КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАЩИТНОЙ ОДЕЖДЫ
COMPOSITE MATERIAL FOR MANUFACTURING PROTECTIVE CLOTHES

Изобретение относится к области производства композиционных защитных прорезиненных материалов, используемых для изготовления защитной одежды, а также средств защиты органов дыхания человека, включая самоспасатели, дыхательные мешки изолирующих противогазов, обеспечивающих защиту при одновременном воздействии токсичных и агрессивных химических веществ и открытого пламени.
Известен многослойный огнезащитный материал, выполненный в виде пакета, содержащего наружный слой из термостойких волокон, промежуточный термоизоляционный слой, внутренний слой из хлопчатобумажной ткани и расположенный между промежуточным и наружным слоями гидроизоляционный слой, который содержит полимерную композицию, включающую хлорсульфированный полиэтилен, хлоропреновый каучук, каолин, трехокись сурьмы, окись магния, трихлорэтилфосфат и растворитель - смесь бутилацетата и толуола в соотношении 1:1 (пат.RU №2305036, МПК В32В 25/04 (2006.01), опубл. 27.08.2007 г.).
Недостатком известного огнезащитного материала является многослойность, что увеличивает массу изготовленной из него защитной одежды и снижает эргономические показатели, а также использование для растворения полимерной композиции высокотоксичного и канцерогенного растворителя толуола.
Известен огнезащитный состав, огнезащитная паста и способ получения огнезащитного материала (пат.RU №2285031, МПК С09К 21/14, опубл. 10.10.2006 г.). Огнезащитный состав содержит хлоропреновый каучук, хлорпарафин, интеркалированный графит, полифосфат аммония, каолин и аэросил. Известный материал обладает огнезащитными свойствами при воздействии открытого пламени и применяется для защиты электрических кабелей и кабельных линий. Данные о защитных свойствах при воздействии высокотоксичных жидких и газообразных аварийно химически опасных веществ отсутствуют. Материал толщиной 1,0 мм не пригоден для изготовления средств индивидуальной защиты.
Известна ткань 8-77 прорезиненная ТУ 381051665-85, выпускаемая ОАО «УЗЭМИК» (г. Уфа), представляющая собой комбинированную ткань арт.66045 с односторонним резиновым покрытием на основе хлоропренового и бутадиен-нитрильного каучука, нанесенным методом каландрования с последующей вулканизацией. Ткань 8-77 пожаро-, взрывобезопасна, самостоятельно не возгорается и предназначена для изготовления спецодежды, защищающей от грунтовых вод и смазочных масел.
Недостатком известной ткани является низкая огнестойкость и отсутствие химзащитных свойств.
Наиболее близким к заявленному изобретению является композиционный материал для изготовления защитной одежды, содержащий ткань-основу из негорючей стеклоткани полотняного переплетения, пропитанную полимерной композицией, включающей хлорсульфированный полиэтилен, хлорбутиловый и этиленпропилендиеновый каучук, декабромдифенилоксид, полифосфат аммония и гидроокись алюминия, каолин, оксид титана, оксид магния, оксид цинка, тиурам, каптакс, пигмент и смесь растворителей бензина и этилацетата (RU №2429974 C2, 27.09.2011, формула).
Предложенный материал отличается от известного тем, что в качестве ткани-основы содержит полиэфирную, хлопко-полиэфирную или вискозно-полиамидную ткань в соотношении с полимерной композицией (1:1)-(1:1,2), а полимерная композиция дополнительно содержит полихлоропрен в соотношении с хлорсульфированным полиэтиленом (1-3):(1-4), нанодисперсный наполнитель монтмориллонит, модифицированный четвертичными аммониевыми солями, хлорпарафин-470, трехокись сурьмы, канифоль, смесь бензина и этилацетата 1:1, при соотношении компонентов, указанных в формуле изобретения.
Выявленные отличительные признаки в совокупности с другими известными отличительными признаками придают материалу повышение механической прочности и стойкости к воздействию жидких агрессивных сред при сохранении стойкости к воздействию открытого пламени и стойкости к воздействию высокотоксичных газообразных веществ.
Полихлоропрен (Baypren-210 фирмы Lanxess AG или наирит ДП ТУ 6-01-1319-85) - высоколинейный растворимый в органических растворителях каучук, отличающийся высокой химической стойкостью, превосходной адгезией ко многим поверхностям, в том числе к текстильным материалам, хорошей газонепроницаемостью не только при комнатной, но и при повышенной температуре. Полихлоропрен хорошо совмещается с различными эластомерами, в том числе с хлорсульфированным полиэтиленом.
Хлорсульфированный полиэтилен (ТУ 2211-063-56856807-05) обладает уникальным сочетанием озоно- и атмосферостойкости, химической, масло- и бензостойкостью. Материалы на основе хлорсульфированного полиэтилена обладают высокой газонепроницаемостью, химической стойкостью, стойкостью к окислительной деструкции, морозостойкостью на уровне минус 40°C, огне- и теплостойкостью.
