способ получения модифицированных целлюлозных материалов

Формула изобретения

Способ получения модифицированной бумаги и хлопчатобумажной ткани путем обработки фосфорсодержащими и борсодержащими соединениями, отличающийся тем, что бумагу и ткань предварительно обрабатывают 2,5-10%-ным водным раствором поливинилового спирта в течение 30-40 мин и сушат при комнатной температуре с последующей обработкой в течение 1-2 мин фосфорборсодержащим соединением, в качестве которого используют 5-15%-ный водный раствор бората метилфосфита, и сушкой при комнатной температуре.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к текстильной промышленности, к способам модификации огнестойких целлюлозных материалов, которые могут найти применение в самолето-, автомобилестроении, пожарной технике и для других специальных целей.

Известен способ получения огнестойких целлюлозных материалов путем обработки 25-40% раствором смеси диалкилфосфита с диизоцианатом, взятых в эквимолекулярном соотношении в присутствии триэтиламина при 100-200°С. При обработке целлюлозы предлагаемым способом, происходит присоединение к целлюлозе диалкилфосфита через диизоцианат, в результате чего полученный материал приобретает огнестойкость (Авторское свидетельство СССР №473722, кл. С 08 В 15/00; Опубл.14.06.75).

Однако данный способ является трудоемким, требует достаточно высокого интервала температур и не обеспечивает сохранения прочностных характеристик целлюлозных материалов.

Наиболее близким является способ получения модифицированных целлюлозных материалов посредством обработки их фосфорной кислотой в присутствии мочевины и термофиксации при 140-160°С с дополнительной обработкой расплавом борной кислоты и термической обработкой при 600-700°С (Авторское свидетельство СССР №371793, кл. C 08 В 15/00; Опубл.15.04.78).

Однако данный способ является многостадийным, требует сложного аппаратурного оформления и высоких температур.

Задача - разработка способа модификации целлюлозных материалов, не требующего сложного аппаратурного оформления, высоких температур, не продолжительного по времени и позволяющего получать изделия на их основе с повешенной огнестойкостью.

Техническим результатом является упрощение способа модификации бумаги и хлопчатобумажной ткани, повышение их огнестойкости, прочности при разрыве бумаги и обладающих стойкостью к термоокислительной деструкции.

Поставленный технический результат достигается тем, что бумагу и ткань предварительно обрабатывают 2.5-10% водным раствором поливинилового спирта в течение 30-40 минут и сушат при комнатной температуре с последующей обработкой в течение 1-2 минут фосфорборсодержащим соединением, в качестве которого используют 5-15% водный раствор бората метилфосфита и сушкой при комнатной температуре.

Наличие в составе модификатора атомов фосфора и бора, являющихся ингибиторами процессов горения и окисления, позволяет повысить огнестойкость целлюлозных материалов, а также увеличить стойкость к термоокислительной деструкции. Увеличение прочности при разрыве достигается за счет предварительной пропитки бумаги поливиниловым спиртом (ПВС) и образованием при этом композиционного материала с повышенными показателями прочности при разрыве.

Данный способ позволяет существенно упростить модификацию целлюлозных материалов. Так, для достижения положительного эффекта не требуется использование высококонцентрированных водных растворов поливинилового спирта и бората метилфосфита. Использование 2.5-10% водного раствора поливинилового спирта и 5-15% бората метилфосфита наиболее оптимально. Увеличение концентрации водного раствора поливинилового спирта более 10% не позволяет добиться пропитки целлюлозных материалов из-за его высокой вязкости, а увеличение концентрации водного раствора бората метилфосфита более 15% вызывает деструкцию целлюлозных материалов. Снижение концентрации водных растворов не позволяет достичь эффекта самозатухания. Предварительная обработка водным раствором поливинилового спирта в течение 30-40 минут наиболее оптимальна, поскольку образцы из целлюлозных материалов пропитываются полностью, а уменьшение не приводит к равномерной пропитке. Обработка водным раствором бората метилфосфита в течение 1-2 минут позволяет достичь необходимого содержания фосфора в модифицируемых образцах, а следовательно, увеличение времени обработки нецелесообразно и, кроме того, приводит к деструкции материалов и ухудшению их физико-механических показателей. Необходимо отметить, что данный способ модификации не требует высоких температур и сложного аппаратурного оформления. Кроме того, используя в качестве модификатора водный раствор бората метилфосфита, содержащего в своем составе как фосфор, так и бор, позволяет избежать многостадийности или последующей обработки модифицируемых материалов. При обработке целлюлозного материала фосфорборсодержащим соединением (ФБС) происходит химическое взаимодействие по гидроксильным группам целлюлозы, что предотвращает вымывание ингибитора горения водой, и сохранение эффекта огнезащиты.

Модификацию проводят следующим образом: исходные образцы бумаги и ткани предварительно обрабатывают водным раствором поливинилового спирта концентрацией 2.5-10% в течение 30-40 минут и сушат при комнатной температуре до полного высыхания. Далее пропитанные образцы обрабатывают в течение 1-2 минут водным раствором бората метилфосфита концентрацией 5-15% и сушат при комнатной температуре.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример 1. Образцы бумаги и хлопчатобумажной ткани (полоски шириной 1 см и длиной 10 см) помещают на 30-40 минут в 2.5% водный раствор поливинилового спирта, после чего пропитанные образцы подвергают сушке при комнатной температуре до полного высыхания. Далее высушенные образцы помещают в 5% водный раствор бората метилфосфита с выдержкой 1 -2 минуты и дальнейшей сушкой при комнатной температуре.

