Влияние рецептурного состава металлофосфатных огнезамедлительных систем и модифицирующих добавок на устойчивость огнезащитной отделки полиэфирных тканей к гидролизной обработке

Валентина Владимировна Богданова; Ольга Игоревна Кобец; Ольга Владимировна Рева

doi:10.33408/2519-237X.2024.8-4.423

Авторы

Валентина Владимировна Богданова Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем»; 220006, Беларусь, Минск, ул. Ленинградская, 14 https://orcid.org/0000-0002-8557-9925
Ольга Игоревна Кобец Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем»; 220006, Беларусь, Минск, ул. Ленинградская, 14 https://orcid.org/0000-0002-6702-7430
Ольга Владимировна Рева Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0003-4006-8678

DOI:

https://doi.org/10.33408/2519-237X.2024.8-4.423

Ключевые слова:

металлофосфатные огнезамедлительные системы, модифицирующие добавки, полиэфирный тканый материал, огнезащитная отделка, гидролизная обработка

Аннотация

Цель. Разработка рецептурного состава металлофосфатных огнезамедлительных систем (ОЗС) в виде устойчивых коллоидосодержащих растворов и исследование влияния модифицирующих добавок на устойчивость огнезащитной отделки полиэфирных тканей к гидролизной обработке (стирке).

Методы. Золь-гель метод синтеза металлофосфатных ОЗС, лабораторные и стандартные методики огнезащитной отделки, гидролизной обработки и огневых испытаний образцов полиэфирных тканых материалов, просвечивающая электронная микроскопия, комплексный термический анализ (дифференциальная сканирующая калориметрия – ДСК и термогравиметрия – ТГ).

Результаты. Золь-гель методом получены ОЗС на основе металлофосфатных кислых концентрированных растворов (связок). Определены условия синтеза – природа и соотношения основных компонентов Ме-фосфатных связок (Ме – Ca, Sn, Al, Zn или Ba), концентрация нейтрализующих агентов (NaHCO₃ или NH₃·H₂O) и модификаторов (полиакриламид (ПАА), коллоидный раствор SnCl₂, гексаметилентетрамин (ГМТА), NH₄Cl, карбамид (КМ)), кислотность среды, позволяющие получить ОЗС в виде агрегативно устойчивых растворов. Показано, что достижение стойкого к гидролизной обработке огнезащитного эффекта обусловлено прочным закреплением на ткани замедлителей горения на основе Са-фосфатной связки в присутствии отобранных модифицирующих добавок – диспергирующей и/или медиативной (ПАА и/или водный коллоидный раствор SnCl₂). Лучшему закреплению эффективных модифицированных ОЗС способствует наличие в их растворах нанодисперсных (10–20 нм) соединений кальция и олова. Стойкость к гидролизной обработке огнезащитной отделки подтверждена данными ДСК и ТГ: для огнезащищенной модифицированным составом ткани (как после гидролизной обработки, так и без нее) снижается суммарное тепловыделение (до 1,5 раз) с одновременным уменьшением общей потери массы образцов по сравнению с исходным полиэфирным тканым материалом.

Область применения исследований. Экспериментальные данные могут быть использованы для придания устойчивой к гидролизной обработке огнезащитной отделки полиэфирным тканым материалам низкой плотности. Полученные результаты позволяют определить пути регулирования эффективности известных и разрабатываемых новых фосфатных ОЗС для устойчивой к стиркам огнезащитной отделки полиэфирных тканей.

