Technique and technology of silicates Technique and technology of silicates Техника и технология силикатов 2076-0655 122608 10.62980/2076-0655-2026-9-23 vgshgw ОСНОВНАЯ РУБРИКА MAIN RUBRIC ОСНОВНАЯ РУБРИКА THERMAL STABILITY AND FLAMMABILITY OF PHOSPHORUS-CONTAINING POLYISOCYANURATE FOAMS ТЕРМОСТОЙКОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ ПЕНОПОЛИИЗОЦИАНУРАТОВ Золотарев Михаил Евгеньевич Zolotarev Michail Evgenievich egaandmisha9@gmail.com Нагановский Юрий Кузьмич Naganovsky Yuri Kuzmich reut11731@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Ушков Валентин Анатольевич Ushkov Valentin Anatolevich va.ushkov@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Стенечкина Ксения Сергеевна Stenechkina Kseniya Sergeevna stenechkina522@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Тоиров Сиёвуш Хисравович Toirov Siyovush Hisravovich ovtoir@gmail.com Евтушенко Юрий Михайлович Evtushenko Yurij Mihajlovich evt-yuri@mail.ru

доктор химических наук;

doctor of chemical sciences;

 ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» Москва Россия National Research Moscow State University of Civil Engineering Moscow Russian Federation ФГБУ «Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны» Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий Балашиха Россия All-Russian Research Institute for Fire Protection of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters Balashikha Russian Federation ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» Москва Россия National Research Moscow State University of Civil Engineering Moscow Russian Federation ФГБОУ ВО "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" Москва Россия National Research Moscow State University of Civil Engineering Moscow Russian Federation Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт синтетических полимерных материалов имени Н.С. Ениколопова" РАН Москва Россия N.S. Enikolopov Institute of Synthetic Polymer Materials of the Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт синтетических полимерных материалов имени Н.С. Ениколопова" РАН Москва Россия N.S. Enikolopov Institute of Synthetic Polymer Materials of the Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation 27 02 2026 27 02 2026 33 1 9 23 25 01 2026 25 02 2026 https://tsilicates.ru/en/nauka/article/122608/view

Введение. Повышенная горючесть полимерных теплоизоляционных материалов (пенопластов) существенно сдерживает их более широкое применение в строительной индустрии. Для снижения горючести указанных материалов используют антипирены на основе различных фосфор- и азотсодержащих соединений. Особый интерес для снижения горючести пенополиизоциануратов (ПИР) представляет смесь меламина и полифосфата аммония (ПФА). Целью настоящего исследования являлось установление влияния содержания и соотношения меламина и ПФА на горючесть и основные закономерности термической и термоокислительной деструкции ПИР. Задачи исследования. Получение ПИР с различным содержанием и соотношением меламина и ПФА, определение термостойкости и горючести фосфорсодержащих пенопластов, анализ полученных результатов оценки горючести, термической и термоокислительной деструкции фосфорсодержащих ПИР. Материалы и методы. В качестве объектов исследования использовали ПИР с различным содержанием и соотношением меламина и ПФА. Термостойкость фосфорсодержащих ПИР изучали с помощью мультимодального термоаналитического комплекса DuPont – 9900 и термовесов TGA-951. Горючесть пенопластов определяли методом кислородного индекса по ГОСТ 21793-76. Результаты исследования. Показано, что образование коксового остатка при пиролизе фосфорсодержащих ПИР зависит от содержания исследованных антипиренов и соотношения меламина и ПФА. При термической деструкции ПИР при соотношении меламина и ПФА, равном 62:38, слой кокса превышает в 1,27 – 1,63 раза выход кокса при соотношении указанных соединений, равном 50:50. Выявлено, что наблюдаемый эффект является основным фактором, определяющим более высокую эффективность пламягасящего действия смесей меламина и ПФА при их соотношении 62:38. Выводы. Установлено, что умеренно горючие пенополиизоцианураты (кислородный индекс превышает 27%) могут быть получены при концентрации исследованных фосфоразотсодержащих антипиренов, более 8-15 мас. % в зависимости от соотношения меламина и полифосфата аммония. При этом наблюдается линейная зависимость кислородного индекса (КИ) пенопластов от величины коксового остатка при термической деструкции фосфорсодержащих ПИР. Механизм снижения горючести разработанных фосфорсодержащих пенополиизоциануратов основан на усилении карбонизации полимерной матрицы и вспениванием коксового слоя за счет разложения меламина.

