Исследование влияния плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления на закрепление антипирена в поверхностном слое текстильных материалов

УДК 6.20.22:547.775

С. В. Илюшина, Р. Н. Сабирзянова, А. С. Парсанов, А. Т. Миндиярова

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАЗМЫ ВЧЕ-РАЗРЯДА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ НА ЗАКРЕПЛЕНИЕ АНТИПИРЕНА В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: текстильный материал, антипирен, закрепление, промывка.

Проведено исследование влияния плазменной обработки на закрепление антипирена на текстильный материал после промывки. Обнаружено, что повторная обработка текстильных материалов в высокочастотном емкостном разряде способствует закреплению антипирена лишь частично.

Keywords: textile material, a flame retardant, fixing, washing.

The effect of plasma treatment on securing a flame retardant to the textile after washing. It was found that the reprocessing of textile materials in the high-capacitive discharge helps to perpetuate a flame retardant partially.

Введение

В настоящее время проблема огнезащитных и противопожарных материалов очень актуальна, так как безопасность жизнедеятельности человечества всегда стояла на первом месте. Важными проблемами являются: создание материала, который будет удовлетворять потребностям в защите от пожароопасных ситуаций, а также будет безвреден для человека и окружающей среды, не токсичен.

Антипирены, которые используют для придания текстильным материалам (ТМ) огнестойких свойств, имеют ряд недостатков. После пропитки антипиреном материал становится жестким, теряет эластичность. Кроме того, антипирен очень плохо закрепляется на ткани, быстро смывается, уже после первый двух стирок количество антипирена на поверхности материала резко снижается. Также антипирен является дорогостоящим продуктом, в связи с этим его постоянное использование может привести к значительным затратам [1-3].

В связи с этим пытаются закрепить анти-пирен на поверхности всевозможными способами. Одним из способов является использование плазменной модификации, которая способствует закреплению вспучивающего антипирена, тем самым продлевая огнезащитные свойства текстильного материала.

Плазменная обработка имеет важное преимущество перед другими способами закрепления -она влияет на внутреннее строение материала, не изменяя его внешний вид. Кроме того, данный вид обработки является экологически безвредным и экономичным по сравнению с другими методами [3,4].

Огнезащитная пропитка горючих текстильных материалов препятствует распространению пламени при их зажигании. Если ткань с огнезащитной пропиткой поместить в пламя, она обуглится и горит, однако при удалении из пламени горение прекращается. Абсолютно огнестойкой отделки, придающей ткань несгораемость, достигнуть невозможно, потому что при высоких температурах все волокна разлагаются и полностью утрачивают прочность. Качество огнезащитной пропитки определяется ее устойчивостью в условиях эксплуатации. Для огнезащитных тканей основным показате-

лем является их устойчивость к мыльно-содовым обработкам и химчистке. Поэтому все огнезащитные пропитки подразделяют на три группы:

1) временная или вымываемая пропитка, которая удаляется с волокон при стирке;

2) ограниченно устойчивая или полупрочная пропитка, обладающая умеренной устойчивостью к воздействию воды и моющих средств;

3) устойчивая огнезащитная пропитка, характеризующаяся устойчивостью к воде, потовыделениям и атмосферным воздействиям, сохраняемая при стирке и химчистке [5].

Качество пропитки определяется по привесу огнезащитного состава.

Работа направлена на решения проблемы закрепления пропитки антипирена на поверхности материала с помощью высокочастотной емкостной (ВЧЕ) обработки.

В качестве объектов исследования выбраны текстильные материалы двух видов:

- марки «Карелия-2» (80% х/б, 20% ПЭ);

- марки «Галактика-Комфорт» (53% х/б, 47% ПЭ).

Исследования проводились в три этапа: обработка образцов ТМ в ВЧЕ разряде; пропитка ТМ составом антипирена по ТУ 2332-030-479358382003; промывка ТМ материалов после пропитки по ГОСТ Р ИСО 10528-99.

Обработка материалов проводилась в плазменной установке, описанной в работе [6] со входными параметрами: расход газа С =0,04 г/с, давление Р = 26,6 Па, мощность разряда Wp= 0,1-0,9 кВт, время обработки 1=3 минуты, частота генератора 1=13,56 МГц, плазмообразующий газ - аргон и смесь газов аргон - пропан-бутан технический в соотношении 70:30 соответственно.

Известно [7, 8], что при воздействии на капиллярно-пористые (в том числе текстильные) материалы потока неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления высокочастотного разряда происходит направленное изменение поверхностных свойств обрабатываемого материала. Поэтому на первом этапе проводился поиск режимов плазменной обработки, при которых наблюда-

ется оптимальное значение привеса текстильных материалов.

