СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ БУМАГИ
COMPOUND FOR PRODUCTION OF MODIFIED PAPER

Изобретение относится к полимерной промышленности, к составу для получения модифицированной бумаги с повышенными огне- и теплозащитными свойствами, которая может найти применение в строительстве, самолето-, судо- и автомобилестроение.
Известен состав для получения огнестойких целлюлозных материалов на основе 25-40% раствора смеси диалкилфосфита с диизоцианатом, взятых в эквимолекулярном соотношении в присутствии триэтиламина при 100-200°С. При обработке целлюлозы предлагаемым составом присоединение диалкилфосфита к целлюлозе происходит через диизоцианат [Авторское свидетельство СССР №473722, МПК С08В 15/00; опубл. 14.06.75].
Однако данный состав не обеспечивает сохранения прочностных характеристик целлюлозных материалов, достаточной огнестойкости пленок, при этом процесс является трудоемким и требует достаточно высокого интервала температур.
Известен состав в способе получения модифицированных целлюлозных материалов посредством обработки их фосфорной кислотой в присутствии мочевины и термофиксации при 140-160°С с дополнительной обработкой расплавом борной кислоты и термической обработкой при 600-700°С [Авторское свидетельство СССР №371793, МПК С08В 15/00; опубл. 15.04.78].
Однако данный состав не обеспечивает достаточной огнестойкости пленок, при этом процесс является многостадийным, требует использования сложного аппаратурного оформления и высоких температур.
Наиболее близким является состав, описанный в способе получения модифицированной бумаги и хлопчатобумажной ткани путем обработки фосфорсодержащими и борсодержащими соединениями, при этом бумагу и ткань обрабатывают 2,5-10%-ным водным раствором поливинилового спирта в течение 30-40 мин и сушат при комнатной температуре с последующей обработкой в течение 1-2 мин 5-15%-ным раствором бората метилсульфита и сушкой при комнатной температуре [Патент 2254341, МКП С08В 15/05; опубл. 20.06.05].
Однако данный состав не обеспечивает получение модифицированной бумаги с достаточной огнестойкостью и термостойкостью.
Задача - разработка состава для получения модифицированной бумаги, позволяющего получать ее с повышенными огне- и теплозащитными свойствами.
Техническим результатом является повышение огне- и теплозащитных свойств, стойкости к термоокислительной деструкции модифицированной предлагаемым составом бумаги.
Поставленный технический результат достигается тем, что состав для получения модифицированной бумаги включает 5-7%-ный водный раствор поливиниловый спирт и 15-20%-ный водный раствор борат метилфосфита, при этом состав дополнительно содержит 5-7%-ный водный раствор хитозана при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: поливиниловый спирт-5-7; хитозан - 5-7; борат метилфосфита - 15-20; вода - 275-266.
Борат метилфосфита известен ранее как ингибитор горения (Патент 2278874). Используют хитозан - ТУ 6-09-05-397-75.
Наличие в составе модификатора атомов фосфора и бора, являющихся ингибиторами процессов горения и окисления, позволяет повысить огнезащитные свойства бумаги, увеличить ее стойкость к термоокислительной деструкции. Кроме того, использование в качестве модификатора борат метилфосфита позволяет избежать многостадийности или последующей обработки модифицируемой бумаги.
2
2
Использование 5-7 мас.ч. хитозана придает бумаге повышенную прочность при повышенных температурах за счет полициклической структуры хитозана и высокого содержания в нем функциональных групп (-NH, -ОН, -СНOH) и атомов азота и обеспечивает формирование устойчивой структуры бумаги. При концентрации хитозана менее 5 мас.ч. замедляется процесс модификации, при концентрации выше 7 мас.ч. получается очень вязкая реакционная смесь, возникает сложность получения однородного гомогенного продукта.
Использование в составе 5-7 мас.ч. ПВС благоприятно сказывается на процессе модификации бумаги. При увеличении концентрации ПВС выше 7 мас.ч. получается сильно вязкая реакционная смесь, а при уменьшении концентрации ниже 5 мас.ч. не образуется однородного состава с хитозаном.
