Реферат: Технология модификации вискозных волокон производными диметилметил-фосфоната с целью получения волокон пониженной горючести
Реферат: Технология модификации вискозных волокон производными диметилметил-фосфоната с целью получения волокон пониженной горючести
ТЕХНОЛОГИЯ МОДИФИКАЦИИ ВИСКОЗНЫХ ВОЛОКОН ПРОИЗВОДНЫМИ
ДИМЕТИЛМЕТИЛ-ФОСФОНАТА С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКОН ПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТИ
Технология и переработка полимеров и композитов
Автореферат
диссертации на соискание ученой
степени кандидата технических наук
2001
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность
темы.
Объем
мирового производства и потребления всех видов полимерных материалов неуклонно
возрастает. Одним из критериев, определяющих возможность применения полимеров
во многих отраслях промышленности, является их горючесть. Большинство
традиционных полимерных крупнотоннажных материалов характеризуются легкой
воспламеняемостью и высокой скоростью горения. Поэтому проблема снижения их
пожарной опасности является одной из важнейших научных и практических задач. Это
подтверждается принятием в Российской Федерации закона «О пожарной
безопасности».
Применение
замедлителей горения (ЗГ) является наиболее распространенным и эффективным
способом снижения горючести полимерных материалов.
Среди
полимеров значителен выпуск химических волокон и их потребность составляет 30
млн. тонн. Их применяют для изготовления материалов бытового назначения,
спецодежды, в первую очередь, для рабочих горячих цехов, летчиков скоростных
самолетов, космонавтов, а также детской одежды. Для одежды, к которой
предъявляются требования не только защиты от огня, но и высокой гигиеничности,
наиболее целесообразно использовать целлюлозные, в частности, огнезащищенные
вискозные волокна (ОЗВ). Хорошие прочностные и усталостные характеристики
позволяют использовать ОЗВ в качестве армирующих систем в производстве
композитов.
Огнезащитой
целлюлозных материалов занимаются давно. В этой области накоплен обширный
материал. Однако количество эффективных замедлителей горения невелико, что
обусловлено рядом причин: сложностью процессов, сопровождающих
термоокислительное разложение целлюлозы; токсичностью применяемых ЗГ; их
высокой стоимостью; отсутствием химического взаимодействия ЗГ с защищаемым
волокном; невозможностью промышленного выпуска ЗГ, вследствие отсутствия сырья
и т.д. Поэтому необходимы синтез, исследование и апробация новых ЗГ, что
обусловливает необходимость и актуальность продолжения исследований в этой
области.
Цель работы:
обоснование
выбора ЗГ для вискозных волокон (ВВ) и разработка параметров модификации,
обеспечивающих получение вискозных волокон с пониженной горючестью и комплексом
свойств, удовлетворяющих требованиям текстильной промышленности и отрасли
полимерных композиционных материалов (ПКМ).
Для
достижения поставленной цели решались следующие задачи: - определение
термохимических свойств ЗГ; - исследование влияния на кинетику сорбции ВВ
концентрации ЗГ, температуры и модуля ванны, определение характера сорбции;
изучение
влияния параметров сорбции на структуру и деформационно-прочностные свойства
волокон;
изучение
взаимодействия ЗГ с ВВ;
оценка
влияния ЗГ на процессы термоокислительной деструкции и горения волокон;
исследование
возможности применения огнезащищенных ВВ в качестве армирующих систем при
созданий ПКМ.
Направление
исследований.
Диссертационная
работа выполнена в рамках МНТР «Перспективные материалы» (№ гос. регистрации
01991112806-1999г), «Общая и техническая химия» (№ гос. регистрации
019900001805-1999г)
Методы
исследований.
В работе
использовались методы термогравиметрического, рентгеноструктурного,
интерферометрического анализов, инфракрасной спектроскопии, оптической
микроскопии, стандартные методы определения показателей горючести и
физико-механических свойств полученных материалов.
Достоверность
и обоснованность подтверждается комплексом независимых и взаимодополняющих
методов исследования.
На защиту
выносятся следующие основные положения:
влияние
термохимических свойств ЗГ на процессы термоокислительной деструкции и горения
ВВ;
результаты
комплексных исследований сорбции ЗГ, обеспечивающие выбор параметров
модификации, определение сорбционных свойств ВВ, механизма и характеристик
сорбции;
данные по
исследованию взаимодействия ЗГ с ВВ и их влиянию на структуру и свойства
волокон;
результаты
исследования по оценке возможности использования ОЗВ для армирования
термореактивных матриц.
