Снижение пожарной опасности волокон на основе целлюлозы и полиакрилонитрила

Размещено на http://www.allbest.ru/

63

Размещено на http://www.allbest.ru/

Снижение пожарной опасности волокон на основе целлюлозы и полиакрилонитрила

Пожарная опасность химических волокон и материалов на их основе обусловлена горючестью и сопутствующими процессами, возникающими при горении, а также является существенным фактором, сдерживающим внедрение разнообразных полимеров волокнистой природы [1]. Применение современных волокнистых материалов и тканей увеличивает токсичность и плотность дыма, образуемого при их горении [2]. Поэтому снижение пожарной опасности таких материалов и проблема придания им огнезащитных свойств приобретает все большую актуальность, имеет всеобъемлющий характер поиска наиболее эффективных и экологически безопасных замедлителей горения [3,4,5], а также установления закономерностей снижения горючести.

Обработка антипиренами или замедлителями горения является самым эффективным и распространенным способом огнезащиты волокон и материалов на их основе [1-5]. Использование таких текстильных материалов со сниженной горючестью исключает возможность загорания материалов от малокалорийных источников зажигания, при этом снижается способность распространения пламени по поверхности, снижается дымообразующая способность и токсичность продуктов разложения [2-4]. Известно [4], что при огнезащите целлюлозных и полиакрильных волокон эффективно применяются фосфоросодержащие антипирены, действие которых проявляется как в снижении количества горючих соединений, так и в предохранении, например, целлюлозного волокна, обуглившимся слоем от горящего пламени [4], при этом повышается коксообразование полимера.

Анализ литературных данных свидетельствует, что снижение горючести волокон на основе целлюлозы и полиакрилонитрила возможно различными методами с использованием разнообразных антипиренов[3-5], в том числе и отечественного производителя [6]. Однако изучение механизма их взаимодействия и поиск факторов, влияющих на способ огнезащиты, остается актуальной проблемой.

В данной работе приводятся результаты, которые продолжают наши исследования о придании огнезащитных свойств волокнам на основе полиакрилонитрила и целлюлозы [7,8].

Объектами исследования, как и в работах [7-10], являются модифицированные волокна: целлюлозное волокно ЦГ и полиакрилонитрильное волокно НАГ, содержащие гидроксамовые, амидоксимные и гидроксамовые, амидоксимные, карбоксильные группы соответственно, а также ВМКС этих волокон с ионами Сu²⁺, Ni²⁺, Сo²⁺. Основные характеристики перечисленных объектов, их реакционные группы приведены [9,10]. Усредненные данные об их показателе пожарной опасности (горючести) - кислородном индексе, (КИ,%) [11] до и после обработки образцов волокон 0,2 моль/л фосфоновой кислотой приводятся в табл.

пожарный опасность полимер целлюлоза горючесть

Огнезащитные характеристики полимерных волокон

Данные исследования волокон на основе полиакрилонитрила до обработки антипиреном фосфоновой кислотой (табл. 1, образцы 1-5) свидетельствуют, что значения их КИ мало изменяются при переходе от образца 1 к образцу 2 и заметно увеличиваются у их ВМКС (образцы 3-5). Вероятно, ионы переходных металлов проявляют свойства антипирена [12].

При обработке образцов 1-5 антипиреном фосфоновой кислотой происходит возрастание значений КИ для всех исследованных объектов. При этом наибольшее возрастание значений КИ наблюдается у ВМКС НАГ-Сu²⁺, вероятно, антипирен входит в состав полимерной цепи или ВМКС НАГ-Сu²⁺ [5] c последующим гидролизом групп цепи (образованием карбоксильных групп, усиливающих карбонизацию объектов) [4].

Исследование образцов волокон на основе целлюлозы до обработки антипиреном (табл. 1, образцы 6-10) свидетельствует о практически одинаковых значениях КИ для образцов 6,7. Обработка образцов фосфоновой кислотой приводит к возрастанию КИ (табл. 1, образцы 8-10), причем значения КИ образцов ВМКС ЦГ-Cu²⁺, как и для ВМКС НАГ-Сu²⁺, имеют наибольшие значение КИ, что объясняется влиянием координационно-связанного в комплекс иона Cu²⁺ и образованием устойчивых комплексов с гидроксамовыми группами комплексита, а также полиэлектролитных комплексов, образованные диссоциированной формой фосфоновой кислоты c протонированными формами амидоксимов [9]. Здесь фосфоновая кислота также может входить в состав как координационного узла, так и в полимерную цепь полимера [5].

