Состав для огнезащитной обработки синтетических волокон
Владельцы патента RU 2330135:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов, в частности к огнезащитной обработке синтетических волокон, и может быть использовано в самолето-, автомобилестроении, резиновой промышленности и для других специальных целей. Состав для указанной обработки включает 50%-ный водный раствор фосфорборсодержащего метакрилата, предварительно нейтрализованного аммиаком до pH 7, и инициатор персульфат натрия в количестве 1-5% от массы фосфорборсодержащего метакрилата при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: фосфорборсодержащий метакрилат - 50,0, вода - 50,0, аммиак - 22,0, персульфат натрия - 1,0-5,0. Обработанные волокна обладают повышенной огнестойкостью, прочностью и стойкостью к термоокислительной деструкции. 2 табл.
Изобретение относится к текстильной промышленности, к способам огнезащитной обработки синтетических волокон, и может быть использовано в самолето-, автомобилестроении, резиновой промышленности и для других специальных целей.
Известен состав для огнезащитной отделки текстильных материалов из целлюлозных волокон, включающий продукт взаимодействия нитрилотриметилфосфоновой кислоты с азотсодержащим веществом и воду, причем в качестве азотсодержащего вещества он содержит мочевину (Пат. России 2184184 , D06М 13/432, опубл. 27.06.01).
Однако применение данного состава требует сушки пропитанного корда при высокой температуре и предназначен только для материалов из хлопчатобумажных, льняных и вискозных волокон.
Известен состав для огнестойкой обработки текстильных материалов, включающий производное хлорэндиковой кислоты и органический растворитель, причем с целью повышения огнестойкости материалов из полиамидных или целлюлозных волокон он дополнительно содержит трехокись сурьмы (Авторское свидетельство СССР 953045, D06М 13/20, опубл. 23.08.82).
Однако данный состав отличается сложной рецептурой, а в качестве растворителя применяется токсичное вещество.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является состав для огнезащитной отделки химических волокон на основе 5-7%-ного водного раствора фосфорсодержащего мономера (Факрил-М) с использованием окислительно-восстановительной системы Fe2+-H2О2 (Заявка России на изобретение 93012912, опубл. 20.09.96).
Однако данный состав необходимо прививать на волокна длительное время и при высокой температуре.
Задача: разработка состава для огнезащитной обработки синтетических волокон, обеспечивающего повышенную огнестойкость, прочность и водопоглощение синтетических волокон.
Техническим результатом является повышение огнестойкости, прочности и стойкости к термоокислительной деструкции синтетических волокон.
Поставленный технический результат достигается тем, что состав для огнезащитной обработки синтетических волокон включает фосфорсодержащий мономер, причем в качестве фосфорсодержащего мономера он содержит 50%-ный водный раствор фосфорборсодержащего метакрилата, предварительно нейтрализованного аммиаком до pH 7, и дополнительно в качестве инициатора персульфат натрия в количестве 1-5% от массы фосфорборсодержащего метакрилата при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: фосфорборсодержащий метакрилат - 50,0, вода - 50,0, аммиак - 22,0, персульфат натрия - 1,0-5,0.
Нами установлено, что причиной повышения огнестойкости, прочности и стойкости к термоокислительной деструкции синтетических волокон является радикальная привитая полимеризация фосфорборсодержащего метакрилата на синтетические волокна.
Наличие в составе фосфорборсодержащего метакрилата атомов фосфора и бора, являющихся ингибиторами горения и окисления, позволяет повысить огнестойкость волокон, а также увеличить их стойкость к термоокислительной деструкции. Увеличение прочности синтетических волокон достигается за счет предварительной нейтрализации водного раствора фосфорборсодержащего метакрилата до нейтральной среды до pH 7 и его последующей прививкой на синтетические волокна.
Фосфорборсодержащий метакрилат известен ранее как ингибитор горения пленочных материалов на основе поливинилового спирта (Патент РФ 2254327, С07С 69/54, опубл. 20.06.05).
Персульфат натрия - инициатор, содержащийся в составе для огнезащитной обработки синтетических волокон, вводится в раствор фосфорсодержащего мономера для инициирования полимеризации.
Применение данного состава позволяет существенно упростить модификацию синтетических волокон. Так, для достижения положительного эффекта не требуется использования многокомпонентных и высококонцентрированных огнезащитных составов. Использование 50%-ного водного раствора фосфорборсодержащего метакрилата наиболее оптимально. Уменьшение концентрации фосфорборсодержащего метакрилата не позволяет достичь эффекта самозатухания, а увеличение концентрации нецелесообразно.
Предварительная нейтрализация аммиаком 50%-ного водного раствора фосфорборсодержащего метакрилата до pH 7 необходима для предотвращения деструкции синтетических волокон.
Добавление в 50%-ный водный раствор фосфорборсодержащего метакрилата инициатора в количестве 1-5% от массы фосфорборсодержащего метакрилата наиболее оптимально. Уменьшение количества инициатора не обеспечивает полной прививки фосфорборсодержащего метакрилата на волокна. Увеличение количества инициатора не оказывает влияние на прививку фосфорборсодержащего метакрилата на волокна.
Необходимо отметить, что применение данного состава для огнезащитной обработки синтетических волокон не требует высоких температур и сложного аппаратурного оформления.
Пример приготовления огнезащитного модифицирующего состава.
