ПРИМЕНЕНИЕ ЗОЛЬ ГЕЛЬ МЕТОДА ДЛЯ ПРИДАНИЯ ОГНЕСТОЙКИХ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНЫМ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫМ МАТЕРИАЛАМ

Муталханова Алтынай Кайратовна
Жамбыл облысы Қордай ауданы пгт Гвардейский
№43 Б.Момышұлы атындағы орта мектеп,
Органикалық химия мамандығы бойынша 2-курс магистранты

ПРИМЕНЕНИЕ ЗОЛЬ ГЕЛЬ МЕТОДА ДЛЯ ПРИДАНИЯ ОГНЕСТОЙКИХ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНЫМ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫМ МАТЕРИАЛАМ

ЗОЛЬ –ГЕЛЬ ӘДІСІН ҚОЛДАНЫП  ЦЕЛЛЮЛОЗАЛЫ МАТЕРИАЛДАРҒА ОТҚА ТӨЗІМДІ ҚАСИЕТ БЕРУ

THE APPLICATION OF THE SOL GEL METHOD TO IMPART FLAME-RETARDANT PROPERTIES OF TEXTILE CELLULOSIC MATERIALS

 

Б.Р. ТАУСАРОВА,* А.К. МУТАЛХАНОВА **

                                       B.R. TAUSAROVA * A.K. MUTALHANOVA **

(Алматинский технологический университет)

(Алматы технологиялық университеті)

(Almaty Technological University)

E-mail: mutalkhanova@inbox.ru

 

Статья посвящена актуальной проблеме получения огнезащитных текстильных материалов. В работе рассматривается возможность создания защитных  покрытий на основе золь-гель метода. Описывается технология модификации текстильных материалов с целью снижения горючести фосфорсодержащими замедлителями горения.

 

Мақала отқа төзімді қасиеті бар текстиль бұйымдарын алудағы өзекті мәселеге арналған.Жұмыста  золь- гель әдісі негізінде жұқа қорғаныш қабатты алудың мүмкіндіктері қарастырылады. Отқа төзімділігін арттыру мақсатында фосфор құрамдас бөлшектерді пайдаланып,целлюлозалы материалды түрлендіру технологиясын түсіндіреді.

 

The article is devoted to the actual problem getting fire-retardant textiles. The paper considers the possibility of creating a protective coating based on sol-gel method. Describes the technology of textile materials modification in order to reduce the flammability of phosphorus-containing flame retardants.

 

Ключевые слова:   текстильные материалы, огнезащитные свойства, антипирены, золь-гель метод.

 

Негізгі сөздер:   текстиль бұйымдары,отқа төзімді қасет,антипирендер, золь-гель әдісі

 

Key words:   textile materials, fire-retardant properties, sol-gel method

 

 

 


Введение

В последние годы нанонаука и производство огнезащитных материалов и изделий является одним из магистральных направлений развития современной науки и технологии. Это направление в области материаловедения и технологии активно развивается, захватывая все новые и новые области науки и промышленного производства [1]

Проблема придания огнезащитных свойств текстильным материалам различной природы и назначения в последние годы приобретает все большую актуальность. Для снижения пожарной опасности текстильных материалов используются  антипиренов различного состава неорганические и органические вещества, среди них преобладают галоген- и фосфорсодержащие соединении

По состоянию и развитию работ в области производства и применения антипиренов в настоящее время достаточно большое число научных публикаций и обзоров с использованием различных синергистов – красного фосфора, полифосфатов аммония, меланина, гуанидина и гуаномочевины а также с использованием ненасыщенных хлорсодержащих олигомеров. [2]

Объекты и методы исследований

Золь-гель  технология  бурно  развивалась  разрабатывались  и  внедрялись  в  производство  процессы  получения  огнестойких покрытий,  волокон  и  других  неорганических  материалов.  Сегодня  золь-гель  технология  востребована  в  микро-  и  наноэлектронике,  медицине,  биотехнологии  и  во  многих  других  областях.

Основное  достоинство  этого  жидкофазного  метода  заключается  в  высокой  степени  гомогенизации  исходных  компонентов  —  прекурсоров,  благодаря  их  растворению  в  гомогенной  среде  золь-гель  систем.  Золь-гель  технологию  можно  отнести  к  энергосберегающим  технологиям,  поскольку  для  ее  реализации  не  требуются  энергоемкие  и  экологически  опасные  процессы  измельчения  исходных  компонентов.  Кроме  того,  данный  метод  позволяет  обеспечить  высокую  степень  чистоты  продуктов  на  всех  стадиях  синтеза  при  минимуме  затрат.  Используя  золь-гель  процесс  можно  получать тонкие  наноразмерные  пленки  [3].