Как и в работе [8] более низкие значения КИ у образцов 9,10, возможно, зависят от образования более низкоустойчивых комплексов ВМКС ЦГ-Ni²⁺ и ВМКС ЦГ-Со²⁺.

При введении в исследованные полимеры ионов переходных металлов и последующей обработке их антипиреном изменения огнезащитных свойств волокон, имеющих разную природу полимерной матрицы (образцы 3-5 на основе полиакрилонитрила, а образцы 8-10 на основе целлюлозы) и практически одинаковый ассортимент функциональных групп, по-видимому, можно объяснить способом их расположения в макромолекулах. В комплексите ЦГ группы находятся в привитых цепях, а у НАГ - являются боковыми по отношению к основной цепи полимера и располагаются довольно близко друг к другу, образуя разнообразный по химическому строению и составу приповерхностный слой. Именно химические и структурные особенности полимерных матриц влияют на доступность реакционных центров обоих комплекситов и определяют возможность придания данным объектам огнезащитных свойств.

Исследованы образцы волокон со сниженной горючестью на основе привитого полимера целлюлозы и полиакрилонитрила. Фосфоновая кислота и ионы переходных металлов повышают огнезащищенность волокнистых материалов.

Литература

1. Берлин А.А. Горение полимеров и полимерные материалы пониженной горючести. Соровский Образовательный журнал. 1996. Выпуск 4. С. 16-24.

2. Халтуринский Н.А., Попова Т. В., Берлин А. А. Горение полимеров и механизм действия антипиренов. Успехи химии. 1984. Выпуск 2. С. 326-346.

3. Щербинина Н.А., Бычкова Е.В., Панова Л.Г. Модификация полиакрилонитрильного волокна с целью снижения горения. Хим. волокна. 2008. Выпуск 6. С. 17-19.

4. Бычкова Е.В. Научные и технологические основы модификации с целью снижения горючести целлюлозосодержащих полимерных материалов и полиакрилонитрильных волокон: дис.. доктора техн. наук: 05.17.06. Саратовский государственный технический университет. Саратов, 2015. 352 с.

5. Зубкова Н.С. Антонов Ю.С. Снижение горючести текстильных материалов - решение экологических и социально-экономических проблем. Рос. хим. журн. 2002. Т. XLVI. Выпуск 1. С. 96-103.

6. Колчева Д.В., Осипенко Н.І. Вибір вогнезахисних речовин для обробляння меблево-декоративних тканин. Легка промисловість. 2013. Випуск 3. С. 47-49.

7. Коровникова Н.І., Олійник В.В., Гонар С.Ю. Вплив модифікації волокна на його горючість. Проблемы пожарной безопасности. 2013. Выпуск 34. C.107-110. Режим доступа к журн.: http://nuczu.edu.ua/sciencearchive/ProblemsOfFireSafety/vol34/korovnikova.pdf.

8. Коровникова Н.І. Олійник В.В. Вогнезахисні властивості волокнистих матеріалів на основі целюлози. Проблемы пожарной безопасности. 2015. Выпуск 35. C. 122-125. Режим доступа к журн.: http://nuczu.edu.ua/sciencearchive/ProblemsOfFireSafety/vol35/korovnikova.pdf.

9. Коровникова Н.И., Олейник В.В. Пути придания огнезащищенности волокнам на основе целлюлозы. Проблемы пожарной безопасности. 2015. Выпуск 37. С. 116-119. Режим доступа к журн.: http://nuczu.edu.ua/sciencearchive/ ProblemsOfFireSafety/vol37/korovnikova.pdf.

10. Коровникова Н.И. Олейник В.В. Понижение горючести волокна на основе полиакрилонитрила. Проблемы пожарной безопасности. 2016. Выпуск 39. С. 152-155. Режим доступа к журн.: http://nuczu.edu.ua/sciencearchive/ProblemsOfFireSafety/vol39/korovnikova.pdf.

11. ГОСТ 12.1.044-89 Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Москва, 2006.

12. Кодолов В.И. Замедлители горения полимерных материалов. Москва: Химия, 1980. 269 с.

Размещено на Allbest.ru