РАЗРАБОТКА ОГНЕЗАЩИТНОГО СОСТАВА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЖАРООПАСНОСТИ ИНТЕРЬЕРНЫХ ТКАНЕЙ ИЗ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 614.841.1

РАЗРАБОТКА ОГНЕЗАЩИТНОГО СОСТАВА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЖАРООПАСНОСТИ ИНТЕРЬЕРНЫХ ТКАНЕЙ ИЗ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

С. А. СЫРБУ, А. Х. САЛИХОВА

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново Е-mail: [email protected], [email protected]

Для оформления интерьера помещений используются различные текстильные материалы, и в основном, ткани, произведенные из химических волокон. Опасность использования тканей из химических волокон в интерьерах связана с высокой горючестью и с особенностями горения данных волокон. Наличие в помещениях горючей нагрузки, образуемой тканями для декора интерьера, является серьезным источником опасности во время пожаров, т.к. они легко воспламеняются, способствуют распространению пламени и при горении выделяют большое количество дыма и газов. Поэтому проблема придания огнезащитных свойств различным текстильным материалам в последние годы приобретает все большую актуальность. В данной работе приведены результаты разработки нового огнезащитного состава на основе коммерческого препарата «Пироватекс». Проведено исследование огнезащитной обработки полиэфирной ткани композициями и экспериментальное определение показателей пожарной опасности образцов тканей. Полученный в работе результат является изобретением и относится к составам огнезащитной обработки декоративных интерьерных тканей из полиэфирных волокон жаккардового переплетения. Результаты исследования могут быть использованы в самолето-, автомобилестроении, а также в других отраслях промышленности

Ключевые слова: пожарная опасность, огнезащитный состав, испытание образцов ткани, полиэфирные ткани, кислородный индекс, воспламеняемость.

DEVELOPMENT OF A FIRE RETARDANT TO REDUCE THE FIRE HAZARD INDICATORS OF INTERIOR FABRICS MADE OF CHEMICAL FIBERS

S. A. SYRBU, A. H. SALIKHOVA

Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Ivanovo Е-mail: [email protected], [email protected]

Various textile materials are used for interior decoration, and mainly fabrics made from chemical fibers. The danger of using fabrics made of chemical fibers in interiors is associated with high combustibility and the burning characteristics of these fibers. The presence in the premises of a combustible load formed by fabrics for interior decoration is a serious source of danger during fires, as they are highly flammable, contribute to the spread of flames and emit large amounts of smoke and gases during combustion. Therefore, the problem of imparting flame retardant properties to textile materials of various nature and purpose in recent years has become increasingly important. This paper presents the results of the development of a new flame retardant based on the commercial drug Pirovateks. A study of flame retardant treatment of polyester fabric with compositions and experimental determination of fire hazard indicators of tissue samples was carried out. The result obtained in the work is an invention and relates to flame retardant compositions of decorative interior fabrics made of polyester fibers of jacquard weave. The results of the study can be used in aircraft, automotive, as well as for other special purposes.

Key words: fire hazard, flame retardant, testing of fabric samples, polyester fabrics, oxygen index, flammability.

© Сырбу С. А., Салихова А. Х., 2020

Как известно, большинство текстильных материалов имеют свойство горения при воздействии источника зажигания, но их способность к возгоранию и скорость горения различны. Они определяется тремя основными характеристиками: химическим строением во-локнообразующих полимеров, физической структурой волокон и текстильных материалов в целом, условиями окружающей среды. Целлюлозные волокна и материалы из них быстро распространяют пламя по поверхности, шерстяные материалы обладают значительно меньшей горючестью, трудно загораются, горят медленнее, гаснут при удалении из пламени. Многие синтетические термопластичные волокна в пламени сначала плавятся, а затем расплав загорается. Между термостойкостью полимеров и их горючестью существует взаимосвязь. Термостойкие волокна обладают большей огнезащищенностью.

Данная ситуация требует решения проблемы не только за счет модификации уже известных методов защиты текстильных материалов, но и за счет совершенствования экспериментальной и нормативной оценки их огнезащитной эффективности

Кроме подбора методов оценки эффективности огнезащитных свойств текстильных материалов, обработанных замедлителем горения, необходимо учитывать область дальнейшего использования конкретного материала или изделия из него [1].

Важность создания огнезащищенных бытовых и технических тканей и нетканых материалов различной природы и назначения

обусловлена тем, что текстильные материалы являются серьезным источником опасности во время пожаров. Резко возросшие в последние годы требования к огнезащищенности текстильных материалов, применяемых для отделки помещений общественных зданий, гостиниц, стадионов, железнодорожных вагонов, самолетов, судов, спецодежды, спортивной атрибутики, театральных декораций, должны привести к увеличению количества обрабатываемых соответствующим образом объектов.

