Состав для огнезащитной обработки синтетических волокон
Владельцы патента RU 2418899:
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 включает, в мас.ч. 25,00-30,00 бората метилфосфит70,00-75,00 воды, и дополнительно - аммиак и сульфат меди при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: борат метилфосфит 25,00-,30,00, вода 70,00-75,00, аммиак 25,00-30,00, 0,75-3,00 сульфата меди. Техническим результатом является 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, 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. № 2184184, Россия, D06M 13/432; опубл. 27.06.01).
Однако применение данного состава требует сушки пропитанного корда при высокой температуре и предназначено 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, D06M 13/20; опубл. 23.08.82).
Однако данный состав отличается сложной рецептурой, а в качестве растворителя применяется токсичное вещество.
Так же 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 фосфор, содержащий 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, кроме того, его приготовление сопровождается сильным разогревом.
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 метилфосита и воду, и дополнительно - аммиак и сульфат меди при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: борат метилфосфит 25,00-30,00, вода 70,00-75,00, аммиак 25,00-30,00, сульфат меди 0,75-3,00.
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 синтетического волокна 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 C08B 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.
Сульфат меди (ТУ 2141-024-05774969-2003) применяют как протраву при крашении текстильных материалов, для консервирования дерева, протравливания семян, как пестицид, антисептическое и вяжущее лекарственное средство, пигмент в красках, для выделки кож.
Применение данного состава позволяет достаточно просто проводить модификацию синтетических волокон. Использование 30%-ного водного раствора бората метилфосфита для полиамидных и 25%-ного для полиэфирных волокон наиболее оптимально. Уменьшение концентрации борат метилфосфита не позволяет достичь эффекта самозатухания, а увеличение концентрации способствует снижению прочности волокон.
Использование 25 мас.ч. аммиака для полиэфирных волокон и 30 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 0,75-1,50 мас.ч. сульфата меди для полиэфирных волокон и 1,50-3,00 мас.ч. для полиамидных волокон наиболее оптимально. При увеличении или уменьшении содержания в пропиточном составе сульфата меди снижается огнестойкость и понижается прочность синтетических волокон.
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 25%-ный водный раствор бората метилфосфита для полиэфирных волокон или 30%-ный водный раствор борат метилфосфита для полиамидных волокон, приливают при перемешивании аммиак. Перемешивание проводят в течение 1-2 минуты при комнатной температуре, затем добавляют сульфат меди и перемешивают 5 минут.
Получают пропиточные составы 1-6, рецептура которых приведена в таблице 1.
Составами 1-3 пропитывают в течение 1 минуты полиэфирный корд марки 18 ПДУ - 144 текс, составами 4-6 пропитывают полиамидный корд марки 25 КНТС 1877 текс x1 x2 и высушивают при комнатной температуре (20°C) до постоянной массы. Затем термостатируют в течение 30 минут при 100°C.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Образцы полиэфирных волокон (длиной 20 см) помещают на 1 минуту в 25%-ный водный раствор бората метилфосфита, предварительно нейтрализованный раствором аммиака 25 мас.ч. до pH 7 и содержащий 0,75 мас.ч. сульфата меди с последующей сушкой при комнатной температуре, затем проводят термостатирование в течение 30 минут при 100°C.
Примеры 2-3 осуществляют по примеру 1, изменяя содержание сульфата меди.
Пример 4. Образцы полиамидных волокон (длиной 20 см) помещают на 1 минуту в 30%-ный водный раствор бората метилфосфита, предварительно нейтрализованный раствором аммиака 30 мас.ч. до pH 7 и содержащий 1,50 мас.ч. сульфата меди с последующей сушкой при комнатной температуре, затем проводят термостатирование в течение 30 минут при 100°C.
Примеры 5-6 осуществляют по примеру 4, изменяя содержание сульфата меди.
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°C в течение 30 минут). 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 9% при 500°С у полиэфирного волокна по рецептам 2 и 3 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 3,6 кгс до 5,0 кгс при использовании состава по рецепту 2, а у полиамидного волокна с 3,6 кгс до 6,6 кгс при использовании рецепта 4. Привес не превышает 20%, что позволяет не менять технологию изготовления резинокордных систем.
| Таблица 1 | ||||||
| Компоненты состава | Содержание компонентов, % | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| полиэфирные | полиамидные | |||||
| Борат метилфосфита | 25,00 | 25,00 | 25,00 | 30,00 | 30,00 | 30,00 |
| Вода | 75,00 | 75,00 | 75,00 | 70,00 | 70,00 | 70,00 |
| Аммиак | 25,00 | 25,00 | 25,00 | 30,00 | 30,00 | 30,00 |
| Сульфат меди | 0,75 | 1,13 | 1,50 | 1,50 | 2,25 | 3,00 |
| Таблица 2 | ||||||||
| Свойства | Показатели для композиции | |||||||
| полиэфирные | полиамидные | |||||||
| Исх. | 1 | 2 | 3 | Исх. | 4 | 5 | 6 | |
| Разрывная нагрузка, кгс | 24,0 | 24,0 | 24,0 | 24,0 | 23,0 | 27,0 | 27,1 | 26,2 |
| Удлинение, мм | 28,0 | 28,0 | 29,0 | 31,0 | 50,0 | 49,0 | 49,3 | 43,5 |
| Огнестойкость | Горит | Затухает | Затухает | Затухает | Горит | Затухает | Затухает | Затухает |
| Коксовый остаток (500°С 30 мин) | 0 | 7,2 | 11,0 | 12,1 | 0 | 8,0 | 8,0 | 9,0 |
| Адгезия к резине, кгс | 3,6 | 5,0 | 4,8 | 4,6 | 4,3 | 6,6 | 6,3 | 6,0 |
| Привес, % | - | 7,1 | 7,4 | 9,2 | - | 13,0 | 14,0 | 17,0 |
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 и сульфат меди при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Борат метилфосфита | 25,0-30,0 |
| Вода | 70,0-75,0 |
| Аммиак | 25,0-30,0 |
| Сульфат меди | 0,75-3,00 |