Introduction. The high flammability of polymeric thermal insulation materials (foams) significantly limits their wider application in the construction industry. To reduce the flammability of these materials, flame retardants based on various phosphorus- and nitrogen-containing compounds are used. Of particular interest for reducing the flammability of polyisocyanurate foams (PIR) is a mixture of melamine and ammonium polyphosphate (APP). The aim of this study was to determine the effect of the content and ratio of melamine and APP on the flammability and main patterns of thermal and thermooxidative degradation of PIR. Research objectives. Production of PIR with varying content and ratio of melamine and APP; determination of thermal stability and flammability of phosphorus-containing foams; analysis of the obtained results on flammability assessment, thermal and thermooxidative degradation of phosphorus-containing PIR. PIR with varying content and ratio of melamine and APP were used as research objects. The thermal stability of phosphorus-containing PIR was studied using a DuPont-9900 multimodal thermoanalytical complex and TGA-951 thermobalance. The flammability of foams was determined by the limiting oxygen index method according to GOST 21793-76. Results. It was shown that the formation of char residue during pyrolysis of phosphorus-containing PIR depends on the content of the studied flame retardants and the ratio of melamine to APP. During thermal degradation of PIR at a melamine:APP ratio of 62:38, the char yield exceeds by 1.27–1.63 times the char output at a ratio of these compounds equal to 50:50. It was revealed that the observed effect is the main factor determining the higher flame-retardant efficiency of melamine-APP mixtures at a ratio of 62:38. Conclusions. It was established that moderately flammable polyisocyanurate foams (oxygen index exceeding 27%) can be obtained at a concentration of the studied phosphorus-nitrogen flame retardants above 8–15 wt.%, depending on the melamine:APP ratio. A linear dependence of the oxygen index (OI) of foams on the char residue value during thermal degradation of phosphorus-containing PIR was observed. The mechanism of flammability reduction in the developed phosphorus-containing polyisocyanurates is based on enhanced carbonization of the polymer matrix and foaming of the char layer due to melamine decomposition.

 кислородный индекс коксовый остаток меламин пенополиизоцианурат полифосфат аммония термическая и термоокислительная деструкция фосфорсодержащий антипирен oxygen index char residue melamine polyisocyanurate foam ammonium polyphosphate thermal and thermooxidative degradation phosphorus-containing flame retardant Работа выполнена в НИУ МГСУ в рамках реализации Программы развития университета «ПРИОРИТЕТ 2030». Проект 3.1 «Научный прорыв в строительной отрасли – новые технологии, новые материалы, новые методы». The work was carried out at NIU MSCU within the framework of the University Development Program “PRIORITY 2030”. Project 3.1 “Scientific breakthrough in the construction industry - new technologies, new materials, new methods”

Сапрыкин Г. П., Максименко А. Т. Перспективы применения новых теплоизоляционных материалов в со-временном строительстве // Вестник СевКавГТИ. – 2009. – № 9. – С. 37–39. Saprykin G. P., Maksimenko A. T. Prospects for the application of new thermal insulation materials in modern construction // Vestnik SevKavGTI. – 2009. – No. 9. – P. 37–39. (In Russian). Серебрякова В. А. Сравнительный анализ теплоизоляционных материалов, используемых в гражданском строительстве // Высокие технологии в строительном комплексе. – 2019. – № 1. – С. 49–55. Serebryakova V. A. Comparative analysis of thermal in-sulation materials used in civil