CC BY
96
ОГНЕЗАЩИТНАЯ ОБРАБОТКА ХЛОПКОВЫХ ТКАНЕЙ НЕОРГАНИЧЕСКИМИ АНТИПИРЕНАМИ
О.В. Рева, доцент, к.х.н., доцент В.В. Богданова, профессор, д.х.н., профессор
Т.И. Зарубицкая Л.В. Радкевич
Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь, г. Минск
Хлопковые текстильные материалы легковоспламеняемы, быстро распространяют пламя по поверхности, склонны к тлению. Однако хлопковые ткани незаменимы при изготовлении одежды, постельного белья, перевязочного материала и многого другого, а их обработка огнезащитными составами весьма сложна, поскольку при выборе антипиренов для натуральных тканей необходимо соблюдение очень многих условий. Огнезащитная композиция должна быть растворима в воде или образовывать устойчивые эмульсии и суспензии, обеспечивать устойчивость огнезащиты к стирке или химчистке; необходимыми условиями являются также низкая токсичность композиции и продуктов ее термодеструкции, сохранение внешнего вида, воздухопроницаемости, гигиенических и физико-механических свойств ткани [1]. Существенными недостатками многих неорганических составов на основе комбинаций буры и борной кислоты, сульфатов и фосфатов являются жесткость обработанного материала, постепенная миграция замедлителей горения на поверхность ткани, что приводит к ухудшению ее внешнего вида и невозможность стирки или химчистки готового изделия [2].
Обработка тканей органическими фосфор-, фосфор-азот- и фосфор-галогенсодержащими антипиренами, как правило, проводится в присутствии соединений, способных образовывать с замедлителем горения нерастворимые полимерные комплексы. Одновременно может происходить образование химической связи между макромолекулой целлюлозы и образовавшимся полимером, что позволяет получить огнезащитный эффект, устойчивый к стирке. В качестве таких соединений используются метилольные соединения или меламиноформальдегидные смолы, однако они не отвечают гигиеническим требованиям и характеризуются выделением при термолизе высокотоксичных соединений - фосфинов и метанола [3, 4].
Комплексу предъявляемых требований в наибольшей степени отвечают нетоксичные неорганические огнезащитные композиции на основе комплексных аммонийных нестехиометрических аморфных металлофосфатов, которые не только обладают высокой способностью ингибировать пламенное горение, но и предотвращает тление горючих материалов [5]. Однако эти неорганические соли даже в присутствии клеящих композиций плохо закрепляются на поверхности целлюлозных тканей и волокон и активно вымываются при водных обработках.
Возможным решением проблемы может быть химическая сшивка антипирена с защищаемым материалом путем химической наносборки: создание на поверхности хлопка функциональных групп, способных к ионному обмену, с последующим усилением этих групп хемосорбцией на поверхности материала коллоидных частиц [6], обеспечивающих химическое взаимодействие хлопок-ингибитор горения.
Одной из систем, широко используемых для сенсибилизации инертных твердых поверхностей, являются коллоидные растворы и золи на основе соединений двухвалентного олова [7]. Для ступенчатой обработки протравленных в щелочи хлопковых тканей перед нанесением неорганических антипиренов на основе суспензий рентгеноаморфных аммонийных металлофосфатов нами были использованы как спиртовые, так и водные золи БпС12, содержащие ряд стабилизаторов сольватной оболочки коллоидных частиц.
Было установлено, что при всех вариантах промежуточной обработки ткани спиртовыми коллоидными растворами соединений олова по сравнению со стандартным методом нанесения огнезащитной композиции количество закрепленного на хлопковом полотне антипирена возрастает в 1,5-2 раза, но только до стирки. Количество антипирена, оставшееся на поверхности ткани после гидролизной обработки, либо находится в том же интервале, что и без промежуточной обработки, либо несколько уменьшается. Причем срок хранения спиртовых золей БпС12, определяющий концентрацию и размеры коллоидных частиц в их объеме, имеет очень малое влияние на результат огнезащитной обработки хлопковой ткани; хотя, как ранее было найдено при огнезащитной обработке полиэфирных тканей [8], срок созревания раствора БпС12 имеет существенное значение. Кроме того, во время обработки хлопковой ткани в спиртовых растворах соединений олова происходит частичная деструкция самого материала с накоплением в используемом растворе густой слизи.
В случае промежуточной обработки хлопковой ткани водными коллоидными растворами соединений олова количество закрепленного на хлопковом полотне антипирена существенно зависит от срока хранения раствора. Так, для водных растворов БпС12 со сроком хранения 3-7 суток количество закрепленного антипирена до гидролизной обработки возрастает в 1,5-2 раза, для растворов со сроком хранения 10-15 суток - в 2,5-3 раза. По мере дальнейшего старения активность водных растворов БпС12 снижается. Количество сохранившегося на полотне антипирена после стирки незначительно больше, чем в случае применения спиртовых золей; однако при огневых испытаниях хлопковых тканей обнаружены следующие различия.
Огневыми испытаниями доказано, что хлопковые ткани, прошедшие ступенчатую огнезащитную обработку спиртовыми растворами БпС12 горят в 3-4 раза медленнее образцов, пропитанных только суспензией антипирена. При сгорании хлопкового полотна, прошедшего ступенчатую огнезащитную
обработку, в большинстве случаев от ткани сохраняется структурированный углеродный «скелет»; тогда как исходный хлопок при сгорании превращается в мелкий пепел. Ткани, обработанные водными золями соединений олова, характеризуются еще более медленным распространением пламени, а карбонизированный скелет настолько прочен, что не разрушается при механических воздействиях (пинцетом, руками).
На данном этапе исследований пока не удалось полностью предотвратить горение ткани, однако разработано направление совершенствования условий обработки натуральных волокон с целью неразрушающейся химической привязки неорганических антипиренов на основе нестехиометрических аммонийных металлофосфатов к целлюлозе.
Список использованной литературы
1. Зубкова Н.С. Антонов Ю.С. Снижение горючести текстильных материалов - решение экологических и социально-экономических проблем // Журн. Росс. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. 2002. - Т. XLVI. - № 1. - С. 97-102.
2. Brenda I., Track В., John B. Thermal Analyses of Flame Retardant Twills Containing Cotton, Polyester and Wool // J. Appl. Polym. Scl. 1986. - №5. - P. 945948.
3. Перепелкин K.E. Горючесть текстиля как одна из его важнейших характеристик // Лег. Пром. Бизнес Директор. 2001. - № 8. - С. 36-37.
4. Borms R., Georlette Р. Полимерные антипирены. Требования и рынок. // Kunststoffe, 2004. - Т. 94. - № 9. - С. 256-260.
5. Боровков Н.Ю., Морыганов А.П. // Тез. докл. IX конф. ИХР РАН.-2001 г., г. Иваново. - С. 20.
6. Химия привитых поверхностных соединений / под ред. Г.В. Лисичкина. М.: Физматлит. 2003. - 589 с.
7. Рева О.В., Воробьева Т.Н. Процессы окисления, гидролиза и образования коллоидных частиц в растворах SnCl2 // Журнал Прикладной Химии. 2002. - Т. 75. - Вып. 5. - С. 718-723.
8. Рева О.В., Богданова В.В., Шукело З.В., Радкевич Л.В. Химическая прививка неорганических функциональных слоев к полимерам // Материалы. Технологии. Инструменты. 2011. - Т. 16. - № 3. - С. 90-94.
