Пенополиуретан относится к органическим горючим материалам, так как имеет высокую удельную поверхность, заполненную воздухом. Этим свойством обладают не только эластичные открытопористые (на 98-99 %) пенополиуретаны, но и их жесткие закрыто пористые аналоги. Для снижения горючести пенополиуретанов используют обычно метод введения антипиренов - огнезащитных добавок. Как правило, это специально синтезированные органические соединения, содержащие хлор, бром, ароматические соединения, содержащие дополнительно фосфатные группы. (RU 2006121970; RU2010143318; RU2350629; US 2011/0237144; US 2008/0200573; WO 2008/106334; US 2011/0218260). Причем, синтез подобных соединений дорогое удовольствие, и их применение существенно удорожает процесс получения полиуретанов. Кроме того, в связи с тем, что они сами состоят из достаточного количества органических молекул, они не всегда обеспечивают необходимую огнестойкость в концентрациях, обеспечивающих необходимые технические параметры переработки смесей.

Известнакомпозиция для получения огнестойкого пенополиуретана (RU 2040531) путем использования синергетического действия добавок вспучивающегося графита и меламина. Однако сам механизм введения добавок достаточно сложен, так как требует смешения добавок в части полиола, а в оставшейся части полиола смешивают аминный активатор, стабилизатор и воду. Получается трех компонентная система заливки пенополиуретана, что технологически неудобно. Кроме того, необходимо еще дополнительно вводить огнезащитное средство, в итоге суммарное количество добавок превышает 40% от массы реакционной смеси, а эффект огнезащиты не соответствует затратам.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа является патент RU 2336283 С2, в котором приведена композиция для получения огнестойкого пенополиуретана, включающаясмесь полиолов, полиизоцианат, и огнезащитные добавки. В качестве такой добавки используют смесь, состоящую из расширенного графита, цианурата меламина и фосфогипса при соотношении (1-2):(1-2):1 соответственно, причем фосфогипс вводится в количестве от 30 до 50 мае. % от общего количества компонентов. Фосфогипс является сопутствующим продуктом производства фосфорной кислоты и существует в виде отвалов отвердевшей массы высотой порядка 20 метров и более. Промышленное применение фосфогипса ограничено необходимостью разработки отвалов специальной техникой и размолом в мельницах, хотя бы до состояния цемента, чтобы обеспечить равномерное распределение наполнителя в реакционной смеси. В этом случае говорить о дешевизне добавки уже не корректно. Кроме того фосфогипс обладает нестабильньми свойствами из-за разного содержания остатков фосфорной кислоты, серной кислоты и неразложившихся фосфатов, что затрудняет его переработку, а также может вызвать коррозию металлического оборудования. Следует отметить, что в данном составе содержание общего количества огнезащитных добавок и фосфогипса составляет от 40 до 60 мае. % состава, что существенно увеличивает вязкость композиции, уменьшает вспениваемость и снижает теплоэффективность изделий за счет значительно более высокой плотности материала (более 100 кг/куб.м.).

Таким образом, задачей изобретения является разработка относительно дешевых и доступных огнезащитных добавок в композицию для получения огнестойкого пенополиуретана.

Техническим результатом изобретения является значительное повышение огнестойкости при небольшом количестве огнезащитных добавок, что снижает плотность готового изделия, повышает его тепло- звукоизолирующие свойства.

Для достижения такого технического результата композиция, как и прототип, содержит смесь полиолов, полиизоцианат и огнезащитные добавки. В отличие от прототипа в качестве огнезащитных добавоккомпозиция содержит смесь полифосфата аммония и сульфамата аммония в количестве от 10 до 40 мас.% от общего количества компонентов, при этом соотношение полифосфата аммония к сульфамату аммония в смеси составляет соответственно от 1:2 до 7:1 массовых частей.

Как показали проведенные нами испытания, при добавке в композицию указанной огнезащитной смеси меньше 10 масс.% горючесть образцов уменьшается незначительно. При увеличении количества огнезащитной добавки вплоть до 40 масс. % горючесть плавно уменьшается. Увеличение общего количества огнезащитной добавки свыше 40% нецелесообразно, так как при этом начинает увеличиваться плотность образцов, что резко ухудшает тепло - и шумоизоляционные характеристики пенополиуретана.

