RU2477295C2

RU2477295C2 - Electrically insulating composition

Info

Publication number: RU2477295C2
Application number: RU2011120576/05A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Кузнецов; Сергей Яковлевич Ельцов; Хабас Амерханович Кормов; Алина Суадиновна Виндижева; Светлана Юрьевна Хаширова; Тимур Абдулович Борукаев; Абдулах Касбулатович Микитаев; Хусейн Хамзатович Сапаев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Кабельный завод "Кавказкабель"
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2013-03-10
Also published as: RU2011120576A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to cable engineering and can be used for insulation and sheathing of cables and wires used in high fire hazard conditions. The electrically insulating composition contains a polyvinyl chloride composition I 40-13 A and a fire-retarding agent in form of montmorillonite which is modified with 5-15% urea or melamine, and magnesium hydroxide.

EFFECT: high fire-resistance of the composition and low smoke emission in the high fire hazard zone.

1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к кабельной технике, а именно к полимерным композитам на основе поливинилхлорида, предназначенным для изоляции и оболочек кабелей и проводов, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности.The invention relates to cable technology, namely to polymer composites based on polyvinyl chloride, intended for insulation and sheaths of cables and wires operating in conditions of increased fire hazard.

Провода и кабели часто становятся причиной загорания и распространения пламени. В связи с этим к их полимерным составляющим - изоляции, внутренним и наружным оболочкам, традиционно предъявлялись повышенные требования по огнестойкости.Wires and cables often cause a fire and flame to spread. In this regard, their polymer components - insulation, inner and outer shells, have traditionally had increased requirements for fire resistance.

Снижение горючести пластифицированного ПВХ достигают за счет введения в состав композиций антипиренов (фосфатные пластификаторы, трехокись сурьмы, гидрат окиси алюминия и др.).Reducing the flammability of plasticized PVC is achieved by introducing flame retardants into the composition (phosphate plasticizers, antimony trioxide, aluminum oxide hydrate, etc.).

Известно (Минскер К.С. и др. Деструкция и стабилизация поливинилхлорида. М., Химия, 1979,с.219.), что выделяющийся при горении поливинилхлорида хлористый водород связывают химически с акцептором HCl с целью образования термостойких солей. В качестве акцепторов в этих случаях используют специальные добавки (аммонийные соединения, карбонаты различных металлов и др.).It is known (Minsker KS et al. Destruction and stabilization of polyvinyl chloride. M., Chemistry, 1979, p. 219.) That hydrogen chloride released during the combustion of polyvinyl chloride is chemically bound to an HCl acceptor to form heat-resistant salts. In these cases, special additives (ammonium compounds, carbonates of various metals, etc.) are used as acceptors in these cases.

Для снижения дымообразования при горении пластифицированного ПВХ используют дымоподавители (окислы металлов, гидроокиси и карбонаты металлов) (Патент США №4098748). При этом следует отметить, что данные соединения, введенные в пластифицированные ПВХ-композиции для снижения выделяющихся дыма и хлористого водорода, иногда приводят к росту горючести композиций. Кроме того, введение значительных количеств таких добавок ухудшает физико-механические и эксплуатационные характеристики полимерных материалов.To reduce smoke generation during burning of plasticized PVC, smoke suppressors (metal oxides, hydroxides and metal carbonates) are used (US Patent No. 4098748). It should be noted that these compounds introduced into plasticized PVC compositions to reduce the emission of smoke and hydrogen chloride sometimes lead to an increase in the combustibility of the compositions. In addition, the introduction of significant quantities of such additives affects the physical, mechanical and operational characteristics of polymeric materials.

Таким образом, проблема создания огнестойких и одновременно малодымящих и выделяющих незначительное количество HCl при горении ПВХ-композиций является сложной и актуальной.Thus, the problem of creating fire-resistant and at the same time low-smoke and emitting an insignificant amount of HCl during combustion of PVC compositions is complex and relevant.

