Антипирены.

Действие антипиренов основано на изоляции одного из источников пламени – тепла, горючего или кислорода. Для защиты изделий из пластмасс обычно используются комбинации антипиренов разного типа действия, обладающие синергическим эффектом. Опыт показывает, что самое опасное при пожаре это густой дым и токсичные продукты горения, поэтому в последнее время разработки в области антипиренов направленны именно на предотвращение образования дыма и токсичных газов.

Антипирены делятся на 3 большие группы:

• добавки, химически взаимодействующие с полимером.

• интумесцентные добавки.

• добавки, механически смешиваемые с полимером.

Добавки первого типа применяются, в основном, для реактопластов (эпоксидных, ненасыщенных полиэфирных и т.д. смол). В полиэфирных смолах используется в основном дибромнеопентил гликоль (DBNPG), а для эпоксидных лучшей системой признаны органические соединения фосфора. Эти соединения встраиваются в химическую сетку реактопластов, и не ухудшают физико-механических свойств изделий.

Добавки второго типа останавливают горение полимера на ранней стадии, т. е. на стадии его термического распада, сопровождающегося выделением горючих газообразных продуктов. Интумесцентный процесс заключается в комбинации коксообразования и вспенивания поверхности горящего полимера. Образующийся вспененный ячеистый коксовый слой, плотность которого уменьшается с ростом температуры, предохраняет горящий материал от воздействия теплового потока или пламени.

Добавки третьего типа применяются для термопластов, реактопластов и эластомеров. Существует несколько типов таких добавок, из которых наиболее распространены 3:

• галогенсодержащие

• фосфоросодержащие

• гидроксиды металлов

Процессинговые (экструзионные) добавки‏.

Процессинговые добавки (”лубриканты”) разработаны на базе фторполимеров и фторэластомеров и подходят для основных видов переработки полимеров с целью улучшения внешнего вида изделий, увеличения технологичности переработки и производительности оборудования.

Как правило, при изготовлении изделий добавки вводятся не в чистом виде, а в виде специально подготовленных концентратов, обеспечивающих наилучшую технологичность и удобство использования. Преимущества гранулированных концентратов по сравнению с использованием порошкообразных добавок в чистом виде:

·         удобство и легкость дозирования,

·         стабильность качества при грубых ошибках персонала,

·         легкость переходов и чисток,

·         возможность автоматизации дозирования,

·         снижение требований к оборудованию,

·         безопасность, чистота на производстве.

Обращает на себя внимание значительная доля минеральных наполнителей, в основном, мела (микрокальцита, карбоната кальция) в структуре потребления российского рынка, резко отличающаяся от мировой.

Меловые  наполнители вводятся в полимерные изделия как сознательно в виде мелонаполненных концентратов, так и опосредованно, при использовании красящих концентратов (черных, белых, цветных), в которые для снижения цены вводится зачастую до 30% мела.

Причина, прежде всего, состоит в дешевизне мела и мелонаполненных концентратов (примерно в 2-2,5  раза ниже стоимости полимеров), для удешевления полимерной продукции вводят в базовый полимер от 3 до 40%  мелонаполненных концентратов. Кроме того, ввод минерального наполнителя утяжеляет изделие, что дает дополнительную выгоду при продаже экструзионных изделий на вес. В некоторых случаях ввод минерального наполнителя позволяет повысить технологичность производства – снизить усадку и коробление, повысить жесткость, однородность пленки или листа в продольном и поперечном направлениях, снизить горючесть. 

Применение мелонаполненного концентрата в полиолефиновых пленках и листах, литьевых изделиях позволяет получить следующие преимущества:

- при литье – снизить усадку и ускорить цикл формования, повысить жесткость и твердость, повысить температуру тепловой деформации  и теплостойкость по Вика; 

- при рукавной и плоскощелевой экструзии пленок и листов – улучшить однородность в продольном и поперечном направлениях, снизить разнотолщинность, облегчить сварку и нанесение печати, повысить технологичность и устойчивость процесса, особенно при производстве очень тонких пленок;

- при раздувном формовании флаконов, бутылок, канистр – стабилизировать технологический процесс, улучшить прочность и однородность изделий, сократить цикл охлаждения, повысить прочность сварного шва, улучшить проработку мелких деталей формы.

При производстве тканых мешков и мягких контейнеров (биг-бэгов) из полипропиленовой ткани мелонаполненные (антифибриляционные) концентраты на основе полипропилена используются для предотвращения расщепления полипропиленовой ленты. В процессе изготовления тонких лент из полипропилена при их растяжении образуется  фибриллярная  структура и может произойти расщепление лент на отдельные волокна, из-за чего увеличивается частота обрывов нити при изготовлении ткани, количество простоев и отходов. Введение мела в полимер увеличивает межфибриллярное  взаимодействие и таким образом предотвращает распад ленты на волокна.

Кроме того, мелонаполненные концентраты являются биоразлагаемыми и снижают вторичное загрязнение окружающей среды при складировании  или сжигании отходов.

В то же время, ввод наполнителей в больших количествах снижает прочность изделия, увеличивает хрупкость, повышает износ оборудования. Особенно сильно эти неприятные моменты проявляются при использовании концентратов плохого качества. Основными критериями хорошего концентрата являются: использование качественной полимерной основы, однородной или хорошо совместимой с основным полимером,  и правильный выбор самого минерала по размеру частиц и поверхностной обработке.

Качественные мелонаполненные концентраты производятся, как правило, с содержанием мела  80%, реже менее (60-70%) или более (85%) наполненные. Использование оптимальных по размеру наполни­телей, хорошо совместимых с полимерной матрицей, позволяет добиться высоких прочностных свойств и стабильного технологического процесса. Наилучшим  решением является микронизированный, гидрофобно обработанный мел со средним  размером частиц 1,2-1,6 мкм и максимальным до 8 мкм. Такой мел  хорошо совмещается с полимерной матрицей, благодаря чему при экструзии не происходит забивки фильтрующих сеток экструдера агломератами мела и частых остановок производственных линий. Абразивное воздействие концентрата на металлические части оборудования минимально. В то же время цены на такие сорта мела и соответствующих марок концентратов остаются в разумных пределах, по сравнению  с более мелкодисперсными сортами. В качестве полимерной основы концентратов ис­пользуются однородные с основным изделием полимеры – ЛПЭНП, ПЭВД, ПП, реже полистирол, но не должны применяться парафины, низкомолеку­лярные смолы и побочные продукты полимеризации. Оптимальное соотношение ПТР концентрата к базовому полимеру  - более 5:1 - обеспечивает хорошее распределение наполнителя в пленке.