Выбор диапазона соотношения компонентов огнезащитной добавки от 1 :2 до 7:1 масс.частей обусловлен их свойствами. При минимальной концентрации огнезащитной добавки в 10% необходимо больше сульфамата аммония, поскольку его огнезащитное действие сильнее полифосфата аммония и его должно быть не менее 5% от общей массы реакционной смеси (нижний порог проявления значимого эффекта), но и не более 10% (т.к. проявляется эффект замедления схватывания смеси).Поэтому наиболее оптимальное количество сульфамата аммония от общей массы реакционной смеси составляет 6,5 - 7%. Следовательно, на долю полифосфата аммония в этом случае приходится 3-3,5% от общей массы. Примерное соотношение полифосфата аммония к сульфаматув этом случае составляет 1 :2. При увеличении концентрации огнезащитной добавки концентрация сульфамата аммония остается на уровне 5-6%, и на огнезащитные свойства начинает влиять увеличенное количество полифосфата аммония. При максимальной концентрации огнезащитной добавки 40% соотношение полифосфата аммония к сульфамату составит 7:1. При этом обеспечивается необходимый огнезащитный эффект, а также необходимые технологические характеристики и физико-механические свойства готового изделия.

Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение:

Пример 1. Готовят смесь, состоящую из 5 кг полиизоцианата,4,5 кг полиола (готовая смесь), 0,345 кг полифосфата аммония, и 0,720 кг сульфамата аммония. Подготовленную смесь наносят под давлением на ровную поверхность. Композиция вспенивается в течение 10-15 сек, твердеет в течение 5-7 минут и из нее вырезаются образцы для испытаний. Общее количество огнезащитных добавок в этой композиции составляет 10 %, а соотношение полифосфата аммония к сульфамату аммония в смеси составляет соответственно 1:2,03.

Композиции в примерах 2 и Зприготавливаются аналогично примеру 1,но с иным составом компонентов. Все примеры представлены в таблице 1. Таблица 1

Содержание компонентов, мас.% состава

Компоненты Композиция по Композиция по Композиция по примеру 1 примеру2 примеру 3

Полиизоцианат 48 40 32

Смесь полиолов 42 34 28

Полифосфат аммония 3,3 20,8 35

Сульфамат аммония 6,7 5,2 5

Соотношение

полифосфата аммония 1 : 2,03 4 : 1 7 : 1

к сульфамату аммония

Горючесть полученного пенополиуретана оценивали по ГОСТ 12.1.044-89 п. 4.3. на приборе ОТМ, среднюю плотность материала оценивали по ГОСТ 17177-94, прочность при 10% деформации по ГОСТ 17177-94.

Физико-механические свойства и огнестойкость полученных материалов представлены в таблице 2. В этой же таблице для сравнения приведены данные для образца, изготовленного из известной композиции по прототипу с содержанием фосфогипса 40 мас.%, полученного с использованием компонентов:

• Полиизоцианат - 50 гр.

• Лапрол - 30 гр.

• Вода - 1,2 гр.

• Диметилэтаноламин - 0,3 гр.

• Глицерин - 4,5 гр.

• Расширенный графит - 10,7 гр.

• Фосфогипс - 71,2 гр. Таблица 2

Свойства Композиции

композиции 1 2 3 Известная

Плотность,

58 60 65 113

кг/куб.м.

Прочность,

0,28 0,32 0,36 0,43

Мпа

Огнестойкость Трудногорючий Трудногорючий Трудногорючий Трудногорючий

Максимальная

температура

247 230 205 254

дымовых

газов

Потеря массы

57,1 52,3 48,5 55,4

образца

Как видно из результатов испытаний, все полученные пенополиуретаны являются трудногорючими, причем горючесть образца N° 1 с низким содержанием огнезащитных добавок (всего 10 масс. %, по сравнению с 40 масс. % в прототипе) дает более высокую огнестойкость. Сравнение образца N° 3 и прототипа (известный) показывает, что при равных мас.% наполнения (40%) предлагаемая композиция существенно более устойчива к действию пламени источника, тогда как известная композиция находится на пределе устойчивости. Кроме того композиция обладает значительно более низкой плотностью (почти в 2 раза), что обеспечивает лучшие теплофизические характеристики материала.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить максимально огнестойкий пенополиуретан с улучшенными характеристиками по плотности и потере массы образца при испытании.