Исследование возможности применения огнезащитной композиции в составе замасливателя при производстве огнестойких нитей

В мировом производстве отмечается рост емкости рынка огнестойких текстильных материалов как для изделий бытового, так и технического и специального назначения. Огнезащитные свойства тканей обеспечиваются нанесением на ткань веществ, которые при температуре горения разлагаются с выделением негорючих газов либо образованием на ткани негорючей плёнки, защищающей волокно при горении от контакта с воздухом, либо химическим преобразованием функциональных групп волокна для повышения устойчивости макромолекулярных цепей к термическому расщеплению [1].

Пропитка текстильных материалов заключается в нанесении на текстильный материал состава кистью, валиком, погружением, опрыскиванием. Температура пропиточного состава не должна превышать 60 °C . После пропитки способом погружения текстильный материал отжимается на 85–90 % на плюсовке и подсушивается на сушильных барабанах при температуре 100-150 °C [2].

Пропитка по плюсовочно-термофиксацион-ному методу может использоваться для текстильных материалов, подвергающихся впоследствии стирке. По этому методу температура пропиточного состава должна быть 60-70 °C. После пропитки, отжима и сушки текстильный матери- ал подвергается обработке в термокамере при температуре 170 °C. Затем он проходит стадию промывки в холодной и теплой (30-40 °C) воде и выдерживается при температуре 100-120 °C в подсушивающей камере и на сушильно-ширильной машине [2].

Технология и способы пропитки различными огнезащитными составами, как правило, аналогичны. Отличаться могут расходные нормы для обеспечения заданной огнезащиты, кратность огнезащитной обработки, время и температура сушки, периодичность возобновления огнезащитной обработки.

Отметим, что способы пропитки огнезащитными составами текстильных материалов трудоемки и энергоемки по причине проведения последовательной многооперационной их обработки при высоких температурах.

Цель данной работы – определение возможности применения огнезащитной композиции в составе замасливателя при производстве огнестойких нитей для снижения трудоемкости и энергоемкости процесса производства огнестойких тканей.

ОБЪЕКТ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Учеными НПО «Патриот» (г. Новосибирск) разработана огнезащитная композиция в виде водного раствора для обработки материалов пористой структуры [3]. Данная огнезащитная композиция получила название «Фукам». Она изготавливается в виде порошка, который разводится 1:10 водой при комнатной температуре [4]. Средство пропитывает ткань, образуя в ней насыщенный активными компонентами защитный слой в виде пленки, которая растет на поверхности волокон из раствора подобно кристаллу во времени нахождения волокна в растворе. Пленка препятствует воспламенению и распространению пламени, и горению материала. Обработка тканей осуществляется методом поверхностной пропитки. Нанесение огнезащитной композиции проводится кистью, валиком, распылителем, пропитка – окунанием. Во время процесса нанесения и высыхания температура воздуха должна быть не менее +5 °C, а влажность воздуха не выше 80 %. Особых требований при проведении работ по обработке материалов не требуется, не нужна термофиксация [4]. Поэтому для достижения поставленной цели был взят огне-, биозащитный состав «Фукам» [3].

Пропитка составом тканей обеспечивает группу огнезащитной эффективности – трудно-воспламеняемые [3, 4].

После обработки материалы не воспламеняются под действием открытого огня, а при нахождении в течение продолжительного времени в зоне горения лишь обугливаются, не создавая открытого пламени. При этом происходит локальное разрушение материала, не создаются условия для распространения открытого огня, возможна безопасная эксплуатация изделий. Кроме этого, после обработки огнезащитным средством материалы не меняют свои физические свойства – цвет, плотность, запах, гибкость, сохраняют исходный внешний вид. Состав обладает антисептическими свойствами, защищает материал от грибка, плесени, насекомых [3, 4]. Гарантийный срок огнестойкости от 5 до 20 лет, в зависимости от условий эксплуатации. Огнезащитное средство было использовано для обработки тканей разного состава, огнестойкость которых подтверждена экспериментально [4]. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

При получении химических волокон для улучшения технологических процессов применяются замасливатели. Адсорбционный слой замасливателя, образующийся на поверхности волокон, снижает их коэффициент трения и электризацию [5]. По мнению авторов, эффективным технологическим решением может быть создание замасливающей композиции путем добавления в нее огне-, биозащитного состава, которая будет эффективна одновременно как для снижения коэффициента трения, устранения электризации, предохранения от биологических воздействий, так и для получения огнезащитных свойств нитей.