Биографии авторов

Валентина Владимировна Богданова, Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем»; 220006, Беларусь, Минск, ул. Ленинградская, 14

лаборатория огнетушащих материалов, заведующий лабораторией; доктор химических наук, профессор

Ольга Игоревна Кобец, Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем»; 220006, Беларусь, Минск, ул. Ленинградская, 14

лаборатория огнетушащих материалов, ведущий научный сотрудник; кандидат химических наук

Ольга Владимировна Рева, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра химической, биологической, радиационной и ядерной защиты, профессор; кандидат химических наук, доцент

Библиографические ссылки

Tausarova, B.R., Kutzhanova A.Zh., Kanlybaeva G.S. Snizhenie goryuchesti tekstil'nykh materialov: dostizheniya i perspektivy [Reducing the flammability of textile materials: achievements and prospects]. Chemical Journal of Kazakhstan, 2015. No. 1. Pp. 287–303. (rus)

Perepelkin K.E. Sovremennye khimicheskie volokna i perspektivy ikh primeneniya v tekstil'noy promyshlennosti [Modern chemical fibers and prospects for their application in the textile industry]. Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal, 2002. Vol. 46, No. 1. Pp. 31–48. (rus). URL: https://www.chem.msu.su/rus/jvho/2002-1/31.pdf (date of access: September 26, 2024).

Salmeia K.A., Gaan S., Malucelli G. Recent advances for flame retardancy of textiles based on phosphorus chemistry. Polymers, 2016. Vol. 8, № 9. Article 319. 36 p. DOI: https://doi.org/10.3390/polym8090319.

Alongi J., Tata J., Carosio F., Rosace G., Frache A., Camino G. A comparative analysis of nanoparticle adsorption as fire-protection approach for fabrics. Polymers, 2015. Vol. 7, № 1. P. 47–68. DOI: https://doi.org/10.3390/polym7010047.

Kiselev A.M. Ekologicheskie aspekty protsessov otdelki tekstil'nykh materialov [Ecological aspects of textile finishing processes]. Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal, 2002. Vol. 46, No. 1. Pp. 20–30. (rus). URL: https://www.chem.msu.su/rus/jvho/2002-1/20.pdf (date of access: September 26, 2024).

Konstantinova, N.I., Eremina T.Yu., Nikolaeva E.A., Al'menbaev M.M. Osobennosti vybora ognezashchitnykh sostavov dlya tekstil'nykh materialov [Special aspects of fire retardant composition selection for textile materials]. Fire and Explosion Safety, 2018. Vol. 27. No. 9. Pp. 17–25. (rus). DOI: https://doi.org/10.18322/PVB.2018.27.09.17-25. EDN: https://elibrary.ru/PBOPMR.

Safonov V.V., Tret'yakova A.E., Pyrkova V.M., Men'shova I.I., Pankratova E.V. Khimicheskaya tekhnologiya v iskusstve tekstilya [Chemical technology in the art of textiles]. Moscow: INFRA-M, 2020. 351 p. (rus). URL: https://znanium.ru/ catalog/document?id=354195 (date of access: September 26, 2024).

Zubkova N. S. Antonov Yu.S. Snizhenie goryuchesti tekstil'nykh materialov – reshenie ekolo-gicheskikh i sotsial'no-ekonomicheskikh problem [Reducing the flammability of textile materials – solving environmental and socio-economic problems]. Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal, 2002. Vol. 46, No. 1. Pp. 96–102. (rus). URL: https://www.chem.msu.su/ rus/jvho/2002-1/96.pdf (date of access: September 26, 2024).

Özer M.S., Gaan S. Recent developments in phosphorus based flame retardant coatings for textiles: Synthesis, applications and performance. Progress in Organic Coatings, 2022. Vol. 171. Article 107027. DOI: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2022.107027.

Bogdanova V.V., Kobets O.I. Synthesis and physicochemical properties of Di- and trivalent metal–ammonium phosphates. Russian Journal of Applied Chemistry, 2014. Vol. 87, No. 10. Pp. 1387–1401. (rus). DOI: https://doi.org/10.1134/S1070427214100012. EDN: https://elibrary.ru/UVBEXF.