Научная
новизна работы заключается в том, что впервые:
изучена
взаимосвязь исследуемых ЗГ с ВВ и их влияние на структуру и свойства волокон;
исследована
кинетика сорбции замедлителей горения вискозным волокном, обусловливающая выбор
параметров модификации, сорбционные свойства волокон, а также кинетические и
динамические характеристики сорбции;
-изучено
влияние ЗГ на физико-химические превращения ВВ в процессе пиролиза и горения.
Практическая
значимость:
разработаны
параметры и технология модификации, обеспечивающие получение ВВ пониженной
горючести с сохранением комплекса эксплуатационных свойств;
определены
тип полимерного связующего и параметры формования армированного полимерного композиционного
материала (ПКМ) пониженной горючести.
Реализация
результатов. Результаты исследований используются в лабораторном практикуме и
при чтении лекций по дисциплинам «Химия и технология ПКМ», «Перспективные
направления в химической технологии»:
Апробация
работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на
Международных конференциях: г. Саратов - 1998, г. Саратов - 1999, г. Тверь - 2000,
г. Волгоград - 2000, г. Москва - 2001, г. Казань - 2001, г. Саратов - 2001.
Публикации. По
теме диссертации опубликованы: 3 статьи и 6 тезисов докладов на конференциях.
Структура и
объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора,
методической, экспериментальной части, выводов, списка литературы (155
источников).
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение
содержит обоснование актуальности и практической значимости работы. В нем
формулируются цель и задачи исследования, приводятся основные положения,
выносимые на защиту.
Литературный
обзор
В главе
представлен обзор современных представлений о термо - окислительной деструкции
вискозного волокна, механизмах действия ЗГ и способах снижения горючести ВВ. Анализ
литературы показал, что наиболее эффективными для снижения горючести ВВ
являются фосфорорганические соединения, в частности, пирофакс и
диамидометилфосфонат (анти-пирен Т-2). Однако, в настоящее время промышленный
выпуск данных ЗГ затруднителен, что связано с наложением запрета на выпуск
сырья для производства Т-2, а также отсутствием сырьевой базы в России при
получении пирофакса. В связи с этим актуальны синтез и апробация новых
эффективных ЗГ для ВВ, выпускаемых в промышленном масштабе на территории РФ.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Во второй
главе диссертации описаны объекты и методы исследования, используемые в работе.
В качестве объектов исследования применялись: вискозное волокно (ГОСТ 10546-80).
В спектрах
модифицированных волокон наблюдаются полосы, соответствующие группам Р=0 (-1250
см»') и Р-СН3 (~1320 см»1), имеющиеся в спектре самих замедлителей коэффициент
эффективности сорбции при этом составляет.49-87%. Увеличение коэффициента
эффективности сорбционного взаимодействия достигается дополнительным введением
в вискозное волокно метазина, вступающего в химическое взаимодействие с
волокном и, кроме того, образующего, в результате гомополиконденсации, пленку
на поверхности волокна, препятствующую не только удалению замедлителя горения
из волокна, но и поглощению влаги волокном из окружающей среды.
В волокно
производных диметилметилфосфоната личных марок практически не изменяет
прочность волокна, однако при этом снижается относительное удлинение,
повышается линейная плотность волокон. Наличие в составе вискозного волокна
одновременно с КГ-2 метазина повышает разрывную нагрузку волокна, по сравнению
с исходным вискозным волокном.
Установлено,
методами РСА и ИК - спектроскопии, изменение структуры модифицированных волокон.
Увеличивается степень кристалличности и размер кристаллитов в результате
пластификации и изменения состава волокон. Данные изменения коррелируют с изменением
деформационно-прочностных свойств волокон.
Доказана
возможность применения теории объемного заполнения микропор для описания
сорбции вискозным волокном замедлителей горения. Используя основное уравнение1!
теории объемного заполнения микропор рассчитаны параметры j,
пористой структуры волокна: величина предельной сорбции, предельно сорбируемый
объем, характеристическая энергия сорбции, полуширина пор; а также термический
коэффициент сорбции. Осуществлен расчет основных термодинамических
характеристик энергии Гиббса ДО и химического потенциала сорбента АФ.
