CC BY
19УДК 678.84:614.841.41:66.097
A.C. Федоринов*, М.В. Винокуров*, A.A. Васильев, C.B. Тимофеева*, О.И. Одинцова
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИОРГАНСИЛОКСАНОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПОНИЖЕННОЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
(Ивановский государственный химико-технологический университет, *Ивановский институт ГПС МЧС России) e-mail: [email protected]
Изучена возможность применения полиорганосилоксаное фирмы Dow Corning (Dow Corning 3605, Silastic 9252/250 P) для огнезащитной отделки текстильных материалов. Исследовано влияние активирующих добавок капсулированного хладона 23 (CHF3) и микродисперсного углерода на теплофизические характеристики хлопчатобумажных и хлоп-кополиэфирных тканей. Оптимизирован состав огнезащитной композиции.
Ключевые слова: текстильный материал, огнезащитная композиция, силоксановые каучуки, капсулированный хладон 23 (CHF3), микродисперсный углерод
Вследствие участившихся техногенных катастроф и пожаров, вызванных различными факторами, возникает серьезная опасность для здоровья и жизнедеятельности человека. В большинстве стран мира приняты законы, запрещающие применение горючих текстильных материалов для отделки помещений и транспорта, в производстве некоторых товаров бытового назначения, спецодежды. В России принимаются все более жесткие меры по предупреждению пожаров и чрезвычайных ситуаций. При выполнении функциональных задач спасателями и пожарной охраной МЧС России одежда специального назначения выходит по значимости на первое место, обеспечивая сохранение жизни человека. Однако существующая одежда не является универсальной, так как не обеспечивает достаточных теплоотражающих и огнезащитных свойств, необходимых для выполнения функциональных обязанностей.
Поэтому проблема создания текстильных материалов пониженной горючести различного волокнистого состава имеет первостепенное значение. Оптимизации функциональных характеристик текстильных материалов или придания им новых свойств можно наиболее просто добиться посредством модификации поверхности композиционными антипиренами комплексного действия. В качестве основы для разработки таких препаратов предлагается использовать жидкие силоксановые каучуки холодного отверждения производства фирмы Dow Corning (США), приведенные в табл. 2.
Выпускаемые в промышленном масштабе низкомолекулярные жидкие силоксановые каучуки СКТН содержат на концах макромолекул сила-нольные группы, по которым и происходит вулканизация жидких каучуков СКТН методом поликонденсации [1-2]:
-Si-ОН
Вулканизация низкомолекулярных силок-сановых каучуков СКТН осуществляется по схеме [2]:
II II
— 31-ю— &—он що—81—о— ¿1 —
I I оя | |
I | яо^'Х® I I
— ¿1^О — ¿1^ОН но— ¿1—0— ¿1 —
II II
I I I I (!)
— ¿1—О—¿1—О ,0— 31—О—¿1 —
— ' ! /С ' I1 + 4®он
— ¿1—о—¿1 —о/ О — ¿1—о—¿1 —
II II
где Я = —ОН, —ОС О Я —ЫЯ;, и другие, способные к гидролизу, функциональные группы.
Огнезащитные составы готовили путем смешения жидкого силоксанового каучука холодного отверждения, отвердителя и наполнителя до образования гомогенной массы. Стабильность композиций определяли визуально по потере текучести, обусловленной началом гелеобразования. Состав наносили на хлопчатобумажную саржу или хлопкополиэфирную бязь резиновой раклей в два прохода и подвергали термообработке при 160°С в течение 2 мин. После охлаждения материал с вулканизованным силоксановым покрытием сматывали в рулон.
Анализ подобранных опытным путем огнезащитных составов позволил сделать вывод о том, что наиболее технологичными являются композиции, включающие 2 массовые части отвердителя на 10 частей органосилоксана, которые и были использованы в дальнейших исследованиях.
В процессе исследования определяли качественные характеристики обработанного огнезащитной композицией текстильного материала
Таблица 1
Нормированные показатели огнезащищенности
текстильных материалов Table 1. The normalized indicators of fire protection of textile
Воспламеняемость ткани оценивали при вертикальном расположении образца к источнику зажигания. Критериями оценки пригодности анти-пирена для огнезащитной отделки текстильных материалов являлись: время воспламенения, длина обугленного участка ткани; время остаточного горения ткани после удаления из пламени горелки; отсутствие или продолжительность тления.
