Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Химволокна и нити


Сырьевые/Химволокна и нити/Полиэфирные волокна и нити с пониженной горючестью – потенциальное сырье для текстильных материалов технического назначения

Полиэфирные волокна и нити с пониженной горючестью – потенциальное сырье для текстильных материалов технического назначения

28 августа 2002
Технический текстиль №4, 2002

Айзенштейн Эмиль Михайлович
Ананьева Людмила Алексеевна
Верещак Ольга Николаевна
Игнатовская Людмила Васильевна
Окунева Ольга Петровна

Основную часть технического текстиля, в первую очередь нетканые материалы, изготавливают из натуральных и химических волокон. Последние обладают весьма существенным недостатком - горючестью, из-за чего использование их в текстильных и других материалах ведет к значительному возрастанию пожароопасности. Во многих странах приняты специальные законы об ограничении или запрещении использования синтетических материалов, способных гореть в отсутствии открытого пламени. В России также был принят закон о пожарной безопасности, что свидетельствует о важности научных и практических изысканий в этой области.

Большое внимание в последние годы уделяется проблеме снижения горючести текстильных материалов. Об этом свидетельствует увеличение производства огнезащищенных волокон и нитей, а также материалов и изделий на их основе. Особенно актуально повышение огнезащитных свойств синтетических нитей для производства технических тканей и нетканых материалов, применяемых для изготовления пожарных рукавов, транспортерных лент в угольных и обогатительных шахтах, тентов, фильтров, спецодежды, строительных материалов и конструкций, швейных прикладных материалов, наполнителей для мебели. 

Известно, что для снижения горючести полимерных материалов применяют вещества, называемые замедлителями горения, или антипиренами (АП). В качестве АП обычно используют неорганические и органические вещества, содержащие в молекулах такие элементы, как галогены, фосфор, азот, бор, металлы и др. Все АП должны отвечать ряду общих требований: быть нетоксичными и не выделять в процессе горения токсичных продуктов, обладать достаточной светостойкостью, иметь относительно невысокую стоимость. В зависимости от метода огнезащиты к АП предъявляют и специальные требования: высокая термическая стабильность, устойчивость к действию УФ-лучей, хорошая совместимость с полимерами. Этим требованиям в большей степени отвечают органические фосфорсодержащие соединения.

Существует три метода огнезащитной отделки текстильных материалов, в том числе на основе полиэфирных волокон: 1) поверхностная обработка  АП ткани, полотна или готового изделия; 2) физическая модификация волокна (введение АП путем аддитивного смешения с полимером); 3) сополимеризация мономеров или олигомеров с реакционноактивным АП в процессе получения полимера, перерабатываемого в дальнейшем в волокна или нити.

Последний метод, если он не сопряжен со значительным ухудшением физико-механических свойств синтетического волокна, наиболее эффективен, ибо, в отличие от двух других, придает волокну и текстильным материалам, независимо от каких-либо обработок (стирки, химчистки, светового и климатического воздействия и др.), долговременную огнезащищенность.

Проблема огнезащиты волокнистых материалов наиболее актуальна, пожалуй, для полиэфирных волокон и нитей. Во-первых, они сегодня по объемам производства и потребления занимают ведущие позиции среди всех видов химических и натуральных волокон, включая хлопок. Во-вторых, они широко применяются в чистом виде или в смеси с другими видами искусственных (преимущественно вискозных) и натуральных (хлопок, шерсть) волокон в тех областях, где пожарная безопасность наиболее важна.

В настоящее время только несколько предприятий Германии, Японии и США в ограниченном объеме производят полиэфирные волокна и нити с постоянным эффектом огнезащиты, добиваясь этого введением в процессе синтеза полиэтилентерефталата (ПЭТ) фосфорорганических полифункциональных соединений, способных вступать в реакции конденсации или эфирного обмена с концевыми группами ПЭТ. В качестве таких АП нашли практическое использование окса-производные фосфолана (метилфосфолан, фирма Hoechst, Германия), производные фосфафенантрена (DOP-ITS, фирма Zimmer, Германия), (Phosgard PF-100, фирма Zimmer, Германия), (Ukanol FR 50/1, фирма Schill+Seilacher, Германия).

Эффект огнезащиты зависит от содержания в полиэфирном волокне фосфора, вводимого с АП при синтезе ПЭТ. Область оптимальных концентраций фосфора в полимерном субстрате лежит обычно в пределах 0,4-0,6 масс.%, обеспечивая требуемый уровень огнезащищенности полиэфирного волокна, характеризуемого обычно величиной кислородного индекса (КИ).

Наиболее значительных результатов в создании промышленной технологии получения полиэфирного волокна с пониженной горючестью достигла западногерманская фирма Hoеchst, выпустившая его в свет более 20 лет назад на своем заводе во Франкфурте-на-Майне под торговой маркой тревира CS (ранее также известной под маркой тревира FR). В 1998 г. это достижение было высоко оценено на международном фестивале в Нью-Йорке, где фирме присуждена золотая медаль за рекламную деятельность, маркетинг и эффективность разработки.

В настоящее время тревира CS производится в виде блестящих, матированных и окрашенных волокон (тип 270, 3,3...13,0 дтекс), текстурированных нитей (тип 589, 167 дтекс), комплексных нитей (типы 691, 692 и 695, 50...300 дтекс), технических нитей (830...3150 дтекс, соответственно 192...320 филаментов), а также мононитей толщиной 700...2700 дтекс, выпущенных сравнительно недавно для новых областей применения.

