ХИМЗАЩИТНЫЙ ТЕРМОКЛЕЕВОЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХИМЗАЩИТНОЙ ОДЕЖДЫ
CHEMICAL PROTECTIVE HOT-MELT BINDING COMPOSITE MATERIAL FOR MANUFACTURING OF CHEMICAL PROTECTIVE CLOTHING

Изобретение относится к области производства химзащитных многослойных материалов, используемых для изготовления химзащитной одежды работников аварийно-спасательных служб и служб специального назначения.
В связи с интенсификацией химических процессов и оборудования возрастают требования к материалу специальной химзащитной одежды, способной обеспечить достаточный уровень химической защиты от воздействия производственных агрессивных сред и сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ), соответствующей гигиеническим требованиям и выдерживающей определенные сроки носки без изменения химзащитных свойств.
В мировой практике при создании эффективных химзащитных материалов (ХЗМ) для изготовления защитной одежды широко используется активированный уголь, применяемый в качестве основного сорбирующего вредные вещества компонента. При этом основная сложность в получении такого рода материала заключается в способе закрепления активного угля на поверхности или в массе какого-либо носителя-субстрата (основы).
Известна композиция на основе хлопковой целлюлозы, наполненной углем и проклеенной связующим, на боковую поверхность, торцы и внутренний канал которого нанесено покрытие из латекса [патент 2295379, RU, опубл. 2007.03.20]. Данная композиция используется в ввиде патрона цилиндрической формы для защиты от агрессивной газовой среды и непригодна для изготовления химзащитной одежды.
Известен материал для защиты от химических веществ на основе угля сферической формы, закрепленных на ткани «в точке» [патент 2890097 AU, опубл. 1997.11.26]. Фиксация сорбента на материале-носителе для обеспечения необходимых эксплуатационных свойств химзащитной одежды осуществляется за счет использования клеевых систем. Материал обладает высокими защитными характеристиками и прочностью, сохраняет свои химзащитные свойства при попадании пота, морской воды и загрязнителей. Однако при использовании материала выявлены его недостатки, касающиеся эксплуатационных свойств, в частности, недостаточная стойкость к истиранию, приводящая к осыпаемости сорбента в процессе носки.
Кроме того, в нашей стране приведенный способ изготовления ХЗМ неприемлем из-за отсутствия соответствующей технологической базы, способов нанесения угля и соответствующего производственного оборудования.
Известен способ изготовления фильтросорбирующего материала для изготовления специальной химзащитной одежды путем добавления активированного угля в целлюлозную массу (угленаполненная бумага) [патент 2068295, RU, опубл. бюл. изобр. 1996.10.27]. Целлюлоза - природный полимер, который, благодаря своему строению, химико-физическим свойствам, обладает хорошими адсорбционными характеристиками. Волокна целлюлозы служат матрицей, на которой закрепляются частицы высокодисперсного сорбента - активированного угля. Использование в качестве основы (носителя) целлюлозных растительных волокон как самого доступного, недорогого, получающегося из возобновляемого растительного сырья, обусловило перспективность направления исследований в разработке фильтрующе-сорбирующих материалов. Недостатками данного изобретения являются низкие физико-механические и химзащитные свойства предлагаемого материала.
На основе угленаполненной бумаги (УНБ) предложен химзащитный материал, предназначенный для изготовления химзащитной одежды, в котором формируют композиционный нетканый материал с покровным слоем, подстилающим слоем и сорбционным промежуточным слоем на основе активированного угля [патент 2107520, RU, опубл. бюл. изобр. 1998.03.27].
Недостатком данного изобретения является то, что скрепление слоев осуществляется иглопрошивным способом и приводит к нарушению целостности сорбционного слоя, снижению химзащитных и эксплуатационных характеристик, при этом толщина и масса такого материала довольно значительны. Данные отражены в таблице 1.
Известен химзащитный материал для защитной одежды, содержащий в качестве основы угленаполненную крепированную бумагу, армированную с двух сторон материалом с дискретным термоклеевым покрытием [патент 2200603, RU, бюл. изобр. опубл. 2003.03.20].
Использование в качестве армирующих слоев ткани с термоклеевым покрытием позволяет создать трехслойный материал с прочной адгезией слоев (табл. 1). В процессе крепирования угленаполненная бумага приобретает такие свойства, как растяжимость и эластичность, близкие к аналогичным свойствам армирующей ткани. Однако при длительной эксплуатации происходит разрушение сорбционного слоя, что снижает защитные свойства и срок эксплуатации готового изделия.
