Модифікований спінювальний та спінений матеріал і спосіб його одержання

1. Модифікований спінювальний і спінений матеріал, який містить полістирол у формі полімерів або співполімерів, а також суміш, що містить похідні дифенілетилену, який відрізняється тим, що суміш додатково містить стабілізатор дисперсії, диспергатор, інгібітор ендогенного і екзогенного горіння і водний розчин золю кремнієвої кислоти, в таких кількостях по відношенню до 100 мас. ч. полістиролу, мас. ч. : стабілізатор дисперсії 0,3-23 диспергатор 0,1-21 похідні дифенілетилену більше 0,05 інгібітор ендогенного і екзогенного горіння 0,05-20 водний розчин золю кремнієвої кислоти становить 0,2-45. 2. Матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що стабілізатором дисперсії є натрієва сіль карбоксиметилцелюлози. 3. Матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що диспергатором є водний розчин катіоноактивної поверхнево-активної речовини і/або її дисперсія. 2 (19) 1 3 93906 4 11. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що як стабілізатор дисперсії використовують натрієву сіль карбоксилметилцелюлози. 12. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що як диспергатор використовують водний розчин катіоноактивної поверхнево-активної речовини. 13. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що концентрація диспергатора становить 10 % від кількості води. Предметом винаходу є спінювальний і спінений матеріал, зокрема у вигляді полістиролу, а також спосіб їхнього одержання. Такий матеріал застосовується, зокрема, як термоізоляція, для виготовлення звукоізоляційних і акустичних перегородок у будівництві, суходільному, морському і повітряному транспорті, де поряд з механічною міцністю необхідна висока термостійкість при незначній масі готового виробу із пластмаси. Полістирол відноситься до числа найбільш легкогорючих матеріалів. Кисневий показник цієї пластмаси становить близько 18%, а теплота згоряння - близько 4108 Дж/кг. Серед сповільнювачів горіння, використовуваних до полістирольних полімерних мас, найбільше значення мають сполуки, що містять бром, фосфатні і сурм'яні комплекси. Представлений в описі винаходу до польського патенту PL 163320 спосіб одержання концентратів, що сповільнюють горіння полістиролу і потрійного сополімеру акрилонітрил-бутадієн-стирол характеризується тим, що композиція, що сповільнює горіння, у вигляді синергетичної суміші декабромодифенілового триоксида сурми, що становить від 20 до 70% маси концентрату і гомогенізуючого засобу у вигляді бромованих ароматичних або циклоаліфатичних сполук з температурою плавлення нижче 200 С°, змішують у змішувачі разом з основною пластичною масою, тобто полістиролом або потрійним сополімером акрилонітрилбутадієн-стирол, а потім отриману суміш шляхом нагрівання переводять в однорідну масу, яку потім піддають видавлюванню або гранулюванню. В описі до польського патенту 185039 описаний універсальний концентрат - сповільнювач горіння, призначений для різного роду термопластичних мас, що включає сополімер этилен-октан винілу або його суміш із іншим полімером у кількості 19-39 % за масою; вміст сповільнювача горіння становить від 60 до 80% по масі, а зміст модифікаторів становить від 1 до 10% по масі. У такий спосіб модифіковану термопластичну пластичну масу одержують шляхом введення в пластмасу внутрішніх сповільнювачів горіння або адитивних антипіринів, які не з'єднані з полімером хімічними зв'язками. У наступній заявці на польський патент Р 378142 описано спосіб обробки пластичних мас, що забезпечує їхній захист від озону і ультрафіолетового випромінювання. Відповідно до пропонованого способу виготовлюють розчин похідних дйфенілетилену, потім розчин піддають кристалізації при температурі до 55 °С у присутності води діамідом вугільної кислоти в кількості 0,5-55 масо вих частин за масою по відношенню до маси зазначених похідних, а потім приготовлений у такий спосіб модифікатор безпосередньо додають у пластичні маси, цемент, бетон і т.д. і/або радикали названих активних модифікаторів впроваджують у поверхню цих мас і/або вводять в них через мономери або реагенти в процесі хімічного затвердіння, спінювання, полімеризації, конденсації та ін. В описі винаходу до заявки Р 357842 пропонується спосіб одержання важкогорючого спіненого полістиролу. Пропонований спосіб здійснюють краплинною полімеризацією у воді мономеру або форполімеру стиролу, змішаним з ініціатором і розширювальним засобом і полягає в тім, що полімерна маса являє собою форполімер стиролу в'язкістю 8-30 Па.