Классическими  процессами,  лежащими  в  основе  золь-гель  синтеза,  являются  процессы  гидролиза  алкоксидов  металлов  и  кремния,  а  также  кислот,  солей  металлов  и  щелочных  силикатов.  При  этом  продукты  гидролиза  очень  отличаются  по  структуре  и  свойствам,  в  зависимости  от  условий  проведения  реакций  гидролитической  поликонденсации.

Существует  несколько  подходов  к  получению  полимерных  нанокомпозиций,  из  которых  наибольшее  распространение  нашел  золь-гель  метод.

Золь-гель  методом  можно  придать  текстильному  материалу  различные  свойства,  гидро  и  олеофобности,  оптические,  антимикробные,  огнезащитные,  антистатические  и  многие  другие  свойства.  Этот  процесс  происходит  в  следующие  стадии:  формирование  золя  путем  гидролиза  исходного  материала  и  последующей  реакции  поликонденсации,  процесс  нанесения  покрытия,  затем  сушка  и  термический  обжиг  [4].

Для  улучшения  качества  жизни  важное  место  отводится  швейным  изделиям,  обладающим  огнезащитными  свойствами,  позволяющим  снизить  риск  возникновения  или  смягчить  протекание пожарного  процесса.  Такие  изделия  могут  быть  в  готовом  виде  обработаны  огнезащитными  композициями  или  изготовлены  из  текстильных  материалов,  предварительно  модифицированных  огнезащитными  композициями  [5].

Предложен  новый  метод  модифицирования  целлюлозных  тканей,  придающий  устойчивый  огнезащитный  эффект  к  многократной  влажно-тепловой  обработке,  а  также  не  ухудшающий  их  физико-механические  и  огнестойкие  свойства.

Анализ  литературных  данных  показывает,  что  золь-гель  технология  является  перспективным  методом  получения  покрытий  с  воспроизводимой,  контролируемой  и  упорядоченной  структурой.  Поэтому  исследования,  посвященные  разработке  получения  огнезащитных  текстильных  материалов  с  заданными  свойствами,  методам  золь  гель  технологии,  а  также  изучению  свойств  и  наиболее  эффективных  областей  применения  указанных  материалов,  имеют  большое  научное  и  практическое  значение.

Целью  настоящего  исследования  является  получение  целлюлозных  материалов  с  огнезащитными  свойствами.  Обработка  текстильных  материалов  осуществлялась  на  основе  водно-спиртового  раствора жидкого стекло  с  добавлением  мочевина и  калийгидрофосфат,  с  последующей  сушкой  и  термообработкой.

Огнезащитная  активность  обработанного  целлюлозного  волокна  была  определена  в  соответствии  с  требованиями       ГОСТ РК 50810-95 который  с  устанавливает метод определения способности текстильных материалов (тканей, нетканых полотен) сопротивляться воспламенению, устойчивому горению, а также оценки их огнезащитности.Стандарт применяется для всех горючих декоративных текстильных материалов, поставляемых потребителю.Для испытаний использовали прибор для определения воспламеняемости тканей.

Для данной работы также использовались следующие приборы:

Секундомер электронный СЭЦ

Сушильный шкаф СНОЛ с температурой нагрева не менее 80°

Линейка металлическая.

Барометр- анероид М-6

Гигрометр психрометрический ВИТ-1

      Способность образцов  противостоять растягивающим усилиям до разрыва определяли на разрывной машине с постоянной скоростью опускания нижнего зажима РТ – 250М – 2. Испытание проводилось согласно ГОСТ 8847 – 85.

Электронно-микроскопическое изучение образцов проводилось с помощью низковакуумного  растрового  электронного микроскопа JSM-6510LA .  Образцы представляют собой ткань как исходную так и после различных видов химической обработки.

Изучение фундаментальных вопросов, касающихся механизмов придания огнестойких свойсв текстильных материалов, в настоящее время находится на начальном этапе. Тем не менее, появляется все больше публикаций, в которых описано придания огнестойких свойсв текстильных материалов золь-гель технологии для решения медицинских и промышленных задач.

Авторами разработаны соединения на основе аминопропилтриэтоксисилана(APTES), диэтилфосфит(DEP) и меламина(M) обеспечивает снижение дымообразующей способности тканей и уменьшение выделения токсичных газов при их термическом разложении. Предложенной обработке могут подвергаться текстильные материалы из природных и синтетических волокон. [6].

Результаты исследования процессов термодеструкции органо-неорганических гелей системы метилтриэтоксисилан-тетраэтоксисилан. Разработанные композиции могут быть использованы для получения защитного огнестойкого покрытия наружного слоя костюма пожарного. [7].