Объем продаж тревиры CS, реализуемой более чем 200 предприятиям в Европе и других странах, с 1995 по 2000 г. увеличился на 50% (только в 2000 г. - на 10%). Незначительное число конкурентных продуктов выпускается только в Италии, Японии и Корее. 90% тревиры CS традиционно реализуется в государственном секторе европейских стран, но уже 10% - в частном секторе. Ежегодно спрос на огнезащищенные полиэфирные волокна типа тревира CS растет в среднем на 12% и более. Например, в 1997 г., по сравнению с предыдущим годом, оборот производства тревиры CS вырос на 18%.

На выставке бытового текстиля во Франкфурте-на-Майне в январе 2001 г. фирма Trevira GmbH (одно из «ответвлений» распавшейся компании Hoеchst) презентовала несколько новых видов полиэфирных волокон и нитей с пониженной горючестью. В частности, она сообщила о том, что ежегодно на основе тревиры CS вырабатывается более 70 млн.м² различных материалов, а общий объем их выпуска с 1980 г. составил более 800 млн.м² .

Физико-механические показатели волокна тревира CS (тип 270) в силу имевшей место химической модификации ПЭТ с помощью АП практически не отличаются от стандартного (тип 220), но КИ у первого (26%) заметно выше, чем у волокна без введения АП (КИ составляет 21...22%). Известно, что предельные значения КИ для тревиры CS могут достигать 29%. 

Указанные выше результаты практически подтвердились в наших (с участием А.А. Петрова) опытах, в том числе при наработке опытно-промышленной партии полиэфирного волокна с пониженной горючестью с помощью введения при синтезе ПЭТ около 7% АП (2-метил-2,5-диоксо-1-окса-2фосфолана). Однако из-за возникших технологических трудностей, сложной выпускной формы и сравнительно высокой стоимости АП эти работы в Могилевском ПО Химволокно были приостановлены. Тем не менее, задача получения полиэфирного волокна с пониженной горючестью оставалась для предприятия чрезвычайно актуальной, и исследования в этом направлении были продолжены.

С учетом имеющихся в нашем распоряжении информационных материалов, представлял интерес АП под торговой маркой Ukanol FR 50/1 (фирма Schill+Seilacher (Германия) - 65%-ный раствор в этиленгликоле (ЭГ) 9,10-дигидро-9-окса-10[2,3-ди(2-гидроксиэтокси)карбонилпропил]-10-фосфафенантрен-10-оксид.

Экспериментальные работы по разработке технологии синтеза ПЭТ, модифицированного Ukanol FR 50/1, проводили на лабораторной установке в реакторе объемом 0,5 л и в цехе опытных установок (ЦОУ) Могилевского ПО Химволокно (объем одной партии - 500 кг). Количество АП выбирали таким образом, чтобы с учетом его 65%-ной концентрации в ЭГ содержание фосфора в модифицированном ПЭТ находилось в пределах 0,3...0,65 масс.%. Поэтому оптимальное количество АП, вводимого в начальной стадии поликонденсации, составляло 11...12 масс.% от общей массы расплава в аппарате.

Физико-механические свойства модифицированного полимера характеризовались следующими показателями: концентрацией концевых карбоксильных групп, характеристической вязкостью [h] в о-хлорфеноле (ОХФ), массовой долей диэтиленгликолевых (ДЭГ) звеньев, содержанием олигомеров, температурными характеристиками, определяемыми методом дифференциально-сканирующей колориметрии (ДСК). По изменению [h] и концентрации карбоксильных групп в полимере после температурного воздействия в процессе сушки оценивали термоокислительную устойчивость модифицированного ПЭТ. Предварительную оценку огнестойкости лабораторных образцов полимера определяли по стойкости к горению при воздействии пламени газовой горелки. Для характеристики горючести полученных в производственных условиях образцов гранулята ПЭТ и готового волокна использовали один из основных показателей горючести - КИ, определяемый по составу газовой смеси кислорода с азотом (ГОСТ 12.1.044-89).1

Процесс синтеза ПЭТ при введении АП, сушка полимера, формование и вытяжка волокна в производственных условиях прошли без отклонений от действующего регламента и в соответствии со стандартными параметрами в ЦОУ.

Анализ сравнительных физико-химических данных серийного и модифицированного ПЭТ (таблица 1), показывает, что полученные нами с помощью Ukanol FR-50/1 опытные партии гранулята ПЭТ обладают свойствами, аналогичными известным зарубежным образцам.

Из таблицы 2, иллюстрирующей показатели готового волокна с пониженной горючестью, видно, что, при удовлетворительном в целом качестве модифицированного волокна, оно характеризуется повышенной способностью к окрашиванию дисперсными красителями и пониженной способностью к пиллингообразованию.

Главное то, что достигнут (согласно показателю КИ 27,7% для волокна 0,33 текс и 28,6% - для волокна 0,84 текс) требуемый уровень огнезащищенности полиэфирного волокна, открывающий широкие перспективы для организации его массового производства и применения в различных сферах современного хозяйства.

Первые опытные партии такого волокна отправлены на переработку в нетканые материалы с целью всесторонней комплексной оценки их пожаробезопасности. Этому направлению мы, совместно с ОАО НИИ нетканых материалов придаем первостепенное значение.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 Авторы выражают искреннюю признательность сотрудникам кафедры технологии химических волокон Московского текстильного университета им. А.Н.Косыгина д.т.н. Зубковой Н.С. и к.т.н. Бутылкиной Н.П. за помощь в измерении КИ различных образцов.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