Известна полимерная композиция, содержащая в мас.ч. (Патент РФ №2089571): 100 суспензионного ПВХ, 55-65 сложноэфирного пластификатора, 4-8 свинцового стабилизатора, 80-130 антипирена-дымоподавителя, включающего 15-34 тригидрата окиси алюминия или гидрата окиси магния, или их смесь при содержании в ней 50-20 масс.% гидрата окиси магния, 56-85 карбоната кальция, 7-8 трехокиси сурьмы, 1,5-2 окиси цинка, 0,5-1 борной кислоты, и дополнительно 0,1-1 диэфира полипропиленгликоля или 0,5-1,5 олигомера α-олефинов фракции 140-240. Выделение HCl при горении 6,9-8%, кислородный индекс 32-33%, коэффициент дымообразования при горении 310-330 м²·кг^-1. Композиция характеризуется хорошей огнестойкостью, но при горении выделяют большое количество дыма и хлористого водорода.Known polymer composition containing in parts by weight (RF Patent No. 2089571): 100 suspension PVC, 55-65 ester plasticizer, 4-8 lead stabilizer, 80-130 flame retardant smoke suppressor, including 15-34 alumina trihydrate or magnesium oxide hydrate, or a mixture thereof when containing 50 -20 wt.% Hydrate of magnesium oxide, 56-85 calcium carbonate, 7-8 antimony trioxide, 1.5-2 zinc oxide, 0.5-1 boric acid, and an additional 0.1-1 polypropylene glycol diester or 0.5 -1.5 oligomers of α-olefins fraction 140-240. Isolation of HCl at combustion 6,9-8%, 32-33% oxygen index, smoke generation during combustion ratio 310-330 m ² · kg ^-1. The composition is characterized by good fire resistance, but when burning emit a large amount of smoke and hydrogen chloride.

Для придания негорючести и снижения дымообразования при горении пластифицированного ПВХ используют в качестве антипиренов-дымоподавителей комбинацию хлорированного парафина, трехокиси сурьмы, карбоната кальция и окиси молибдена (патент США 4098748). Однако степень повышения негорючести недостаточна.To impart incombustibility and reduce smoke generation during the burning of plasticized PVC, a combination of chlorinated paraffin, antimony trioxide, calcium carbonate and molybdenum oxide is used as flame retardants (US Pat. No. 4,098,748). However, the degree of increase in incombustibility is insufficient.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является ПВХ-композиция, обладающая меньшей горючестью, пониженным выделением дыма и хлористого водорода при горении, в которой для достижения указанных целей при сохранении высокого уровня технических характеристик используется комбинация антипиренов-дымоподавителей, содержащая трехокись сурьмы, окись цинка, борную кислоту, мел и гидроокись алюминия (авт. св. СССР 1646278), однако уровень снижения выделения дыма и хлористого водорода при горении недостаточно высок.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed one is a PVC composition with lower combustibility, reduced smoke and hydrogen chloride during combustion, in which to achieve these goals while maintaining a high level of technical characteristics, a combination of flame retardants, smoke suppressors containing antimony trioxide is used, zinc oxide, boric acid, chalk and aluminum hydroxide (ed. St. USSR 1646278), however, the level of reduction of smoke and hydrogen chloride during combustion is not enough high

Задачей изобретения является создание электроизоляционной композиции на основе поливинилхлорида, обладающей повышенной огнестойкостью и пониженным дымовыделением.The objective of the invention is the creation of an electrical insulating composition based on polyvinyl chloride, which has increased fire resistance and reduced smoke emission.

Сущность изобретения состоит в том, что композиция на основе поливинилхлоридной композиции - И 40-13 А по ГОСТу 5960-72, которая содержит: ПВХ - 62,21 масс.%; сложноэфирный пластификатор - 27,39 масс.%; мел - 6,17 масс.%; свинцовый стабилизатор - 2,49 масс.%; дифенилолпропан - 0,06 масс.%; стеариновая кислота - 0,06 масс.%; стеарат кальция - 1,26 масс.%; эпоксидированное соевое масло - 0,37 масс.%, содержит в качестве антипирена монтмориллонит, модифицированный 5-15% мочевиной или меламином, гидроксидом магния 10-20 масс.%.The essence of the invention lies in the fact that the composition based on the polyvinyl chloride composition - And 40-13 And according to GOST 5960-72, which contains: PVC - 62.21 wt.%; ester plasticizer - 27.39 wt.%; chalk - 6.17 wt.%; lead stabilizer - 2.49 wt.%; diphenylolpropane - 0.06 wt.%; stearic acid - 0.06 wt.%; calcium stearate - 1.26 wt.%; epoxidized soybean oil - 0.37 wt.%, contains montmorillonite modified with 5-15% urea or melamine, magnesium hydroxide 10-20 wt.% as a flame retardant.