Айсун Цирели  из университета (Измур, Турция) посвящен новым технологиям получения огнезащитных текстильных материалов, а именно золь-гель и плазменной технологиям. Автор сообщает, что обработка хлопковой ткани с фосфор и кремний содержащими добавками по золь-гель технологии для придания негорючести позволила улучшить огнезащитные свойства хлопковой ткани в 2-3 раза при обработке ткани тетраметилдисилоксаном.  Золь-гель покрытие может быть альтернативным огнезащитным тонким пленкам. Он также сообщает, что ведутся работы по усилению эффекта синергизма фосфора и бора на хлопковой ткани, покрытой тонкой силикатной пленкой с помощью золь-гель технологии. [8].

Система SiO2 – P2O5 заслуживает внимания тем,что ее компоненты и бинарные смеси образуют стекла и наноструктурированные материалы, которые используются при получении огнезащитных и оптических сред, а в последние десятилетия и других областях, включая биомедицину. Синтез тонких пленок проводили золь_гель методом из пленкообразующих растворов (ПОР) на основе тетраэтоксисилана (ТЭОС) с добавлением орто_

фосфорной кислоты на подложках кремния и стекла методами центрифугирования (скорость вращения центрифуги 4000 об/мин) и вытягивания (скорость 5мм/с). [9].

Института химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН под руководством А.И. Борисенко исследовали тонкопленочных материалов на основе золь-гель систем тетраэтоксисилана Si(OEt)4, ортофосфорной (H3PO4) и борной кислот (H3BO3).. Впервые на основе тетраэтоксисилана и H3BO3 гибридный органо-неорганический нанокомпозит с высоким содержанием бора (48 масс. % B2O3), обладающий повышенной огнестойкостью.

Исследованию физико-химических процессов, протекающих в боросиликатных золь-гель системах (золь на основе Si(OEt)4 / прекурсор бора – H3BO3 или триметилборат) в присутствии органических модификаторов. [73]

В процессе синтеза золей для гомогенизации исходных компонентов и ускорения процесса гидролиза ТЭОС, наряду с традиционными приемами перемешивания, использовано ультразвуковое воздействие. На основании полученных наблюдений за состоянием золей и их гелеобразованием можно утверждать, что под воздействием ультразвука возможно протекание процессов гидролиза и поликонденсации ТЭОС в системе Si(OC2H5)4-C3H5(OH)3-H3BO3 даже тогда, когда изначально в ней отсутствует вода, этанол и кислотный катализатор. Введение в золь-гель системы сильных катализаторов процесса гидролиза ТЭОС (HCl, HF, NH3) или органических модификаторов, например, полиэтиленгликоля (ММ=300) или полиаминогуанидина (ММ=10000), ослабляет влияние ультразвукового воздействия. [10].

Модифицированный алкильные силаны или алкоксисиланов модифицированные с гидрофобными органическими материалами, коммерческие фторсодержащие вещества и огнестойкие ткани с использованием фосфора и азота, легированного силаны модифицированный органических материалов. Таким образом ткань обрабатывают – тридекафтороктилтриэтоксилан TDFOES, гексадецилтриметоксилан HDMS и гуанидина фосфат содержащий, чтобы получить огнестойкие свойства. [11].

Создания огнезащитных покрытий на основе золь-гель метода путем гидролиза металлоорганических соединений кремния в водно-спиртовой смеси. Исследуется реология приготовленных пленкообразующих растворов в зависимости от времени и условий хранения раствора. Состав для огнезащитной обработки текстильного материала из смеси волокон Тетраметоксисилан (ТМОС), вода, этанол
и дибутилдиацетат. фософрсодержащх антипирены (приблизительно 20 мас.%фосфорсодержащего)он состоит из алюминиевого фосфината (63,5 мас.%), полифосфат меламина(32 мас.%), Цинка и оксид бора (4,5 мас.%).[12].

Обработка текстильных материалов этим составом также  позволяет достичь необходимых показателей огнезащитных свойств с одновременным улучшением физико-механических показателей обрабатываемого материала. Очень сложно получить материал, который удовлетворял бы всем требованиям, предъявляемым к спецодежде, поскольку эти материалы должны обладать не только устойчивостью к воздействию открытого пламени, теплозащитной эффективностью, сопротивляться каплям расплавленного металла и искрам, воздействию электрической дуги, но эти свойства должны сохраняться в процессе многократных стирок и химчисток.

Несколько огнезащитные добавки, такие как производные галогена или на основе фосфора соединений были использованы, несмотря на их возможных негативных воздействий на окружающую среду. [13] По этой причине, среди альтернативных процедур, использование золь-гель становится сравнительно новый способ в текстильной области для придания огнестойкости и термическую стабильность.