с із температурою 25 °С або суміш розчину полістиролу зі стиролом в'язкістю 8-30 Па.с із температурою 25 °С з терморозширеним графітом, що додається в кількості 7-35 масових частин на 100 масових частин форполімеру стиролу або розчину полістиролу в стиролі, при цьому утворюється водяна емульсія суміші і здійснюється полімеризація стиролу. Після цього отримані краплі полімеру відділяються від води і піддаються сушінню. З опису винаходу до патенту 186332 відомо спосіб одержання спінених полімерів стиролу, що включають часточки графіту. Відповідно до цього способу, при полімеризації стиролу у водяної суспензії в присутності часток графіту, перед, у процесі або після полімеризації вводять пороутворювач. У польській заявці Р 354969 описані гранульовані спінювальні олефінові полімери, які включають пороутворювач із температурою кипіння від -5 до 150 °С, що може бути обраний з ряду алканів, алканолів, кетонів, ефірів, складних ефірів або їхніх сумішей. Ці гранули порожні і їхня насипна щільність перевищує 400 г/л. При витримуванні протягом 1 год при кімнатній температурі на повітрі вони спінюються, а при нагріванні до температури понад 100 °С їхня насипна щільність знижується нижче 200 г/л. Спосіб полягає в насиченні пороутворювачем полиолефінового грануляту в суспензії в ємності під тиском, охолодженні всієї маси до температури нижче 100 °С, після чого відбувається розширення і поділ гранул. Традиційно відомі способи одержання пластичних мас, що спінюються, пов'язані з виділенням хімічних речовин, що утворюються при їх спінюванні. Встановлено, що основним компонентом газів, які виділяються в процесі спінювання, є агент, що спінює, - пороутворювач (порофор). Кількість використаного пороутворювача залежить, 5 крім іншого, від необхідної заданої щільності (питомої ваги) матеріалу. Пентан, використовуваний повсюдно як спінювальний агент для спінювання полімерів стиролу, характеризується найменшою вторинною небезпекою, що обумовлено збереженням газової фази. Але в реологічному відношенні має місце зниження ізоляційних характеристик у процесі експлуатації виробу зі спіненої пластичної маси і збільшення пожежонебезпеки, зокрема внаслідок ендогенних факторів. Основним недоліком і причиною небезпеки при одержанні відомих спінених пластичних мас є використання органічних пороутворювачів, які мають низьку температуру кипіння, а газ, що виділяється, є пальною і/або токсичною речовиною, що викликає небезпеку виникнення пожежі як в ендогенній, так і в екзогенній областях. Виходячи із цього, має місце необхідність заміни дифузійної газової фази (після початкового спінювання) на атмосферне повітря або інертний газ. Відомо також застосування пороутворювачів як добавок до мономерів, наприклад, стиролу, які в процесі спінювання полістиролу переходять у газову фазу. Повсюдно такими відомими пороутворювочами, крім води, є пентан, ефіри, наприклад петролейний або диетиловий, фреони, октан, етили, ацетон та ін., а також галогенпохідні вуглеводнів. Беручи до уваги реальну небезпеку втрати інтегральних структур спіненого полістиролу виникає необхідність розробки сполук агентів, що спінюють, і спінених матеріалів з урахуванням безпеки способу одержання цих спінених матеріалів. Метою винаходу є застосування спінювальних і спінених матеріалів нового типу, зокрема, у напрямку зниження ступеня анізотропії, підвищення адгезії між зернами матеріалу при одержанні спіненого матеріалу, підвищення механічних і експлуатаційних характеристик цих матеріалів шляхом введення додаткової несучої і кісткової конструкції. Крім того, матеріал повинен допускати регулювання, залежно від потреби, ступеню дисперсності і термічного опору. Іншою важливою метою винаходу є також розробка способу одержання спінювального і спіненого матеріалу, при якому в значній мірі обмежувався б ризик виділення небезпечних хімічних речовин у процесі піролізу цих речовин. Поставлена мета відповідно до винаходу досягається шляхом модифікації спінюльваного і спіненого матеріалу, при цьому модифікації піддаються такі компоненти, як, наприклад, мономер у випадку пінополістиролу, у той же час кінцевих ефект проявляється в готовому матеріалі, який також може бути модифікований у ході процесів формування інтегральних структур пінополістиролу. Таким чином, сутність