Примеры 2-6 осуществляют аналогично примеру 1.

Полученные образцы подвергались исследованию на стойкость к горению (ГОСТ 21793-76), прочность при разрывном напряжении (ГОСТ 20403-75) и изменение массы при термоокислительной деструкции (исследования проводились при температурах 200, 300, 400°С в течение 40 минут). Полученные результаты приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1 Свойства модифицированной бумаги
№образца	Концентрация водных растворов ПВС, ФБС и время пиролиза	Изменение массы при пиролизе, %			Стойкость к горению	Прочность при разрыве кгс/см2
		200°С	300°С	400°С
	Бумага, модифицированная 2.5% ПВС и 5% ФБС
	10 мин	11.3	56.4	62.7
1	20 мин	12.2	66.9	72.1	Самозатухает	28.3
	30 мин	18.1	68.1	77.1
	40 мин	21.0	69.7	83.3
	Бумага, модифицированная 2.5% ПВС н 15% ФБС
	10 мин	8.9	58.2	64.4
2	20 мин	10.2	61.2	71.4	Самозатухает	34.3
	30 мин	13.4	70.2	74.5
	40 мин	14.6	71.2	93.5
	Бумага, модифицированная 5% ПВС и 5% ФБС
	10 мин	6.3	18.6	19.9
3	20 мин	11.8	22.8	48.5	Самозапхает	34.1
	30 мин	14.8	62.6	73.7
	40 мин	27.5	65.2	74.8
	Бумага, модифицированная 5% ПВС и 15%ФБС
4	10 мин	10.4	19.4	29.9
	20 мин	17.2	22.8	51.7	Самозатухает	35.2
	30 мин	35.2	57.7	62.1
	40 мин	37.5	97.1	97.4
	Бумага, модифицированная 10% ПВС и 5% ФБС
5	10 мин	31.1	40.1	47.2
	20 мин	58.3	59.9	60.1	Не загорается	41.1
	30 мин	61.2	65.2	68.2
	40 мин	69.4	72.9	77.8
	Бумага, модифицированная 10% ПВС и 15% ФБС
6	10 мин	50.9	51.1	58.9
	20 мин	51.1	55.5	64.6	Не загорается	37.7
	30 мин	52.9	56.2	65.8
	40 мин	54.2	65.2	67.8

Таблица 2 Свойства модифицированной хлопчатобумажной ткани
№образца	Концентрация водных растворов ПВС, ФБС и время пиролиза	Изменение массы при пиролизе, %			Стойкость к горению
		200°С	300°С	400°C
	Х/б ткань, модифицированная 2.5% ПВС и 5% ФБС
	10 мин	5.3	14.4	16.3
1	20 мин	6.2	17.3	63.5	Самозатухает
	30 мин	6.4	59.6	66.6
	40 мин	6.7	67.4	77.6
	Х/б ткань, модифицированная 2.5% ПВС и 15% ФБС
	10 мин	5.4	15.9	24.8
2	20 мин	6.6	18.9	62.7	Самозатухает
	30 мин	8.5	63.2	70.1
	40 мин	9.4	68.5	86.2
	Х/б ткань, модифицированная 5% ПВС и 5% ФБС
	10 мин	4.7	4.8	5.2
3	20 мин	4.9	5.7	54.9	Самозатухает
	30 мин	7.2	7.8	65.7
	40 мин	8.6	46.7	74.2
	Х/б ткань, модифицированная 5% ПВС и 15% ФБС
	10 мин	4.7	4.8	5.5
4	20 мин	5.8	5.8	22.1	Самозатухает
	30 мин	7.2	21.1	68.1
	40 мин	8.8	49.3	75.1
	Х/б ткань, модифицированная 10% ПВС и 5% ФБС
	10 мин	4.2	4.6	4.6
5	20 мин	4.8	6.6	12.9	Не загорается
	30 мин	5.6	7.4	65.1
	40 мин	8.0	37.8	68.6
	Х/б ткань, модифицированная 10% ПВС и 15% ФБС
	10 мин	4.2	4.8	4.8
6	20 мин	4.8	7.3	25.6	Не загорается
	30 мин	5.7	9.2	65.1
	40 мин	8.5	41.7	69.9

Из таблиц видно, что горючесть обработанных материалов значительно снижается. Для образцов, обработанных 2.5-5% водным раствором поливинилового спирта и 5-15% водным раствором бората метилфосфита, наблюдается эффект самозатухания, а максимальный результат (не воспламенение) достигается для образцов, обработанных 10% водным раствором поливинилового спирта и 5-15% водным раствором бората метилфосфита. Кроме того, данный способ существенно улучшает стойкость к термоокислительной деструкции целлюлозных материалов и приводит к увеличению прочности при разрыве бумаги до 41.1 кгс/см². Установлено, что данное соотношение концентраций водных растворов поливинилового спирта и бората метилфосфита наиболее оптимально, так как уменьшение концентрации не приводит к эффекту самозатухания, а увеличение вызывает деструкцию целлюлозных материалов.

Технико-экономический эффект, полученный от применения данного способа модификации, заключается в том, что его применение позволяет значительно повысить огнестойкость целлюлозных материалов, не требует сложного аппаратурного оформления, высоких температур, не продолжителен по времени и позволяет избежать многостадийности за счет использования модификатора, содержащего в своей структуре как фосфор, так и бор.