Результаты и их обсуждения

Число публикаций, растущее с каждым годом, посвященных изучению огнезащитной активности применением золь-гель технологии, доказывает наличие повышенного интереса исследователей к этой проблеме как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. Уже не вызывает никаких сомнений то обстоятельство, что применение золь гель метода для придания огнестойких свойств текстильным целлюлозным материалам обладают высокой активностью в отношении всех текстильных объектов.

Разработка  технологии  модификации  текстильных  материалов  с  устойчивыми  огнезащитными  свойствами  с  применением  золь-гель  метода  позволит  увеличить  экономическую  эффективность  применения  волокнистых  материалов  всех текстильных объектов и  других  областях.  Расширить  ассортимент  текстильных  материалов,  повысить  срок  службы  текстильных  изделий,  заменить  дорогие  огнезащитные  модификаторы  волокон  на  более  дешевые,  из  отечественного  сырья.

        Заключение

Результатом этой работы в будущем должно стать создание высокоэффективных и малотоксичных препаратов на основе золь-гель технологии для текстильных материалов широкого спектра действия.

 

Литература

  1. 1. Зубкова Н.С, Бутылкина Н.Г., Л.С. Гальбрайх Л.С.Принципы выбора замедлителей горения для снижения пожарной опасности гетероцепных волокнообразующих полимеров // Хим. волокна .-1999. – №4. – С.17.
  2. 2. Brancatelli , C. Colleoni , M.R. Massafra , G. Rosace Effect of hybrid phosphorus-doped silica thin films produced by sol-gel method on the thermal behavior of cotton fabrics,* journal homepage: www.elsevier.com/locate/polydegstab
  3. 3. Грязнов Р.В., Козик В.В., Борило Л.П. Тонкопленочные материалы на основе SiO2 и ZrO2, полученные из растворов // Неорганические материалы. – 2001. – Т. 37. – № 7. – С. 828–831.
  4. 4. Aysun Cyrely. Recent Innovations in flame retardant textile coatings: Sol-Gel and plasma technology. Proceedings of Conference “Fire Retardant Coatings III” Berlin: Vincentz.  PP. 99-106.
  5. 5. Т.С. Петровская, В.В. Козик*, Л.П. Борило*-ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК В СИЛИКОФОСФАТНОЙ СИСТЕМЕ-Национальный исследовательский Томский политехнический университет
  6. 6. Цветкова И.Н., Шилова О.А., Шилов В.В., Шаулов А.Ю., Гомза Ю.П., Хашковский С.В.Золь-гель синтез и исследование гибридных органо-неорганических боросиликатных нанокомпозитов // Физика и химия стекла, 2006. Т. 32. № 2. С. 301-315.

7.Alongi, J., Ciobanu, M., Carosio, F., Tata, J., & Malucelli, G. (2011). Thermal stabilityand flame retardancy of polyester, cotton and relative blend textilefabrics treated by sol–gel process. Journal of Applied Polymer Science, 119, 1961–1969.

8.Alongi, J., Ciobanu, M., & Malucelli, G. (2011). Sol–gel treatments for enhancingfire stability of cotton fabrics: Optimization of the process and evaluation ofdurability. Cellulose, 18, 167–177.

  1. 9. Gulfem Mete1, Nurhan Onar1*, Aysun Aksit2, Bengi Kutlu,Pamukkale University, Textile Engineering Department, Denizli, Turkey, Dokuz Eylul University, Textile Engineering Department, Izmir, Turkey
  2. 10. Mukesh Kathalewar, Anagha Sabnis-Novel Bis-Urethane Bis-silane PrecursorPrepared via Non-Isocyanate Route forHybrid Sol-Gel Coatings-International Journal of Scientific & Engineering Research Volume 3, Issue 8, August-2012
  3. 11. United States Patent – silane-containing isocyanateterminated tb polyurethane polymers .Inventors: Mitchell H. Berger, SomervilleWalter P, Mayer, Lebanon;
  4. 12. Патент на изобретение №: 2441894Автор: ЗЕПЕУР Штефан (DE), ЛАРИЭА Нора (DE), ТУРН Каролин (DE), ШЛИК Герд (FR)Патентообладатель: НАНО-ИКС ГМБХ (DE)Дата публикации: Среда, Октябрь 27, 2010г.

13.Патент Номер публикации-US20050042377 А1Автор: КМ Slimak, Роберт Slimak.Процесс использования силиката натрия, чтобы создать огнезащитные продукты./Дата публикации: февраль 24, 2005г

<h2>Ұқсас жазбалар</h2>

Leave a Comment