В реактор с мешалкой, содержащий 50%-ный водный раствор фосфорборсодержащего метакрилата, приливают при перемешивании раствор аммиака для нейтрализации состава до pH 7, затем добавляют персульфат натрия в качестве инициатора в количестве 1-5% от массы фосфорборсодержащего метакрилата. Под массой фосфорборсодержащего метакрилата подразумевают его 50%-ый водный раствор. Перемешивание проводят в течении 5 минут при комнатной температуре. Получают пропиточные составы 1-3, рецептура которых приведена в таблице 1.
Составами 1-3 пропитывают в течение 15 минут полиэфирный корд 20П из нитей 111 текс ×1×3 (ТУ 6-12-31-03-95) и полиамидный корд 30А с нитями структуры 188 текс ×1×2 (ТУ 6-06-С-04-95) и высушивают при комнатной температуре (20°С) до полной массы.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Образцы синтетических волокон (длиной 20 см) помещают на 15 минут в 50%-ый водный раствор фосфорборсодержащего метакрилата, предварительно нейтрализованного раствором аммиака до pH 7 и содержащего 1% инициатора - персульфата натрия, с последующей сушкой при комнатной температуре.
Примеры 2-3 осуществляют по примеру 1, изменяя количество инициатора - персульфата натрия.
Полученные образцы подвергают исследованию на стойкость к горению (ГОСТ 21793-76), прочность при разрывном напряжении (ГОСТ 20403-75), водопоглощение (ГОСТ 4650-65), стойкость к термоокислительной деструкции (исследования проводились при температурах 300-600°С). Полученные результаты приведены в таблице 2.
Из таблицы видно, что с увеличением количества инициатора улучшаются физико-механические показатели модифицированных волокон. Так, при введении инициатора в количестве 1,0-5,0% от массы фосфорборсодержащего метакрилата разрывная нагрузка полиамидного волокна увеличивается с 30,0 до 32,0 кгс. Кроме того, модифицированные волокна проявляют большую стойкость к термоокислительной деструкции. Наличие значительного коксового остатка 74,0% при 300°С и 13,3% при 600°С у полиамидного волокна и 87,1 при 300°С и 22,4% при 600°С у полиэфирного волокна свидетельствует об эффективном действии фосфорборсодержащего метакрилата как катализатора коксообразования при термоокислительной деструкции исследованных волокон.
Применение в качестве огнезащитного состава 50%-ного водного раствора фосфорборсодержащего метакрилата позволяет избежать многостадийности или последующей обработки модифицируемых волокон. При обработке синтетических волокон фосфорборсодержащим метакрилатом происходит радикальная привитая полимеризация фосфорборсодержащего метакрилата к волокну, что предотвращает его вымывание водой и сохраняет эффект огнезащиты.
| Таблица 1 | |||
| Компонент | Содержание компонентов, мас.ч., в композиции | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Фосфорборсодержащий метакрилат | 50,0 | 50,0 | 50,0 |
| Вода | 50,0 | 50,0 | 50,0 |
| Аммиак | 22,0 | 22,0 | 22,0 |
| Персульфат натрия | 1,0 | 1,5 | 5,0 |
| Таблица 2 | |||||||
| № образца по примерам | Количество инициатора, % | Разрывная нагрузка, кгс | Удлинение, мм | Относительная разрывная нагрузка, кгс/текс | Водопоглощение, % | Коксовый остаток, % | |
| 300°С | 600°С | ||||||
| Полиамидное волокно | |||||||
| Без пропитки | 0 | 18,9 | 18,3 | 44,0 | 9,0 | - | - |
| 1 | 1,0 | 30,0 | 44,0 | 49,5 | 79,6 | 52,0 | 11,0 |
| 2 | 1,5 | 31,0 | 37,0 | 54,6 | 84,9 | 63,0 | 12,5 |
| 3 | 5,0 | 32,0 | 31,7 | 62,3 | 87,3 | 74,0 | 13,3 |
| Полиэфирное волокно | |||||||
| Без пропитки | 0 | 20,0 | 16,0 | 49,9 | 7,0 | 10,0 | 1,0 |
| 1 | 1,0 | 26,0 | 15,0 | 54,6 | 43,0 | 75,2 | 20,0 |
| 2 | 1,5 | 25,9 | 15,0 | 54,3 | 59,0 | 86,1 | 20,6 |
| 3 | 5,0 | 25,6 | 16,0 | 52,8 | 61,0 | 87,1 | 22,4 |
Технико-экономический эффект, полученный от применения данного состава, заключается в том, что его применение позволяет значительно повысить огнестойкость, прочность и стойкость к термоокислительной деструкции синтетических волокон, не требует сложного аппаратурного оформления, высоких температур и времени обработки и позволяет избежать многостадийности за счет использования фосфорборсодержащего метакрилата, содержащего в своей структуре как фосфор, так и бор.
Состав для огнезащитной обработки синтетических волокон, включающий фосфорсодержащий мономер, отличающийся тем, что в качестве фосфорсодержащего мономера он содержит 50%-ный водный раствор фосфорборсодержащего метакрилата, предварительно нейтрализованного аммиаком до pH 7 и дополнительно в качестве инициатора персульфат натрия в количестве 1-5% от массы фосфорборсодержащего метакрилата при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Фосфорборсодержащий метакрилат | 50,0 |
| Вода | 50,0 |
| Аммиак | 22,0 |
| Персульфат натрия | 1,0-5,0 |