Пример 1. На экструдере-гомогенизаторе с щелевой головкой экструдируют смесь порошкообразной поливинилхлоридной композиции (И 40-13 А) с добавлением 5 масс.% монтмориллонита, модифицированного мочевиной, и 15 масс.% Mg(OH)₂. Смесь экструдируют при температуре 160°C при скорости вращения шнека 50-70 об/мин.Example 1. On a slit-head extruder-homogenizer, a mixture of a powdered polyvinyl chloride composition (I 40-13 A) was extruded with 5 wt.% Urea modified montmorillonite and 15 wt.% Mg (OH) ₂ . The mixture is extruded at a temperature of 160 ° C at a screw speed of 50-70 rpm.

Пример 2. На экструдере-гомогенизаторе с щелевой головкой экструдируют смесь порошкообразной поливинилхлоридной композиции (И 40-13 А) с добавлением 5 масс.% монтмориллонита, модифицированного мочевиной, и 20 масс.% Mg(OH)₂. Смесь экструдируют при температуре 160°C при скорости вращения шнека 50-70 об/мин.Example 2. On a slit head extruder-homogenizer, a mixture of a powdered polyvinyl chloride composition (I 40-13 A) was extruded with 5 wt.% Urea modified montmorillonite and 20 wt.% Mg (OH) ₂ . The mixture is extruded at a temperature of 160 ° C at a screw speed of 50-70 rpm.

Пример 3. На экструдере-гомогенизаторе с щелевой головкой экструдируют смесь порошкообразной поливинилхлоридной композиции (И 40-13 А) с добавлением 10 масс.% монтмориллонита, модифицированного мочевиной, и 10 масс.% Mg(OH)₂. Смесь экструдируют при температуре 160°C при скорости вращения шнека 50-70 об/мин.Example 3. A mixture of a powdered polyvinyl chloride composition (I 40-13 A) with the addition of 10 wt.% Urea-modified montmorillonite and 10 wt.% Mg (OH) _{2 was} extruded on a slit head extruder-homogenizer. The mixture is extruded at a temperature of 160 ° C at a screw speed of 50-70 rpm.

Пример 4. На экструдере-гомогенизаторе с щелевой головкой экструдируют смесь порошкообразной поливинилхлоридной композиции (И 40-13 А) с добавлением 5 масс.% монтмориллонита, модифицированного меламином, и 15 масс.% Mg(OH)₂. Смесь экструдируют при температуре 160°C при скорости вращения шнека 50-70 об/мин.Example 4. On a slit-head extruder-homogenizer, a mixture of the powdered polyvinyl chloride composition (I 40-13 A) was extruded with 5 wt.% Melamine-modified montmorillonite and 15 wt.% Mg (OH) ₂ . The mixture is extruded at a temperature of 160 ° C at a screw speed of 50-70 rpm.

Пример 5. На экструдере-гомогенизаторе с щелевой головкой экструдируют смесь порошкообразной поливинилхлоридной композиции (И 40-13 А) с добавлением 5 масс.% монтмориллонита, модифицированного меламином, и 20 масс.% Mg(OH)₂. Смесь экструдируют при температуре 160°C при скорости вращения шнека 50-70 об/мин.Example 5. On a slit head extruder-homogenizer, a mixture of a powdered polyvinyl chloride composition (I 40-13 A) was extruded with 5 wt.% Melamine-modified montmorillonite and 20 wt.% Mg (OH) ₂ . The mixture is extruded at a temperature of 160 ° C at a screw speed of 50-70 rpm.

Пример 6. На экструдере-гомогенизаторе с щелевой головкой экструдируют смесь порошкообразной поливинилхлоридной композиции (И 40-13 А) с добавлением 10 масс.% монтмориллонита, модифицированного меламином, и 10 масс.% Mg(OH)₂. Смесь экструдируют при температуре 160°C при скорости вращения шнека 50-70 об/мин.Example 6. A mixture of a powdered polyvinyl chloride composition (I 40-13 A) with the addition of 10 wt.% Melamine-modified montmorillonite and 10 wt.% Mg (OH) _{2 was} extruded on a slit-head homogenizer extruder. The mixture is extruded at a temperature of 160 ° C at a screw speed of 50-70 rpm.

Далее проводят испытания физико-механических свойств поливинилхлоридных композиций.Next, conduct tests of the physico-mechanical properties of the polyvinyl chloride compositions.