Одним из основных требований, предъявляемых к химзащитному материалу, является сохранение им защитных свойств во влажном состоянии. Для этого при получении фильтровальных материалов в композицию добавляют связующие добавки. Взаимодействуя с гидроксильными группами целлюлозы, они образуют поперечные химические связи между молекулами и способствуют образованию межволоконных связей в готовой композиции. В качестве связующих обычно используют смолы (например, полиамидную, модифицированную эпихлоргидрином, или меламиноформальдегидную [патент 2068295, RU, опубл. бюл. изобр. 1996.10.27]).
С другой стороны, растительные целлюлозные волокна, из которых изготавливают бумагу, обладают большой впитывающей способностью по отношению к воде, что обусловлено их гидрофильной природой, наличием у них большого количества свободных гидроксильных групп. В целях придания готовой бумаге гидрофобности, т.е. способности противостоять проникновению воды и растворов через толщину листа, в угленаполненную композицию добавляют термопластичные волокна (например, поливинилспиртовые, полипропиленовые).
Наиболее близким к заявляемому является химзащитный термоклеевой композиционный материал для защитной одежды [патент 2281800, RU, опубл. бюл. изобр. 2006.08.20], прототип.
Материал содержит в качестве среднего сорбционного слоя угленаполненную крепированную бумагу, армированную с двух сторон тканью с нанесенным термоклеевым дискретным покрытием. Для улучшения прочностных свойств композиция среднего сорбционного слоя содержит оптимально подобранное количество связующего, сульфат алюминия для его последующего осаждения и поливинилспиртовые водорастворимые волокна (ПВС-волокно).
Недостатком известной композиции является то, что при ее изготовлении используется трехкомпонентная система наполнителей (ПВС-волокно, связующее и сульфат алюминия для осаждения последнего). Кроме того, при эксплуатации готового изделия, когда материал испытывает длительные нагрузки на истирание, сорбционный слой разрушается, что приводит к снижению химзащитных свойств готового изделия.
Технический результат заявляемого решения заключается в улучшении эксплуатационных (стойкость к истиранию, воздухопроницаемость, паропроницаемость, влагопрочность и водоемкость) характеристик химзащитного материала при сохранении его химзащитных свойств и в упрощении технологии процесса изготовления материала.
Технический результат достигается изготовлением химзащитного термоклеевого композиционного материала, содержащего в качестве среднего сорбционного слоя угленаполненную крепированную бумагу, в которой сорбционный слой содержит латекс синтетический марок ДВХБ-70, БСМ-65 (далее по тексту латекс синтетический), введение которого позволяет исключить из состава сорбционного слоя ПВС-волокно, сульфат аммония и связующее, а также операцию его осаждения в процессе получения угленаполненной бумаги.
Введение в угленаполненную целлюлозную композицию латекса синтетического (например, ДВХБ-70 ТУ 38.303-04-03-90 или БСМ-65 «Б» ТУ 38.103579-85) взамен термопластичного волокна (табл.2) приводит к заметному увеличению влагопрочности бумаги (в 1,6 раза по сравнению с прототипом), существенному снижению водоемкости (более чем в 2,5 раза). Значительно увеличиваются также паро- и воздухопроницаемость. При этом стойкость к истиранию самого ХЗМ намного возрастает (табл.1). Заявляемая композиция с введением латекса синтетического позволяет создать в структуре среднего сорбционного слоя упрочняющую сетку, которая способствует усилению адгезии между слоями при дублировании по сравнению с прототипом и более сильному удержанию сорбента в бумаге, а значит, сохранению более длительного срока носки готового изделия. Важно отметить то, что химзащитные свойства ХЗМ по сильнодействующим ядовитым веществам остаются на прежнем уровне (табл.1), т.е сорбционная активность углеродного сорбента сохраняется.
Угленаполненную крепированную бумагу изготавливают известным в целлюлозно-бумажной промышленности способом с использованием сульфатной небеленой целлюлозы и добавлением в массу активированного угля и латекса синтетического.
Добавление на первой стадии размола только одного компонента - латекса синтетический - вместо трех: термоволокна, связующего (смолы) и осадителя существенно упрощает технологический процесс и приводит к сокращению общего времени его проведения, исчезает необходимость использования волокон определенной резки и температуры максимальной усадки; в целом процесс экономически более выгоден.