За основу предлагаемой замасливающей композиции взят замасливатель IS-2, включающий метиловый эфир жирных кислот; неонол АФ 9-12; олеиновую кислоту [6]. При смешении указанных компонентов посредством ультразвуковой обработки до достижения однородной массы образуется эмульсол, при растворении которого в воде образуются устойчивые прямые микроэмульсии (типа «масло в воде») [7]. Уникальное свойство микроэмульсий заключается в их способности поглощать большие объемы воды или углеводородной жидкости, а также солюбилизировать в микрокаплях примеси и загрязнения, каковыми в нашем случае являются компоненты огне-, биозащитного состава «Фукам». В такой композиции эмульсол выполняет свои прямые функции и дополнительно является транспортным средством по доставке компонентов средства для осаждения их на поверхность нити для создания на ней огнезащитного слоя.

Выбор состава замасливателя обусловлен скоростью удаления из готовой ткани компонентов замасливателя естественным путем, так как отсутствие химических примесей особенно важно для обеспечения огнестойкости. Известно, что чем больше давление насыщенных паров при заданной температуре проведения процесса обработки и хранения в последующем изготовлении ткани, тем выше скорость испаряемости жидкости. Так, в замасливателе IS-2 по сравнению с замасливателем IS-1 индустриальное масло заменено на метиловый эфир жирных кислот, что делает состав более летучим. Давление насыщенных паров при данной температуре эфира метилового в 977 раз выше, чем у масла индустриального.

В таблице 1 представлено давление насыщенных паров при 20 ° C для компонентов за-

Таблица 1 – Давление насыщенных паров
Наименование жидкости	Давление насыщенных паров при 20 °C , мм рт. ст.
Олеиновая кислота	0,21
Масло И-20	0,45
Неонол	0,65
Вода	17,5
Эфир метиловый	439,8

масливателей IS-1 и IS-2 [8].

Для исследований выбраны нити Арселон. Недостатком материалов из волокна Арселон является относительно невысокий показатель кислородного индекса (26 % вместо требуемых 28 %), что объясняет недостаточно высокую устойчивость волокна к воздействию открытого пламени [9]. При продолжительном воздействии огня ткань обугливается (рисунок 1), не имеет жидкой фазы, что предотвращает вторичные ожоги [9].

Известно, что при получении волокна Арсе-лон собираемые в жгут с нескольких прядильных мест комплексные нити помещают после промывки в замасливающее устройство, производят их гофрировку и сушку. В замасливающем устройстве происходит фиксация замасливающих препаратов на волокнах в виде адсорбционного слоя [5].

Рисунок 1

– Ткань из волокна Арселон после продолжительного воздействия огня

На рисунке 2 представлено фотоизображение структуры фазового состава микроэмульсии композиции, полученной из компонентов за-масливателя IS-2 и огне-, биозащитного состава «Фукам». Стабильность полученного эмульсола в виде композиции замасливателя IS-2 с добавлением огне-, биозащитного состава в необходимых объёмах [4] и устойчивость его к расслоению подтверждена испытаниями согласно ГОСТ 29188.3-91 «Изделия косметические. Методы определения стабильности эмульсии» по отсутствию расслоения после 5 минут центрифугирования при частоте вращения 100 с^-1 [10].

Композицию, представляющую собой смесь в одинаковых долях 10%-го эмульсола на основе эфира метилового и 10%-го раствора «Фукам», добавляли в замасливающее устройство при получении комплексной нити Арселон.

Образцы в виде высушенных от замаслива-теля жгутов из комплексных нитей сплетались в косички, как показано на рисунке 3 а. Кислородный индекс определялся по пяти образцам косичек. Определение кислородного индекса для косички из нитей проводили в установке, изображенной на рисунке 3 б. Она пригодна и для тканей. Подробное описание установки и методики определения кислородного индекса как для косички из нитей, так и для самих тканей изложено в ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрыво- опасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» [11]. На рисунке 3 с показана горящая косичка, а при испытаниях образцов из ткани в оправку вставляется полоска ткани.

В ходе эксперимента по определению кислородного индекса исследованы следующие образцы косичек:

Образец 1. Косичка, вымытая от замаслива-теля, отжата и затем высушена при комнатной температуре. Кислородный индекс определяли после сушки через 12 часов, и он составил 26 %.

Образец 2. Косичка, вымытая от замаслива-теля, высушена, а затем пропитывалась 10%-м раствором «Фукам» в течение получаса с последующим отжимом и сушкой при комнатной температуре. Кислородный индекс определяли после сушки через 12 часов, и он составил 27 %.

