CC BY
19
• 7universum.com
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_июнь. 2020 г.
ИЗУЧЕНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ФИЗИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ АНТИПИРЕНОВЫМИ СУСПЕНЗИЯМИ
Хайдаров Ислом Норбаевич
базовый докторант, Ташкентский государственный технический университет,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Исмаилов Ровшан Исраилович
д-р хим. наук, проф., Ташкентский государственный технический университет,
Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
THE STUDY OF FIRE RESISTANCE OF CELLULOSE MATERIALS PHYSICALLY MODIFIED
WITH FLAME RETARDANT SUSPENSIONS
Islom Khaidarov
basic doctoral student, Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Rovshan Ismailov
Doctor of Chemical Sciences, Professor, Tashkent State Technical University,
Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В статье для придания материалам огнезащитных свойств предлагается метод обработки материалов водными антипиреновыми суспензиями на основе вермикулита, растворенного в ортофосфорной кислоте и нейтрализованного щелочью, для улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств добавляем многоатомный спирт. Представлены анализы горения, дымообразования текстильных материалов из целлюлозосодержащих волокон.
ABSTRACT
In the article to treat materials with fire-resisting properties, the processing method of materials with water-based flame-retardant suspensions is proposed based on vermiculite dissolved in orthophosphoric acid and neutralized with an alkali; to improve the physical-mechanical and operational properties, polyatomic alcohol is added . Burning analyses, smoke formation of textile materials from cellulose-containing fibers are presented.
Ключевые слова: целлюлозный материал, антипиреновая суспензия, вермикулит, ортофосфорная кислота, щелочь натрия, глицерин, дымообразование, горючесть.
Keywords: cellulose material; flame retardant suspension; vermiculite; orthophosphoric acid; sodium alkali; glycerine; smoke formation; combustibility.
В настоящее время в целях реализации стратегии развития легкой промышленности Узбекистана, обеспечивающей развитие инновационной и научной деятельности, одним из направлений является создание прогрессивных технологий по получению новых текстильных материалов с повышенными эксплуатационными свойствами. Создание материалов пониженной горючести достигается путем поверхностной и глубокой пропитки материалов специальными составами, введения антипиренов в состав исходных композиций, использования различных минеральных наполнителей, а также путем использования разнообразных технологических приемов. Огнезащита способом пропитки заключается во введении в материал специальных веществ - антипиренов. Антипирены -это химические вещества, которые добавляются в го-
рючие материалы для придания им большей сопротивляемости к воспламенению [4, с. 2389-2392; 5, с. 28-36, 1; с. 14-19; 2, с. 96-102, 140-142, 53-62].
В данной работе рассматривается применение вспучивающих антипиренов для повышения огнестойкости текстильных материалов. Перед пропиткой образцы ткани обмывали для удаления крахмальной и других химических обработок. Это позволяет изменить свойства поверхности материалов в широких пределах, улучшает гидрофильные свойства текстильного материала, увеличивает смачиваемость ткани, приводит к более эффективному и равномерному растворопоглощению. Задача вспучивающего антипирена заключается в повышении огнезащиты текстильных материалов путем создания на поверхности материалов теплоизолирующего слоя, выдер-
Библиографическое описание: Хайдаров И.Н., Исмаилов Р.И. Изучение огнестойкости целлюлозных материалов, физически модифицированных антипиреновыми суспензиями // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 6(75). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/9652
живающего высокие температуры и непосредственное действие огня. Наличие этого слоя позволяет замедлить прогревание и сохранять материал при пожаре в течение заданного периода времени.
Целлюлозное волокно занимает одно из ведущих мест среди других полимерных волокон по использованию в текстильной промышленности. Однако целлюлозе свойственна повышенная горючесть, и для снижения ее горючести на сегодняшний день было проведено колоссальное количество исследований, которые показали, что наиболее эффективными ингибиторами горения целлюлозы и ее производных являются фосфорсодержащие соединения и их комбинации с азотсодержащими веществами.
Однако до настоящего времени мало изучено влияние фосфор-кремнийсодержащих антипиренов на горючесть целлюлозы, и фактически в доступной нам литературе отсутствуют сведения о влиянии на горючесть целлюлозных материалов антипиреновых суспензий. В этом аспекте представляло интерес исследование нами водных антипиреновых суспензий на основе вермикулита с ортофосфорной кислотой, нейтрализованного щелочью, с добавкой глицерина в качестве замедлителя горения целлюлозных материалов.
Образцы огнезащищенных целлюлозных материалов получали путем пропитки водным раствором антипиреновых суспензий, приготовленным с различным содержанием вермикулита, отжима до 85100 % привеса и последующей сушкой.