construction // High Technologies in the Construction Complex. – 2019. – No. 1. – P. 49–55. (In Russian). Гурьев В. В., Жуков А. Д., Еремеев В. Е., Жолудов В. С., Семенов В. С., Боброва Е. Ю. Тепловая изоляция в промышленности. Теория, материалы и системы изоляции. – М. : НИУ МГСУ, 2021. – 184 с. Guryev V. V., Zhukov A. D., Eremeev V. E., Zholudov V. S., Semenov V. S., Bobrova E. Yu. Thermal insulation in industry. Theory, materials, and insulation systems. – Moscow: NRU MGSU, 2021. – 184 p. (In Russian). Клемпнер Д. Полимерные пены и технология их вспенивания : пер. с англ. / под ред. А. М. Чеботаря. – СПб. : Профессия, 2009. – 600 с. Klempner D. Polymeric foams and foaming technology: translated from English / edited by A. M. Chebotar. – St. Petersburg: Professiya, 2009. – 600 p. (In Russian). Федосов С. В., Малбиев С. А., Кусенкова А. А. [и др.] Состояние и перспективы применения полимерных теплоизоляционных материалов в строительстве // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии. – 2018. – № 3. – С. 26–43. Fedosov S. V., Malbiev S. A., Kusenkova A. A. [et al.] Current state and prospects for the application of polymeric thermal insulation materials in construction // Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Seriya: Materialy. Konstrukcii. Tekhnologii. – 2018. – No. 3. – P. 26–43. (In Russian). Колосова А. С., Пикалов Е. С. Современные газонаполненные полимерные материалы и изделия // International Journal of Applied and Fundamental Research. – 2020. – № 10. – С. 54–67. Kolosova A. S., Pikalov E. S. Modern gas-filled polymer materials and products // International Journal of Applied and Fundamental Research. – 2020. – No. 10. – P. 54–67. (In Russian). Аралов Е. С., Кулицкий Б. М., Бугаевский Д. О. Эффективность теплоизоляционных материалов, применяемых при строительстве наружных ограждающих конструкций // Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации. – 2021. – № 4(25). – С. 26–31. Aralov E. S., Kulitsky B. M., Bugaevsky D. O. Efficiency of thermal insulation materials used in the construction of external building envelopes // Gradostroitel'stvo. Infrastruktura. Kommunikacii. – 2021. – No. 4(25). – P. 26–31. (In Russian). Ушков М. В., Самченко С. В., Копытин А. В., Агафонова Н. З., Ушков В. А. Технологические и эксплуатационные свойства заливочных эпоксидных пенопластов строительного назначения // Строительные материалы. – 2025. – № 8. – С. 47–54. – DOI: 10.62980/2076-0655-2025-62-73. Ushkov M. V., Samchenko S. V., Kopytin A. V., Agafonova N. Z., Ushkov V. A. Technological and operational properties of cast epoxy foams for construction purposes // Construction Materials. – 2025. – No. 8. – P. 47–54. – DOI: 10.62980/2076-0655-2025-62-73. (In Russian). Глотова Ю. В. Изделия из пенополиизоцианурата в строительных системах // Бюллетень науки и практики. – 2016. – № 4. – С. 82–85. Glotova Yu. V. Polyisocyanurate foam products in building systems // Bulletin of Science and Practice. – 2016. – No. 4. – P. 82–85. (In Russian). Копылов И. А. PUR и PIR — новые для России теплоизоляционные материалы // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. – 2016. – № 7–8. – С. 16–19. Kopylov I. A. PUR and PIR — new thermal insulation materials for Russia // Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka. – 2016. – No. 7–8. – P. 16–19. (In Russian). Золотарев М. Е., Нагановский Ю. К., Ушков В. А. Термостойкость заливочных пенополиизоциануратов // Техника и технология силикатов. – 2024. – Т. 31, № 2. – С. 128–139. – DOI: 10.62980/2076-0655-2024-128-139. Zolotarev M. E., Naganovsky Yu. K., Ushkov V. A. Thermal stability of casting polyisocyanurate foams // Engineering and Technology of Silicates. – 2024. – Vol. 31, No. 2. – P. 128–139. – DOI: 10.62980/2076-0655-2024-128-139. (In Russian). Ушков