Плазменная модификация не увеличивает огнестойкость материалов в отсутствии огнестойких аппретов. Однако, ВЧЕ обработка позволяет регулировать свойства поверхности материалов в широких пределах, улучшает гидрофильные свойства текстильного материала, увеличивает смачиваемость ткани, что приводит к более эффективному и равномерному растворопоглощению [4].

Экспериментальная часть

На первом этапе исследований перед пропиткой антипиреном образцы ТМ обрабатывались в плазменной установке со входными параметрами в следующих диапазонах: расход плазмообразующего газа аргона С = 0,04 г/с, давление Р =26,6 Па, мощность разряда Wp= 0,1-0,9 кВт, время обработки 1=3 минуты. Отбирали партии контрольных и обработанных образцов, по десять штук в каждой партии.

На рисунках 1 и 2 показаны результаты по изменению привеса контрольных и модифицированных плазмой образцов текстильных материалов.

По результатам проведенных исследований определяли значения мощности разряда для каждого образца, при котором получали оптимальные значения показателя привеса для каждого материала.

Кпнтр а,2 а.} о,а Гг.1 и,- п. я 0,9

','.'.), кВт

Рис. 1 - Значения привеса контрольного и модифицированных плазмой образцов ткани «Каре-лия-2»

_

- -- -- I 1 1

Г 1 1 1 Я 1 1 1

1II В1II

Контр 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0.7 0,8 0,9 \Л'рг кВт

Рис. 2 - Значения привеса контрольных и модифицированных плазмой образцов ткани «Галактика-Комфорт»

Согласно экспериментальным данным, представленных в работах [7-9] бомбардировка поверхности текстильных материалов ионами с энер-

гией до 100 эВ приводит к возникновению на поверхности свободных радикалов, которые реагируя с активными компонентами плазмы, могут образовывать гидрофильные группы, что объясняет значительное увеличение смачиваемости при обработке в аргоне. За счет низкоэнергетической ионной имплантации часть радикалов может обладать определенным «временем жизни» и реагировать с кислородом воздуха при выносе образцов из реакционной камеры.

Как видно из рисунков 1, 2 наиболее оптимальное значение привеса как для ткани «Карелия-2», так и для ткани «Галактика-Комфорт» достигается при следующем режиме плазменной обработки: Wp=0,7кВт, 1=3мин, Р=26,6Па, С=0,04г/с, газ аргон.

Дальнейшую обработку ТМ проводили в выбранном режиме.

Для огнезащитных текстильных материалов, полученных методом пропитки их раствором антипирена, актуальной проблемой остается устойчивое закрепление антипирена на поверхности материалов. В процессе эксплуатации и неоднократных стирок изделий в течение их жизненного цикла происходит вымывание огнезащитной пропитки с поверхности материала и потеря материалом его огнестойких свойств [3, 5].

Анализ ранее проведенных исследований [7-10] показал, что для закрепления пропиточного материала в поверхностном слое ТМ оптимальной плазмообразующей средой для плазменной модификации является смесь газов аргон - пропан-бутан технический в соотношении 70:30 соответственно.

Для исследования влияния плазменной модификации на эффективность закрепления антипи-рена в поверхностном слое ТМ определяли привес антипирена на поверхности образцов до и после 5 циклов промывки.

Пропитку ТМ раствором антипирена проводили с применением ВЧ обработки и без нее по трем вариантам:

Вариант 1: пропитка ТМ раствором антипи-

рена.

Вариант 2: обработка ТМ в режиме Wp=0,7кВт, 1=3мин, Р=26,6Па, С=0,04г/с, газ аргон, пропитка раствором антипирена.

Вариант 3: обработка ТМ в режиме Wp=0,7кВт, 1=3мин, Р=26,6Па, С=0,04г/с, газ аргон; пропитка раствором антипирена; повторная ВЧЕ обработка ТМ в режиме Wp=0,7кВт, 1=3мин, Р=26,6Па, в=0,04г/с, смесь газов аргон пропан-бутан технический (70:30).

На основе проведенных ранее исследований [7-10] известно, что повторная обработка плазмой приводит как к дополнительному «вбиванию» пропитки в поверхность материалов за счет ионной бомбардировки, что способствует физической адсорбции пропиточного материала в приповерхностных слоях, так и к формированию поверхностной сетки, за счет присутствия пропан-бутана, способного в ионизированном состоянии взаимодействовать с образовавшимися за счет ионной бомбардировки свободными радикалами в поверхностном слое волокнообразующих полимеров.

Влияние эффективности обработки ТМ, пропитанных раствором антипирена, плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления с целью закрепления антипирена в поверхностном слое материалов представлено на рисунках 3 и 4.

1 ? 1 ЦИКЛЫ ПРОЛ1ЫШ1И

I M111 !Иг1 MI 1  "jul [J IM

Рис. 3 - Изменение привеса образцов ткани «Ка-релия-2» после 5 циклов промывки

циклы прслчывкк  вариант! введши 2  Ва ризн! .