Установлено влияние
1 производных диметилметилфосфоната на процесс дегидратации при разложении
волокон, подтвержденное превышением в интервале температур основных потерь
массы, а также меньшими, в сравнении с исходным волокном температурами: начала,
максимальной скорости потери массы и завершения процесса деструкции. Формирование
коксового остатка начинается при меньших температурах и возрастает его выход. Снижается
также энергия активации термоокислительной деструкции, при этом уменьшается
вероятность протекания процесса деполимеризации и создаются условия для
преимущественного протекания процесса дегидратации. Кислородные индексы
модифицированных вискозных волокон возрастают. Наиболее эффективны для снижения
горючести вискозных волокон КГ-2 и КГ-2СЭН, что подтверждается большей
сохранностью огнезащитного эффекта после мокрых обработок. При введении в
вискозное волокно одновременно КГ-2 и метазина кислородный индекс повышается до
30-31% об., после мокрых обработок составляет - 30-29,5% об.
9. Показана
возможность применения огнезащищенных вискозных волокон в качестве армирующих
наполнителей при создании полимерных композиционных материалов. Определением
влияния параметров прессования (температуры, давления) на свойства волокон
осуществлен выбор типа связующего. Модифицированные вискозные в сравнении с
исходным волокном, огнезащищенных волокон приводит к снижению температуры его
отверждения с 120 до 78-83°С, время гелеобразования не изменяется.
На основе
найденных параметров формования получены образцы полимерных композиционных
материалов с пониженной горючестью.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ
1.
Бычкова Е.В. Вискозные волокна пониженной горючести. /Е.В. Бычкова, Л.Г.
Панова, С.Е. Артеменко, Ю.В. Кушелев // Хим. волокна. -2001. -№1. -С.15-19.
2.
Бычкова Е. В, Исследование взаимодействия замедлителя горения с
вискозным волокном/ Е.В. Бычкова, Л.Г. Панова, С.Е. Артеменко // Перспективные
полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение.
Экология: Докл. II Междунар. конф. «Композит 2001»,
Саратов, 3-5 июля, 2001. - Саратов: СГТУ, 2001. -С.184-188.
3.
Бычкова Е.В. Физико-химические принципы технологии огнезащиты химических
волокон и композиционных материалов на их основе/ С.Е. Артеменко, Л.Г. Панова,
Е.В. Бычкова // Химические волокна - 2000. - Т.2: Докл. Междунар. конф. по
химическим волокнам, Тверь, 16-19 мая 2000г. - Тверь: РИА, 2000. - С.565-572.
4.
Бычкова Е.В. Влияние антипиренов на деструкцию, горение и свойства
вискозных волокон/ Е.В. Бычкова, Н.А. Ситникова, Л.Г. Панова, С.Е. Артеменко,
ИС. Родзивилова // Деструкция и стабилизация полимеров: Тез. докл|. IX конф., Москва, 16-20 апр. 2001. -М.: РАН, 2001. -С.35-36.
5.
Бычкова Е.В. Модификация вискозных и полиакрилонитрильных волокон с
целью снижения горючести/ Е.В. Бычкова, Т.Г. Никитина, Л.Г. Панова, Ю.В. Кушелев,
С.Е. Артеменко // Полимерные материалы пониженной горючести: Мат-лы IV Международной конф., Волгоград, 17-19 окт. 2000г. -Волгоград:
ВГТУ, 2000. -С.70-71.
6.
Бычкова Е.В. Выбор параметров модификации при создании целлюлозных
материалов пониженной горючести/ Е.В. Бычкова, Н.А. Ситникова, Л.Г. Панова // Синтез,
исследование свойств, модификация и переработка ВМС: Тез. докл. X Междунар. конф. аспирантов. - Казань, 22-24 мая 2001г.,
Казань: КГТУ, 2001. - С.39.
7.
Бычкова Е.В. Наполненные эпоксидные смолы/ Е.В. Бычкова, Ю.Б. Куликова,
Л.Г. Панова // Перспективные композиционные материалы. Альтернативные технологии
переработки. Применение. Экология: Тез. докл. Междунар. конф. «Композит 98»,
Саратов, 24-26 июля 1998г. - Саратов: СГТУ, 1998. - С.59-60.
8.
Бычкова Е.В. Модификация вискозных нитей с целью снижения горючести / Е.В.
Бычкова, Н.Ю. Логинова, Л.Г. Панова, С.Е. Артеменко // Современные технологии в
образовании и науке. Высшая школа, 99: Тез. докл. Междунар. конф. -совещания,
Саратов, 14-16 сент. 1999г. - Саратов: СГТУ, 1999. -С.37-38.
9.
Бычкова Е.В. Современные направления по снижению горючести вискозных
волокон/ Л.Г. Панова, В.И. Бесшапошникова, Е.В. Бычкова, Н.Ю. Логинова // Современные
технологии в образовании и науке. Высшая школа, 99: Тез. докл. Междунар. i конф. - совещания, Саратов,14-16 сент. 1999г. - Саратов: СГТУ,
1999. -С.59-60.
|