Сочетание самозатухающих полимеров - полихлоропрена и хлорсульфированного полиэтилена с группой антипиренов - хлорпарафином и трехокисью сурьмы, обладающих синергическим действием, и декабром-дифенилоксидом, выделяющим ионы брома при горении, которые вызывают рекомбинацию свободных радикалов и тем самым ингибируют пламя, обеспечивает устойчивость к воздействию открытого пламени.
Монтмориллонит, модифицированный четвертичными аммониевыми солями (ММТ-15) - нанодисперсный наполнитель из группы природных слоистых силикатов магния и алюминия с анизотропной, пластинчатой структурой (пластинки силиката толщиной 1 нм и 70-150 нм в длину). Модифицированный монтмориллонит совмещается с полимерами и образует слоисто-полимерные нанокомпозиты, улучшающие комплекс свойств полимерной композиции за счет лабильности слоистой структуры, разбухающей при интеркаляции (встраивании в полимерную систему). Введение монтмориллонита в композиционный материал снижает его горючесть за счет повышения температуры начала термической деформации и увеличения угольного остатка, в сочетании с тонкодисперсным наполнителем каолином повышает теплостойкость материала, снижает анизотропию усадки и коробление.
Канифоль (ГОСТ 19113-84) является пластификатором и ускорителем вулканизации полимерной композиции.
3
Бензин C50/170, ГОСТ 8505-80 или бензин C280/120 ТУ 38.401-67-108-92, плотность при 20°C 690-0,730 г/см.
3
Этилацетат ГОСТ 8981-78, плотность при 20°C 0,865-0,885 г/см.
В состав полимерной композиции входят также оксид магния, оксид цинка, тиурам Д (тетраалкилтиурамдисульфида и каптакс (2-меркапто-бензтиазол).
Оксид магния (ГОСТ 844-79) и оксид цинка (ГОСТ 202-84) являются вулканизующими агентами и акцепторами хлористоводородной кислоты, снижающей адгезионные свойства полимерной композиции. Оксид цинка синергически взаимодействует с оксидом магния, ингибируя автокаталитический процесс вулканизации полихлоропрена.
Тиурам Д (тетраалкилтиурамдисульфида) ГОСТ 740-76 и каптакс (2-меркапто-бензтиазол) ГОСТ 739-74 обеспечивают максимальное количество поперечных сшивок полихлоропрена.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Композиционный материал изготавливают методом послойного нанесения на ткань-основу полимерной композиции - раствора резиновой смеси в органическом растворителе с последующим прогреванием материала при температуре 70-80°C в течение 6 часов.
Резиновую смесь для полимерной композиции изготавливают стандартным способом на вальцах Пд 630 315/315 л, добавляя ингредиенты в следующем порядке:
- хлорсульфированный полиэтилен - 75,0 мас.ч.
- полихлоропрен - 25,0 мас.ч.
- хлорпарафин - 5,5 мас.ч.
- трехокись сурьмы - 6,8 мас.ч.
- каолин - 10,0 мас.ч.
- монтмориллонит - 3,0 мас.ч.
- диоксид титана - 2,5 мас.ч.
- ДБДФО - 3,0 мас.ч.
- оксид магния - 2,5 мас.ч.
- оксид цинка - 1,0 мас.ч.
- тиурам - 1,0 мас.ч.
- каптакс - 0,2 мас.ч.
- канифоль - 1,0 мас.ч.
- пигмент желтый светопрочный - 1 мас.ч.
По окончании вальцевания резиновую смесь снимают с вальцев и охлаждают до комнатной температуры.
Резиновую смесь загружают в клеемешалку, добавляют смесь бензина и этилацетата в количестве 530,0 мас.ч. и перемешивают до полного растворения резиновой смеси и образования гомогенной дисперсии. Для растворения резиновой смеси используют смесь бензина и этилацетата в соотношении 1:1 по массе.
2
2
Готовый раствор наносят на ткань арт.80014 (100% полиэфир, поверхностная плотность 120 г/м) послойно с одной или двух сторон на клеепромазочной машине ИБО 3220 при давлении пара в паровых плитах клеепромазочной машины 2,0-2,1 кгс/см.
Полученный композиционный материал наматывают на закаточную бобину и прогревают при температуре 70-80°C в течение 6 часов.
2
Поверхностная плотность полученного композиционного материала - 259 г/м, соотношение ткани-основы и полимерной композиции - 1:1,2.
Пример 2
2
По способу, указанному в примере 1, изготавливают композиционный материал, включающий: хлорсульфированный полиэтилен - 78,0 мас.ч., полихлоропрен - 22,0 мас.ч., хлорпарафин - 6,5 мас.ч., трехокись сурьмы - 8,0 мас.ч., каолин - 12,5 мас.ч., монтмориллонит - 4,0 мас.ч., диоксид титана - 3,0 мас.ч., ДБДФО - 3,5 мас.ч., оксид магния - 3,0 мас.ч., оксид цинка - 1,2 мас.ч., тиурам - 1,2 мас.ч., каптакс - 0,2 мас.ч., канифоль - 1,3 мас.ч., пигмент органический оранжевый К марка Б - 1 мас.ч., смесь бензина и этилацетата - 560,6 мас.ч. в соотношении 1:1 и вискозно-полиамидную ткань арт.66018 (50% вискозы, 50% полиамида, поверхностная плотность 100 г/м).
