Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
https://wos-scopus.com
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Химия
Размещена 23.06.2016. Последняя правка: 21.06.2016.

РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ПРИДАНИЯ ОГНЕЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫМ ТЕКСТИЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ

Муталханова Алтынай Кайратовна

магистр

Алматинский технологическии университет

магистрант

Научный руководитель: Таусарова Б. Р. доктор химических наук, профессор, Алматинский технологический университет. кафедра Химия,химическая технология и экология, Казахстан. г Алматы


Аннотация:
Разработана рецептура экологически безопасного огнезащитного состава на основе водного раствора силиката натрия. Исследованы огнезащитные свойства текстильных материалов.


Abstract:
The formulation of environmentally safe flame retardant composition based on an aqueous solution of sodium silicate. Investigated flame retardant properties of textile materials.


Ключевые слова:
силикат натрия; мочевина; огнезащитные покрытия; золь-гель метод.

Keywords:
sodium silicate; urea; fireproof coatings; sol-gel method.


УДК 677.027.625

Введение

Объем мирового производства и потребления всех видов полимерных материалов неуклонно возрастает. Одним из критериев, определяющих возможность применения полимеров во многих отраслях промышленности, является их горючесть. Большинство традиционных полимерных крупнотоннажных материалов характеризуются легкой воспламеняемостью и высокой скоростью горения. Поэтому проблема снижения их пожарной опасности является одной из важнейших научных и практических задач.Золь-гель  технология  бурно  развивалась  разрабатывались  и  внедрялись  в  производство  процессы  получения  стекол,  керамики,  стеклокерамики,  покрытий,  волокон  и  других  неорганических  материалов.  Сегодня  золь-гель  технология  востребована  в  микро-  и  наноэлектронике,  альтернативной  энергетике,  медицине,  биотехнологии  и  во  многих  других  областях [1]. Существенным недостатком материалов и изделий текстильной и легкой промышленности является горючесть. Проблема придания огнезащитных свойств текстильным материалам различной природы и назначения в последние годы приобретает все большую актуальность. Это обусловлено тем, что они являются серьезным источником опасности во время пожаров, легко воспламеняются, способствуют распространению пламени и при горении выделяют большое количество дыма и газов [2] . 

Актуальность темы: Разработка методов придания текстильным материалам пониженной горючести и научно-обоснованного подхода  к формированию волокнистого состава хлопчатобумажной тканей.

Решение этих задач способствует развитию научных основ огнезащиты и является актуальным направлением в области придания  текстильным материалам, в частности хлопчатобумажным тканям, пониженной горючести.

Цель работы: Заключается в разработке  композиций на основе водного раствора силиката натрия для придания текстильным материалам огнезащитных свойств с помощью замедлителей горения под  воздействием фосфорсодержащих соединений, позволяющих  получать материалы пониженной горючести с высокими эксплуатационными свойствами  и рекомендации по их применению  в производстве  текстильных  материалов  с огнезащитными  свойствами для легкой промышленности.

Объекты и  методы исследования 

Целью  настоящего  исследования  является  получение  целлюлозных  материалов  с  огнезащитными  свойствами. Разработана рецептура экологически безопасного огнезащитного состава на основе водного раствора силиката натрия. Исследованы огнезащитные свойства  текстильных материалов. В качестве объекта исследования используются хлопчатобумажная ткань производства ОАО “Барановическое производственное хлопчатобумажное объединение” артикула 1553(1030) и  химические вещества, способные снизить горючести текстиля и дымообразования токсичных продуктов горения.

В работе нами исследованы возможность применения композиции на основе водного раствор силиката натрия, гипофосфита калия  и мочевины для огнезащитной отделки хлопчатобумажной ткани.  Водный раствор силиката натрия плотностью 1,2 г/см3 смешивали с 0,5% (мас.) глицерина для повышения эластичности покрытия.  Изучено влияние времени пропитки ткани, концентрации компонентов и условий фиксации на огнезащитные свойства целлюлозных материалов. Изменение огнезащитных свойств хлопчатобумажной ткани приведено для трех режимов термообработки: при 800С, 900С и 1000С, при времени обработки 1 минута.