После отлива и прессования влажное бумажное полотно крепируют шабером до достижения относительного удлинения в машинном направлении. Введение латекса синтетического позволяет увеличить величину относительного удлинения (25-30%, по сравнению с 15-20% у прототипа).
Приведенные в табл.1 данные иллюстрируют заявляемое изобретение, но не ограничиваются ими. Оценку свойств полученных композиций и материала для изготовления защитной одежды проводят по утвержденным стандартным методикам.
Существенное увеличение стойкости к истиранию, воздухопроницаемости, паропроницаемости, влагопрочности и водоемкости достигают при введении в композицию латекса синтетического в количестве 5-7 мас.%.
При введении латекса синтетического в количестве 2 мас.% наблюдается незначительное изменение указанных характеристик, что не может иметь практического значения. Введение латекса синтетического свыше 10 мас.% нецелесообразно из соображений экономии и затруднений при проведении технологического процесса.
Таким образом, введение латекса синтетического в средний сорбционный слой химзащитного термоклеевого композиционного материала обладает преимуществами по сравнению с материалом-прототипом, а именно: обеспечивает существенное улучшение стойкости к истиранию, воздухопроницаемости, паропроницаемости, влагопрочности и водоемкости при сохранении химзащитных свойств от СДЯВ (окислы азота, аммиак, хлор, производные гидразина).
При введении в композицию латекса синтетического увеличивается адгезия между слоями при дублировании, о чем свидетельствует усиление прочностных свойств ХЗМ (стойкость к истиранию), что приводит к увеличению срока эксплуатации готового изделия.
Таблица 1
Физико-механические и защитные свойства материалов
Наименование показателя
Нетканый материал по пат.2107520
Химзащитный материал по пат.2200603
Химзащитный материал по пат.2281800
Химзащитный материал по заявке
ДВХБ-70
ДВХБ-70
БСМ-65«Б»
Композиционный состав сорбц. слоя, %
- целлюлоза сульфатная небеленая
50,0-67,0
50,0-68,0
52,0-68,0
58,0
60,0
58,0
- активированный уголь
32,0-40,0
30,0-40,0
30,0-40,0
37,0
33,2
37,0
- волокно поливинилспиртовое
-
0,5-2,0
-
-
-
- связующее
0,5-5,0
1,0-5,0
0,5-1,0
-
-
-
- сульфат алюминия
0,5-5,0
1,0-5,0
1,0-5,0
-
-
-
- латекс синтетический
-
-
-
5,0
6,8
5,0
Масса, 1 м<sup>2</sup>, г
390
280
280
240
233
247
Толщина, мм
2,3
0,84
0,65
0,68
0,67
0,68
Разрывная нагрузка полоски
материала (50×200 мм), кгс
32,0
74,0
160,0
65,0
63,0
65,0
- по основе
34,0
33,0
43,0
41,0
39,0
44,0
- по утку
Прочность материала на раздирание, кгс
- по основе
3,1
4,8
5,8
7,0
7,2
7,1
- по утку
2,6
2,0
3,0
3,2
3,4
3,5
Продолжение табл.1
Стойкость к истиранию на приборе НИХИ-М, оборотов, не менее
3000
3000
10000
20000
20000
20000
Воздухопроницаемость, дм<sup>3</sup>/м<sup>2</sup>·с
16,0
1,4
20,0
34,0
32,0
35,0
Паропроницаемость, мг/см<sup>2</sup>·ч
-
11,6
11,6
14,5
13,8
14,6
Защитные свойства СДЯВ
(концентрация паров=0.1 мг/дм<sup>3</sup>),
проникшее сквозь образец, мг/см<sup>2</sup>
- окислов азота за 90 мин
0,070
0,052
0,050
0,050
0,052
0,052
- аммиака за 30 мин
0,018
0,010
0,010
0,010
0,012
0,010
- хлора за 30 мин
0,108
0,085
0,080
0,080
0,085
0,082
- производных гидразина за 30 мин
0,0005
0,00026
0,00026
0,00025
0,00027
0,00026
Примечание: ДВХБ - латекс синтетический 70%-ный; БСМ-65 «Б» - латекс синтетический, модифицированный смолой с содержанием стирольных звеньев 65%.