Образец 3. Косичка, полученная из жгутов, прошедших через замасливание композицией, представляющей собой смесь в одинаковых долях 10%-го эмульсола на основе эфира метилового и 10%-го раствора «Фукам», высушена при комнатной температуре. Кислородный индекс определяли после сушки через 12 часов, и он составил 25,5 %.

Образец 4. Косичка аналогична образцу 3. Кислородный индекс определяли после хранения при комнатной температуре в проветривае-

Рисунок 2 – Структура фазового состава микроэмульсии, полученной из композиции замасливателя IS-2 и огне-, биозащитного состава «Фукам»

Рисунок 3 – Иллюстрации эксперимента по ГОСТ 12.1.044-89:

а – образцы в виде косички для испытания на кислородный индекс, б – установка для испытания образцов на кислородный индекс, с – оправка для закрепления образца в виде косички или полоски ткани

мом помещении в течение 1 года, и он составил ≈ 27 %.

Образец 5. Косичка аналогична образцу 3. Сушка интенсифицировалась прогревом бытовым феном с двух сторон в течение 30 минут, что соответствует максимальной температуре воздуха, выдуваемого феном 100 °C . Кислородный индекс определяли после тепловой сушки через 12 часов, и он составил ≈ 27 %.

Отметим, что пропитка жгутов в чистом 10%-м растворе «Фукам» в течение получаса дала кислородный индекс 27 %, что подтверждает повышение огнестойкости нити Арселон при использовании средства «Фукам». Относительно небольшое увеличение кислородного индекса ДK = 1 связано с особенностями взаимодействия самой нити с антипиренами при горении [1, 2]. Среднее значение кислородного индекса для замасленных образцов жгутов из нити Арселон, исследованных через 12 часов после замасливания и сушки при комнатной температуре, получилось 25,5 %, что меньше значения кислородного индекса контрольного образца из промытого от замасливателя и высушенного при комнатной температуре аналогичного жгута из нити, который составил 26 % [9]. Это связа- но с остатками компонентов замасливателя на нитях жгута, которые способствовали горению. Определение кислородного индекса проводили через 12 часов после получения образцов и компоненты замасливателя не успели испариться. Образцы замасленных жгутов из нити Арсе-лон, отлежавшие год в лаборатории, и образцы, высушенные феном, получили кислородный индекс, близкий к 27, что подтвердило гипотезу об остатках замасливателя на образцах и его удалении путем испарения и возможном ускорении процесса испарения воздействием обдувом горячим воздухом. Таким образом, экспериментально подтверждена возможность применения огнезащитной композиции «Фукам» в составе замасливателя IS-2 для снижения трудоемкости и энергоемкости процесса производства огнестойких нитей, что может послужить основой при разработке технологий огне-, биозащиты. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

• 1.    При смешивании в одинаковых долях 10%-го водного раствора «Фукам» и 10%-й эмульсии IS-2 выявлена высокая стабильность замасливающей композиции после испытания её согласно ГОСТ 29188.3-91 «Изделия косметические. Методы определения стабильности эмульсии» по

• 2.    Экспериментально подтверждена возможность повышения огнезащитных свойств нитей при обработке их замасливателем IS-2 с огнезащитным составом «Фукам» в композиции.

• 3.    Эксперимент показал, что наличие остатков компонентов замасливателя в образцах понижает значение кислородного индекса, то есть способствует горению и их нужно обязательно удалять, чтобы повысить кислородный индекс.

• 4.    Решена задача удаления химических примесей из образцов для обеспечения ее огнестойкости путем замены индустриального масла в замасливателе на метиловый эфир жирных кислот, что делает состав более летучим. Также рекомендуется прогрев образцов для более полного удаления остатков замасливателя, так

• 5.    Способ применения огнезащитной композиции «Фукам» в составе замасливателя при производстве огнестойких нитей позволит снизить трудоемкость и энергоемкость процесса придания огнестойких свойств текстильным материалам за счет сокращения количества операций и существенного снижения температуры их проведения.

• 6.    Предлагаемый подход не рекомендуется к применению при производстве тканей под крашение, так как наносимый препарат будет удален на стадии подготовки материала.

отсутствию расслоения после 5 минут центрифугирования при частоте вращения 100 с^-1 [10].

как с повышением температуры увеличивается давление насыщенных паров и происходит более интенсивное испарение компонентов замас-ливателя. Прогрев можно осуществлять любым способом кроме отпаривания. Отпаривание разрушит защитную пленку из состава «Фукам».