винаходу полягає в одержанні модифікованого спінювального і спіненого матеріалу, що включає полістирол або полімери і сополімери, а також похідні дифенілетилену, діамид вугільної кислоти, кремнезем і/або силікати, бікарбонат натрію і/або амонію, які, від 93906 6 повідно до винаходу, містять також стабілізатор дисперсії в кількості 0,3-23 вагових частин, диспергатор у кількості 0,1-21 вагових частин, інгібітор ендогенного і екзогенного загоряння в кількості 0,05-20 вагових частин, попередньо змішаний з діамідом вугільної кислоти в кількості 0,1-12 вагових частин на 100 вагових частин інгібітору в присутності похідних діфенілетилену в кількості не менш 0,05 вагових частин і діаміду вугільної кислоти в кількості 0,1-15 вагових частин, а також водяний розчин золю кремнієвої кислоти в кількості 0,2-45 вагових частин . Кращим стабілізатором дисперсії, відповідно до винаходу, є натрієва сіль карбоксилметилцелюлози. Кращим диспергатором, відповідно до винаходу, є водний розчин катіоноактивної поверхневоактивної речовини і/або її дисперсія. Краща концентрація диспергатора, відповідно до винаходу, становить 10% від кількості води. Кращим інгібітором ендогенного і екзогенного загоряння, відповідно до винаходу, є дінітросопентаметиленотетрамін з хімічною формулою C5H10N4O2. Кращою похідною діфенілетилену, відповідно до винаходу, є похідна 4,4'-біс(с-триациніло-)діаміно-2,2'-дісульфодифенілетилену. Відповідно до винаходу краща концентрація водного розчину золю кремнієвої кислоти становить 1,8%. Інгібіторами ендогенного і екзогенного загоряння, відповідно до винаходу, є речовини, які під впливом тепла (температури) переходять зі сконцентрованого стану, такого як рідина або тверде тіло, у газову фазу, що містить інертні гази, такі як діоксид вуглецю і/або азот. Несподіваним чином азот виявився інгібітором горіння в процесі виділення газів при піролізі пінополістиролу. Наявність інгібітору ендогенного і екзогенного горіння в пластичних масах, відповідно до винаходу, обумовлює той факт, що при термічному розкладанні і переході в газову фазу має місце ефект складного запалення або ефект самогасіння, що одночасно забезпечують ліквідацію вже виниклого загоряння пластичної маси, що вже запалилися, у результаті виділення азоту і діоксиду вуглецю, а також дії карбоксиметилцелюлози. Діамід вугільної кислоти, що призначений для попередньої модифікації інгібіторів ендогенного і екзогенного загоряння, відповідно до винаходу, являє собою розділову перешкоду і є провідником для надмірних електростатичних зарядів, що виникають у результаті тертя. У той же час наявність похідних дифенілетилену дозволяє переводити ультрафіолетове випромінювання у видимий спектр, нейтралізуючи, при цьому, надлишкове енергетичне поле. Сутністю винаходу є також спосіб одержання модифікованого спінювального і спіненого матеріалу, зокрема полістиролу, що включає етапи змішування компонентів, у число яких входять попередньо спінений полістирол, технологічні добавки і агент, що спінює, у вигляді пентану, попереднє спінювання стирольного полімеру, сушіння і гомо 7 генізація спіненого полістиролу в збірникахнакопичувачах, формування пінополістирольних блоків, при цьому попередньо спінений полістирол вводять у формуючий пристрій, де шляхом його обробки технологічною парою формується блок, який після попередньої гомогенізації піддають процесам різання, розпилювання або фрезерування на задані елементи, отримуючи в результаті термоізоляційний матеріал у формі плит, за яким, згідно з винаходом, після етапу попереднього спінювання полістиролу до необхідних компонентів додають: інгібітор ендогенного і екзогенного загоряння в кількості 0,2-22 вагових частин , попередньо змішаний з діамідом вугільної кислоти в кількості 0,1 - 0,18 вагових частин у присутності похідних дифенілетилену у кількості 0,05 - 14 вагових частин та діаміну вугільної кислоти, 0,08-2,50 вагових частин, стабілізатор дисперсії в кількості 0,1-8 вагових частин, диспергатор у кількості 0,53,5 вагових частин і водний розчин золю кремнієвої кислоти в кількості 1,2-50 вагових частин, всю суміш гомогенізують і піддають сушінню стисненим повітрям протягом 8 хв. або більше за температури 12 °С або вище. Приготовлену в такий спосіб суміш поміщають у гомогенізуючі збірники і після закінчення певного технологічного проміжку подають у формувальний елемент, у якому шляхом обробки технологічною парою масу піддають