способ получения огнезащищенного волокнистого материала

Формула изобретения

Способ получения огнезащищенного волокнистого материала, включающий введение замедлителя горения - антипирена Т-2, представляющего собой аммонийную соль амида метилфосфоновой кислоты, в полимер поликапроамид или полиэтилентерефталат, отличающийся тем, что используют полимер в виде волокна, которое обрабатывают 5-7%-ным водным раствором замедлителя горения - антипирена Т-2 с последующей дополнительной обработкой потоком СО₂-лазерного излучения мощностью 350 Вт в течение 25-30 с при следующем содержании компонентов, мас.%:

Поликапроамид или
Полиэтилентерефталат	75-78
Антипирен Т-2	22-25

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения огнезащищенных текстильных материалов, которые могут быть использованы в качестве наполнителя при изготовлении огнезащищенных композиционных материалов и декоративно-отделочных текстильных материалов.

Известен способ получения огнезащищенного волокнистого материала, при котором пропиткой, например, плюсованием, поликапроамидный текстильный материал обрабатывают раствором замедлителя горения состава, % мас.: поливинилхлорид 10-12, станнат цинка 5-15, диметилацетамид (растворитель) - остальное, с последующей обработкой водой и сушкой. В процессе обработки водой на поверхность материала высаживаются нерастворимые в воде соединения, т.е. обработка осуществляется коагуляционным методом. Привес замедлителя горения на ткани 25%. После обработки ткань характеризуется кислородным индексом 37-42,9% (Пат. 1808892. РФ. 5 D 06 M 11/46, С 09 К 21/02. Способ получения огнезащищенного поликапроамидного материала / Н.С.Зубкова, М.А.Тюганова, О.Н.Андрюшкина №4951913; Заявлено 28.06.91; Опубл. 15.04.93, Бюл. №14).

Недостатком данного изобретения является высокая токсичность газов пиролиза и значительное снижение прочности материала. Поэтому данный способ не нашел промышленного внедрения.

Известен способ получения огнезащищенного волокнистого материала, при котором на опытной установке ЦОУ в реактор емкостью 500 кг на начальной стадии поликонденсации полиэтилентерефталата в расплав мономеров вводили 11-12% (мас.) от общей массы расплава в аппарате, замедлитель горения. В качестве замедлителя горения использовали Ukanol FR 50/1, представляющий собой 65% раствор в этиленгликоле 9,10-дигидро-9-окса-10-[2,3-ди-(2-гидрооксиэтокси)карбонилпропил]-10-фосфафенантрен-10-оксид. Огнезащищенное полиэфирное волокно характеризовалось кислородным индексом 27,7%, линейной плотностью 0,3-0,33 текс, удельной разрывной нагрузкой 37-39 мн/текс (Айзенштейн Э.М., Ананьева Л.А., Окунева О.П. и др. Полиэфирное волокно с пониженной горючестью // Текстильная промышленность. - 2002. - №2. - С.34-36).

Недостатком является сравнительно невысокое значение кислородного индекса.

Известен способ получения огнезащищенного волокнистого материала, при котором замедлитель горения сначала миркокапсулируют в полимерную оболочку, а затем вводят в расплав поликапроамида или полиэтелентерефталата, 75-90% мас., на стадии формования волокна. При этом в качестве замедлителя горения используют "антипирен Т-2" (ТУ 6-02-3-222-86), представляющий собой аммонийную соль амида метилфосфоновой кислоты, в количестве 10-25% от массы основного полимера.

В качестве полимерной оболочки микрокапсулы используют термостойкие полимеры, например поликарбодиимид, для чего используют изоцианат, который при поликонденсации в среде четыреххлористого углерода формирует пространственно сшитую полимерную пленку на поверхности "антипирена Т-2"; или для капсуляции "антипирена Т-2" используют кремнийсодержащее соединение винилтриэтоксисилан и -аминопропил-триэтоксисилан. Обработку "антипирена Т-2" проводят раствором указанных силанов в органических растворителях с последующей выдержкой в течение 3-4 часов при 120°С. В этих условиях происходит гидролиз этоксигрупп кремнийсодержащих мономеров с образованием силанольных групп, поликонденсация которых на поверхности "антипирена Т-2" обеспечивает формирование полисилоксанового покрытия, и другие способы.

Размер микрокапсул 10-15 мк. Масса полимерной оболочки микрокапсулы составляет 6-10% от массы замедлителя горения.

Измельченную крошку полимера (поликапроамида или полиэтелентерефталата, 75-90% мас.) перемешивают с замедлителем горения капсулированным "антипиреном Т-2" (10-25% от массы полимера) и загружают в бункер прядильной машины. Температуру в прядильной машине повышают до 260-270°С, полимер плавится, а затем фильтруется. Очищенный расплав полимера продавливается через отверстия фильеры и поступает в шахту прядильной машины, где обдувается потоком холодного воздуха и, застывая, превращается в тонкие волокна. Затем волокна проходят над двумя дисками, вращающимися в ванночках с водной эмульсией минерального масла (замасливателя, количество которого составляет 0,8-1,5% от массы волокна), с целью придания эластичности, и готовое волокно наматывают на бобину.

Огнезащищенные этим способом волокна характеризуются кислородным индексом: поликапроамидное - 27,5-29%, полиэтилентерефталатное - 28,2-34% (Зубкова Н.С. Регулирование процессов термолиза и горения термопластичных волокнообразующих полимеров и создание материалов с пониженной горючестью // Дисс...учен. степени доктора хим. наук. 02.00.06. - М.: 1998, с.163-198) (прототип).

Недостатком данного способа является организация дополнительного технологического процесса микрокапсулирования с применением дорогостоящих термостойких полимеров и преждевременное засорение фильтров очистки крупными микрокапсулами, которое ведет к удорожанию продукции, а также сравнительно невысокое значение кислородного индекса.

Задачей изобретения является разработка более эффективного способа получения огнезащищенного волокнистого материала на основе поликапроамида и полиэтилентерефталата, модифицированного замедлителем горения "антипиреном Т-2" с применением энергии СО ₂-лазерного излучения, обеспечивающего волокнистым материалам высокий кислородный индекс с минимальными затратами.

Для достижения данного технического результата в способе получения огнезащищенного волокнистого материала, включающем введение замедлителя горения "антипирена Т-2", представляющего собой аммонийную соль амида метилфосфоновой кислоты, в полимер поликапроамид или полиэтелентерефталат, который используют в виде волокна (поликапроамидного или полиэфирного) и обрабатывают 5-7% водным раствором замедлителя горения "антипирена Т-2", с последующей дополнительной обработкой потоком СО₂-лазерного излучения мощностью 350 Вт в течение 25-30 сек, при следующем содержании компонентов, % мас.:

Поликапроамида или полиэтелентерефталата - 75-78

антипирена Т-2 - 22-25

Способ получения огнезащищенного волокнистого материала осуществляют следующим образом: после продавливания расплава полимера поликапроамида или полиэтелентерефталата через отверстия фильеры и затвердевания в шахте прядильной машины, под действием потока холодного воздуха, в виде тонких волокон, поликапроамидное (ПКА) волокно (ТУ 6-06-С101-81), или полиэфирное волокно (на основе полиэтилентерефталата - ПЭТФ) (ОСТ 6-06-С 12-76), пропускают над двумя дисками, вращающимися в ванночках с 5-7% водным раствором замедлителя горения "антипирена Т-2", представляющего собой аммонийную соль амида метилфосфоновой кислоты (ТУ 6-02-3-222-86) при температуре 20-22°С, с последующей дополнительной обработкой потоком СО₂-лазерного излучения (например, на установке "Комета-2", снабженной рассеивающей линзой с фокусным отверстием 200 мм) мощностью 350 Вт, в течение 25-30 с, затем огнезащищенное волокно замасливают и наматывают на бобину.

Огнезащищенное поликапроамидное или полиэфирное волокно содержит, % мас.:

Поликапроамид или полиэтелентерефталат - 75-78

Антипирен Т-2- 22-25

Использование СО ₂-лазерного излучения для модификации полиамидных и полиэфирных волокон с целью придания огнезащитных свойств является существенным признаком, так как в литературе отсутствуют данные об использовании СО₂-лазерного излучения для этих целей, то существенный признак является отличительным.

Полученное огнезащищенное волокно испытывали на определение кислородного индекса по ГОСТ 12.1.044-84, образцы готовили в виде волокнистых холстиков, которые зажимали в рамку, помещали в кварцевую трубу с потоком кислородоазотной смеси и поджигали сверху. Привес антипирена Т-2 на волокне определяли методом взвешивания с точностью до 0,00001. Прочность элементарного волокна определяли на приборе "Fafegraf" по ГОСТ 6611.2-73. Линейную плотность нити определяли по ГОСТ 10878-70.

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы, огнезащищенные поликапроамидное и полиэфирное волокна, полученные разработанным способом, характеризуются более высоким показателем кислородного индекса. Для поликапроамидного волокна кислородный индекс возрастает на 6-7,5%, для полиэфирного волокна - на 8,5-14,3%. Значительное возрастание кислородного индекса при модификации из растворов низкой концентрации, обусловлено применением СО ₂-лазерного излучения, мощностью 350 Вт. С увеличением мощности излучения до 380 Вт снижается прочность волокна. Обработка модифицированного волокна СО₂-лазерным излучением в течение 25-30 с мощностью 350 Вт повышает не только огнестойкость волокон, но и прочность. Увеличение продолжительности воздействия СО₂-лазерным излучением экономически нецелесообразно, так как эффект огнезащиты снижается, по сравнению с оптимальными параметрами.

Кроме того предлагаемый способ позволяет получить высокий эффект огнезащиты при модификации из низкоконцентрированных растворов замедлителя горения "антипирена Т-2", что позволит снизить себестоимость огнезащищенного волокна.

Таким образом, разработанный способ получения огнезащищенного волокнистого материала позволяет получать материалы, характеризующиеся высоким кислородным индексом и прочностью. Применение огнезащищенных материалов в качестве декоративно-отделочных, а также в качестве армирующего наполнителя в композиционных материалах позволит снизить вероятность возникновения пожаров и уменьшить количество человеческих жертв и материальный ущерб, наносимый пожарами.

Таблица 1
№ образца	Состав огнезащищенного материала, % мас.	Способ модификации	Кислородный индекс, %	Относит. прочность, сН/текс
1.	Исходное ПКА волокно	-	19	3,99
2.	Исходное ПЭТФ волокно	-	20	4,00
3.	75ПКА + 25Т-2	СО 2- ЛИ, 350 Вт, 25 с	35	4,09
4.	75ПКА + 25Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 30 с	35	4,09
5.	78ПКА + 22Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 25 с	34,5	4,06
6.	78ПКА + 22Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 30 с	34,5	4,05
7.	76ПКА + 24Т-2	СО 2- ЛИ, 350 Вт, 25 с	35	4,09
8.	76ПКА + 24Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 30 с	35	4,09
9.	74ПКА + 26Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 30 с	29	4,00
10.	79ПЭТФ + 21Т-2	СО 2- ЛИ, 350 Вт, 30 с	27	4,00
11.	74ПКА + 26Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 25 с	28	3,99
12.	79ПЭТФ + 21Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 25 с	26,5	4,02
13.	75ПКА + 25Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 22 с	29,5	4,09
14.	75ПКА + 25Т-2	СО 2- ЛИ, 350 Вт, 32 с	33,0	3,5
15.	75ПКА + 25Т-2	СО2- ЛИ, 380 Вт, 25 с	28	3,13
16.	75ПКА + 25Т-2	СО2- ЛИ, 330 Вт, 25 с	27	4,09
17.	78ПЭТФ + 22Т-2	СО 2- ЛИ, 350 Вт, 25 с	42,5	4,18
18.	78ПЭТФ + 22Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 30 с	42,5	4,15
19.	75ПЭТФ + 25Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 25 с	41,5	4,22
20.	75ПЭТФ + 25Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 30 с	42	4,20
21.	76ПЭТФ + 24Т-2	СО 2- ЛИ, 350 Вт, 25 с	42	4,24
22.	76ПЭТФ + 24Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 30 с	42,5	4,18
23.	74ПЭТФ + 26Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 25 с	34	4,02
24.	79ПЭТФ + 21Т-2	СО 2- ЛИ, 350 Вт, 25 с	29	4,04
25.	74ПЭТФ + 26Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 30 с	34,5	4,00
26.	79ПЭТФ + 21Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 30 с	29,5	4,01
27.	75ПЭТФ + 25Т-2	СО2- ЛИ, 380 Вт, 25 с	34,5	3,2
28.	75ПЭТФ + 25Т-2	СО 2- ЛИ, 330 Вт, 25 с	29,5	4,05
29.	75ПЭТФ + 25Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 32 с	35,5	3,2
30.	75ПЭТФ + 25Т-2	СО2- ЛИ, 350 Вт, 22 с	31,5	4,03
31 прототип	90-75 ПКА + 10-25Т-2	Микрокапсулирование	27,5-29	-
32 прототип	90-75 ПЭТФ + 10-25Т-2	Микрокапсулирование	28,2-34	-