ZESPÓŁ AUTORSKI

Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy

dr Kamila Sałasińska

dr inż. Maciej Celiński

Tadeusz Maciejewski

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Każdego roku w pożarach w Europie ginie około 5000 osób, a w USA ponad 4000. Oszacowano, że jedynie w przypadku Stanów Zjednoczonych bezpośrednie straty pożarowe stanowią około 0,2% PKB tego kraju, a całkowity koszt pożarów, wliczając straty materialne, wypłacone ubezpieczenia i inne, to ok. 1% PKB. Wykazano, że tylko w Polsce ginie rocznie średnio 500 osób, z czego 70% to ofiary dymu i/lub toksycznych produktów spalania. Na podstawie danych statystycznych KG PSPW ustalono, że liczba pożarów w Polsce w roku 2017 wyniosła odpowiednio 125 892, a łączne straty w mieniu osiągnęły wartość 1 169 414 800 PLN. Doniesienia literaturowe opisujące pożary dużych obiektów użyteczności publicznej, w których występowały tworzywa sztuczne, potwierdzają zasadność ograniczania palności i emisji dymu materiałów polimerowych. Jednym ze sposobów poprawy ognioodporności i ograniczenia emisji jest wprowadzenie do polimeru dodatków zmniejszających palność. Cieszące się dużą popularnością związki halogenowe, ze względu na uwalnianie toksycznych substancji i wydzielanie dużych ilości dymu podczas spalania materiałów polimerowych je zawierających, zostały zakwestionowane w UE i są ograniczone przez rozporządzenie REACH i przepisy RoHS. Obecnie odnotowuje się wzrost zainteresowania nowymi bezhalogenowymi środkami zmniejszającymi palność, a rosnącą popularnością cieszą się środki hamujące proces spalania poprzez tworzenie na powierzchni materiałów warstwy zwęglenia (ang. Intumescent Flame Retardant). Zaletami stosowania IFR jest ograniczona emisja dymu i jego toksyczności oraz brak powstawania płonących kropli podczas spalania. Proponowany wynalazek dotyczy nowej bezhalogenowej substancji, która skutecznie ogranicza zarówno palność, jak i emisję dymu tworzyw sztucznych, w tym nienasyconej żywicy poliestrowej, i tym samym zwiększa bezpieczeństwo dla użytkowników wykonanych z nich wyrobów, a także korzystnie wpływa na obszar zastosowania tego rodzaju materiałów, co jest istotne z punktu widzenia producentów i przetwórców.

ISTOTA WYNALAZKU

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania nienasyconych żywic poliestrowych o zmniejszonej palności i emisji dymu oraz zastosowanie difosforanu histydyny jako uniepalniacza do otrzymywania nienasyconych żywic poliestrowych o zmniejszonej palności i emisji dymu. Jednoczesne ograniczenie palności i emisji dymu z nienasyconej żywicy poliestrowej było efektem wprowadzenia do niej fosforanowej soli pochodnej imidazolu w postaci difosforanu histydyny, co sprzyjało powstaniu trwałej warstwy zwęglenia na powierzchni utwardzonego materiału poddanego oddziaływaniu strumienia ciepła o zadanej mocy. Zwęglina ta charakteryzowała się budową komórkową, która skutecznie hamowała proces spalania. Tworzenie się spęcznianej warstwy ochronnej pokrywającej całą powierzchnię materiału ograniczało wnikanie ciepła do jego głębszych warstw i zapobiegało powstawaniu małocząsteczkowych produktów rozkładu polimeru, stanowiących paliwo podtrzymujące proces spalania. Ponadto spęczniała zwęglina ograniczała uwalnianie produktów niecałkowitego spalania, stanowiących składniki dymu. Dodatkowo ograniczenie szybkości spalania było efektem wydzielania się niepalnych substancji gazowych zmniejszających stężenie gazów palnych i czynnika utleniającego w obszarze spalania. Wyniki prowadzonych badań wykazały, że wytworzona w podany sposób nienasycona żywica poliestrowa, zawierająca fosforanową sól pochodnej imidazolu mianowicie difosforan histydyny jako substancję uniepalniającą, charakteryzowała się nie tylko istotnie obniżoną palnością, ale również emisją dymów w porównaniu do niemodyfikowanej nienasyconej żywicy poliestrowej. Podobne zależności odnotowano w przypadku żywic modyfikowanych uniepalniaczami komercyjnymi, dla których znaczące obniżenie badanych parametrów obserwowano zazwyczaj albo w przypadku palności, albo dymotwórczości. Zastosowanie fosforanowej soli pochodnej imidazolu mianowicie difosforanu histydyny, stanowiącej przedmiot wynalazku, pozwoliło na jednoczesne i znaczne ograniczenie palności oraz emisji dymu nienasyconej żywicy poliestrowej. Poszczególne wyniki badań palności i emisji dymu uzyskane dla pochodnej imidazolu mianowicie difosforanu histydyny są w większości przypadków lepsze, zaś w pozostałych na podobnym poziomie, do rezultatów uzyskanych dla dostępnych na rynku popularnych środków uniepalniających, przy czym osiągnięto oba efekty równocześnie.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Powszechne stosowanie materiałów polimerowych w budownictwie, jak również motoryzacji, przemyśle elektronicznym i elektronice stawia producentom coraz wyższe wymagania odnośnie ich trwałości, zredukowania negatywnego wpływu na środowisko oraz zwiększenia bezpieczeństwa użytkowania, w tym ochrony przeciwpożarowej. Trwałość, funkcjonalność oraz względy ekonomiczne powodują, że tworzywa polimerowe niejednokrotnie trudno zastąpić przez inne znane nam materiały. Z drugiej strony, poważne ograniczenia w ich zastosowaniu wynikają z ich znacznej palności. Polska pod względem zapotrzebowania na tworzywa polimerowe zajmuje 6 miejsce w EU. Szacuje się, że w roku 2019 polski przemysł zużył ponad 3 mln ton różnych polimerów, co oznacza wzrost o ok. 6,8% w stosunku do roku 2018. W Polsce produkuje się wszystkie podstawowe tworzywa sztuczne, w tym także nienasycone żywice poliestrowe. Prognozuje się, że w przypadku nienasyconych żywic poliestrowych, dla których opracowano rozwiązanie, w najbliższej przyszłości na rynku europejskim dominujące znaczenie będzie miało budownictwo (rurociągi, zbiorniki, elementy konstrukcyjne, sztuczny marmur itd.) oraz motoryzacja (zastępowanie części metalowych elementami wykonanymi z użyciem żywic). Wyjątkowo szybki wzrost popytu spodziewany jest również w segmencie elektrowni wiatrowych, co zależne będzie w dużej mierze od wsparcia rozwoju wykorzystania odnawialnych źródeł energii przez rządy europejskich krajów.