Способ модификации полиамидных волокон
Владельцы патента RU 2378427:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов, в частности к способам модификации полиамидных волокон для их огнезащитной обработки, и может быть использовано в самолето-, автомобилестроении, резиновой промышленности и для других специальных целей. Обработку проводят композицией, содержащей в мас.ч.: 20 бората метилфосфита, 1,3 триэтаноламина, 80 воды и 0,20-0,65 1%-го водного раствора карбоксиметилцеллюлозы при 20°С 1 мин. Волокна сушат на воздухе и термостатируют при 100°С 30 мин. Изобретение обеспечивает повышение огнестойкости, водостойкости, прочности и стойкости к термоокислительной деструкции полиамидных волокон, повышение прочности связи полиамидного корда с резиной на основе хлоропренового каучука. 2 табл.
Изобретение относится к текстильной промышленности, к способам огнезащитной обработки полиамидных волокон, и может быть использовано в самолето-, автомобилестроении, резиновой промышленности и для других специальных целей.
Известен способ огнезащитной отделки текстильных материалов из целлюлозных волокон, заключающийся в их пропитке составом, включающим продукт взаимодействия нитрилотриметилфосфоновой кислоты с азотсодержащим веществом и воду, при температуре 30-70°С в течение 3-10 с и отжимают до влажного привеса 80-90%. Далее материал подвергают сушке при 90-220° (Пат.2184184 Россия, D06М 13/432; опубл. 27.06.01).
Однако данный способ требует сушки пропитанного корда при высокой температуре и предназначен только для материалов из хлопчатобумажных, льняных и вискозных волокон.
Известен способ огнестойкой обработки текстильных материалов, заключающийся в пропитке образцов капроновой ткани и хлопчатобумажного трикотажного полотна составом, содержащим производное хлорэндиковой кислоты и органический растворитель, в плюсовке при 20°С в течение 5 минут, с последующей сушкой на воздухе (Авторское свидетельство 953045 СССР, D06М 13/20; опубл. 23.08.82).
Однако в данном способе используется многокомпонентный модифицирующий состав в совокупности с вредным для окружающей среды и здоровья человека растворителем.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения огнезащитных химических волокон путем прививки к целлюлозным или синтетическим волокнам из 5-7%-ных водных растворов фосфорсодержащего мономера (Факрил-М) при температуре 80-90°С в течение 90-120 мин с использованием окислительно-восстановительной системы Fe2+-Н2О2 (Заявка на изобретение №93012912; опубл. 20.09.96).
Однако данный способ получения огнезащитных химических волокон продолжителен по времени.
Задача: разработка способа получения модифицированных синтетических волокон, не требующего сложного аппаратурного оформления, не продолжительного по времени и позволяющего получать изделия на их основе с повышенной огнестойкостью и физико-механическими показателями.
Техническим результатом является упрощение способа получения модифицированных полиамидных волокон, повышение их огнестойкости, прочности, водостойкости и стойкости к термоокислительной деструкции, повышение прочности связи полиамидного волокна с резиной на основе хлоропренового каучука.
Поставленный технический результат достигается тем, что способ модификации полиамидных волокон путем обработки композицией, включающей фосфорсодержащее соединение и воду, с последующей сушкой на воздухе и термостатированием, причем обработку осуществляют композицией, содержащей в мас.ч.: борат метилфосфита - 20, воду - 80, триэтаноламин - 1,3 и 1%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы при 20°С в течение 1 мин, а термостатирование проводят в течение 30 мин при 100°С.
Установлено, что причиной повышения огнестойкости и стойкости к термоокислительной деструкции полиамидных волокон является образование тонкой огнезащитной пленки на поверхности волокон, которая ингибирует их горение за счет образования вспененного слоя с лучшей теплопроводностью.
Повышение прочности волокна обусловлено локализацией микродефектов на его поверхности пропиточным составом. Так как микродефекты являются первопричиной разрушения волокна при воздействии на него внешних напряжений.
Повышение водостойкости объясняется введением в пропиточный состав 1%-го водного раствора карбоксиметилцеллюлозы, который препятствует вымыванию пропиточного состава с поверхности волокна.
Адгезия полиамидного волокна к резине возрастает, по-видимому, за счет появления новых полярных функциональных групп на поверхности волокна, которые вступают в физическое взаимодействие с хлоропреновым каучуком.
Борат метилфосфита - использовался ранее, для огнезащитной модификации целлюлозных материалов (Патент РФ 2254341 C1, С08В 15/05, опубл. 20.06.05).
Триэтаноламин (ТУ 6-02-916-79) применяется в качестве абсорбента «кислых» газов, как сырье для получения ПАВ, в фармацевтике и косметике.
Карбоксиметилцеллюлоза (ТУ 6-55-39-90) применяется в синтетических моющих средствах в качестве стабилизатора, как загуститель водных сред.
Данный способ позволяет существенно упростить модификацию полиамидных волокон. Так для достижения положительного эффекта не требуется использования многокомпонентных и высококонцентрированных огнезащитных составов. Использование 20%-го водного раствора бората метилфосфита наиболее оптимально. Уменьшение концентрации бората метилфосфита не позволяет достичь эффекта самозатухания, а увеличение концентрации способствует снижению прочности волокон.
