Następnie opracowano i wytworzono kolejne związki na bazie substancji o wysokiej zawartości azotu, a także przebadano połączenie komercyjnego uniepalniacza intumescent ze znanymi substancjami niewykorzystywanymi dotychczas jako środki ograniczające palność. W celu zweryfikowania skuteczności w ograniczaniu palności i emisji dymu wprowadzano je do wytypowanych tworzyw i poddano analizom. W ostatnim etapie projektu zweryfikowano możliwość zwiększenia efektywności w tworzeniu warstwy zwęglenia analizowanych substancji uniepalniająych poprzez dodanie nanomateriałów w postaci modyfikowanych glinokrzemianów warstwowych i tlenku grafenu. W toku prowadzonych prac opracowywane rozwiązania objęte zostaną ochroną patentową, a także opisany zostanie sposób wytwarzania opracowanych substancji oraz materiałów polimerowych je zawierających.
W celu zweryfikowania skuteczności działania opracowanych substancji (rys.1a i 2a) wprowadzano je do wytypowanych tworzyw zgodnie z opracowaną metodą wytwarzania i poddano serii badań. Jako materiały referencyjne użyto polimery nie zawierające środków uniepalniających, a także tworzywa modyfikowane komercyjnymi środkami uniepalniającymi. Nowoopracowane substancje poddano charakterystyce z wykorzystaniem takich metod badawczych jak analiza termograwimetryczna (TGA), spektroskopia w podczerwieni z transformatą Fouriera (FT-IR), dyfraktometria proszkowa (PXRD), spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) oraz analiza elementarna (CHN). Zastosowane metody badawcze pozwoliły na określenie właściwości opracowanych substancji oraz potwierdzenie ich struktury.
Z kolei otrzymane modyfikowane materiały polimerowe poddano badaniom palności i emisji dymu przy użyciu kalorymetru stożkowego (rys. 1c) i komory dymotwórczej, a wybrane serie również badaniom zagrożenia ogniowego (UL-94) (rys.1b) i indeksu tlenowego (LOI). Ponadto dzięki współpracy z Politechniką Poznańską i Warszawską dla wybranych materiałów przeprowadzono ocenę wybranych właściwości metodami: dynamicznej analizy termomechanicznej (DMTA), różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) oraz analizy termograwimetrycznej (TGA). Dodatkowo zbadano mikrostrukturę wytworzonych materiałów stosując skaningową mikroskopię elektronową oraz określono ich właściwości mechaniczne.
|
A 
|
B 
|
C 
|
W przypadku niemalże wszystkich analizowanych substancji zaobserwowano tworzenie warstwy zwęglenia, która z różną skutecznością ograniczała palność i emisję dymu z badanych tworzyw w trakcie procesu spalania. Największą redukcję wartości maksymalnej szybkości wydzielenia ciepła (pHRR ang. peak Heat Release Rate), stanowiącego kluczowy parametr w ocenie palności materiałów polimerowych, odnotowano dla wybranych substancji lub układów uniepalniających wprowadzonych do nienasyconej żywicy poliestrowej (zgłoszenie patentowe nr P.426677) i plastyfikowanego poli(chlorku winylu). Oceniono, że przebieg krzywych HRR dla materiałów z opracowanymi uniepalniaczami jest charakterystyczny dla próbek wykazujących zdolność do tworzenia zwęgliny, co potwierdziła również analiza próbek po teście wykonanym przy użyciu kalorymetru stożkowego (rys.1c). Zaobserwowano, że ilość oraz jakość powstałej zwęgliny warunkowała skuteczność w ograniczaniu palności i emisji dymu z badanych tworzyw. Ponadto na otrzymane rezultaty istotny wpływ wywarł nie tylko rodzaj substancji i typ polimeru, do którego została ona wprowadzona, ale także sposób otrzymania próbek, warunkujący jednorodną strukturę materiałów (rys.1b).
Praca opracowana na podstawie wyników IV etapu programu wieloletniego „Poprawa bezpieczeństwa i warunków pracy”, finansowanego w latach 2017-2019 w zakresie badań naukowych i prac rozwojowych przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego/Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.
