhalogenowe środki uniepalniające umożliwiające redukcję palności i emisji dymu materiałów polimerowych. Badania dotyczyły takich tworzyw usieciowanych, jak nienasycone żywice poliestrowe, żywice epoksydowe i sztywne pianki poliuretanowe oraz termoplastów w postaci polietylenu wysokiej gęstości i poli(chlorku winylu). Przygotowane materiały poddano analizie obejmującej badania przeprowadzone z wykorzystaniem kalorymetru stożkowego oraz urządzenia do pomiaru gęstości dymu metodą testu jednokomorowego, na podstawie których dokonano wstępnej selekcji zaproponowanych układów uniepalniających. Następnie przeprowadzono analizę termograwimetryczną wyselekcjonowanych mieszanek i wyznaczono wartości indeksu tlenowego. Ponadto określono rodzaj i ilość substancji obecnych w gazach i dymach emitowanych podczas ich termicznego rozkładu. Przeprowadzona analiza umożliwiła ocenę skuteczności zaproponowanych układów w kontekście zachowania się materiałów, które je zawierają, w warunkach pirolizy i spalania. Dodatkowo dla pojedynczych serii wykonano badanie zagrożenia ogniowego (UL-94) oraz zidentyfikowano emisję substancji obecnych w gazach i dymach podczas spalania płomieniowego (sprzężenie kalorymetru stożkowego z chromatografem gazowym ze spektrometrem mas),  a także określono emisję nanoobiektów podczas syntezy i spalania kompozytów.

Projekt  III.P.01. Przebieg przykładowej krzywej szybkości uwalniania ciepła (a) oraz wartości całkowitej emisji dymu dla oznaczonych na wykresie kolorem czerwonym kompozytów, a także materiałów referencyjnych, oznaczonych kolorem żółtym, w postaci polietylenu (PE-HD 8)) i polimeru zawierającego antypiren halogenowy (PE-HD 7) na bazie polietylenu wysokiej gęstości

Realizacja zadań projektu umożliwiła opracowanie 2 technologii wprowadzania nanocząstek do polimerowej osnowy, 4 receptur ogniobezpiecznych nanokompozytów polimerowych oraz wytycznych dotyczących ich bezpiecznej produkcji. Ponadto przygotowano 4 zgłoszenia patentowe, 5 artykułów naukowych lub popularnonaukowych, a także 4 wystąpienia na konferencjach krajowych i 4 na konferencjach międzynarodowych.

Wytyczne dotyczące bezpiecznej produkcji nanokompozytów polimerowych (materiały informacyjne) Autorzy: Piotr Sobiech (pisob@ciop.pl) Kamila Sałasińska (kasal@ciop.pl), CIOP-PIB 2016 r.

Jednostka: Pracownia Bezpieczeństwa Chemicznego

Okres realizacji: 01.01.2014 – 31.12.2016