способ модификации синтетических волокон

Формула изобретения

Способ модификации синтетических волокон путем прививки фосфорсодержащего мономера с последующей сушкой, отличающийся тем, что в качестве фосфорсодержащего мономера используют 50%-ный водный раствор фосфорборсодержащего метакрилата, предварительно нейтрализованного раствором аммиака до pH 7, прививку осуществляют в присутствии инициатора персульфата натрия, взятого в количестве 1-5% от массы фосфорборсодержащего метакрилата, при этом прививку проводят при комнатной температуре в течение 15 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к текстильной промышленности, к способам огнезащитной обработки синтетических волокон, и может быть использовано в самолето-, автомобилестроении, резиновой промышленности и для других специальных целей.

Известен способ огнезащитной отделки текстильных материалов из целлюлозных волокон, заключающийся в их пропитке составом, включающим продукт взаимодействия нитрилотриметилфосфоновой кислоты с азотсодержащим веществом и воду, при температуре 30-70°С в течение 3-10 с и отжимают до влажного привеса 80-90%. Далее материал подвергают сушке при 90-220° (Пат. 2184184 Россия, D06М 13/432; Опубл. 27.06.01).

Однако данный способ требует сушки пропитанного корда при высокой температуре и предназначен только для материалов из хлопчатобумажных, льняных и вискозных волокон.

Известен способ огнестойкой обработки текстильных материалов, заключающийся в пропитке образцов капроновой ткани и хлопчатобумажного трикотажного полотна составом, содержащим производное хлорэндиковой кислоты и органический растворитель, в плюсовке при 20°С в течение 5 минут, с последующей сушкой на воздухе (Авторское свидетельство 953045 СССР, D06М 13/20; Опубл. 23.08.82).

Однако в данном способе используется многокомпонентный модифицирующий состав в совокупности с вредным для окружающей среды и здоровья человека растворителем.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения огнезащитных химических волокон путем прививки к целлюлозным или синтетическим волокнам из 5-7%-ных водных растворов фосфорсодержащего мономера (Факрил-М) при температуре 80-90°С в течение 90-120 мин с использованием окислительно-восстановительной системы Fe²⁺-H₂О ₂ (Заявка на изобретение 93012912; Опубл. 20.09.96).

Однако данный способ получения огнезащитных химических волокон продолжителен по времени и требует высокой температуры.

Задача: разработка способа получения модифицированных синтетических волокон, не требующего сложного аппаратурного оформления, высоких температур, не продолжительного по времени и позволяющего получать изделия на их основе с повышенной огнестойкостью и водопоглощением.

Техническим результатом является упрощение способа получения модифицированных синтетических волокон, повышение их огнестойкости, прочности и стойкости к термоокислительной деструкции.

Поставленный технический результат достигается тем, что способ модификации синтетических волокон заключается в прививке фосфорсодержащего мономера с последующей сушкой, причем в качестве фосфорсодержащего мономера используют 50%-ный водный раствор фосфорборсодержащего метакрилата, предварительно нейтрализованного раствором аммиака до ph 7, прививку осуществляют в присутствии инициатора персульфата натрия, взятого в количестве 1-5% от массы фосфорборсодержащего метакрилата, при этом прививку проводят при комнатной температуре в течение 15 минут.

Нами установлено, что причиной повышения огнестойкости, прочности и стойкости к термоокислительной деструкции синтетических волокон является радикальная привитая полимеризация фосфорборсодержащего метакрилата на синтетические волокна.

Наличие в составе фосфорсодержащего мономера атомов фосфора и бора, являющихся ингибиторами горения и окисления, позволяет повысить огнестойкость волокон, а также увеличить их стойкость к термоокислительной деструкции. Увеличение прочности достигается за счет предварительной нейтрализации водного раствора фосфорборсодержащего метакрилата до нейтральной среды и его последующей прививкой на волокна.

Фосфорборсодержащий метакрилат известен ранее как ингибитор горения пленочных материалов на основе поливинилового спирта (Патент РФ 2254327 С07С 69/54, Опубл. 20.06.05).

Персульфат натрия - инициатор, содержащийся в огнезащитном составе, вводится в раствор фосфорсодержащего метакрилата для инициирования полимеризации.

Данный способ позволяет существенно упростить модификацию синтетических волокон. Так, для достижения положительного эффекта не требуется использования многокомпонентных и высококонцентрированных огнезащитных составов. Использование 50%-ного водного раствора фосфорборсодержащего метакрилата наиболее оптимально. Уменьшение концентрации фосфорборсодержащего метакрилата не позволяет достичь эффекта самозатухания, а увеличение концентрации не целесообразно.