Огнестойкость ткани исследовалась на установке ОВТ. Прочность ткани при растяжении до разрываопределялась на разрывной машине РТ – 250М. Исследование структуры образцов проводилось с помощью низковакуумного  электронного  микроскопа  JSM-6510LA. Для изучения взаимодействия волокон с аппретирующими соединениями применялся метод ИК – спектроскопии с использованием спектрометра «Nicolet 5700».

Результаты  исследований и их обсуждения

Образцы хлопчатобумажной ткани (по основе и утку для каждой обработки) размером 220 х 170 мм после определения точной массы на аналитических весах подвергали пропитке при 22-250С температуре в течение 10 минут на двух вальной плюсовке с последующим отжимом со степенью отжима 70 %. Затем ткань подвергали сушке при температуре 300С в течение 10-15 минут.Ткань полотняного переплетения обрабатывают водным раствором силиката натрия в соотношении ( вода : жс, 2:1), катализатора гидролиза CH3COOH(50%) 20мл. Водный раствор силиката натрия плотностью 1,2 г/см3 смешивали с 0,5% (мас.) глицерина для повышения эластичности покрытия. Время реакции 10 минут, температура 300С. Время пропитки 1 минут, затем сушка при температуре 30 0С в течение 10-15 мин.

После обработки водный раствор силиката натрия  образец пропитывают в растворе  дигидроортофосфат калия  и мочевина, при перемешивании 1 мин. Затем сушка при температуре 30 0С в течение 10-15 мин, и термообработка при температурах 80,90 и 1000С в течение 1-2 минут.  Промывку осуществляли водой при температуре 350С, 25 0С далее промывка горячей водой при температуре 450С и затем холодной водой.

      При разной концентрации композиции и условий фиксации наиболее приемлемым является время пропитки 1 минут.  Изменение огнезащитных свойств хлопчатобумажной ткани приведено для трех режимов термообработки: при 800С, 900С и 1000С, при времени обработки 1 минут.

 Исследовано влияние температуры термообработки и концентрации рабочего раствора. Результаты исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты исследования огнезащитной отделки с применением полимерной композиции

При концентрации   K2HPO4  110   г/л,

Концентрация  веществ

г/л

Время самост. горения, сек

Длина обугленного участка, мм

Разрывная нагрузка, Н

Na2O*SiO2

 

 

CO (NH2)

Температура термообработки

80°С

90°С

100°С

80°С

90°С

100°С

80°С

90°С

100°С

Исходный  образец

 36

36

36

220

220

220

120

120

120

25

41

9

7

7

95

96

95

311

311

311,4

 

Максимальный эффект получен при температуре 100ºС.  После обработки ткани при 100 ºС 1 мин время самотоятельного горения составляет 7 с, после прекращается процесс горения. Разрывная нагрузка обработанной ткани по сравнению с исходным материалам увеличилось от  120 Н до 311,4 Н.

Снижение горючести ткани, обработанной огнезащитным составом оценивалось на установке ОВТ по ГОСТ Р 50810-95, который устанавливает метод определения способности текстильных материалов сопротивляться воспламенению, устойчивому горению, а также оценки их огнезащитности.

В таблице-1,  приведены результаты обработки при использовании композиции, содержащей силикат натрия  с концентрацией 25 г/л, гидрофосфата калия с концентрацией 110г/л, мочевины 41 г/л.  Известно, что при обработке ткани методом аппретирования фиксация аппрета происходит при оптимальной температуре.

Таблица 2. Результаты обработки хлопчатобумажной тканей

Время и температура термообработки

Время зажигания с поверхности, сек

Время зажигания с кромки,  сек

Время самостоя-

тельного горения,

сек

 

Длина обуглен-

ного участка,

мм

Разрыв-ная на-

грузка ткани,

Н

Исходн.

Образец

15

15

          36

220

120

800С,2 мин.

15

15

11

120

311

900С,2 мин.

15

15

9

110

311,2

1000С, 1 мин.

15

15

7

95

311,4

Образцы ткани, обработанные исследуемой композицией, подвергались термообработке при температурах 80, 90, 100ºС. Как видно, из таблицы -2время самостоятельного горения  обработанного образца при температуре термообработки 80ºС в течение 2 минутсоответствует 8с. Максимальный эффект получен при температуре 100ºС.  После обработки ткани при 100 ºС 1 мин.

Для выяснения механизма горения и действия антипиренов в последнее время стали изучать  структуру и состав обугленных после горения остатков материалов, использую различные спектрокопические методы – микроскопический, рентгенографический и электронно-микроскопический

.

