Влияние различных модификаций гидроксида алюминия на свойства поливинилхлоридного покрытия искусственной кожи пониженной пожароопасности Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Н. Н.Нечаева

аспирант Московского государственного университета дизайна и технологии

Л. Л. Гайдарова

канд. техн. наук, доцент Московского государственного университета дизайна и технологии

Г. П. Андрианова

д-р хим. наук, профессор, заведующая кафедрой Московского государственного университета дизайна и технологии

Ю.П.Топоров

д-р техн. наук, главный научный сотрудник Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН

УДК 614.84:675.92.04

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МОДИФИКАЦИЙ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ НА СВОЙСТВА ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНОГО ПОКРЫТИЯ ИСКУССТВЕННОЙ КОЖИ ПОНИЖЕННОЙ ПОЖАРООПАСНОСТИ

Исследованы эксплуатационные свойства поливинилхлоридных покрытий искусственной кожи, содержащих ан-типирен — гидроксид алюминия различных видов: исходный промышленный образец, тотже порошок после операции механодиспергирования и наноструктурный гидроксид алюминия. Выявлены их преимущества и недостатки при взаимодействии с поливинилхлоридом. Показана целесообразность использования комбинации наногидроксида алюминия и диспергированного порошка.

Ключевые слова: антипирен, гидроксид алюминия, наногидроксид алюминия, искусственная кожа, поливинил-хлоридное покрытие, свойства.

Результаты проведенных ранее исследований [1] по снижению пожароопасности искусственной кожи (ИК) свидетельствуют о высокой эффективности наногидроксида алюминия (НГА) в качестве антипирена по сравнению с промышленным гидроксидом алюминия (ПГА), который был использован в поливинилхлоридном (ПВХ) покрытии ИК как в исходном виде, так и после операции механодиспергирования (ДГА). Однако роль гидро-ксида алюминия не ограничивается только огнезащитным действием, важно оценить его влияние на другие характеристики ПВХ покрытия.

Исследовались модельные пленки из пластифицированного ПВХ, содержащие различное количе-

Время, мин

Рис. 1. Термостабильность пленок, содержащих ПГА (1), ДГА (2) и НГА (3); 4 — контрольный образец

ство ПГА, ДГА и НГА. Определялась термостабильность образцов по потере массы в результате обработки при 100 °С, а также по изменению их цвета при 170 °С. Данные характеристики позволяют косвенно судить о токсикологической опасности ПВХ покрытий ИК, поскольку основным летучим продуктом в указанных условиях является высокотоксичный хлорид водорода, выделение которого сопровождается изменением цвета образцов. Изучалось также влияние различных видов гидроксида алюминия на деформационно-прочностные свойства ПВХ пленок.

На рис. 1 показано изменение массы Дт в зависимости от времени термообработки ПВХ пленок, содержащих 15 мас. ч. ПГА, ДГА и НГА, а также контрольного образца без антипирена. Можно отметить, что термостабильность пленок, наполненных ПГА и ДГА, близка к контрольной, тогда как выделение летучих веществ из пленки с НГА значительно выше.

Изменение цвета пленок оценивали визуально в баллах (белый цвет исходных образцов — 10 баллов, темно-коричневый — 1 балл). Анализ рис. 2 показывает, что контрольный образец уже через 5 мин термообработки значительно изменяет цвет (желтеет), а через 30 мин становится темно-коричневым. Это свидетельствует об интенсивном выделении хлорида водорода и образовании в макро-

0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2009 ТОМ 18 №3

49

молекулах ПВХ сопряженных двойных связей, обладающих хромофорным эффектом. НГА промо-тирует данный процесс, ПГА и особенно ДГА, наоборот, могут рассматриваться как термостабилизаторы ПВХ, поскольку в их присутствии изменение цвета образцов значительно замедляется. Проведенный эксперимент показал, что при использовании антипирена НГА в ПВХ покрытие требуется вводить сильные термостабилизаторы.

Исследование деформационно-прочностных характеристик (рис. 3 и 4) также выявило неоднозначное влияние различных модификаций гидро-

10 15 20 Время, мин

Рис. 2. Кинетика изменения цвета пленок, содержащих ПГА (1), ДГА (2) и НГА (5); 4 — контрольный образец

5 10 15 20 25 30 Концентрация, мае. ч.

