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.
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.
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.
Рис. 3. Зависимость удлинения нити от количества инициатора:
АА40 - содержание акриламида 40 масс.ч.,
АА45 - содержание акриламида 45 масс.ч.
Рис. 4. Влияние количества инициатора в пропиточном составе на привес нити:
АА40 - содержание акриламида 40 масс.ч.,
АА45 - содержание акриламида 45 масс.ч.
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 |
Количество |
Огнестойкость |
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.
Библиографическая ссылка
Гоношилов Д.Г., Каблов В.Ф., Кейбал Н.А., Бондаренко С.Н. НОВЫЕ ПРОПИТОЧНЫЕ ОГНЕЗАЩИТНЫЕ СОСТАВЫ НА ОСНОВЕ ФОСФОРБОРСОДЕРЖАЩЕГО ОЛИГОМЕРА И ПОЛИАКРИЛАМИДА // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 8-3. – С. 627-630;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=28595 (дата обращения: 25.04.2024).