При уменьшении или увеличении содержания триэтаноламина в огнезащитном составе ухудшаются огнезащитные и прочностные свойства полиамидных волокон, т.к. меняется кислотность среды.
При увеличении содержания в пропиточном составе 1%-го водного раствора карбоксиметилцеллюлозы снижается огнестойкость волокна, а при уменьшении снижается прочность полиамидного волокна и стойкость к вымыванию пропиточного состава с поверхности волокна.
При уменьшении времени модификации полиамидных волокон менее 1 минуты пропиточным составом значительно снижается огнезащитный эффект. Увеличение времени модификации более 1 минуты не целесообразно, т.к. степень огнезащиты не изменяется.
Необходимо отметить, что данный способ модификации не требует сложного аппаратурного оформления.
Обработку проводят следующим образом: исходные образцы полиамидных волокон обрабатывают составом, содержащим 20%-ный водный раствор бората метилфосфита, триэтаноламин и 1%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы. Обработку проводят в течение 1 минуты при комнатной температуре и сушат до постоянной массы. Затем волокна термостатируют в течение 30 минут при 100°С.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Образцы полиамидных волокон (длиной 20 см) помещают на 1 минуту в 20%-ный водный раствор бората метилфосфита предварительно нейтрализованного триэтаноламином до ph 7 и содержащий 0,20 мас.ч. 1%-го водного раствора карбоксиметилцеллюлозы с последующей сушкой при комнатной температуре до постоянной массы, затем проводят термостатирование волокон в течение 30 минут при 100°С.
Примеры 2-3 осуществляются по примеру 1, изменяя содержание 1%-го водного раствора карбоксиметилцеллюлозы.
Получают пропиточные составы 1-3, рецептура которых приведена в таблице 1.
Полученные образцы подвергают исследованию на стойкость к горению (ГОСТ 21793-76), прочность при разрывном напряжении (ГОСТ 20403-75), стойкость к термоокислительной деструкции (исследования проводились при температуре 300°С в течение 30 минут), водопоглощение (ГОСТ 4650-65). Прочность связи пропитанного корда с резиной на основе хлоропренового каучука (Ф.Ф.Кошелев и др. Общая технология резины. - М.: Химия, 1978, - с.85) определяли Н-методом (ГОСТ 23785.7-89) на разрывной машине РМИ-60. Полученные результаты приведены в таблице 2.
Из таблицы видно, что с уменьшением содержания 1%-го водного раствора карбоксиметилцеллюлозы улучшаются физико-механические показатели модифицированных волокон. Так при обработке полиамидного волокна огнезащитным составом по рецепту 1 разрывная нагрузка увеличивается с 17,5 кгс до 37,6 кгс. Кроме того, модифицированные волокна проявляют большую стойкость к термоокислительной деструкции. Снижение потери массы с 3,6% до 0,117% при 300° у полиамидного волокна свидетельствует об эффективном действии огнезащитного состава, как катализатора коксообразования при термоокислительной деструкции исследованных волокон. Применение указанного состава способствует увеличению прочности связи полиамидного волокна с резиной с 3,2 кгс до 4,3 кгс при использовании состава по рецепту 1.
| Таблица 1 | |||
| Компонент | Содержание компонентов, мас.ч., в композиции | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Борат метилфосфита | 20,0 | 20,0 | 20,0 |
| Вода | 80,0 | 80,0 | 80,0 |
| Триэтаноламин | 1,3 | 1,3 | 1,3 |
| 1%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы | 0,20 | 0,33 | 0,65 |
| Таблица 2 | ||||
| Вид испытаний | Без пропитки | № образца по примерам | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Разрывная нагрузка, кгс | 17,5 | 37,6 | 21,5 | 27,6 |
| Удлинение, мм | 32,0 | 43,6 | 34,0 | 40,6 |
| Водопоглощение, % | 17,4 | -7,0 | -12,4 | -13,6 |
| Потеря массы, % | 3,6 | 0,117 | 0,120 | 1,145 |
| Огнестойкость | горит | Самозатухает ч/з 5 с | Самозатухает | Не восплам. |
| Адгезия к резине на основе ХК (Н-метод), кгс | 3,2 | 4,3 | 3,9 | 3,5 |
Технико-экономический эффект, полученный от применения данного способа модификации, заключается в том, что его применение позволяет значительно повысить огнестойкость, прочность, водотойкость, стойкость к термоокислительной деструкции и адгезию к резине полиамидных волокон, не требует сложного аппаратурного оформления, длительного времени обработки, что позволяет избежать многостадийности обработки.
Способ модификации полиамидных волокон путем обработки композицией, включающей фосфорсодержащее соединение и воду, с последующей сушкой на воздухе и термостатированием, отличающийся тем, что обработку осуществляют композицией, содержащей, мас.ч.: борат метилфосфита - 20, воду - 80, триэтаноламин - 1,3 и 1%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы - 0,20-0,65, при 20°С в течение 1 мин, а термостатирование проводят в течение 30 мин при 100°С.
