Состав для огнезащитной обработки синтетических волокон
Владельцы патента RU 2418897:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов, в частности к способам огнезащитной обработки синтетических волокон, и может быть использовано в самолето-, автомобилестроении, резиновой промышленности и для других специальных целей. Состав для огнезащитной обработки синтетических волокон содержит в мас.ч.: 20,0-35,0 бората метилфосфита, 65,0-100,0 воды, 15,0-25,0 аммиака, 15,0-25,0 полиакриламида и 0,5-1,5 персульфата калия. Изобретение обеспечивает повышение огнестойкости, прочности, стойкости к термоокислительной деструкции и придание синтетическим волокнам повышенной прочности связи с резиной на основе изопренового каучука. 2 табл.
Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к составам 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 (патент 2184184, Россия, D06М 13/432, опубл. 27.06.01).
Однако применение данного состава требует сушки пропитанного корда при высокой температуре, т.к. он 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 953045, СССР, D06М 13/20, опубл. 23.08.82).
Однако данный состав отличается сложной рецептурой, а в качестве растворителя применяется токсичное вещество.
Также известен состав для огнезащитной отделки химических волокон на основе 5-7%-ного водного раствора фосфорсодержащего мономера (Факрил-М) с использованием окислительно-восстановительной системы Fe2+-H2O2 (заявка на изобретение 93012912, Россия, опубл. 20.09.96).
Однако данный состав необходимо прививать на волокна длительное время и при высокой температуре.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является состав для огнезащитной обработки полиамидных волокон, включающий фосфорсодержащее соединение и воду, и дополнительно используется полиэтиленполиамин (патент 2344215, Россия, D06M 13/50, опубл. 20.01.2009).
Однако данный состав не дает высокой стойкости к термоокислительной деструкции, значительного увеличения прочности волокон.
Задача: разработка состава для огнезащитной обработки синтетических волокон, обеспечивающего повышенную огнестойкость и физико-механические показатели и адгезию волокон к резине на основе изопренового каучука.
Техническим результатом является повышение огнестойкости, прочности, стойкости к термоокислительной деструкции и придание синтетическим волокнам повышенной прочности связи с резиной на основе изопренового каучука.
Поставленный технический результат достигается тем, что состав для огнезащитной обработки синтетических волокон, включающий борат метилфосфита и воду, дополнительно содержит аммиак, полиакриламид и персульфат калия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: борат метилфосфита - 20,0-35,0, вода - 65,0-100,0, аммиак - 15,0-25,0, полиакриламид - 15,0-25,0, персульфат калия - 0,5-1,5.
Нами установлено, что причиной повышения огнестойкости синтетических волокон является образование тонкой огнезащитной пленки на поверхности волокон, которая ингибирует процесс горения за счет образования вспененного слоя с лучшей теплопроводностью, что ограничивает поступление кислорода к источнику горения.
Повышение прочности волокна обусловлено локализацией микродефектов на его поверхности пропиточным составом, так как микродефекты являются первопричиной разрушения волокна при воздействии на него внешних напряжений.
Адгезия синтетических волокон к резине возрастает, по-видимому, за счет появления новых полярных функциональных групп на поверхности волокна, которые вступают в физическое взаимодействие с хлоропреновым каучуком.
Борат метилфосфита использовался ранее для огнезащитной модификации целлюлозных материалов (патент РФ 2254341 C1, C08В 15/05, опубл. 20.06.05).
Аммиак (ГОСТ-6221-90) используется для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина), взрывчатых веществ и полимеров, азотной кислоты, соды.
Полиакриламид (ТУ 6-01-1049-92) используется в качестве гелеобразователя, пленкообразователя, флокулянта и коагулянта.
Персульфат калия (ТУ 38.103270-87) предназначен для применения в качестве ускорителя процессов полимеризации и конденсации при получении синтетических каучуков, латексов и пластмасс, для отбеливания различных веществ, в лабораторной практике и др.
Применение данного состава позволяет достаточно просто проводить модификацию синтетических волокон. Использование 20,0 мас.ч. бората метилфосфита для полиамидных и 20,0-35,0 полиэфирных волокон наиболее оптимально. Уменьшение содержания бората метилфосфита не позволяет достичь эффекта самозатухания, а увеличение содержания способствует снижению прочности волокон.
Использование 15,0-25,0 мас.ч. аммиака для полиэфирных волокон и 18,0 мас.ч. для полиамидных волокон наиболее оптимально. При уменьшении или увеличении содержания аммиака в огнезащитном составе ухудшаются огнезащитные и прочностные свойства синтетических волокон, так как меняется кислотность среды.
Использование 22,0-25,0 мас.ч. полиакриламида для полиэфирных волокон и 15,0 мас.ч. для полиамидных волокон наиболее оптимально. При увеличении содержания в пропиточном составе полиакриламида снижается огнестойкость волокна, а при уменьшении снижается прочность синтетического волокна и стойкость к вымыванию пропиточного состава с поверхности волокна.
Использование персульфата калия 0,5-1,0 мас.ч. для полиэфирных волокон и 0,5-1,5 мас.ч. для полиамидных волокон наиболее оптимально. Уменьшение концентрации приводит к неполной полимеризации полиакриламида, а увеличение приведет к росту содержания непрореагировавшего соединения.
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 вводят расчетное количество бората метилфосфита и воды, затем приливают при перемешивании аммиак. Перемешивание проводят в течение 1-2 мин при комнатной температуре, затем добавляют полиакриламид и персульфат калия и перемешивают содержимое 5 мин.