Образцы обработанных целлюлозных материалов переданы в научно-исследовательскую лабораторию МЧС Республики Узбекистан, где проведены сравнительные испытания на определение степени
июнь, 2020 г.
горючести исходных и модифицированных содержащих целлюлозу материалов. Так, образцы текстильных тканей, обработанных антипиреновой суспензией, испытывались на лабораторной установке по определению скорости распространения пламени по ГОСТ 28157-89 «Методы определения стойкости к горению». В таблице 1 приведены основные термические параметры огнезащищенных образцов целлюлозных материалов.
Лабораторная установка помещается в вытяжной шкаф. После проведения каждого испытания вытяжной шкаф тщательно вентилируется. Для образования пламени используется универсальная горелка Бунзена с длиной патрубка от 80 до 100 мм и внутренним диаметром от 9,4 до 11,0 мм. Образцы крепятся на лабораторном штативе с зажимами в горизонтальном или вертикальном положении. При проведении испытаний используется природный газ, пламя горелки подносят к нижней кромке свободного конца образца. Центральная ось патрубка горелки должна находиться в той же вертикальной плоскости, что и продольная ось образца. Пламя подносят на определенное время без изменения положения горелки так, чтобы торец образца был погружен в пламя на глубину около 6,5 мм, и затем удаляют от образца. Чтобы определить наивысшую категорию стойкости к горению, к которой может быть отнесен данный материал, пламя горелки подносят к центру свободного конца образца на 5 сек. Затем горелку удаляют от образца не менее чем на 150 мм и регистрируют время горения образца. На следующем этапе определено время воспламенения и потухания обработанных образцов.
Таблица 1.
Результаты испытания образцов текстильных материалов, пропитанных антипиреновыми суспензиями
№ обр. Масса образца до сгорания то, г Масса го образца после ения то, г Скорость распространения _ 1 г г г Время горения ^ сек пламени у, мм/мин
Каждого образца Средняя величина С.в. по всем образцам Каждого образца Средняя величина С.в. по всем образцам Каждого образца Средняя величина С.в. по всем образцам Каждого образца Средняя величина С.в. по всем образцам
1а 1.26 1.22 1.22 0.90 0.92 0.89 43.64 41.18 39.18 55 54.2 77.63
1.1а 1.26 0.86 27.6 76
1.2а 1.16 0.91 40 45
1.3а 1.23 1.04 48 50
1.4а 1.22 0.93 46.7 45
2а 1.34 1.37 0.99 0.96 40.54 33.91 74 93.6
2.1а 1.39 0.92 34.61 104
2.2а 1.41 1.01 28.84 104
2.3а 1.35 0.91 35.64 101
2.4а 1.40 0.99 29.91 85
1д 1.04 1.06 0.88 0.86 28.28 41.75 70 56
1.1д 1.09 0.85 60 40
1.2д 1.06 0.85 36.84 57
1.3д 1.07 0.85 40.22 55
1.4д 1.06 0.86 43.41 58
2д 1.25 1.23 1.04 0.97 48.64 48.19 37 54.6
№ 6 (75)
июнь, 2020 г.
2.1д 1.20 1.00 48.94 38
2.2д 1.21 1.05 60 35
2.3д 1.27 0.80 37.5 104
2.4д 1.22 0.97 45.87 59
2б 1.53 1.40 1.00 0.86 25.4 28.51 118 135.8
2.1б 1.31 0.69 29.1 185
2.2б 1.35 0.97 30.5 125
2.3б 1.45 0.76 27.64 137
2.4б 1.37 0.87 29.92 114
1б 1.03 1.05 0.90 0.79 43.90 41.59 41 71.6
1.1б 1.08 0.66 40.1 112
1.2б 1.07 0.90 42.7 67
1.3б 1.02 0.80 41.12 87
1.4б 1.05 0.71 40.17 51
В результате проведения комплексных исследований, учитывающих огнезащитные свойства тканей, установлено, что для изготовления огнестойкого материала целесообразно использовать оптимальное соотношение «текстильный материал - антипирено-вая суспензия».
По ГОСТ 28157-89 для образцов толщиной менее 3 мм скорость горения должна превышать 75 мм/мин. Выводы по акту испытаний: образцы текстильного материала, пропитанные
антипиреновыми суспензиями № 1а, 1б, 1д, 2а, 2б, 2д в различных соотношениях не входят в класс распространяющих пламя по требованием ГОСТ 28157-89 (-о < 75 мм/мин).
Следует отметить, что полученные огнезащи-щенные целлюлозные материалы сохраняют почти все прикладные свойства исходного материала.
