Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВ ДЛЯ ОГНЕЗАЩИТНОЙ ОТДЕЛКИ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЬНЫХ ВОЛОКОН

Изобретение относится к производству химических волокон, а именно к технологии огнезащищенной отделки свежесформованного полиакрилонитрильного волокна.

Отделку свежесформованного полиакрилонитрильного (ПАН) волокна предлагаемым составом можно проводить двумя способами: обработкой волокна, прошедшего стадию промывки, составом для огнезащитной отделки или введением компонентов для огнезащитной отделки волокна в состав авиважной ванны на стадии мягкой отделки при получении ПАН волокон для текстильного ассортимента. При этом волокна приобретают устойчивость к прожиганию, возгоранию и горению. Поэтому они могут быть использованы для изготовления текстильных материалов для бытовых целей и технического текстиля.

Известен фосфор-, азотсодержащий состав для огнезащитной отделки текстильных материалов, представляющий собой водный раствор нитрилометилфосфоновой кислоты (80-350 г/л или 8-35% масс.) и мочевины (80-350 г/л или 8-35% масс.) [Патент РФ 2184184, D06M 13/432, опубл. 27.06.02].

Смесью полученного состава пропитывают текстильный материал при 30-70°C в течение 3-10 с, затем материал отжимают до влажного привеса 80-90% и подвергают сушке при температуре выше 100°C.

Однако данный фосфор-, азотсодержащий состав может быть использован только в отделочном производстве при получении огнестойких тканей и нетканых материалов из хлопчатобумажных, льняных и вискозных волокон.

Известен состав, используемый для проведения огнезащитной отделки полиакрилонитрильных волокон, включающий в качестве фосфорсодержащего соединения фосфорно-молибденовую гетерополикислоту (2-12% масс.), а также дополнительно сульфит натрия (0,1-2,5% масс.) и воду (85,5-97,9% масс.) [авт. свид. СССР №834280, D06M 13/26, опубл. 02.06.81].

Обработка данным составом свежесформованного ПАН волокна, сформованного по мокрому способу из полимеров и сополимеров акрилонитрила, содержащего не более 10% масс. других сополимеров, осуществляется после стадии промывки в отдельной пропиточной ванне при 20-80°C в течение от 2 с до 1 ч. Затем обработанное волокно подвергается термофиксации при 140°C в течение 30 мин, промывается и обрабатывается авиважными составами. Заключительная сушка проводится при 80-90°C в течение 30-60 мин.

Используемая в предлагаемом составе фосфорно-молибденовая гетерополикислота является сильной кислотой, по силе превосходящей серную кислоту. В связи с этим эксплуатация, хранение и утилизация данного фосфорсодержащего состава требует соблюдение особых мер безопасности.

Известен состав для придания огнестойкости ПАН волокну, представляющий собой водный раствор фосфорсодержащего соединения метилфосфиновой кислоты (0,03-0,14 М или 3-13% масс.) и трехфтористой сурьмы (0,022-0,090 М или 3-13% масс.). Данный состав вводился на стадии отделки свежесформованного ПАН волокна, предусмотренной после промывочной ванны. При погружении волокна в водный раствор вышеназванного состава поверхность волокна перезаряжается с отрицательного на положительный знак (дзета-потенциал составляет 38,7 мВ), что способствует сорбции отрицательных ионов фосфора и диффузии их во внутренние слои волокна с образованием прочных ковалентных связей. После термообработки состав, содержащий сурьму и фосфор, оказывается закрытым в структуре волокна и волокно приобретает огнезащитный эффект, устойчивый к многократным водным обработкам. КИ после мокрых обработок составляет 27% об. для состава, обеспечивающего оптимальный уровень физико-механических свойств (прототип) [Патент СССР 1816824, БИ №19 от 23.05.93].

Недостатком предлагаемого состава является использование для огнезащитной отделки трифторида сурьмы токсичного соединения, относящегося к II классу опасности.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка состава для огнезащитной отделки полиакрилонитрильного волокна, обеспечивающего повышенную огнестойкость с огнезащитным эффектом, устойчивым к мокрым обработкам.

Указанный технический результат достигается тем, что состав для огнезащитной отделки ПАН волокна включающий фосфорсодержащее соединение и воду, в качестве фосфорсодержащего соединения содержит фосфор-, азот-, хлорсодержащее соединение диаммонийхлоридную соль диамидометилфосфоновой кислоты, дополнительно содержит фосфор-, азотсодержащее соединение N-метилол (O,O-диметилфосфопропиоамид) и мочевину при следующем соотношении компонентов, % масс.:

Наличие в составе диаммонийхлоридной соли диамидометилфосфоновой кислоты атомов фосфора, азота и хлора, в N-метилол (O,O-диметилфосфопропиоамиде) - атомов фосфора и азота, а в мочевине - атомов азота, являющихся ингибиторами горения, позволяет повысить огнестойкость волокон. Кроме того, мочевина может образовывать соединения включения как с органическими, так и с неорганическими веществами, в связи с чем возможно внедрение части макромолекул волокна в полости кристаллической решетки мочевины и удержание их силами межмолекулярного взаимодействия, что также способствует повышению огнестойкости волокон.

Применяемые в предлагаемом составе диаммонийхлоридная соль диамидометилфосфоновой кислоты и N-метилол (O,O-диметилфосфопропиоамид) являются малоопасными веществами и относятся к IV классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76, а мочевина - к III классу опасности по ГОСТ 12.1.005-88 (умеренно опасное вещество).

Используемые в работе материалы выпускаются по следующим ТУ и ГОСТ:

- свежесформованное ПАН волокно с промежуточной стадии технологического процесса производства ПАН волокна ТУ 6-06-С-284-91, выпускаемого в промышленном масштабе на основе тройного сополимера ПАН, содержащего (масс.) 92,3% акрилонитрила, 6,2% метилметакрилата, 1,5% итаконата натрия;

- диаммонийхлоридная соль диамидометилфосфоновой кислоты - соединение, содержащее в своем составе одновременно Р - 13-14%, N - 24-25% и Cl - 35-37% - нофлан (Т-2) ТУ 2433-302-05763458-03;

- N-метилол (O,O-диметилфосфопропиоамид) - органическое соединение, содержащее в своем составе одновременно Р - 12-14% и N - 5-6% - пироватекс ТУ 6-14-19-419-81;

- мочевина - диамид угольной кислоты ГОСТ 2081-92, содержащий в своем составе N - 46%, вводимая в огнезащитный состав для обеспечения фиксации ингибиторов горения на волокне.

В табл. 1 представлены заявляемые составы для огнезащитной отделки ПАН волокна.

В табл. 2 представлены свойства ПАН волокон, обработанных предлагаемыми составами.

Состав для огнезащитной отделки полиакрилонитрильного волокна готовят при температуре окружающей среды растворением компонентов в воде в расчетных количествах в следующей последовательности: диаммонийхлоридная соль диамидометилфосфоновой кислоты, N-метилол (O,O-диметилфосфопропиоамид), мочевина. Полученную смесь перемешивают в течение 10-15 мин до установления значения водородного показателя pH 5.

Свежесформованное ПАН волокно, полученное в промышленных условиях, после стадии промывки обрабатывают при температуре 20°C и модуле ванны М_в=5 в течение 60 с водным раствором, содержащим диаммонийхлоридную соль диамидометилфосфоновой кислоты (Нофлан (Т-2)), N-метилол (O,O-диметилфосфопропиоамид) (пироватекс) и мочевину, взятые в соотношении, указанном в табл. 1. Затем обработанное вышеописанным составом волокно подвергается термофиксации при 150°C в течение 10 мин, промывке при 40°C, обработке авиважными составами и сушке при 80-90°C в течение 30-60 мин.

Наличие у свежесформованного ПАН волокна несформировавшейся структуры и высокой пористости способствует ускорению процессов диффузии в объеме волокна при обработке водными растворами, более равномерному распределению и более полному взаимодействию компонентов огнезащитного состава с волокном с образованием химических и водородных связей, это повышает сохранность огнезащитного эффекта.

Отделку свежесформованного полиакрилонитрильного (ПАН) волокна предлагаемым составом можно проводить двумя способами: обработкой волокна, прошедшего стадию промывки, составом для огнезащитной отделки или введением компонентов для огнезащитной отделки волокна в состав авиважной ванны на стадии мягкой отделки при получении ПАН волокон для текстильного ассортимента.

Полученное ПАН волокно исследовалось на огнестойкость по величине кислородного индекса (КИ) до и после многократных промывок в 5%-ном водном растворе стирального порошка. Свойства полученного полиакрилонитрильного волокна по примерам 1-6 представлены в табл. 2.

В результате обработки ПАН волокна составом для огнезащитной отделки компоненты фосфор-, азот-, хлорсодержащих соединений более полно проникают в структуру и в результате термообработки фиксируются в структуре волокна.

Полученные образцы при поджигании на воздухе не загораются, под действием пламени обугливаются. Показатель КИ обработанного волокна возрастает (КИ исходного ПАН волокна составляет 19% об.) и после промывки сохраняется до 33% об., что позволяет отнести полученное волокно к классу трудносгораемых. Использование мочевины, менее токсичного вещества в сравнении с триоксидом сурьмы (одного из компонентов прототипа), в качестве фиксатора фосфор-, азот-, хлорсодержащих компонентов на волокне позволяет сохранить огнезащитный эффект к мокрым обработкам (табл. 2).

При содержании в составе для огнезащитной отделки ПАН волокон более 15% нофлана (Т-2) и более 15% пироватекса (пример 6) на волокне сорбируется большее количество ингибиторов горения, но они не связываются с волокном и при промывке с волокна удаляются. Меньшее содержание ингредиентов, 5% нофлана (Т-2) и 5% пироватекса (пример 1), не позволяет достичь необходимого привеса ингибиторов горения на волокне и необходимого повышения огнезащитного эффекта (табл. 2).

Применение предлагаемого состава не требует дополнительной стадии и оборудования, так как состав для огнезащитной отделки ПАН волокна может вводится в авиважную ванну.