Воспламенение необработанной хлопчатобумажной саржи наблюдалось на второй секунде (табл.2). Образец сгорел полностью в течение 1 минуты, такой текстильный материал относится к классу легковоспламеняемых. Нанесение на хлопчатобумажную ткань полиорганосилоксановых композиций значительно снижает ее пожарную опасность (время полного сгорания составило 3,5 мин), однако, чтобы классифицировать текстильный материал как трудновоспламеняемый, необходимо, чтобы время остаточного горения после удаления его из зоны воздействия пламени составляло менее 5 секунд [3].
Современные достижения в области придания текстильным материалам специальных свойств позволяют прогнозировать создание композиционных многофункциональных антипиренов посредством введения в силоксановые каучуки мелкодисперсных частиц порошков неорганических и органических соединений, например, углерода или капсулированного хладона 23 и получать силоксановые композиции, обладающие уникальными свойствами. Введение в состав композиции индивидуальных частиц капсулированного хладона 23 и мелкодисперсного углерода снижает время оста-
точного горения образца после удаления его из зоны воздействия пламени (табл.2), тем самым увеличивается устойчивость целлюлозных тканей к возгоранию.
При введении в силоксановые композиции мелкодисперсного углерода образуется вспучивающееся покрытие (рис. 1). Эти покрытия при воздействии огня образуют пористый пенококс, увеличивая свою толщину в десятки раз. Образующийся кокс имеет низкую теплопроводность и какое-то время защищает текстильный материал от теплового потока, а также значительно замедляет процесс термодеструкции целлюлозы.
Рис. 1. Образование пеиококса на поверхности целлюлозного текстильного материала, обработанного модифицированным полиорганосилоксаном после воздействия пламени Fig. 1. Foam-coke formation on the surface of cellulosic textile material treated with a modified organopolysiloxane after flame exposure
При нанесении композиции на основе Silastic 9151/200Р, содержащей определенные соотношения модификаторов, получен образец, который не горит в открытом пламени в течение нормативного времени, длина обугленного участка в этом случае составляет 45 мм (табл. 2).
Технические смесовые ткани специального назначения являются востребованными на объектах особого назначения, в зонах ЧС и поэтому исследование их свойств является актуальной задачей на сегодняшний день. Все исследуемые составы при оптимальных концентрациях модификаторов обеспечивают высокий эффект огнезащиты ткани. Длина обугленного участка при максимальном времени зажигания 15 с колеблется от 35 до 70 мм, что значительно ниже 150 мм, принятых согласно требованиям нормативно-технической документации [4].
Для хлопкополиэфирных текстильных материалов наиболее эффективны композиции на основе препарата Dow Corning 3605 с содержанием капсулированного хладона 23 и мелкодисперсного углерода от 1% (табл. 3).
Таблица 2
Показатель огнезащиты текстильных материалов Нормативная величина Метод испытания
Время воспламенения с поверхности Не менее 15с По ГОСТ Р 53264—2009
Время остаточного горения Не более 5 с По ГОСТ Р 53264—2009
Длина обугленного участка Не более 150 мм По ГОСТ Р 50810-95
Каплепадение Должно отсутствовать По ГОСТ Р 50810-95
Прогорание ткани Должно отсутствовать По ГОСТ Р 50810-95
Влияние состава композиции на огнестойкость хлопчатобумажной саржи Table 2. Effect of composition on fire protection cotton twill
Название препарата Наименование частиц модификатора Время воспламенения, сек Время остаточного горения, сек Длина обугленного участка, мм Примечание
Углерод Хладон
Необработанная саржа - - 2 Сгорел -
Dow Corning 3605 - - 5 180 -
Silastic 9252/250P - - 10 210 -
Dow Corning 3605 1% - 13 (слабое горение по фронту) 40 70 Обугливание, спекание частиц
Dow Corning 3605 - 1% 14 (слабое горение по фронту) 80 100 Обугливание
Dow Corning 3605 - 2% 14 70 80 Самозатухание после удаления источника зажигания