Результаты исследований статистических данных по вопросам безопасности жилищного фонда показали, что по объектам основная доля пожаров (70-75 %), гибели людей при пожарах (85-93 %) и потерь от них (40-45 %) приходится на жилой сектор. Во многом это явление обусловлено тем, что важным элементом текстильного оформления интерьера являются чехлы на мебель, покрывала и всевозможные подушки. Эти декоративные элементы могут как дополнять интерьер, так и служить акцентом, изменяющим внешний вид помещения.

Как показывают статистические данные, наиболее распространенное место в квартире, в котором возникает пожар, - это жилая комната, в интерьере которой сосредоточена наибольшая пожарная нагрузка из текстильных материалов [2].

Перечень показателей, необходимых для оценки пожарной опасности текстильных материалов, установлен современными нормативными правовыми актами Российской Федерации1 и представлен в табл. 1.

Таблица 1. Перечень показателей, необходимых для оценки пожарной опасности текстильных и кожевенных материалов и для нормирования требований

Показатели пожарной опасности Функциональное назначение

Шторы и занавесы Постельные принадлежности Элементы мягкой мебели (в том числе кожевенные) Специальная защитная одежда Ковровые покрытия

Воспламеняемость + + + + +

Устойчивость к воздействию теплового потока - - - + -

Теплозащитная эффективность при воздействии пламени - - - + -

Распространение пламени - - + - +

1 Федеральный закон от 22 июля 2008 г. № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (с изменениями и дополнениями).

Показатели пожарной опасности Функциональное назначение

Шторы и занавесы Постельные принадлежности Элементы мягкой мебели (в том числе кожевенные) Специальная защитная одежда Ковровые покрытия

Показатель токсич-

ности продуктов го- + - + - +

рения

Коэффициент дымо-образования + - + - +

Примечания: 1. Знак «+» обозначает, что показатель необходимо применять.

2. Знак «-» обозначает, что показатель не применяется.

В нашей работе исследование проведено на примере текстильных материалов, применяемых для пошива штор и занавесов. Для дизайна современных интерьеров чаще всего используются различные ткани из химических волокон ввиду их низкой стоимости по сравнению с натуральными тканями. На основе анализа материалов, наиболее часто использующихся для пошива штор, для исследования была выбрана ткань из полиэфирного волокна - полиэстера (наименование согласно номенклатуре), вид переплетения - жаккардовое.

Задачи нашего исследования заключались в

- подборе составов огнезащитных композиций;

- разработке методик нанесения огнезащитных композиций;

- исследовании пожароопасных свойств обработанных образцов ткани.

Достоинства тканей из полиэфирных волокон при использовании в декоре помещений - незначительная сминаемость, отличная свето- и атмосферостойкость, высокая прочность, хорошая стойкость к истиранию и к органическим растворителям; недостатки - трудность крашения, сильная электризуемость, жесткость - устраняется химическим модифицированием.

Самым распространенным методом снижения горючести полиэфирных материалов с использованием различных огнезащитных составов является метод поверхностной обработки на стадии отделочного производства. Для придания огнезащиты методом поверхностной обработки применяется очень широкий класс добавок: фосфор- и фосфоргалогенсодержащие олиго-меры, полифосфаты и другие органические соединения. Для закрепления огнезащитных составов на ткани обработка проводится в присутствии метилольных соединений или ме-

ламиноформальдегидных смол путем сушки пропитанной ткани при температуре 60-100°С или термообработки в течение 2-3 мин при температуре 160-170°С.

Известен состав для огнезащитной отделки химических волокон на основе 5-7%-ного водного раствора фосфорсодержащего мономера (Факрил-М) с использованием окислительно-восстановительной системы Fe2+-H2O2 (заявка на изобретение 93012912 Россия; опубл. 20.09.96). Однако, указанным составом необходимо проводить обработку волокон длительное время и при высокой температуре.

Известен двухстадийный способ обработки полиэфирных тканей, включающий пропитку составом «Пробан», затем гексабром-циклододеканом или циклическим фосфона-том. Обработанную ткань термофиксируют, причем в случае использования гексабромцик-лододекана ее нагревают выше 182°С для плавления антипирена. Двухстадийность процесса и необходимость термофиксации при высоких температурах значительно затрудняют возможность практического применения предлагаемого способа.

Для снижения горючести полиэфирных материалов может быть использовано азотсодержащее производное фосфоновой кислоты - антипирен Т-2, выпускающийся в опытно-промышленном масштабе в РФ. Обработку проводят по режиму, включающему пропитку водным раствором гликазина, сушку, пропитку водным раствором антипирена Т-2 с последующей сушкой, термообработкой и промывкой. Полученные ткани из смеси полиэфирных и целлюлозных волокон (в соотношении 67:33%) характеризовались значением кислородного индекса 28-30% при содержании антипирена не более 10-12%. Однако, огнезащитный эффект не устойчив в процессе многократных стирок [3].

Для огнезащиты текстиля в Германии используются препараты: FR Cros 330, представляющий собой водную винилацетатную суспензию с полифосфатом аммония, и FR Cros 334, включающий модифицированный полифосфат аммония.

Известен жидкий препарат Fyrol РВР, выпускающийся голландской фирмой Akzo, представляющий смесь пентабромдифенилок-сида и арилфосфатов, содержащий около 50% брома. Он рекомендуется для снижения горючести полиэфирных тканей.

Следует отметить, что огнезащитный эффект после обработки указанными препаратами сохраняется в процессе многократных стирок. Однако огнезащитный эффект достигается при привесе на ткани 30-40 % препарата, что ухудшает гриф и приводит к снижению физико-механических показателей материалов. Кроме того, огнезащитная обработка ткани в этом случае достаточно дорогая [4, 5].

Изучив проблемные вопросы огнезащиты тканей из полиэфирного волокна, мы определили основную задачу работы, которая заключалась в разработке состава для огнезащитной обработки декоративных интерьер-ных тканей из полиэфирных волокон жаккардового переплетения, обеспечивающего повышенную огнестойкость, перманентность и сохранение грифа ткани после поверхностной обработки. Образец материала приведен на рис. 1.

Рис. 1. Образец ткани жаккардового переплетения для пошива штор

Для отделки полиэфирных тканей и тканей из смеси целлюлозных и полиэфирных волокон известен огнезащитный состав «Пи-роватекс» (метилолированное производное продукта конденсации диметилфосфита с ак-риламидом, С6Н14О5NP). Однако, эффектив-

ность его огнезащитного действия для тканей, содержащих более 15% полиэфирного волокна, достаточно низка, так как данный огнезащитный состав разлагается при более низкой температуре в сравнении с полиэфиром.

Поэтому для исключения данных недостатков предлагается ввести коммерческий препарат «Тефлон» в водный раствор «Пиро-ватекса». «Тефлон» - это полимер тет-рафторэтилена (ПТФЭ), пластмасса, обладающая редкими физическими и химическими свойствами и широко применяемая в технике и в быту. Плотность от 2,18 до 2,21 г/см3. «Тефлон» препятствует взаимодействию ткани с химическими агентами, обеспечивает отличное водоотталкивающее действие и защиту от брызг и грязи, тефлоновое покрытие предохраняет волокна ткани от масляных и водных загрязнений, пыли и сухой грязи. Покрытие «Тефлоном» не видно визуально и не чувствуется на ощупь. Обработка «Тефлоном» подходит практически для всех видов волокон - даже для нежного шелка и тонкого хлопка, не влияет на цвет и воздухопроницаемость ткани.

Рецептура состава

- 400 г препарата «Пироватекс» (метилолированное производное продукта конденсации диметилфосфита с акриламидом, С6Н14О5NP);

- 1000 г воды;

- 1 масс. % порошка полимер тет-рафторэтилена (коммерческий препарат «Тефлон»).

Технология нанесения состава

Образцы ткани из полиэфирного волокна размерами 21х17 см в течение 72 часов выдерживаются в воде, меняя её каждые 24 часа, высушиваются и обрабатываются горячим паром.

Далее образцы ткани помещаются в раствор антипирена и выдерживаются в течение 30 минут в ультразвуковой ванне, нагретой до температуры 65°С. После чего образцы отжимаются и подвергаются термофиксации при температуре 150°С в течение 15 минут. Образцы высушиваются естественным способом.

Обработка предлагаемым составом приводит к относительному привесу испытуемых образцов полиэфира от 15 до 20 % при исходной поверхностной плотности ткани 181 г/м2. Следует отметить, что это мало отражается на грифе жесткости ткани, а, следовательно, не мешает дальнейшему пошиву изделий, не ухудшаются потребительские свойства.