Использование 15-20 мас.ч. борат метилфосфита позволяет придавать эффект огнезащиты за счет химического взаимодействия функциональных групп (-ОН, -О-В(ОН)-, -О-Р(ОН)-О-), при этом образуется устойчивая структура бумаги с плотной упаковкой и наличием в ее структуре взаимопроникающих сеток.
Использование воды позволяет образовывать гомогенные водные растворы с ПВС, хитозаном и борат метилфосфитом, обеспечивающие в дальнейшем получение однородной бумаги.
Надо отметить, что процесс получения состава для модификации бумаги не продолжителен по времени и не требует высоких температур.
Состав для получения модифицированной бумаги готовят следующим образом.
Навески хитозана и ПВС по отдельности смешивают с водой и оставляют набухать и растворяться на 60 мин при температуре 20-25°С. Навеску борат метилфосфита растворяют в воде в течение 10 мин при температуре 20-25°С. Полученные растворы тщательно перемешивают на магнитной мешалке в течение 10-15 мин при температуре 20-25°С.
Исходные образцы бумаги обрабатывают полученным составом в течение 5-7 мин и сушат в вакууме до постоянного веса.
Пример 1. Образцы бумаги (полоски шириной 1 см и длиной 10 см) обрабатывают составом, включающим 5%-ный водный раствор ПВС, 5%-ный водный раствор хитозана и 15%-ный водный раствор борат метилфосфита на 5-7 мин, после чего пропитанные образцы подвергают сушке в вакууме.
Примеры 2-6 осуществляют аналогично примеру 1.
Состав для получения модифицированной бумаги приведен в таблице 1.
Полученные образцы подвергались исследованию на стойкость к горению (ГОСТ 21793-76), прочность при повышенной температуре (100°С), изменение массы при термоокислительной деструкции. Полученные результаты приведены в табл.2.
Прочность образцов при повышенной температуре определяли по методике, описанной в книге [Практикум по химии и физике полимеров: Учеб. изд. /Под ред. В.Ф.Куренкова. - М.: Химия, 1990. - 304 с.].
Таблица 1
Состав для получения модифицированной бумаги
Компоненты
Содержание компонентов в составе, мас.ч.
1
2
3
4
5
6
ПВС
5
5
6
6
7
7
Хитозан
5
5
6
6
7
7
Борат метилфосфита
15
20
15
20
15
20
Вода
275
270
273
268
271
266
Таблица 2
Свойства модифицированной бумаги
№ образца по примеру
Изменение массы при пиролизе при 300°С, % (время пиролиза 20 мин)
Стойкость к горению
Прочность при 100°С, кгс/см<sup>2</sup>
1
20
не восплам.
11,7
2
18
не восплам.
12,8
3
21
не восплам.
11,6
4
19
не восплам.
13,3
5
20
не восплам.
12,5
6
18
не восплам.
14,8
Изменение массы образцов при термоокислительной деструкции определяли методом дифференциально-термического анализа [Методы исследования структуры и свойств полимеров / И.Ю.Аверко-Антонович, Р.Т.Бикмуллин; КГТУ. Казань, 2002. - 604 с.]
Из табл.2 видно, что модифицированная бумага обладает повышенными огне- и теплозащитными свойствами. Образцы, обработанные полученным составом, не воспламеняются. Кроме того, данный способ модификации существенно улучшает стойкость бумаги к термоокислительной деструкции за счет стабилизирующего действия атомов азота, фосфора и бора. Высокая прочность модифицированной бумаги при повышенной температуре достигается за счет образования дополнительных межмолекулярных связей при пропитки бумаги полученным составом, а входящие в него атомы азота, бора и фосфора обеспечивают хорошие теплозащитные свойства бумаги.
Таким образом, использование полученного состава позволяет получать модифицированную бумагу с повышенными огне- и теплозащитными свойствами, стойкостью к термоокислительной деструкции.