Исследование термического разложения синтетического волокна нитрон

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА НИТРОН

Коровникова Н.И., к.х.н., доцент Олейник В.В., к.т.н., доцент Национальный университет гражданской защиты Украины, г. Харьков

Причиной пожаров часто является воспламенение синтетических волокон и особенно широко распространенных полиакрилонитрильных волокон. Последние при горении выделяют огромное количество газов и дыма и в таких условиях пожары приводят к огромным материальным ущербам и потерям человеческих жизней. В связи с этим очень важны исследования, связанные со снижением горючести таких материалов, разработкой новых антипиренов, методов обработки ними волокон, исследования механизма взаимодействия антипиренов с полимером и т.д. [1]. Указанные задачи невозможно решить, не имея данных о термическом разложении полиакрилонитрильного волокна.

В данной работе экспериментально получены данные о качественном и количественном составе газов, выделяющихся при термическом разложении полиакрилонитрильного волокна нитрон в среде воздуха и аргона, используя хроматографический метод. Последний позволяет объединить процесс накопления газов, выделяющихся при пиролизе и при окислительном пиролизе волокна, с последующим их анализом и количественным детектированием с помощью специального метода улавливания продуктов разложения синтетического волокна в камере сгорания, которые затем определяли на газовом хроматографе.

В работе использовали воздушно-сухие образцы промышленного волокна нитрон, представляющего собой тройной сополимер акрилонитрила, метилметакрилата, итаконовой кислоты, содержащий ~92,5, ~6,0, ~1,5-2,0 % сомономерных звеньев соответственно [2]. Навеска волокна составляла по 0,5 г (погрешность взвешивания - 0,01 г). Для одного эксперимента использовали 5 образцов волокна, сульфат и полисульфит аммония - для определения азотсодержащих соединений, цеолит - окиси углерода, силикагель - водорода, двуокиси углерода.

Результаты нашего исследования свидетельствуют, что в интервале температур от 100 до 600°С основными продуктами являются водород, аммиак, цианистый водород, окись и двуокись углерода при термоокислительной разложении. Выделение водорода начинается после температуры 300°С. Интенсивное его образования наблюдается во время пиролиза при температуре 400°С. Результаты исследования свидетельствуют о прямо пропорциональной зависимость выхода водорода с повышением температуры.

Выделение КН3 в незначительных количествах начинается со 100°С. При 230°С идет интенсивное образование токсичного вещества. Если

провести сравнительный анализ между продуктами выделения в среде аргона и кислорода, можно заметить, что меньшее его количество выделяется при пиролизе (среда аргона). Максимум выделения аммиака составляет 1 мг / г, а при обработке в инертном газе указанные данные почти в два раза меньше. Эти значения приходятся на температуру 350оС, после которой идет уменьшение его содержания. В продуктах преобразования был обнаружен в виде бромциана цианистый водород. Его содержание увеличивается с повышением температурной обработки образца. Количество цианистого водорода в окислительной среде почти в два раза больше, это свидетельствует о том, что в его образованы активно участвует кислород воздуха. Установлено, что образование наиболее опасного вещества зависит от температурной обработки материала и длительности процесса нагрева. При неизотермических условиях выход цианистого водорода в процессе термоокислительному разложении увеличивается с уменьшением скорости нагрева [3].

Горение исследуемого вещества на воздухе сопровождается образованием окиси и двуокиси углерода. Выход этих компонентов с повышением температуры увеличивается. При этом интенсивно протекает поглощения кислорода воздуха. Выделение углекислого газа наблюдается уже при 100ОС, а образование двуокиси отмечается при 230ОС.

Полученные данные позволяют разработать рекомендации по использованию результатов исследования и могут служить основой для разработки новой методики расчета времени эвакуации людей по допустимой концентрацией токсичных продуктов термического разложения синтетических волокон на основе полиакрилонитрила, при изобретении новых, более экологически чистых методов снижения горючести полиакрилонитрильных волокнистых материалов.

Список литературы

1. Берлин А.А. Горение полимеров и полимерные материалы пониженной горючести / А.А. Берлин // Соровский Образовательный журнал. - 1996. -№4. - С. 16-24.

2. Коровникова Н.И. Протолитические и комплексообразующие свойства волокнистых комплекситов в смесях вода-диоксан: Дис.... канд. хим. наук. Харьков: Харьк. нац. ун-т, 2002.

3. Коровникова Н.И. Состав и токсичность продуктов горения химических волокон различной природы / Н.И. Коровникова, Н.В. Компаниец // Проблемы пожарной безопасности. - Харьков: УГЗУ.- 2006. - Вып. 21.- С. 109-112.