Разработка огнезащитного состава для текстильных материалов

И. А. Абдулин, З. З. Валиева, Н. Х. Валеев

РАЗРАБОТКА ОГНЕЗАЩИТНОГО СОСТАВА ДЛЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: огнезащита ткани, водный раствор силиката, модификатор.

Разработана рецептура экологически безопасного огнезащитного состава на основе водного раствора силиката натрия. Исследованы специальные свойства покрытия применительно к текстильным материалам.

Keywords: fireproof of tissue, a water solution of silicate, the modifier.

The compounding of ecologically safe fireproof paint on the basis of a water solution of silicate of sodium is developed. Special properties of a fireproof paint are investigated with reference to textile materials.

В связи с последними событиями огнезащитная пропитка материалов является насущной необходимостью. Во многих странах мира законодательно запрещено применение изделий из легковоспламеняющихся волокнистых материалов (декоративные, обивочные, портьерные ткани, напольные покрытия, нетканые материалы и др.), поскольку они являются серьезным источником опасности во время пожаров - способствуют распространению пламени и при горении выделяют большое количество дыма и ядовитых газов.

В России в широких масштабах огнезащитные материалы применяются только для изготовления спецодежды, причем получают их, в основном, с использованием импортных препаратов, довольно дорогих и не всегда обеспечивающих весь комплекс специальных и гигиенических требований. Современные системы сигнализации и предупреждения пожаров все больше совершенствуются, однако, своевременная обработка огнезащитным составом текстильных и полимерных отделочных материалов, а также огнезащита деревянных конструкций - это дополнительная страховка в случае непредвиденных обстоятельств. Даже если пожар вдруг начнется, качественная обработка огнезащитным составом просто не даст ему распространиться, поскольку эти материалы являются трудно горючими или плохо воспламеняемыми.

Заблаговременная противопожарная пропитка тканей огнезащитным составом позволит на начальных этапах локализовать очаг возможного возгорания. А ведь часты случаи, когда именно незащищенные ткани являются основным проводником пламени во внутренних пространствах.

Определение способности текстильных материалов (тканей, нетканых полотен) сопротивляться воспламенению, устойчивому горению, а также оценки их огнезащитности проводят по ГОСТ Р 50810-95. По результатам испытаний горючие текстильные материалы подразделяют на легковоспламеняемые и трудновоспламеняемые.

Самостоятельное горение волокна протекает только в том случае, когда выделяющаяся энергия больше или равна сумме энергий, затраченных на его воспламенение. Поэтому принципиально повышение огнезащитности текстильного материала сводится к тому, что он должен обладать свойством самозатухания после удаления источника воспла-

менения. В процессе горения не должно выделяться много дыма и токсичных газов. Горение текстильных материалов состоит из следующих основных этапов:

- теплоотдача от источника к материалу;

- термическое разложение тканевой структуры;

- диффузия и конвекция продуктов термического разложения;

- кинетические реакции атмосферного кислорода и продуктов термического разложения.

Огнезащитные свойства могут придаваться материалам на любой стадии горения.

В табл. 1 представлены некоторые физико-химические свойства различных волокон.

Таблица 1 - Некоторые физико-химические свойства волокон

Волокно Твоспл от постор. О/ч источника, С Т оС і самовоспл, ^ Т  а о о

Хлопок 350 400 800

Вискоза - - -

Шерсть 325 590 680

Найлон 6,6 - 532 875

Лавсан 390 500 720

Нитрон 250 515 850

Полипропилен 375 495 -

Все методы придания огнезащитных свойств основаны на введении антипиренов, изменяющих или заменяющих отдельные стадии горения.

В зависимости от энергетического баланса горения вещества, замедляющие этот процесс - антипирены - подразделяются на три класса:

1 - поглощают тепло, активные в конденсированной фазе, эффективны в субстрате и уменьшают количество газов за счёт замедления деструкции; к ним относятся разлагающиеся вещества при повышенных температурах с поглощением большого количества тепла: А1(ОН)з, МдБЮз, уменьшающие выделение энергии;

2 - активные в газовой фазе, уменьшающие кол-во выделившегося тепла за счёт замедления процесса окисления путём обрыва цепи; антипирены второго класса замедляют горение, что уменьшает кол-во освободившейся энергии, снижает температуру горения, -это галогеносодержащие соединения, (ЫН4)2 СО3 щавелевокислый аммоний, разлагающийся на СО2 и ЫН3, не поддерживающие горения;

3 - антиперены, способствующие образованию карбонизированного остатка путём изолирования массы полимера от доступа кислорода.

Большинство фосфоросодержащих соединений обладают огнезащитными свойствами, особенно в смеси с галогеном или азосодержащими соединениями.

Пример обработки: ткань пропитывается раствором, содержащим Н3РО4, (ЫН^2 НРО4 и высушивается. Однако такой способ не обладает устойчивостью к стирке.