Dow Corning 3605 2% - 15 (слабое горение по фронту) 50 60 Самозатухание после удаления источника зажигания
Silastic 9151/200P 1% 1% 15 (слабое локальное горение) Не горит 45 Самозатухание после удаления источника зажигания
Silastic 9151/200P 2% 1% Не воспламеняется Не горит 45 Наблюдается вспучивание частиц
Таблица 3
Влияние состава отделочной композиции на огнезащитные свойства хлопкополиэфирной бязи Table 3. The influence of the finishing composition on flame protection properties of cellulose-polyester coarse calico
Название препарата Наименование частиц модификатора Время воспламенения, сек Время остаточного горения, сек Длина обугленного участка, мм Примечание
Хладон Углерод
Необработанная бязь - - 2 Сгорел - Воспламенение на 2 сек
Silastic 9151/200P - - 12 20 80 Каплепадение и прожигание отсутствуют
Dow Corning 3605 - - 13 55 100 Каплепадение отсутствуют
Silastic 9151/200P - 1% 10 40 70 Каплепадение отсутствует
Dow Corning 3605 - 1% 9 30 60 Каплепадение и прожигание отсутствует
Silastic 9151/200P 1% - 12 72 80 Каплепадение отсутствуют
Dow Corning 3605 1% - 13 Сгорел - Каплепадение и прожигание отсутствуют
Silastic 9151/200P 1% 1% 14 25 50 Каплепадение и прожигание отсутствуют
Dow Corning 3605 1% 1% Не воспламеняется Не горит 48 Каплепадение и прожигание отсутствуют
Dow Corning 3605 2% 1% Не воспламеняется Не горит 35 Каплепадение и прожигание отсутствуют
В этом случае образцы не горят, каплепа- дение отсутствует, длина обугленного участка ко-
леблется в пределах 48 - 35 мм. Представленные результаты свидетельствуют, что при использовании полиорганосилоксанов в сочетании с активными модификаторами можно получить трудно-воспламеняемые целлюлознополиэфирные текстильные материалы согласно классификации, приведенной в ГОСТ Р 50810-95.
без 1% 1% 1% добавок Углерод Хладон Углерод
+ 1% Хладон
Рис. 2. Изменение коэффициента ослабления теплового потока, пропускаемого хлопкополиэфирной бязью в зависимости от состава огнезащитной композиции: 1 - исходная ткань, 2 —
5 - Silastic 9151/200Р Fig. 2. Change in a attenuation coefficient of heat flux transmitting cellulose-polyester fabric as a function of composition of fire protection composition: 1 - initial fabric, 2 —5 - Silastic 9151/200P
Значимым показателем, который необходимо учитывать при разработке текстильных материалов пониженной пожарной опасности является коэффициент ослабления теплового потока,
пропускаемого материалом [4].
Как видно из данных, приведенных на рис. 2, совместное введение мелкодисперсного углерода и капсулированного хладона 23 в определенных соотношениях позволяет предотвратить снижение коэффициента ослабления теплового потока.
Комплексный анализ полученных результатов позволяет рекомендовать композицию полиорганосилоксанов, включающую мелкодисперсный углерод и капсулированный хладон 23, для придания огнезащитных свойств хлопчатобумажным и хлопкополиэфирным текстильным материалам специального назначения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Долгов О.Н., Воронков М.Г., Гринблат М.П. Крем-нийорганические жидкие каучуки и материалы на их основе. JL: Химия. 1975. 112 е.;
Dolgov O.N., Voronkov M.G., Grinblat M.P. Organosili-con liquid rubbers and materials on their basis. L.: Khimiya. 1975. 112 p. (in Russian).
2. Гофманн В. Вулканизация и вулканизующие агенты. JL: Химия, 1968. 369 е.;
Gofmann V. Vulcanization and agents for vulcanization. L.: Khimiya. 1968. 369 p. (in Russian).
3. ГОСТ P 50810—95. Пожарная безопасность текстильных материалов. Ткани декоративные. Метод испытания на воспламеняемость и классификация;
RF State Standard R 50810-95. Fire hazard of textiles. Decorative textiles. Flammability test method and classification. (in Russian).
4. ГОСТ P 53264—2009. Техника пожарная. Специальная защитная одежда пожарного. Общие технические требования. Методы испытаний;
RF State Standard R 53264—2009 .Fire equipment. Special clothing for fire-fighter. General technical requirements. Test methods. (in Russian).
Кафедра химической технологии волокнистых материалов