 

Рис. 1.Сравнительный график ИК – спектров волокна необработанной хлопчатобумажной ткани (1), исходных веществ – дигидроортофосфат калия (2),  мочевины(3), Силикат натрия(4) и волокна обработанной ткани (5)

Как показали ИК-спектрические данные, в спектре обработанного образца сохраняются все полосы поглощения, характерные для исходного хлопкового волокна, а также, появляются новые полосы поглощения.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что взаимодействие композиции с макромолекулами целлюлозы приводит к значительному изменению полос поглощения обработанных образцов. Таким образом, с учетом проведенных исследований, можно сделать вывод, что при  обработке целлюлозы фосфорсодержащей композицией образуется химические связи между макромолекулами целлюлозы и аппретирующих веществ.

Такой механизм взаимодействия подтверждается данными электронно-сканирующей микроскопии.

Рис.2. Электронно-микроскопические снимки хлопчатобумажной ткани: а―волокна необработанной ткани; б―волокна ткани, обработанной фосфорсодержащей композицией.

Kак видно, из рисунка -20 необработанная хлопчатобумажная ткань  имеет бесформенные тонкие пучки по основе и по утку. В волокне обработанной ткани как по утку так и по основе видны сформированные, четко выраженные пучки волокон ткани. Благодаря упрочнению волокон ткани усиливается прочностные характеристики ткани. 

Заключение

Разработан новый полимерный аппрет на основе ЖС, мочевины и дигидроортофосфат.  Изучено влияние концентрации рабочего раствора, температуры термообработки и времени термообработки на огнестойкость  ткани. Показано, что у образцов, обработанных  новыми полимерными композициями  по сравнению с неаппретированной тканью показатели огнестойкости увеличиваются.

Установлено, что у образцов, обработанных данной полимерной композицией по сравнению с исходной тканью показатели горючести значительно уменьшаются.  Разработанный новый состав для отделки хлопчатобумажных тканей позволяет улучшить качество изготовленных из них изделий и на много снижает их горючесть.

Библиографический список:

1. Таусарова Б. Р., Кутжанова А. Ж.,. Абдрахманова Г.С. Снижение горючести текстильных материалов: достижения и перспективы. Химический журнал Казахстана, 2015.№1 (49), С. 287-303.
2. Jenny Alongi, Mihaela Ciobanu, Giulio Malucelli . Novel flame retardant finishing systems for cotton fabrics based on phosphorus-containing compounds and silica derived from sol–gel processes.Carbohydrate Polymers 85 (2011), р 599–608.




Рецензии:

28.09.2016, 8:50 Васильева Наталья Гендриховна
Рецензия: Здравствуйте. Цель Вашего исследования, бесспорно, представляет научный и практический интерес, так как для многих профессий наличие негорючей (или, во всяком случае, с пониженной склонностью к возгоранию)одежды является существенным атрибутом. Правда, на мой взгляд, вещества, используемые Вами для отделки хлопчатобумажных тканей, для уменьшения горючести, являются не очень оригинальными (простейшие опыты, которыми пестрит интернет: например, обработка ватки силикатным клеем, а потом поджигание ее...). Но в общем, исследования Ваши интересны и хорошо аргументированы с использованием современных доказательных баз. Удачи Вам.

3.10.2017, 16:27 Вахитова Любовь Николаевна
Рецензия: Рецептура огнезащитной пропитки далека от оригинальности, но тем не менее, результат получен. Вопросов три: 1. Какую информацию авторы получили из данных ИК-спектра? Кроме той, что для обработанной целлюлозы прибавились полосы поглощения компонентов, которыми обрабатывали. 2. А если снимок 1 на рис.2 тоже увеличить в 50 раз (как снимок 2) не обретут ли форму "бесформенные тонкие пучки по основе и по утку"? 3. Как соотносятся полученные результаты по горючести с нормативными требованиями по пожбезопасности, предъявляемыми к текстильным материалам?



Комментарии пользователей:

23.09.2017, 14:35 Балтаева Мухаббат Матназаровна
Отзыв:  В настоящей времени в области химии целлюлозы достигается много успехов благодаря придание других свойств. так как целлюлоза является легко горючим полимером, то сделанная работа считаю очень актуальным.


Оставить комментарий


 
 

Вверх