Шерстяные материалы обладают более высокими огнезащитными свойствами, для них используют соединения фосфора, титана, железа, хрома, например 1,5 % Ыа2Сг2О7 + 3% НСНО. Обработка ведётся в кислой среде при 100 оС в течение 45 мин.

Синтетические волокна с большим трудом поддаются огнезащитной обработке, особенно легко воспламеняются полиакрилнитрильные волокна. Наиболее распространён препарат пироватекс. Обычно он применяется с металмеламином или меламиноформаль-дегидной смолой (5 - 6%) для хлопчатобумажных тканей. Ткань пропитывают аппретирующим раствором, плюсуют, сушат и термофиксируют.

Широко распространены антиперены на основе тетракис (оксиметил) фосфоний гидроксида и его хлориды. Для шерстяных волокон используются циклические фосфазены.

Патентный поиск об огнезащитных составах для текстильных материалов показал, что интерес к таким составам возрастает. Однако не обнаружено рецептур составов с содержанием водных растворов силикатов щелочных металлов.

Разработанные нами огнезащитные составы обеспечивают значительное снижение горючести тканей и нетканых материалов, трикотажных полотен (из натуральных и синтетических волокон), фенолформальдегидных смол, других полимеров, объёмных утеплителей и древесины.

Огнезащитный состав представляет собой бесцветный прозрачный лак на основе водного раствора силиката натрия или калия плотностью 1,2 г/см3 и модулем 2-3, модифицированного вольфраматом натрия, так как известно, что эффективной добавкой водных растворов силикатов щелочных металлов является вольфрамат натрия, повышающий огнезащитные свойства таких покрытий [1].

Изготовление опытных образцов включает следующие операции.

Водный раствор силиката натрия плотностью 1,2 г/см3 смешивали с 0,5% (мас.) глицерина для повышения эластичности покрытия покрытия [2]. Водный раствор силиката калия плотностью 1,2 г/см3 использовали в готовом виде. Вольфрамат натрия использовали без предварительной подготовки и вводили в раствор в количестве 10%; 15%; 20% (масс.).

Приготовленный пропиточный состав должен быть хорошо перемешан.

Для подготовки поверхности тканей, картона, бумаги перед нанесением огнезащитного состава необходимо произвести очистку от пыли, грязи (влажная очистка). Поверхность после предварительной обработки и перед нанесением огнезащитного состава должна быть сухой.

Нанесение раствора на различные виды конструкций можно производить следующим способами: погружением, нанесением кистью, опрыскиванием.

Сушку образцов проводили при комнатной температуре в течение 5-6 суток до постоянной массы.

Результаты исследований представлены в табл. 2.

По данным табл. 2 огнезащитные составы на основе модифицированного глицерином водного раствора силиката натрия эффективнее, чем на основе водного раствора силиката калия. Наилучшие показатели по огнезащитной эффективности для текстильных материалов у состава на основе водного раствора силиката натрия с глицерином, модифицированного 15% вольфрамата натрия.

При эксплуатации тканей, обработанных огнезащитным составом, не требуется стирки. Загрязнения легко удаляются влажной тряпкой.

По основным показателям разработанный огнезащитный состав превосходит многие отечественные и зарубежные огнезащитные составы.

Таблица 2 - Показатели эффективности огнезащитных составов для текстильных материалов по ГОСТ Р 50810-95

Характеристика Водный раствор силиката натрия с 0,5% (мас.) глицерина Водный раствор силиката калия

Содержание вольфрамата натрия, % масс. 1G 15 2G 1G 15 2G

Вязкость по ВЗ-4, с 15 18 21 15 19 22

Плотность, г/см3 1,3 1,38 1,45 1,35 1,4 1,48

Живучесть, час 14 -15

Расход, г/м 41G 48G 545 415 482 55G

pH >12

Время остаточного пламенного горения, с 8 4,5 3,3 1G 5,2 4,8

Средняя длина обугливающегося участка, см 143 85 52 148 93 6G

Прогорание образца до одной из его кромок - - - + - -

Распространение горения по поверхности + - - + + -

Внешний вид образцов после обработки огнезащитным составом и сушки ткань гладкая, эластичная, не сминается, цвет не изменился

Литература

1. Сычев, М. М. Неорганические клеи / М. М. Сычев. - Л.: Химия, 1986. - С. 152.

2. Валиева, З. З. Огнезащитные краски / З. З. Валиева [и др.] // Вестник Казанского технологического университета - 2010. - № 7. - С. 373-379.

© И. А. Абдулин - д-р техн. наук, проф. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ, проректор КГТУ, І1пиг@спі1;/к8и/га8/т; З. З. Валиева - асп. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ, z_rf21@mai1.ru; Н. Х. Валеев - канд. техн. наук, доц. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ.