способ получения огнезащищенного полиэфирного волокнистого материала

Формула изобретения

Способ получения огнезащищенного полиэфирного волокнистого материала, включающий введение в полиэфирное волокно замедлителя горения в виде 5-7%-ного водного раствора и последующую дополнительную обработку, отличающийся тем, что в качестве замедлителя горения используют диметилметилфосфонат, а дополнительную обработку проводят потоком CO₂-лазерного излучения мощностью 350 Вт, плотностью 5,3 Вт/см² в течение 25-30 с до содержания диметилметилфосфоната на волокне 12-15 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения огнезащищенных волокнистых текстильных материалов, в частности синтетических полиэфирных, которые могут быть использованы в производстве декоративно-отделочных тканей, применяемых в мебельной промышленности и оформлении интерьеров, а также в качестве наполнителя в производстве огнезащищенных композиционных материалов.

Известен способ получения огнезащищенного полиэфирного волокнистого материала, при котором на опытной установке ЦОУ в реактор емкостью 500 кг на начальной стадии поликонденсации полиэтилентерефталата в расплав мономеров вводили, 11-12% (мас.) от общей массы расплава в аппарате, замедлитель горения. В качестве замедлителя горения использовали Ukanol FR 50/1, представляющий собой 65% раствор в этиленгликоле 9,10-дигидро-9-окса-10-[2,3-ди-(2-гидрооксиэтокси)карбонилпропил]-10-фосфафенантрен-10-оксид.

Огнезащищенный полиэфирный волокнистый материал характеризовался кислородным индексом 27,7%, линейной плотностью 0,3-0,33 текс, удельной разрывной нагрузкой 37-39 мН/текс. (Айзенштейн Э.М., Ананьева Л.А., Окунева О.П. и др. Полиэфирное волокно с пониженной горючестью // Текстильная промышленность. - 2002. - №2. - С.34-36).

Недостатком является сравнительно невысокое значение кислородного индекса.

Известен способ получения огнезащищенного полиэфирного волокна, при котором замедлитель горения сначала миркокапсулируют в полимерную оболочку, а затем вводят на стадии формования волокна, при этом измельченную крошку полимера полиэтелентерефталата, 75-90% мас., перемешивают с замедлителем горения - капсулированным "антипиреном Т-2", 10-25% мас., с последующим плавлением и формованием.

Замедлитель горения "антипирен Т-2" (ТУ 6-02-3-222-86) представляет собой аммонийную соль амида метилфосфоновой кислоты. В качестве полимерной оболочки микрокапсулы используют, например: полиметафениленизофталамид (ПМФИА) или полипара-фенилентерефталамид (ПФТА) и другие термостойкие полимеры. Размер микрокапсул 10-15 мк. Масса полимерной оболочки микрокапсулы составляет 6-10% от массы замедлителя горения.

Огнезащищенное полиэфирное волокна характеризуется кислородным индексом - 27,4-28,2% (Зубкова Н.С., Тюганова М.А., Боровков Н.Ю., Морыганов А.П. Снижение горючести поликапроамида и полиэтилентерефталата путем введения микрокапсулированных замедлителей горения с полимерной оболочкой // Хим. волокна. - 1995. - №5. - С.40-43).

Недостатком данного способа является организация дополнительного технологического процесса микрокапсулирования с применением дорогостоящих термостойких полимеров и преждевременное засорение фильтров очистки крупными микрокапсулами, которое ведет к удорожанию продукции, а также сравнительно невысокое значение кислородного индекса.

Известен способ получения огнезащищенного полиэфирного волокна, при котором 100 г полиэфирного волокнистого материала предварительно обрабатывают 0,25%-ным водным раствором соли двухвалентного железа (соли Мора) при рН 4,4-5 в течение 20 мин при температуре 20°С, отжимают, затем образец помещают в 6%-ный водный раствор замедлителя горения - 2-(0-изобутилметилфосфонокси)метил-пропеноата (БМФОМП). Реакционную смесь нагревают до 40°С, добавляют 0,03 мас. Н₂О₂ и после нагрева до 90°С проводят прививку замедлителя горения на волокне в течение 90 мин, после чего волокно промывают горячей водой (80-90°С) в течение 20 мин, отжимают и сушат. Огнезащищенное этим способом волокно содержит: полиэтелентерефталата 75%; БМФОМП 25% и характеризуется кислородным индексом 30,3% (Пат. RU 2099453, кл. C1 6 D 06 М 14/04, 14/08. Зубкова Н.С., Бутылкина Н.Г., Тюганова М.А., Сохадзе Л.А. Способ получения огнезащищенных химических волокон. - заявка №96108731/04, патент выдан 20.12.97, Бюл. №35.) (Прототип).

Недостатком данного способа является организация дополнительного технологического процесса со значительными затратами времени (не менее 150 мин) для модификации полиэфирного волокнистого материала.

Задачей изобретения является разработка более эффективного способа получения огнезащищенного полиэфирного волокнистого материала на основе полиэтилентерефталата, модифицированного замедлителем горения диметилметилфосфонатом с применением энергии СО₂-лазерного излучения, обеспечивающего полиэфирному волокнистому материалу высокий кислородный индекс с минимальными затратами.

Для достижения данного технического результата в способе получения огнезащищенного полиэфирного волокнистого материала, включающем введение в полиэфирное волокно замедлителя горения в виде 5-7%-ного водного раствора и последующую дополнительную обработку, в качестве замедлителя горения используют диметилметилфосфонат, а дополнительную обработку проводят потоком СО₂-лазерного излучения мощностью 350 Вт, плотностью 5,3 Вт/см², в течение 25-30 сек до содержания диметилметилфосфоната на волокне 12-15% мас.

Способ получения огнезащищенного волокнистого материала осуществляют следующим образом.

После продавливания расплава полимера полиэтелентерефталата через отверстия фильеры и затвердевания в шахте прядильной машины, под действием потока холодного воздуха, в виде тонких волокон, полиэфирное волокно (на основе полиэтилентерефталата - ПЭТФ) (ОСТ 6-06-С12-76) пропускают над двумя дисками, вращающимися в ванночках с 5-7% водным раствором фосфорсодержащего замедлителя горения диметилметилфосфоната, (СН₃О)₂РОСН₃, (ДММР), при температуре 20-22°С, с последующей дополнительной обработкой потоком СО₂-лазерного излучения, на установке «Комета-2», с длиной волны лазерного излучения 10600 нм, снабженной рассеивающей линзой с фокусным отверстием 200 мм, площадь воздействия 66 см ², температура возрастает до 120-125°С. Мощность лазерного излучения 350 Вт, плотность излучения 5,3 Вт/см², в течение 25-30 с, затем огнезащищенное волокно замасливают и наматывают на бобину.

Замедлитель горения диметилметилфосфонат содержит в своем составе 25% фосфора и выпускается Голландской фирмой AKZO.

Огнезащищенное полиэфирное волокно содержит, % мас.:

полиэтелентерефталат - 85-88;

диметилметилфосфонат - 12-15.

Использование диметилметилфосфоната и CO₂ -лазерного излучения для модификации полиэфирных волокон с целью придания огнезащитных свойств является существенным признаком, так как в литературе отсутствуют данные об использовании диметилметилфосфоната и СО₂-лазерного излучения для этих целей, то существенный признак является отличительным.

Полученное огнезащищенное волокно испытывали на определение кислородного индекса по ГОСТ 12.1.044-84, образцы готовили в виде волокнистых холстиков, которые зажимали в рамку, помещали в кварцевую трубу с потоком кислородоазотной смеси и поджигали сверху. Привес антипирена диметилметилфосфоната на волокне определяли методом взвешивания с точностью до 0,00001.

Прочность элементарного волокна определяли на приборе «Fafegraf» по ГОСТ 6611.2-73.

Линейную плотность нити определяли по ГОСТ 10878-70.

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы, огнезащищенное полиэфирное волокно, полученное разработанным способом, характеризуется более высоким показателем кислородного индекса. Возрастание кислородного индекса при модификации из растворов низкой концентрации обусловлено применением СО₂-лазерного излучения, мощностью 350 Вт. С увеличением мощности излучения до 380 Вт снижается прочность волокна. Обработка модифицированного волокна СО₂-лазерным излучением в течение 25-30 с мощностью 350 Вт повышает не только огнестойкость волокон, но и прочность. Увеличение продолжительности воздействия СО₂-лазерным излучения экономически нецелесообразно, так как эффект огнезащиты не увеличивается, однако снижается прочность огнезащищенного волокна, по сравнению с оптимальными параметрами.

Кроме того, предлагаемый способ легко включается в основную технологическую схему получения полиэфирного волокна и позволяет получить высокий эффект огнезащиты при минимальных затратах на организацию производства, что позволит снизить себестоимость огнезащищенного волокна.

Таким образом, разработанный способ получения огнезащищенного полиэфирного волокнистого материала позволяет получать материал, характеризующийся высоким кислородным индексом и прочностью. Применение огнезащищенного полиэфирного волокнистого материала в качестве декоративно-отделочного, а также в качестве армирующего наполнителя в композиционных материалах позволит снизить вероятность возникновения пожаров и уменьшить количество человеческих жертв и материальный ущерб, наносимый пожарами.

Таблица 1. Огнезащитные и прочностные свойства исходного и огнезащищенного полиэфирного волокнистого материала
№ образца	Состав огнезащищенного материала, % масс	Способ модификации	Кислородный индекс, %	Относит. прочность, сН/дтекс
1.	Исходное ПЭТФ волокно	-	20	4,00
2.	88ПЭТФ+12ДММР	СО2-ЛИ, 350 Вт, 25 с	31,5	4,18
3.	88ПЭТФ+12ДММР	СО2-ЛИ, 350 Вт, 30 с	32,5	4,15
4.	85ПЭТФ+15ДММР	СО 2-ЛИ, 350 Вт, 25 с	32,5	4,18
5.	85ПЭТФ+15ДММР	СО2-ЛИ, 350 Вт, 30 с	33	4,19
6.	86ПЭТФ+14ДММР	СО 2-ЛИ, 350 Вт, 25 с	32	4,14
7.	86ПЭТФ+14ДММР	СО2-ЛИ, 350 Вт, 30 с	32,5	4,16
8.	84ПЭТФ+16ДММР	СО2-ЛИ, 350 Вт, 25 с	30,0	4,02
9.	89ПЭТФ+11ДММР	СО 2-ЛИ, 350 Вт, 25 с	27	4,04
10.	84ПЭТФ+16ДММР	СО2-ЛИ, 350 Вт, 30 с	30,5	4,00
11.	89ПЭТФ+11ДММР	СО2-ЛИ, 350 Вт, 30 с	27,5	4,01
12.	85ПЭТФ+15ДММР	СО 2-ЛИ, 380 Вт, 25 с	29,5	3,69
13.	85ПЭТФ+15ДММР	СО2-ЛИ, 330 Вт, 25 с	27,5	4,15
14.	85ПЭТФ+15ДММР	СО2-ЛИ, 350 Вт, 32с	31,5	3,98
15.	85ПЭТФ+15ДММР	СО 2-ЛИ, 350 Вт, 22 с	30,0	4,03
16.	85ПЭТФ+15ДММР	-	24	4,03
17. прототип	75ПЭТФ+25БМФОМП	-	30,3	-