Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

NEW IMPREGNATING FIRE PROTECTIVE COMPOUNDS BASED ON PHOSPHORUS BORON CONTAINING OLIGOMER AND POLYACRYLAMIDE

Gonoshilov D.G. 1 Kablov V.F. 1 Keibal N.A. 1 Bondarenko S.N. 1
1 Volzhsky Polytechnical Institute (branch of) Volgograd State Technical University,
Статья посвящена разработке огнезащитных составов на основе фосфорборсодержащего олигомера и полиакриламида. Представлены рецептуры пропиточных составов, определено их влияние на такие физико-механические показатели, как разрывная нагрузка, относительное удлинение, адгезия к резине на основе СКИ-3, горючесть. В статье описаны модификация поликапроамидных нитей огнезащитным составом, механизмы повышения прочности, огнестойкости и адгезионных показателей. В заключение сделан вывод о возможности использования данных составов для создания трудногорючих текстильных материалов и резинокордных композитов.
The article is devoted to the development of fire protective compounds based on phosphorus boron containing oligomer and polyacrylamide. The impregnating compounds formulations are shown and an effect of these compounds on physical and mechanical characteristics, such as breaking load, elongation, adhesion to the rubber based on SKI-3 and combustibility, is determined. The article describes modification of polycaproamide fibers with the fire protective compound, mechanisms of strength enhancement, fire resistance and adhesive characteristics. In conclusion it is said about a possibility of using these compounds for creation of hard-combustible textile materials and rubber-cord composites.
phosphorus boron containing compounds
polyacrylamide
polyamide fibers
fire-resistance
combustibility

Основную часть технического текстиля, в первую очередь нетканные материалы и кордные ткани, изготавливают из химических (полиэфирных, полиамидных и других) волокон и нитей. Большинство выпускаемых промышленностью химических волокон и текстильных материалов легко воспламеняемы и горючи. Статистика показывает, что возгорание текстильных материалов является причиной все возрастающих количеств пожаров в жилых и общественных зданиях. Нити легко воспламеняются, быстро горят с выделением большого количества дыма и токсичных газообразных продуктов. Также эти материалы характеризуются таким недостатком, как каплепадение, что является дополнительным источником распространения пламени [1].

Указанную проблему можно решить путем обработки волокон и нитей замедлителями горения, в качестве которых обычно используют неорганические и органические соединения, содержащие в своем составе такие элементы, как галогены, фосфор, азот, бор, металлы и другие.

С целью устранения горючести полиамидных нитей нами были разработаны огнезащитные пропиточные составы для их поверхностной обработки на основе фосфорборсодержащего олигомера (ФБО) и полиакриламида (АА).

Пропиточные составы представляют собой 30 %-е водные растворы ФБО, нейтрализованные аммиаком до pH = 6-7. Акриламид вводился в количестве 40 и 45 масс. ч. на 100 масс. ч. раствора ФБО. В качестве инициатора полимеризации акриламида использовался персульфат натрия в количестве 0,05-0,2 масс. ч. Ранее ФБО использовался для снижения горючести целлюлозных материалов [2-3] и полиамидных нитей [4].

Объектом исследования являлся капроновый корд (nylon 6) (ТУ 6-13-5-99), марки 25 КНТС, 252 КНТС - 187 текс×1×2.

Пропитку поликапроамидных нитей проводили в течение 15 минут при нормальных условиях, после чего обработанные нити сушили до постоянной массы. Затем осуществляли их термостатирование в течение 30 минут при 150 °С.

Наибольший интерес представляют пропиточные составы, компоненты которых способны вступать в химическое взаимодействие с поликапроамидными нитями. В пропиточные составы на основе ФБО вводился акриламид, который способствует образованию защитной пленки на поверхности нити, за счет инициирования персульфата натрия в различных соотношениях. На первой стадии идет инициирование полимеризации и образование активных центров. На второй стадии идет присоединение акриламида с образованием сшитых структур.

Фосфорилирование поликапроамида фосфорборсодержащим олигомером сопровождается образованием сшитых структур, что, по-видимому, свидетельствует об образовании поперечных связей в образцах модифицированных полиамидных нитей за счет возникновения нерастворимых комплексных соединений по атому бора, указанное приводит к потере растворимости полимера в воде.

Определение основных физико-механических показателей обработанных нитей проводилось по гостированным методикам.