Далее представляло интерес исследование дымообразования в приборе по ГОСТу 12.1.044-89 «Определение коэффициента дымообразования веществ и материалов» (табл. 2) для образцов, обработанных антипиреновой суспензией, которая содержит в своем составе вермикулит и фосфор, придающие материалам огнестойкие свойства. Опыты проводились в образцах с размером 40 х 40 х 1 мм (и = 200 В).
Таблица 2.
Определение коэффициента дымообразования текстильных материалов, пропитанных антипиреновой
суспензией на основе вермикулита и фосфора
Опыт Номерной порядок образца Масса образца, т(гр). Пропускание света, % Продолжительность дыма, (мин.) Коэффициент дымообразования каждого образца, Dm, (м2/кг)
до опыта после опыта Исходная, Т0 Итоговая, Тит
№ 1а- обр. Ц11) 1,267 1,082 3,5 2,3 21 204,5
1(21) 1,274 1,096 3,4 2,2 25 217,02
№ 1б- обр. Щ1) 1,064 0,902 3,8 2,6 23 227,4
1(21) 1,056 0,896 4,4 3,0 25 231,5
№ 1д-обр. Щ1) 1,095 1,013 3,6 3,0 24 106,4
1(21) 1,017 0,864 3,7 3,1 22 113,4
№ 2а- обр. 2(11) 1,390 1,170 3,5 1,9 27 280,9
2(21) 1,460 1,204 3,5 1,8 24 290,6
№ 2б- обр. 2(11) 1,453 1,195 4,5 2,6 22 237,9
2(2!) 1,385 1,153 4,6 2,7 21 244,9
№ 2д-обр. 2(11) 1,321 1,167 4,5 2,9 23 213,2
2(21) 1,254 1,101 4,6 2,9 21 218,0
После проведения серии опытов был расчитан коэффициент дымообразования фщ) по следующей формуле:
D
1Лт /™;„
[м2/кг],
где V - внутренний объем прибора для опыта 0,512 м3;
l - интервал пропускания света 0,8 м;
Am - разница массы исходного и последующего образца, кг;
I0, Imin - относительное освещения измерительной среды без дыма (100%) и с дымом, %.
При исследовании образцов текстильного материала, обработанных антипиреновыми суспензиями, содержащих в своем составе
вермикулит и фосфор, среднее число коэффициента дымообразования составляет Dсрla ~ 210 м2/кг, Dсрlб ~ 229 м2/кг, Dср1д ~ 110 м2/кг, Dср2а ~ 286 м2/кг, Dср2б ~ 240 м2/кг, Dср2д ~ 215 м2/кг. Антипиреновые суспензии на основе вермикулита и фосфора относятся к категории с умеренной дымообразующей способностью. Все опыты проводились по ГОСТу 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов» и ГРП 2.01.02-04 «Пожаробезопасность зданий и сооружений».
Таким образом, исследование горючести модифицированных целлюлозных материалов методом
июнь, 2020 г.
«огневой трубы» и определением скорости возгорания показали, что антипиреновая суспензия обладает более высоким огнезащитным эффектом, способствующим переводу сгораемого материала в группу трудносгораемых. Наблюдаемое при этом обугливание, свойственное любому органическому веществу, ограничивается площадью действия пламени. Также антипиреновые суспензии на основе вермикулита и фосфора при использовании пропитки текстильных материалов относятся к категории со средней дымообразующей способностью.
Список литературы:
1. Балакин В.М. Первичная оценка огнезащитных свойств вспучивающихся покрытий на основе различных водных дисперсий // Пожаровзрывобезопасность. - М., 2010. - Т. 19. - № 6. - С. 14-19.
2. Зубкова Н.С., Антонов Ю.С. Снижение горючести текстильных материалов - решение экологических и социально-экономических проблем // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества имени Д.И. Менделеева). - М., 2002. - Т. XLVI. - № 1. - С. 96-102.
3. Сабирзянова Р.Н. Применение вспучивающего антипирена для придания материалам огнестойкости // Вестник Казанского национального исследовательского технологического университета. - 2014. - Т. 17. -№ 19. - С. 140-142.
4. Abdul Rahman, Babu G. An experimental investigation on light weight cement concrete using vermiculite minerals // Int. J. Innovative Res. Sci. Eng. Technol. - 2016. - № 5 (2). - P. 2389-2392.
5. Abidi S., Joliff Y., Favotto C. Impact of perlite, vermiculite and cement on the Young modulus of a plaster composite material: experimental, analytical and numerical approaches // Compos. - 2016. - B 92. - P. 28-36.
6. Rashad A.M. Vermiculite as a construction material - A short guide for Civil Engineer // Construction and Building Materials. - 2016. - № 125. - P. 53-62.