Рис. 4 - Изменение привеса образцов ткани «Галактика-Комфорт» после 5 циклов промывки

Из рисунков 3 и 4 видно, что с необработанных плазмой образцов после 5 циклов происходит вымывание раствора антипирена на 64,3% и 92,5% для ткани «Карелия-2» и ткани «Галактика-Комфорт» соответственно. С модифицированных образцов ТМ плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления после 5 циклов происходит вымывание раствора антипирена на 62,4% для ткани «Карелия-2» и 73,8% для ткани «Галактика-Комфорт». Образцы, прошедшие повторную плазменную обработки после промывки теряют в привесе на 58,7% и 67,4%.

Экспериментальные данные подтверждают, что эффективнее всего закрепление антипирена осуществилось на образцах, прошедших двойную плазменную обработку до и после пропитки составом антипирена. Таким образом, можно сделать вы-

вод, что плазменная обработка текстильных материалов препятствует вымыванию антипирена с поверхности ТМ в процессе их эксплуатации и стирки лишь частично.

Литература

1 С.Д. Варфоломеев, С.В. Ломакин, П.А. Сахаров Анти-пирены: российский период / С. Д. Варфоломеев, С.В. Ломакин, П.А. Сахаров // The Chemical Journal, 2010, Вып. 1, С. 42-45

2 Бородьян Г. И. Комплексный подход к созданию пожароопасных текстильных материалов и изделий: дис. ... канд. тех. наук / Инст. противоп. обороны; Г. И. Бородьян., М., 2003, 177 с.

3 Р.Н. Сабирзянова, И.В. Красина, О.А. Тучкова, Р.Ш. Еналеев Исследование влияния вспучивающих антипи-ренов на повышение огнестойкости текстильных материалов / Р.Н. Сабирзянова, И.В. Красина, О.А. Тучкова, Р. Ш. Еналеев // Вестник Казан. технол. ун-та. 2014, т.17., №3, С. 53-54

4 Р.Н. Сабирзянова, И.В. Красина Модификация текстильных материалов низкотемпературной плазмой пониженного давления / Р.Н. Сабирзянова., И.В. Красина // Вестник Казан. технол. ун-та. №17, 2012. С.56-57.

5 Р. Н. Сабирзянова, И. В. Красина Применение вспучивающего антипирена для придания материалам огнестойкости / Р. Н. Сабирзянова, И. В. Красина // Вестник Казан. технол. ун-та. т.17., №19, 2014 С.140-142

6 И.А. Гришанова, Е. А. Сергеева, С. В. Илюшина Оптимизация режимов низкотемпературной плазменной обработки высокомодульных полиэтиленовых волокон / И.А. Гришанова, Е. А. Сергеева, С. В. Илюшина // Вестник Казан. технол. ун-та № 7, 2010, С.94-98

7 С.В. Илюшина, Е. А. Сергеева, Р.Н. Сабирзянова Применение плазменной модификации для придания антиадгезионных свойств текстильным материалам технического назначения / С.В. Илюшина, Е. А. Сергеева, Р.Н. Сабирзянова // Нетканые материалы, №2, 2012, С. 18-20

8 Сергеева Е. А. Модификация синтетических волокнистых материалов и изделий неравновесной низкотемпературной плазмой. Ч. 1. Теория, модели, методы / Е. А. Сергеева, В. С. Желтухин, И. Ш. Абдуллин. - Казань: Изд-во Каз. гос. технол. ун-та, 2011. - 252 с.

9 Сергеева Е. А. Модификация синтетических волокнистых материалов и изделий неравновесной низкотемпературной плазмой. Ч. 2 : Свойства, структура, технологии / Е. А. Сергеева, Н. В. Корнеева, Л. А. Зенитова, И. Ш. Абдуллин. - Казань: КГТУ. - 2011. - 255 с.

10 Букина Ю.А. Устойчивость эффекта плазменной обработки текстильных материалов смесового состава / Ю.А. Букина, Е.А. Сергеева // В мире научных открытий: мат-лы 3-ей Междунар. науч-прак. конф., 5-6 марта 2012г., Москва. - Москва, 2012. - С. 144-147

© С. В. Илюшина - к.т.н, доц. каф. технологии химических, натуральных волокон и изделий КНИТУ, strelfy@mail.ru; Р. Н. Сабирзянова - асп. той же кафедры; А. С. Парсанов - к.т.н, доц. той же кафедры; А. Т. Миндиярова - студ. КНИТУ.

© S. V. Ilyushina - Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor of Department of Technology chemical, natural fibers and products, KNRTU, strelfy@mail.ru; R. N. Sabirzyanova - graduate student of the same Department; A. S. Parsanov - Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor of the same Department; A. T. Mindiyarova - student of KNRTU.