Как видно из рис. 1 увеличение концентрации персульфата натрия приводит к увеличению прочности нитей с 24,0 кгс до 31,9 кгс.

pic

Рис. 1. Зависимость разрывной нагрузки нити от количества инициатора:
АА40 - содержание акриламида 40 масс.ч., АА45 - содержание акриламида 45 масс.ч.

Увеличение прочности нити, по-видимому, связанно с тем, что на поверхности мононитей идет «залечивание» микродефектов. Полиакриламид создает поверхностную пленку, защищающую нить, а также скрепляет между собой волокна в пучке. Схема упрочнения нити представлена на рис. 2.

pic

Рис. 2. Схема упрочнения нити

Как видно из рис. 3, наблюдается уменьшение относительного удлинения нити с 50 до 38 мм. Это связанно с образованием сшитой прочной структуры на поверхности нити.

Важной характеристикой нитей после пропитки является привес, который, как видно из рис. 4, после обработки составил от 18 до 25 %. Такое количество огнезащитного состава на нити значительно не изменяет технологические свойства нити.

Так как поликапроамидные нити широко используются в производстве резинокордных изделий, например транспортерных лент и рукавов, было исследовано изменение их прочности связи с резиной на основе полиизоренового каучука в зависимости от рецептуры пропиточного состава. Изучение влияния огнезащитных составов на адгезию полиамидных нитей к резине показало, что модифицированные нити обладают повышенными адгезионными показателями. Как видно из рис. 5, идет увеличение прочности связи с 4,3 до 6,4 кгс, что связанно с появлением новых функциональных групп на поверхности нити, а следовательно, новых физических и химических связей.

pic

Рис. 3. Зависимость удлинения нити от количества инициатора:
АА40 - содержание акриламида 40 масс.ч.,
АА45 - содержание акриламида 45 масс.ч.

pic

Рис. 4. Влияние количества инициатора в пропиточном составе на привес нити:
АА40 - содержание акриламида 40 масс.ч.,
АА45 - содержание акриламида 45 масс.ч.

pic

Рис. 5. Зависимости прочности связи нити с резиной на основе СКИ-3
от количества инициатора:
АА40 - содержание акриламида 40 масс.ч., АА45 - содержание акриламида 45 масс.ч.

Исследование модифицированных нитей на горение в соответствии с ОСТ 1 90094-79 «Полимерные материалы. Метод определения горючести» показало, что при воздействии на них источников открытого пламени и последующего его удаления происходит их самозатухание в среднем через 2-5 с. Кроме того, модифицированные нити проявляют большую стойкость к термоокислительной деструкции, чем непропитанные нити. Результаты представлены в таблице.

Образующийся кокс играет роль теплоизолятора, т.е. уменьшает температуру в зоне реакции. Также при разложении ФБО выделяются полифосфорные и борные кислоты в виде пленки на поверхности нити, которые ограничивают доступ кислорода к источнику горения.

Таким образом, модификация полиамидных нитей разработанными огнезащитными пропиточными составами способствует увеличению не только их огнестойкости, но и прочности, адгезии к резине. Поэтому применение нитей, модифицированных составами на основе ФБО, целесообразно использовать в резино-технических и текстильных изделиях, подверженных действию повышенных температур и открытому пламени.

Стойкость полиамидной нити к термоокислительной деструкции

Количество
акриламида, масс. ч.

Количество
персульфата натрия масс. ч.

Огнестойкость
(ОСТ1 90094-79)

Время, мин

10

20

30

Потеря массы, %

0

0

Горит

81,4

84,6

92,8

40

0,05

Самозатухает

48,3

57,0

79,0

40

0,10

Самозатухает

53,4

67,7

77,9

40

0,15

Самозатухает

47,8

60,2

74,7

40

0,20

Самозатухает

49,5

78,3

87,3

45

0,05

Самозатухает

48,2

73,5

78,7

45

0,10

Самозатухает

50,6

55,3

74,0

45

0,15

Самозатухает

52,5

69,7

87,5

45

0,20

Самозатухает

54,3

67,3

83,8


Рецензенты:

Голованчиков А.Б., д.т.н., профессор кафедры «Процессы и аппараты химических производств» ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», г. Волгоград;

Тужиков О.И., д.х.н., профессор кафедры «Технология высокомолекулярных и волокнистых материалов» ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», г. Волгоград.

Работа поступила в редакцию 30.05.2011.