аспирант
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
студент
Россия
студент
Россия
студент
Россия
сотрудник
Россия
УДК 691.175 Пластмассы. Полимерные материалы
ГРНТИ 67.09 Строительные материалы и изделия
Введение. Широкое применение в строительной отрасли полимерных материалов для производства теплоизоляционных изделий на их основе во многом связано с возможностью получать высокопористую полимерную матрицу, обладающую высокой удельной прочностью и химической стойкостью. Из теплоизоляционных полимерных материалов особый интерес представляет пенополиуретан, обладающий теплопроводностью до 0,02 Вт/(м·К). Однако его существенным недостатком является горючесть, ограничивающая область его применения. Активно ведутся работы по нивелированию данного недостатка посредством химической модификации, например, силикатным компонентом в кристаллогидратной форме. Цель настоящей работы заключается в исследовании влияния силикатного компонента на эксплуатационные свойства заливочного жесткого пенополиуретана и установление взаимосвязи с полученной поровой структурой композитов. Материалы и методы. Рассмотрен органоминеральный теплоизоляционный композит на основе реакционноспособной смеси синтеза жесткого заливочного пенополиуретана, модифицированной силикатным компонентом – пентагидратом метасиликата натрия Na₂SiO₃·5H₂O фракции (0,9–1,25 мм). Его получали свободным вспениванием компонентов реакционной смеси. Для модификации в состав смеси вводился силикатный компонент в количествах - 15, 30, 45, 60, 75, 90 % от со-держания реакционноспособной композиции. Подготовленная смесь твердела в течение 24 ч при температуре 22±3оС. Эксплуатационные свойства композиционного материала определяли в соответствии с нормативными документами. Результаты исследования. Выявлено, что модификация ускоряет процессы пено- и полимерообразования. Однако за счет высокой истинной плотности метасиликата натрия первоначально при введении 15% силикатного компонента в систему происходит снижение плотности композита с 51 кг/м³ до 33 кг/м³. Дальнейшее увеличение концентрации силикатсодержащего компонента вплоть до 90 % приводит к возрастанию плотности до 77 кг/м³. Прочность на сжатие при 10% деформации падает на 50% при введении 15% силикатного компонента (с 0,46 до 0,23 МПа), но при дальнейшем увеличении концентрации восстанавливается до 0,36 МПа. Удельная прочность органической полимерной матрицы изменяется незначительно (снижение не более 11%), что сви-детельствует о сохранении её несущей способности. Теплопроводность умеренно незначительно возрастает от 0,022 до 0,029 Вт/(м·К), чему способствует сохранение высокой пористости (94–97%) и закрытоячеистой равномерной поровой структуры. Отмечено, что основной вклад в снижение теплоизоляционной способности и горючести обеспечивается высокотеплопроводным силикатным компонентом в количестве 60-90%. Выводы. Проведенный комплекс исследований в сочетании с расчетом экономической эффективности применения силикатного компонента позволил установить оптимальные составы ком-позиционного материала. Рекомендуется насыщать композицию жесткого заливочного пенополиуретана силикатным компонентом в диапазоне 45-60% от ее содержания.
силикатный компонент, метасиликат натрия, поровая структура, жесткий пенополиуретан, горючесть, плотность, прочность на сжатие, водопоглощение, теплопроводность
1. Фатоев И.И., Хужакулов К.Р., Саъдуллаева Д., Бакиева М. Исследование влияния параметров макроструктуры на прочность пеноматериалов // Молодой ученый. – 2019. – № 8(246). – С. 16-19. – EDN PPAFHH.
2. Гурьев В.В., Никитин В.И., Кофанов В.А. Учет особенностей ячеистой структуры при анализе расчетной теплопроводности газонаполненных полимерных материалов // Промышленное и гражданское строительство. – 2018. – № 9. – С. 98–104. EDN: https://elibrary.ru/YLLDIL
3. Аксенов Б.Г., Стефурак Л.А., Богунова А.А., Абросимова С. А. Моделирование теплоизоляционного материала нелинейной структуры // Инновации и инвестиции. – 2019. – №2.- С.199-202. EDN: https://elibrary.ru/FYCRAB
4. Liu X. et al. Enhancing the flame retardancy of thermoplastic pol-yurethane by introducing montmorillonite nanosheets modified with phosphorylated chitosan //Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2019. – Vol. 119. – Pp. 291-298. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.02.009
5. Wang J. et al. A phosphorous-based bi-functional flame retardant for rigid polyurethane foam //Polymer Degradation and Stability. – 2021. – Vol. 186. – Pp. 109516. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2021.109516; EDN: https://elibrary.ru/PTKLOP
6. Qian X. et al. Synthesis of reactive DOPO-based flame retardant and its application in rigid polyisocyanurate-polyurethane foam // Polymer Degradation and Stability. – 2022. – Vol. 197. – Pp. 109852. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2022.109852; EDN: https://elibrary.ru/MKUNVQ