Испытания полиэфирной ткани на воспламеняемость проводились согласно методикам, описанным в нормативно-технической литературе2. Испытания проводились на лабораторной установке компании GIBITRE Instruments S.r.l.

Для данного прибора также была изготовлена держатель-рамка, на которой установлены шпильки для крепления образца. Перед началом испытаний на основание прибора под образцом укладывали слой хлопчатобумажной ваты толщиной 10 мм. Газовую горелку прогревали в течение 2 мин. Высоту пламени регулировали вентилем. В вертикальном положении горелки она должна составлять 40±2 мм.

Проведение испытаний.

Образец ткани (нетканого полотна) закрепляют на рамке таким образом, чтобы нижняя кромка образца выходила за нижнюю шпильку на 5 мм. Горелку устанавливают в горизонтальном положении на 40 мм выше нижней кромки образца и придвигают к образцу на расстояние, равное 17 мм. Время воздействия пламени на образец-- 4 с.

При отсутствии устойчивого горения проводят испытание на новом образце, не изменяя положения горелки. Время воздействия пламени увеличивается до 15 с.

В случае отсутствия устойчивого горения образца необходимо изменить положение горелки: установить горелку под углом 60° к горизонтали и расположить ее таким образом, чтобы пламя касалось нижней кромки образца. Время воздействия пламени на новый образец -5 с. При отсутствии устойчивого горения время воздействия пламени увеличивается до 15 с.

При проведении испытаний регистрируются: время остаточного горения, наличие пробежки пламени по поверхности образца, наличие загорания или тления хлопчатобумажной ваты от падающих частей или горящих капель испытуемого образца. После проведения испытаний измеряется длина обугленного участка.

2 ГОСТ Р 50810-95 «Пожарная безопасность текстильн ых материалов. Ткани декоративные. Метод испытания на воспламеняемость и классификация» (утв. постановлением Госстандарта РФ от 29 августа 1995 г. №454). URL: https://base.garant.ru/198774/ (дата обращения 13.03.2020).

Определение кислородного индекса полиэфирной ткани проводились на приборе для определения кислородного индекса OXYGEN INDEX MODULE по методике3.

Подготовка к испытаниям.

Перед началом испытаний изготавливали образцы ткани размерами в соответствии с размерами рамки, установленной на приборе. Производили автокалибровку прибора. Устанавливали на приборе значение кислородного индекса, при котором проводят испытания.

Проведение испытаний.

Испытания проводили при температуре 23+-2°С. Рамку с образцом закрепляли за основание в вертикальном положении в центре колонки так, чтобы верхний край образца находился на расстоянии не менее 100 мм от верхнего открытого края колонки.

В течение не менее 30 с систему продували газовой смесью, затем в течение не более 30 с с короткими перерывами примерно через каждые 5 с воздействовали пламенем горелки на верхний конец образца до его загорания.

Начальную концентрацию кислорода в смеси с азотом изменяли до тех пор, пока не устанавливалась минимальная концентрация кислорода в смеси с азотом, которая поддерживала горение образца в течение (180+-3) с или при которой за время менее (180+-3) с сгорало (5О+-1) мм образца. Минимальная концентрация должна отличаться от максимальной, не поддерживающей указанные условия горения, не более чем на 1%.

При горении образца более 183 с или, если длина сгоревшей части более (50+-1) мм, объемную долю кислорода уменьшают. При горении образца менее 177 с или, если длина сгоревшей части менее (50+- 1) мм, объемную долю кислорода увеличивают.

При регулировании объемной доли кислорода образец гасили и заменяли его новым. Если прежний образец был достаточно длинным, его переворачивали или отрезали сгоревшую часть, зажимали остаток в держателе и поджигали.

Образцы полиэстера, обработанные огнезащитным составом на основе «Пирова-текса» с «Тефлоном», соответствовали установленным требованиям. испытания проводи-

о

3 ГОСТ 21793-76 Пластмассы. Метод определения кислородного индекса (утв. постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 05 мая 1976 г. №1055). URL: https://base.garant.ru/198774/ (дата обращения 13.03.2020).

лись, как установлено методикой, на пяти образцах, вырезанных по основе, и пяти образцах, вырезанных по утку. При воздействии источника зажигания образцы плавились, но после удаления источника зажигания плавление прекращалось. остаточного горения обнаружено не было. высота оплавленного участка об-

разца по основе составила 10 мм, по утку -25 мм (рис. 2), что намного меньше 150 мм. Таким образом, образцы, обработанные огнезащитным составом на основе «Пироватекса» с «Тефлоном», в соответствии с требованиями классифицируются как трудновоспламеняе-мые.