Технический результат был определен, оценивая огнестойкость полимерных композиций по ГОСТ 21207.81, твердость по Шору ГОСТ 24621-91, показатель текучести расплава, модуль упругости при изгибе ГОСТ 14236-81 и при растяжении ГОСТ 11262-80, предел текучести, прочность при разрыве и удлинение ГОСТ 14236-81 (таблица 1).The technical result was determined by evaluating the fire resistance of polymer compositions according to GOST 21207.81, Shore hardness GOST 24621-91, melt flow rate, bending modulus GOST 14236-81 and tensile GOST 11262-80, yield strength, tensile strength and elongation GOST 14236-81 (table 1).

Таблица 1Table 1 КОМПОЗИЦИИCOMPOSITIONS ПТР, г/10 минPTR, g / 10 min Тверд. по Шору, D, 1/15 сHard. Shore, D, 1/15 s Горючесть (вр. затухан., с) 10 сFlammability (e.g. attenuation., S) 10 s Предел текучести, МПаYield Strength, MPa Прочность при разрыве, МПаTensile strength, MPa Удлине
ние, %Udline
% E_u, МПаE _u , MPa E_p, МПа, 1/10 мм/минE _p , MPa, 1/10 mm / min ПВХ-И 40-13 АPVC-I 40-13 A 0,550.55 48/3548/35 Гаснет ч/з 2Turns off w / o 2 186186 192192 162162 6060 42/7542/75 ПВХ-И 40-13 А + 5% монтмориллонит, модифицированный мочевиной + 15% Mg(OH)₂ PVC-I 40-13 A + 5% montmorillonite modified with urea + 15% Mg (OH) ₂ 0,310.31 57/3957/39 Не горитDoes not burn 1313 1313 144144 1616 29/6829/68 ПВХ-И 40-13 А + 5% монтмориллонит, модифицированный мочевиной + 20% Mg(OH)₂ PVC-I 40-13 A + 5% urea modified montmorillonite + 20% Mg (OH) ₂ 0,280.28 57/4157/41 Не горитDoes not burn 1212 1313 112112 15fifteen 20/5820/58 ПВХ-И 40-13 А + 10% монтмориллонит, модифицированный мочевиной + 10% Mg(OH)₂ PVC-I 40-13 A + 10% urea modified montmorillonite + 10% Mg (OH) ₂ 0,320.32 54/3854/38 Не горитDoes not burn 1212 1313 116116 1212 63/5963/59 ПВХ-И 40-13 А + 5% монтмориллонит, модифицированный меламином + 15% Mg(OH)₂ PVC-I 40-13 A + 5% montmorillonite modified with melamine + 15% Mg (OH) ₂ 0,310.31 55/3955/39 Не горитDoes not burn 1212 11eleven 147147 1616 24/4224/42 ПВХ-И 40-13 А + 5% монтмориллонит, модифицированный меламином + 20% Mg(OH)₂ PVC-I 40-13 A + 5% montmorillonite modified with melamine + 20% Mg (OH) ₂ 0,310.31 54/4054/40 Не горитDoes not burn 1313 1212 125125 77 26/4426/44 ПВХ-И 40-13 А+10% монтмориллонит, модифицированный меламином + 10% Mg(OH)₂ PVC-I 40-13 A + 10% montmorillonite modified with melamine + 10% Mg (OH) ₂ 0,370.37 57/3957/39 Не горитDoes not burn 11eleven 11eleven 106106 1010 22/3122/31

Таким образом, предлагаемые композиционные материалы на основе поливинилхлорида (И 40-13 А), монтмориллонита, модифицированного мочевиной или меламином, и гидроксида магния обладают повышенными показателями огнестойкости и пониженным дымовыделением в зоне высокой пожароопасности.Thus, the proposed composite materials based on polyvinyl chloride (I 40-13 A), montmorillonite, modified with urea or melamine, and magnesium hydroxide have increased fire resistance and reduced smoke emission in the high fire hazard zone.

Claims

An insulating composition comprising a polyvinyl chloride composition I 40-13 A, which contains polyvinyl chloride - 62.21 wt.%; ester plasticizer - 27.39 wt.%; chalk - 6.17 wt.%; lead stabilizer - 2.49 wt.%; diphenylolpropane - 0.06 wt.%; stearic acid - 0.06 wt.%; calcium stearate - 1.26 wt.%; epoxidized soybean oil - 0.37 wt.%, contains montmorillonite modified with 5-15% urea or melamine and magnesium hydroxide as the flame retardant in the following ratio, wt.%:
Polyvinyl chloride composition I 40-13 A 75-80 Magnesium hydroxide 10-20 Urea Modified Montmorillonite or melamine 5-10