Получают пропиточные составы 1-6, рецептура которых приведена в таблице 1.
Составами 1-3 пропитывают в течение 1 мин полиэфирный корд марки 18 ПДУ - 144 текс, составами 4-6 пропитывают полиамидный корд марки 25 КНТС 1877 текс х1 х2 и высушивают при комнатной температуре (20°С) до постоянной массы. Затем термостатируют в течение 30 мин при 100°С.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Образцы полиэфирных волокон (длиной 20 см) помещают на 1 мин в пропиточный состав, содержащий 20,0 мас.ч. бората метилфосфита, 100,0 мас.ч. воды, 15,0 мас.ч. аммиака, 22,0 мас.ч. полиакриламида и 0,5 мас.ч. персульфата калия с последующей сушкой при комнатной температуре, затем проводят термостатирование в течение 30 мин при 100°С.
Примеры 2-3 осуществляют по примеру 1, изменяя содержание бората метилфосфита, воды, аммиака, полиакриламида и персульфата калия.
Пример 4.
Образцы полиамидных волокон (длиной 20 см) помещают на 1 мин в пропиточный состав, содержащий 20,0 мас.ч. бората метилфосфита, 80,0 мас.ч. воды, 18 мас.ч. аммиака, 15,0 мас.ч. полиакриламида и 0,5 мас.ч. персульфата калия с последующей сушкой при комнатной температуре, затем проводят термостатирование в течение 30 мин при 100°С.
Примеры 5-6 осуществляют по примеру 4, изменяя содержание персульфата калия.
Полученные образцы подвергают исследованию на стойкость к горению (ГОСТ 21793-76), прочность при разрывном напряжении (ГОСТ 20403-75), стойкость к термоокислительной деструкции (исследования проводились при температуре 500°С в течение 30 мин). Прочность связи пропитанного корда с резиной на основе изопренового каучука (Ф.Ф.Кошелев и др. Общая технология резины. - М.: Химия, 1978. - С.57) определяли Н-методом (ГОСТ 23785.7-89) на разрывной машине РМИ-60. Полученные результаты приведены в таблице 2.
Из таблицы видно, что модифицированные волокна проявляют большую стойкость к термоокислительной деструкции. Например, наличие коксового остатка 12,7% и 12,5 при 500° у полиамидного волокна по рецептам 5 и 6 свидетельствует об эффективном действии огнезащитного состава, как катализатора коксообразования при термоокислительной деструкции исследованных волокон. Применение указанного состава способствует увеличению прочности связи полиэфирного волокна с резиной, на основе изопренового каучука, с 5,0 кгс до 9,3 кгс при использовании состава по рецепту 1, а у полиамидного волокна с 4,3 кгс до 5,6 кгс при использовании рецепта 4. Также увеличивается прочность волокон. Так при использовании состава 1 прочность полиэфирного волокна возрастает с 24,0 до 28,9 кгс, а при использовании состава 4 прочность полиамидного волокна возрастает с 23,0 до 32,3 кгс. Привес не превышает 25%.
| Таблица 1 | ||||||
| Компоненты состава | Содержание компонентов, % | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Полиэфирные | полиамидные | |||||
| Борат метилфосфита | 20,0 | 30,0 | 35,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 |
| Вода | 100,0 | 70,00 | 65,0 | 80,0 | 80,0 | 80,0 |
| Аммиак | 15,0 | 23,0 | 25,0 | 18,0 | 18,0 | 18,0 |
| Полиакриламид | 22,0 | 25,0 | 25,0 | 15,0 | 15,0 | 15,0 |
| Персульфат калия | 0,5 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 1,0 | 1,5 |
| Таблица 2 | ||||||||
| Свойства | Показатели для композиции | |||||||
| полиэфирные | полиамидные | |||||||
| Исх. | 1 | 2 | 3 | Исх. | 4 | 5 | 6 | |
| Разрывная нагрузка, кгс | 24,0 | 28,9 | 27,0 | 26,0 | 23,0 | 32,3 | 31,8 | 30,8 |
| Удлинение, мм | 28,0 | 36,0 | 35,5 | 34 | 39,0 | 41,7 | 39,7 | 41 |
| Огнестойкость | Горит | Затухает | Затухает | Затухает | Горит | Затухает | Затухает | Затухает |
| Коксовый остаток, % (500°C 30 мин) | 0 | 11,3 | 9,5 | 8,7 | 0 | 7,2 | 12,7 | 12,5 |
| Адгезия к резине, кгс | 5,0 | 9,3 | 7,6 | 8,6 | 4,3 | 5,6 | 4,8 | 4,5 |
| Привес, % | - | 18,5 | 25,0 | 24,0 | - | 12,8 | 15,8 | 19,0 |
Технико-экономический эффект, полученный от применения данного состава, заключается в том, что его применение позволяет значительно повысить огнестойкость, стойкость к термоокислительной деструкции синтетических волокон, а также адгезию к резине на основе изопренового каучука, не требует сложного аппаратурного оформления, длительного времени обработки, что позволяет избежать многостадийности обработки.
Состав для огнезащитной обработки синтетических волокон, включающий борат метилфосфита и воду, отличающийся тем, что содержит дополнительно аммиак, полиакриламид и персульфат калия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Борат метилфосфита | 20,0-35,0 |
| Вода | 65,0-100,0 |
| Аммиак | 15,0-25,0 |
| Полиакриламид | 15,0-25,0 |
| Персульфат калия | 0,5-1,5 |