а) по основе б) по утку

Рис. 2. Результаты испытаний образца ткани, обработанного огнезащитным составом на основе «Пироватекса» с «Тефлоном», в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50810-95

Результаты определения кислородного индекса образцов ткани из полиэфирного волокна, обработанных огнезащитным составом на основе «Пироватекса» с «Тефлоном», показали среднее значение данного показателя 27% при средней скорости распространения пламени 0,96 мм/с. Данный результат можно считать удовлетворительным, и текстильный материал, обработанный полученным составом, может относиться к трудногорючим.

В результате исследования был получен огнезащитный состав (400 г препарата «Пи-роватекс» (метилолированное производное продукта конденсации диметилфосфита с акри-ламидом, С6Н14О5NP), 1000 г воды, 1 масс. % порошка полимер тетрафторэтилена (коммерческий препарат «Тефлон»), позволяющий предотвращать воспламенение тканого материала жаккардового переплетения из полиэфирного волокна декоративного назначения.

Список литературы

1. Болодьян Г. И. Комплексный подход к созданию пожаробезопасных текстильных

материалов и изделий: дис. ... канд. техн. наук: 05.26.03. Москва, 2003. 177 с.

2. Самойлов Д. Б. Управление системой обеспечения пожарной безопасности че-

ловека в жилом здании: дис. ... канд. техни. наук: 05.13.10. Москва, 2011. 184 с.

3. Зубкова Н. С, Антонов Ю. С. Снижение горючести текстильных материалов -- решение экологических и социально-экономических проблем // Российский химический журнал (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева). 2002. т. XLVI. № 1. С. 96-103

4. Разработка огнезащитных составов для текстильных материалов / С. А. Сырбу [и др.] // Технологии техносферной безопасности. Вып. 5 (39). 2011. http://academygps.ru/ttb.

5. Дутикова О. С. Ингибирование процессов термолиза и горения полиэтилентере-фталата с использованием пенококсообразу-ющих систем: дис. ... канд. хим. наук: 02.00.06. Москва, 2005. 134 с.

References

1. Bolodian G. I. Kompleksniy podhod k sozdaniu pozharobezopasnih tekstilnih materialov i izdeliy: Dis. ... kand. tekn. nauk: 05.26.03 [An integrated approach to the creation of fireproof textile materials and products: dis. ... kand. texni. nauk. 05.26.03]. Moskow, 2003, 177 p.

2. Samojlov D. B. Upravlenie sistemoj

obespecheniya pozharnoj bezopasnosti chelove-ka v zhilom zdanii: dis. ... kand. texni. nauk [Management of the human fire safety system in a residential building. Kand. tech. sci. diss. 05.13.10. Moskow, 2011. 184 p.

3. Zubkova N. S, Antonov Yu. S. Snizhenie goryuchesti tekstiPny'x materialov -reshenie e'kologicheskix i sociaPno-e'konomicheskix problem [Reducing the combustibility of textile materials-solving environmental and socio-economic problems]. Rossijskij ximich-eskij zhurnal (Zh. Ros. xim. ob-va im. D. I. Mende-leeva), 2002, vol. XLVI, issue 1, pp. 96-103.

4. Razpabotka ognezaschitnih sostavov dly tekstilnih materialov [Development of flame retardants for textile materials] / S. A. Syrbu [et al.]. Tekhnologii tekhnosferhoy bezopasnosti, 2011, vol. 5(39). http://academygps.ru/ttb.

5. Dutikova O. S. Ingibirovanie protsessov termoliza I goreniya polietilentereftalata s ispol'zovaniem penokoksoobrazuyuschih system: dis. ... kand. him. nauk: 02.00.06 [The processes of thermolysis and burning of polyethylenetereph-thalate inhibition with foam-forming systems using: dis. ... Kand. him. sci. diss 02.00.06]. Moskow, 2005, 134 p.

Сырбу Светлана Александровна

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,

Российская Федерация, г. Иваново

доктор химических наук, профессор

E-mail: [email protected]

Syrbu Svetlana Alexandrovna

Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State

Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of

Consequences of Natural Disasters»,

Russian Federation, Ivanovo

doctor of chemistry sciences, professor

E-mail: [email protected]

Салихова Аниса Хамидовна

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,

Российская Федерация, г. Иваново

кандидат технических наук, доцент

E-mail: [email protected]

Salikhova Anisa Khamidovna

Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State

Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of

Consequences of Natural Disasters»,

Russian Federation, Ivanovo

candidate of technicas ciences, associate professor

E-mail: [email protected]