Предварительная нейтрализация аммиаком водного раствора фосфорборсодержащего метакрилата до ph 7 необходима для предотвращения деструкции синтетических волокон.

Добавление в водный раствор фосфорборсодержащего метакрилата инициатора в количестве 1-5% от массы фосфорборсодержащего метакрилата наиболее оптимально. Уменьшение количества инициатора не обеспечивает полной прививки фосфорборсодержащего метакрилата на волокна. Увеличение количества инициатора не оказывает влияние на прививку фосфорборсодержащего метакрилата на волокна.

При уменьшении времени модификации синтетических волокон менее 15 минут раствором фосфорборсодержащего метакрилата значительно снижается огнезащитный эффект. Дальнейшее увеличение времени модификации более 15 минут не целесообразно, т.к. степень огнезащиты не изменяется. Необходимо отметить, что данный способ модификации не требует высоких температур и сложного аппаратурного оформления.

Обработку проводят следующим образом: исходные образцы синтетических волокон обрабатывают 50%-ным водным раствором фосфорборсодержащего метакрилата, предварительно нейтрализованного аммиаком до ph 7 и содержащим персульфат натрия в качестве инициатора. Под массой фосфорборсодержащего метакрилата подразумевают его 50%-ый водный раствор. Обработку проводят в течение 15 минут при комнатной температуре и сушат до постоянной массы.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Образцы синтетических волокон (длиной 20 см) помещают на 15 минут в 50%-ный водный раствор фосфорборсодержащего метакрилата, предварительно нейтрализованного аммиаком до ph 7 и содержащего 1% инициатора - персульфата натрия от массы фосфорсодержащего мономера с последующей сушкой при комнатной температуре до постоянной массы.

Примеры 2-6 осуществляются по примеру 1, изменяя количество инициатора - персульфата натрия.

Полученные образцы подвергались исследованию на стойкость к горению (ГОСТ 21793-76), прочность при разрывном напряжении (ГОСТ 20403-75), водопоглощение (ГОСТ 4650-65), стойкость к термоокислителыюй деструкции (исследования проводились при температурах 300-600°С). Полученные результаты приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что с увеличением количества инициатора улучшаются физико-механические показатели синтетических волокон. Так, при введении инициатора в количестве 1,0-5,0% от массы фосфорборсодержащего метакрилата разрывная нагрузка полиамидного волокна увеличивается с 30,0 кгс до 32,0 кгс. Кроме того, обработанные волокна проявляют большую стойкость к термоокислительной деструкции. Наличие значительного коксового остатка 74,0% при 300°С и 13,3% при 600°С у полиамидного волокна и 87,1 при 300°С и 22,4% при 600°С у полиэфирного волокна свидетельствует об эффективном действии фосфорсодержащего мономера как катализатора коксообразования при термоокислительной деструкции исследованных волокон.

Составами 1-3 пропитывают полиамидный корд 30А с нитями структуры 188 текс ×1×2 (ТУ 6-06-С-04-95) и полиэфирный корд 20П из нитей 111 текс ×1×3 (ТУ 6-12-31-03-95).

Применение в качестве модификатора водного раствора фосфорборсодержащего метакрилата позволяет избежать многостадийности или последующей обработки модифицируемых материалов. При обработке синтетических волокон фосфорборсодержащим метакрилатом происходит радикальная привитая полимеризация фосфорборсодержащего метакрилата к волокну, что предотвращает его вымывание водой и сохранение эффекта огнезащиты.

Таблица 1
№ образца по примерам	Количество инициатора, %	Разрывная нагрузка, кгс	Удлинение, мм	Относительная разрывная нагрузка, кгс/текс	Водопоглощение, %	Коксовый остаток, %
						300°С	600°С
Полиамидное волокно
Без пропитки	0	18,9	18,3	44,0	9,0	-	-
1	1,0	30,0	44,0	49,5	79,6	52,0	11,0
2	1,5	31,0	37,0	54,6	84,9	63,0	12,5
3	5,0	32,0	31,7	62,3	87,3	74,0	13,3
Полиэфирное волокно
Без пропитки	0	20,0	16,0	49,9	7,0	10,0	1,0
1	1,0	26,0	15,0	54,6	43,0	75,2	20,0
2	1,5	25,9	15,0	54,3	59,0	86,1	20,6
3	5,0	25,6	16,0	52,8	61,0	87,1	22,4

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