2
Поверхностная плотность полученного композиционного материала - 210 г/м, соотношение ткани-основы и полимерной композиции - 1:1,1.
Пример 3
2
По способу, указанному в примере 1, изготавливают композиционный материал, включающий: хлорсульфированный полиэтилен - 80,0 мас.ч., полихлоропрен - 20,0 мас.ч., хлорпарафин - 7,5 мас.ч., трехокись сурьмы - 9,4 мас.ч., каолин - 15,0 мас.ч., монтмориллонит - 5,0 мас.ч., диоксид титана - 3,5 мас.ч., ДБДФО - 4,0 мас.ч., оксид магния - 3,5 мас.ч., оксид цинка - 1,4 мас.ч., тиурам - 1,5 мас.ч., каптакс - 0,3 мас.ч., канифоль - 1,6 мас.ч., пигмент фталоцианиновый Мегатон синий АР-008 - 2 мас.ч., смесь бензина и этилацетата - 590,0 мас.ч. в соотношении 1:1 и хлопко-полиэфирную ткань арт.18012 (60% хлопка, 40% полиэфира, поверхностная плотность 150 г/м).
2
Поверхностная плотность полученного композиционного материала - 300 г/м, соотношение ткани-основы и полимерной композиции - 1:1.
Заявленные пределы дозировок хлорсульфированного полиэтилена и полихлоропрена обусловлены тем, что при увеличении содержания хлорсульфированного полиэтилена в полимерной композиции снижается ее растворимость в органических растворителях, с увеличением содержания полихлоропрена в полимерной композиции появляется липкость материала, который слипается при наматывании его на закаточную бобину.
Увеличение количества монтмориллонита в полимерной композиции не позволяет получить гомогенный раствор полимерной композиции в органическом растворителе, с уменьшением дозировки монмориллонита снижаются преимущества его использования при получении композиционного материала.
Образцы композиционного материала для изготовления защитной одежды, полученные по способам, указанным в примерах 1, 2 и 3, испытаны по воздухопроницаемости, стойкости к воздействию газообразных веществ - аммиака, хлора, сероводорода, жидких агрессивных сред - концентрированных растворов кислоты и щелочи, устойчивости к воздействию открытого пламени, прочности и морозостойкости.
Определение защитных свойств композиционного материала проводилось по «Методикам определения времени защитного действия средств индивидуальной защиты при воздействии паров химически опасных агрессивных веществ» ОАО «КазХимНИИ».
Определение стойкости к воздействию открытого пламени проводилось по ГОСТ P 12.4.200-99 при вертикальном расположении образца и горизонтальном расположении горелки.
Определение воздухопроницаемости проводилось на испытательном стенде пневмометрического контроля с измерителем давления ПРОМА-ИДМ.
Определение сопротивления разрыву при растяжении проводилось по ГОСТ 30303-95 на испытательной машине «Schopper» зав. №5549.
Ниже приведена таблица показателей свойств заявляемого композиционного материала для защитной одежды.
Таблица
Результаты испытаний композиционного материала для защитной одежды
Наименование показателя
Пример 1
Пример 2
Пример 3
1 Масса 1 м<sup>2</sup> материала, г
259
210
300
2 Воздухопроницаемость, дм<sup>3</sup>/м<sup>2</sup>·с
0
0
0
3 Стойкость к воздействию газообразных веществ, час: - аммиака, концентрация (685±40) мг/л
Более 24
Более 24
Более 24
- хлора, концентрация (287±30) мг/л
- сероводорода, конц.(1420±40) мг/л
4 Стойкость к воздействию открытого пламени, с
12 с
10 с
15 с
Остаточное горение, с
Отсутствует
Отсутствует
Отсутствует
Остаточное тление, с
Отсутствует
Отсутствует
Отсутствует
5 Сопротивление разрыву при растяжении, H(кгс), по основе
890(90,8)
850(86,7)
900(91,8)
по утку
1060(108,2)
600(61,2)
480(48,9)
6 Стойкость к воздействию жидких агрессивных сред, мин,
серной кислоты (концентрация 96%)
270
240
280
едкого натра (концентрация 40%)
360
360
360
8 Пятикратное смятие при температуре минус 40°C
Сквозных разрушений нет
Сквозных разрушений нет
Сквозных разрушений нет
2
Заявляемый композиционный материал для защитной одежды с низкой поверхностной плотностью (не более 300 г/м) характеризуется высокой прочностью, обеспечивает высокий уровень защиты при воздействии токсичных высококонцентрированных паров аммиака, хлора, сероводорода, концентрированных растворов кислот и щелочей, открытого пламени.