В. А. Горючесть газонаполненных полимеров // Строительство: наука и образование. – 2017. – Т. 7, вып. 3(24). – С. 60–68. Ushkov V. A. Flammability of gas-filled polymers // Stroitel'stvo: nauka i obrazovanie [Construction: Science and Education]. – 2017. – Vol. 7, Issue 3(24). – P. 60–68. (In Russian). Ушков В. А., Копытин А. В., Ланской П. С., Ушков М. В., Серков Б. Б. О корреляции кислородного индекса с результатами оценки воспламеняемости и горючести полимерных композиционных материалов, полученных маломасштабными методами // Пожары и чрезвычайные ситуации: предупреждение, ликвидация. – 2023. – № 4. – С. 60–68. Ushkov V. A., Kopytin A. V., Lanskoy P. S., Ushkov M. V., Serkov B. B. Correlation of oxygen index with the results of assessing the flammability and combustibility of polymer composite materials obtained by small-scale methods // Pozhary i chrezvychajnye situacii: preduprezhdenie, likvidaciya. – 2023. – No. 4. – P. 60–68. (In Russian). Lewin M. Synergistic and catalytic effects in flame retardancy of polymeric materials — an overview // Journal of Fire Sciences. – 1999. – Vol. 17, No. 1. – P. 3–19. – DOI: 10.1177/073490419901700101. Lewin M. Synergistic and catalytic effects in flame retardancy of polymeric materials — an overview // Journal of Fire Sciences. – 1999. – Vol. 17, No. 1. – P. 3–19. – DOI: 10.1177/073490419901700101. Плешакова Е. В., Гусев Ю. С. Бромированные антипирены, их воздействие на человека и окружающую среду. – Саратов : ООО «Амирит», 2024. – 196 с. Pleshakova E. V., Gusev Yu. S. Brominated flame retardants, their impact on humans and the environment. – Saratov: LLC "Amitrit", 2024. – 196 p. (In Russian). Chan Y. Y., Ma C., Zhou F., Hu Y. [et al.] A liquid phosphorus flame retardant combined with expandable graphite or melamine in flexible polyurethane foam // Polymer Advances in Technology. – 2022. – Vol. 33, No. 1. – P. 326–339. Chan Y. Y., Ma C., Zhou F., Hu Y. [et al.] A liquid phosphorus flame retardant combined with expandable graphite or melamine in flexible polyurethane foam // Polymer Advances in Technology. – 2022. – Vol. 33, No. 1. – P. 326–339. Atabek S. L., Kaya D. T., Umit T., Dogan M. Effect of microcapsulated red phosphorus on flame retardant, thermal and mechanical properties of thermoplastic polyurethane composites filled with huntite & hydromagnesite mineral // Polymer Degradation and Stability. – 2017. – Vol. 135. – P. 121–129. – DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2016.12.001. Atabek S. L., Kaya D. T., Umit T., Dogan M. Effect of microcapsulated red phosphorus on flame retardant, thermal and mechanical properties of thermoplastic polyurethane composites filled with huntite & hydromagnesite mineral // Polymer Degradation and Stability. – 2017. – Vol. 135. – P. 121–129. – DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2016.12.001. Ушков В. А., Сокорева Е. В., Горюнова А. В., Демяненко С. А. Пожарная опасность фосфорсодержащих жестких заливочных пенополиуретанов // Вестник МГСУ. – 2018. – Т. 13, № 12. – С. 1524–1532. – DOI: 10.22227/1997-0935.2018.12.1524-1532. Ushkov V.A., Sokoreva E.V., Goryunova A.V., Demjanenko S.A. Fire hazard of phosphorus-containing hard casting polyurethane foams. Vestnik MGSU [Proceed-ings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2018; 13:12:1524-1532. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.12.1524-1532 (In Russian). Ушков В. А., Горюнова А. В., Золотарев М. Е., Ушков М. В. Влияние фосфорсодержащих антипиренов на показатели пожарной опасности газонаполненных полимеров на основе реакционноспособных олигомеров // Пожаровзрывобезопасность. – 2023. – Т. 32, № 3. – С. 41–53. Ushkov V. A., Goryunova A. V., Zolotarev M. E., Ushkov M. V. Influence of phosphorus-containing flame retardants on fire hazard indicators of gas-filled polymers based on reactive oligomers // Fire and Explosion Safety. – 2023. – Vol. 32, No. 3. – P. 41–53. (In Russian). Gómez-Fernández S., Ugarte L., Peña-Rodríguez C., Corcuera M. A. [et al.] The effect of phosphorus containing polyol and layered double hydroxides on the properties of a castor oil based flexible polyurethane // Polymer Degradation and Stability. – 2016. – Vol. 132. – P. 41–51. Gómez-Fernández S., Ugarte L., Peña-Rodríguez C., Corcuera M. A. [et al.] The effect of phosphorus containing polyol and layered double hydroxides on the properties of a castor oil based flexible polyurethane // Polymer Degradation and Stability. – 2016. – Vol. 132. – P. 41–51. Захарченко А. А., Ваниев М. А., Кочнов А. Б., Шокова Д. В., Борисов С. В., Новаков И. А. Исследование свойств пенополиуретановых материалов на основе фосфорсодержащего полиола // Вестник ВолгГТУ. – 2018. – № 4(214). – С. 98–102. Zakharchenko A. A., Vaniev M. A., Kochnov A. B., Shokova D. V., Borisov S. V., Novakov I. A. Study of the properties of polyurethane foam materials based on phosphorus-containing polyol // Vestnik VolgGTU. – 2018. – No. 4(214). – P. 98–102. (In Russian). Богданова В. В., Кобец О. И., Бурая О. Н. Направленное регулирование огнезащитной и огнетушащей эффективности N–P-содержащих антипиренов в синтетических и природных полимерах // Горение и взрыв. – 2019. – Т. 12, № 2. – С. 106–115. Bogdanova V. V., Kobets O. I., Buraya O. N. Targeted regulation of fire-protective and fire-extinguishing efficiency of N–P-containing flame retardants in synthetic and natural polymers // Gorenie i vzryv. – 2019. – Vol. 12, No. 2. – P. 106–115. (In Russian). Тоиров С. Х., Евтушенко Ю. М., Кучкина И. О., Безсуднов И. В., Ушков В. А., Берлин А. А. Синергетические эффекты нестехиометрических P,N-антипиренов на основе меламина и аммонийных производных фосфорной кислоты. Часть 2. Результаты исследований // Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2025. – № 9. – С. 28–35. Toirov S. Kh., Evtushenko Yu. M., Kuchkina I. O., Bezsudnov I. V., Ushkov V. A., Berlin A. A. Synergistic effects of non-stoichiometric P,N-flame retardants based on melamine and ammonium derivatives of phosphoric acid. Part 2. Research results // Vse materialy. Enciklopedicheskij spravochnik. – 2025. – No. 9. – P. 28–35. (In Russian). Евтушенко Ю. М., Тоиров С. Х., Ушков В. А., Берлин А. А. Новые фосфоразотсодержащие антипирены для композитных материалов на основе полимеров конденсационного типа // Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2025. – № 2. – С. 13–21. Evtushenko Yu. M., Toirov S. Kh., Ushkov V. A., Berlin A. A. New phosphorus-nitrogen-containing flame retardants for composite materials based on condensation-type polymers // All Materials. Encyclopedic Reference. – 2025. – No. 2. – P. 13–21. (In Russian). Evtushenko Yu. M., Toirov S. Kh., Ushkov V. A., Berlin A. A. New Phosphorus-Nitrogen-Containing Flame Retardants for Composite Materials Based on Condensation Polymers // Polymer Science – Series D. – 2025. – Vol. 18, No. 2. – P. 429–434. – DOI: 10.1134/S1995421225700327. Evtushenko Yu. M., Toirov S. Kh., Ushkov V. A., Berlin A. A. New Phosphorus-Nitrogen-Containing Flame Retardants for Composite Materials Based on Condensation Polymers // Polymer Science – Series D. – 2025. – Vol. 18, No. 2. – P. 429–434. – DOI: 10.1134/S1995421225700327. Ушков В. А. Разработка научных основ получения полимерных строительных материалов с пониженной пожарной опасностью : автореф. дис. … д-ра техн. наук. – М., 2020. – 46 с. Ushkov V. A. Development of scientific foundations for producing polymeric construction materials with reduced fire hazard: Abstract of Dr. Sci. (Engineering) dissertation. – Moscow, 2020. – 46 p. (In Russian).