7. Wu N. et al. Synthesis of reactive phenylphosphoryl glycol ether oligomer and improved flame retardancy and mechanical property of modified rigid polyurethane foams // Materials & Design. – 2019. – Vol. 181. – Pp. 107929. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107929
8. Cao Zhi-Jie, Dong X., Fu T., Deng Shi-Bi, Liao W., Wang Yu-Zhong Coated vs. naked red phosphorus: A comparative study on their fire retardancy and smoke suppression for rigid polyurethane foams // Polymer Degradation and Stability. – 2017. - Vol. 136. - Pp. 103-111. ISSN 0141-3910. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2016.12.004
9. Gibertini E. et al. Silica-encapsulated red phosphorus for flame retardant treatment on textile // Surfaces and Interfaces. – 2021. – Vol. 25. – Pp. 101252. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101252; EDN: https://elibrary.ru/RBLKAI
10. He Zh., Jia D., Wang L., Gao Ao, Zeng Zh., Wang X. Highly dispersed red phosphorus produced by mechanical milling for enhanced flame retardancy of polyurethane-based foam // Polymer Degradation and Stability. – 2022. – Vol. 203. – Pp. 110057, ISSN 0141-3910. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2022.110057; EDN: https://elibrary.ru/XQPANW
11. Yadav A. et al. Recent advancements in flame-retardant polyurethane foams: A review // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2022. – Vol. 61. – №. 41. – Pp. 15046-15065. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c02670
12. Zhou F., Zhang T., Zou B., Hu W., Wang B., Zhan J., Ma Ch., Hu Yu. Synthesis of a novel liquid phosphorus-containing flame retardant for flexible polyurethane foam: Combustion behaviors and thermal propertie // Polymer Degradation and Stability. – 2020. – Vol. 171. - Pp. 109029. ISSN 0141-3910. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2019.109029; EDN: https://elibrary.ru/BLVTXD
13. Bian X.C., Tang J.H., Li Z.M. Flame retardancy of hollow glass microsphere/rigid polyurethane foams in the presence of expandable graphite // J. Appl. Polym. Sci. – 2008. – Vol. 109. - Pp. 1935-1943. DOI: https://doi.org/10.1002/app.27786
14. Shi L., Li Z.M., Yang M.B., Yin B., Zhou Q.M., Tian C.R., Wang J.H. Expandable graphite for halogen-free flame-retardant of high- density rigid polyurethane foams. // Polym Plast Technol. - 2005. - Vol. 44. - Pp. 1323-1337. DOI: https://doi.org/10.1080/03602550500208145
15. Modesti M., Lorenzetti A., Simioni F., Camino G. Expandable graphite as an intumescent flame retardant in polyisocyanurate–polyurethane foams // Polymer Degradation and Stability. - 2002. – Vol. 77. – № 7. - Pp.195-202. DOIhttps://doi.org/10.1016/s0141-3910(02)00034-4 EDN: https://elibrary.ru/XYMIAH
16. Huang Sh.-Ch., Deng C., Zhao Ze-Yo., Chen H., Gao Yu-Ya., Wang Yu-Zh. Phosphorus-containing organic-inorganic hybrid nanoparticles for the smoke suppression and flame retardancy of ther-moplastic polyurethane // Polymer Degradation and Stability. – 2020. - Vol. 178. – №2. - Pp. 109179. ISSN 0141-3910. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2020.109179
17. Ding H., Wang Ch., Wang Jue, Wu L., Sun Na, He H., Liu Lu, Wang W., Zhou K., Zhang W., Yu B. Organic-Inorganic hybrid polymeric flame retardant coating for fire safety rigid polyurethane foam // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2025. - Vol.192. - Pp 108789, ISSN 1359-835X. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2025.108789; EDN: https://elibrary.ru/HVAHEA
18. Веселовский Р.А., Збанацкая Н.Л. Исследование процессов формирования композита на основе полиизоцианата и жидкого стекла // Пластические массы. – 1998. - №9. - С.21-27.
19. Старовойтова И.А., Абдрахманова Л.А, Хозин В.Г. и др. Оптимизация составов гибридных связующих на основе полиизоцианатов и водных растворов силикатов натрия // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2008. – № 1(9). – С. 122-130. EDN: https://elibrary.ru/KAPTQJ
20. Старовойтова И.А. Исследование структуры связующих на основе полиизоцианатов и водных растворов силикатов натрия // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2007. – № 2(8). – С. 89-94. EDN: https://elibrary.ru/KBEJEV
21. Ермоченков М.Г., Белых С.А., Новоселова Ю.В. Исследование структуры антипиренов при высокотемпературном воздействии в сравнении с натриевым жидким стеклом без добавок для защиты конструкций из древесины // Системы. Методы. Технологии. – 2022. – № 2(54). – С. 146-154. – DOIhttps://doi.org/10.18324/2077-5415-2022-2-146-154. – EDN EFZNAT.
22. Крашенниникова М.В. Тенденции и перспективы разработки композиций вспучивающихся огнезащитных покрытий для повышения пределов огнестойкости строительных конструкций // Пожаровзрывобезопасность. 2008. Т. 17. № 2. С. 36-39. EDN: https://elibrary.ru/KNTZYX
23. Липка П.А., Миронова К.А., Бруяко М.Г., Козлова И.В., Самченко С.В. Органоминеральный теплоизоляционный композит: формирование поровой структуры // Техника и технология силикатов. – 2026. – Т. 33, № 1. – С. 46-59. https://doi.org/10.62980/2076-0655-2026-46-59 . EDN: https://elibrary.ru/ZXBUBC