Рис. 3. Влияние вида и концентрации гидроксида алюминия на прочность пленок, содержащих ПГА (1), ДГА (2) и НГА (5); 4 — контрольный образец

5 10 15 20 Концентрация, мае. ч.

Рис. 4. Влияние вида и концентрации гидроксида алюминия на относительное удлинение при разрыве пленок, содержащих ПГА (1), ДГА (2) и НГА (5); 4 — контрольный образец

ксида алюминия на ПВХ пленки. ПГА и ДГА проявляют себя как активные наполнители: при концентрации 20 мас. ч. (ПГА) и 15 мас. ч. (ДГА) прочность пленок возрастает соответственно в 1,7 и 2,7 раза. При использовании НГА усиливающий эффект практически отсутствует, а пленки с содержанием 6 и 20 мас. ч. данного антипирена имеют прочность ниже, чем у контрольного образца.

ДГА существенно увеличивает относительное удлинение при разрыве пленок, ПГА влияет на этот показатель в меньшей степени, а НГА его снижает.

Отмеченные особенности влияния гидроксида алюминия на свойства ПВХ пленок обусловлены в первую очередь спецификой взаимодействия различных модификаций антипирена с полимерной матрицей. Такое предположение первоначально было высказано в работе [1] на основании результатов дифференциально-сканирующей калориметрии. Максимальное увеличение прочности пленок, содержащих ДГА, свидетельствует о сильном взаимодействии ПВХ с поверхностью частиц антипи-рена, обволакивании их полимерной матрицей и формировании плотной структуры образцов. Несомненно, что механодиспергирование не только уменьшает размер частиц, но и меняет их поверхностные свойства в направлении увеличения сродства между гидроксидом алюминия и ПВХ.

Ухудшение физико-механических показателей пленок с НГА свидетельствует о слабом взаимодействии ПВХ с поверхностью частиц антипирена и разрыхлении полимерной матрицы. Плохая адсорбция макромолекул ПВХ на частицах НГА обусловлена, прежде всего, их специфической морфологией (агрегаты из волокнистых частиц).

Уплотнение структуры при использовании ДГА и ПГА и ее разрыхление при введении НГА подтверждают результаты определения коэффициента теплопроводности (см. таблицу). Причем с увеличением концентрации ПГА и особенно ДГА плотность структуры возрастает. Теплопроводность пленок с НГА остается наименьшей. Различие в величине коэффициента теплопроводности могло оказать соответствующее влияние и на горючесть пленок [1].

Коэффициент теплопроводности X ПВХ пленок, содержащих различные виды гидроксида алюминия

Вид гидроксида Концентрация гидроксида X, Вт/(м-К)

алюминия алюминия, мас. ч.

ПГА 10 0,12

20 0,21

ДГА 10 0,34

20 0,89

НГА 10 0,15

20 0,12

0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНаСТЬ 2009 ТОМ 18 №3

На основании результатов исследований становится очевидной целесообразность использования комбинации НГА и ДГА для обеспечения огнезащитных свойств, требуемых деформационно-прочностных показателей [2] и снижения токсикологической опасности обивочной ИК. С этой целью была проведена оптимизация соотношения антипиренов

методом рототабельного планирования эксперимента, в результате которой установлено, что наилучший комплекс свойств достигается при сочетании 6-7 мас. ч. НГА и 10,6-12,7 мас. ч. ДГА (цвет пленок после 10 мин термообработки — на уровне 7-8 баллов; прочность — от 4,6 до 5,2 МПа; относительное удлинение — 58-66 %; образцы самозатухающие).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Беспалов, П. М. Сравнительная оценка различных видов гидроксида алюминия как антипи-рена в поливинилхлоридном покрытии искусственной кожи / П. М. Беспалов, Л. Л. Гайдарова, Г. П. Андрианова [и др.] // Пожаровзрывобезопасность. — 2008. —Т.17,№ 1.—С. 17-19.

2. Справочник по искусственным кожам и пленочным материалам / Под ред. Б. Я. Кипниса. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. — 344 с.

Материал поступил в редакцию 18.03.09. © Нечаева Н. Н., Гайдарова Л. Л., Андрианова Г. П., Топоров Ю. П., 2009 г.

(e-mail: [email protected]).

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2009 ТОМ 18 №3

51