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
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.
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)2 |
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.
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.
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. |