згустінню. Після цього сформований блок переміщають на стенд дозрівання і через певний проміжок часу за заданою технологією його піддають завершальним технологічним операціям відомими способами. У пропонованому способі інгібітором ендогенного і екзогенного загоряння служить дінітросопентаметиленотетрамін з хімічною формулою C5H10N4O2. Кращим стабілізатором при здійсненні пропонованого способу є натрієва сіль карбоксиметил целюлози. У якості диспергатора, відповідно до винаходу, використовується водний розчин катіоноактивної поверхнево-активної речовини, концентрація якої у воді становить 10%. Концентрація водного розчину золю кремнієвої кислоти, використовуваного в пропонованому способу, відповідно до винаходу, становить не менш 1,8%. Кінцевим продуктом, відповідно до винаходу, є елементи найчастіше у формі плит, які характеризуються більш високим термічним опором, обмеженою до 50% анізотропією і збільшеною приблизно на 40% поверхневою (межзерновою) адгезією. Очевидний той факт, що висока ступінь гомогенізації і нейтралізації енергетичних центрів обумовлено ліквідацією надмірних енергетичних зон. Несподівано виявилося, що додавання дінітросопентаметиленотетраміну в ході вторинного термічного розкладу виключає схильність зони полімерної маси, призначеної для спінювання, до протікання екзотермічних реакцій і, отже, до утворення вогнищ загоряння і тим самим знижує пожежонебезпеку об'єкта. Пропонованим способом передбачене проведення додаткової модифікації безпосередньо піс 93906 8 ля попереднього спінювання полістиролу. У ході цієї технологічної операції обмежується схильність виділюваного пороутворювача (наприклад, пентану) до екзотермічних реакцій, що знижує небезпеку вибуху і одночасно забезпечує проникнення модифікаторів углиб попередньо спінених зерен полістиролу. Модифікація пластичних мас, відповідно до винаходу, забезпечує гомогенність маси і стабільність розмірів готових виробів. Модифіковані, відповідно до винаходу, пластичні маси, зокрема полістирол, мають дуже гарні теплоізоляційні характеристики, високу стабільність розмірів, високі механічні характеристики. Крім того, вони нейтральні відносно статичної електрики (на відміну від стандартних полістирольних виробів). Вони характеризуються також високою схильністю до самогасіння і обмеженим загорянням, а також високою поверхневою адгезією при з'єднанні елементів за допомогою клеїв. Більш детально предмет винаходу пояснений на прикладах виконання, які, однак, не обмежують галузь його застосування. Приклад 1 У ємність, оснащену мішалкою, до 100 масових частин попередньо спіненого полістиролу шляхом розпилення подають водну суспензію, що включає 20 масових частин води, 1,2 масових частин натрієвої солі карбоксиметилцелюлози, 1 масових частин 10%-ного водного розчину катіоноактивної поверхнево-активної речовини, 1,2 масових частин дінітросопентаметиленотетраміну, 0,8 масових частин водного розчину сполук дифенілетилену концентрацією 30%. Після перемішування і гомогенізації з попередньо спіненим полістиролом і після сушіння вся суміш поміщають в технологічну ємність, а потім, після закінчення певного часу гомогенізації - у формувальний елемент, де після згущення в присутності водяної пари одержують готову модифіковану, відповідно до винаходу, пластичну масу у вигляді блоків з пенополістиролу. Приклад 2 У ємність, оснащену мішалкою, до 100 масових частин попередньо спіненого полістиролу шляхом розпилення подають водну суспензію, що включає 20 масових частин води, 1,2 масових частин натрієвої солі карбоксиметилцелюлози, 1 масових частин 10%-ного водного розчину катіоноактивної поверхнево-активної речовини, 1,2 масових частин дінітросопентаметиленотетраміну, 0,8 масових частин водного розчину сполук дифенілетилену концентрацією 30% і 10 масових частин 35%вого водного розчину золю кремнієвої кислоти з фірмовим найменуванням Sizol (виробник: Застави Хемичне «Рудники» С.А.). Після перемішування і гомогенізації з попередньо спіненим полістиролом і після сушіння вся суміш поміщають в технологічну ємність, а потім, після закінчення певного часу гомогенізації - у формувальний елемент, де після згущення в присутності водяної пари одержують готову модифіковану, відповідно до винаходу, пластичну масу у вигляді блоків з пенополістиролу. 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 93906 Підписне 10 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601