Bogdanova V.V., Kobets O.I., Tikhonov M.M. Faktory, okazyvayushchie dominiruyushchee vliyanie na prekrashchenie goreniya prirodnykh i sinteticheskikh materialov [Factors that have a dominant influence on the cessation of combustion of natural and synthetic materials]. Proc. of IX Intern. conf. in memory of Academician B.A. Zhubanov «Polimernye materialy ponizhennoy goryuchesti [Polymeric materials of reduced flammability]», Almaty, June 5–10, 2017. Almaty: Al-Farabi Kazakh National University, 2017. Pp. 88–91. (rus)

Reva, O.V., Bogdanova V.V., Luk'yanov A.S., Perevoznikov S.S., Andreeva T.N. Zavisimost' effektivnosti ognezashchity netkanogo poliefirnogo materiala ot khimicheskoy prirody azot-fosfor¬soderzhashchego antipirena [Dependence of fire proof efficiency of nonwoven polyester material from the chemical nature of nitrogen and phosphorus-containing flame retardant]. Journal of the Belarusian State University. Chemistry, 2017. No. 2. Pp. 85–93. (rus). URL: https://journals.bsu.by/index.php/chemistry/article/view/1171. EDN: https://elibrary.ru/YQUZDX.

Reva O.V., Bogdanova V.V., Shukelo Z.V., Nazarovich A.N., Kobets O.I. Sintez i issledovanie ognezashchitnykh svoystv novykh metallofosfatnykh zamedliteley goreniya dlya tekstil'nykh materialov, ispol'zuemykh v zashchitnoy odezhde [Synthesis and study of flame retardant properties of new metal phosphate flame retardants for textile materials used in protective clothing]. Journal of Civil Protection, 2021. Vol. 5, No. 4. Pp. 402–417. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2021.5-4.402. EDN: https://elibrary.ru/PMCJNB.

Bogdanova, V.V., Kobets O.I. Ognezaderzhivayushchie svoystva metallofosfatnykh suspenziy na osnove prirodnogo syr'ya [Fire-retardant properties of metal phosphate suspensions based on natural raw materials]. Khimicheskie reaktivy, reagenty i protsessy malotonnazhnoy khimii [Chemical reagents, reagents and processes of low-tonnage chemistry]: proceedings of the Insitut of Chemistry of New Matter of the National Academy of Sciences of Belarus. Minsk: Belaruskaya navuka, 2011. Pp. 272–284. (rus)

Bogdanova V.V., Kobets O.I. Regulirovanie fiziko-khimicheskikh svoystv kompozitsiy na osnove fosfatov metallov-ammoniya, proyavlyayushchikh ognezashchitnyy i ognetushashchiy effect [Regulation of the physicochemical properties of compositions based on metal-ammonium phosphates exhibiting a fire retardant and fire extinguishing effect]. Sviridov readings: collected papers. Minsk: Belarusian State University, 2011. Iss. 7. Pp. 21–27. (rus). Url: http://elib.bsu.by/handle/123456789/24996 (date of access: September 26, 2024).

Malucelli G. Sol-gel technique for protective textile and clothing. Chapter 1 in book: Advances in Functional and Protective Textiles. Ed. by S. Islam, B.S. Butola. Kidlington: Woodhead Publishing (Elsevier), 2020. P. 1–17. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820257-9.00001-1.

Powder diffraction file. Data Cards. ICPDS. Int. Centre for diffraction data. Swarthmore, Pensylvania, USA, 1989.

Reva, O.V., Bogdanova V.V., Shukelo Z.V. Khimicheskaya privivka ognezashchitnykh kompozitsiy k poliefirnym matritsam [Chemical grafting of flame retardant compositions to polyester matrices]. Sviridov readings: collected papers. Minsk: Belarusian State University, 2013. Vol. 9. Pp. 158–168. (rus). URL: http://elib.bsu.by/handle/123456789/228375 (date of access: September 26, 2024).

Elkina A.K. Krashenie dublirovochnykh materialov estestvennymi organicheskimi i kubovymi krasitelyami [Dyeing of duplicating materials with natural organic and cube dyes]. Khudozhestvennoe nasledie: khranenie, issledovanie, restavratsiya, 1980. No. 6 (36). Pp. 96–111. (rus). URL: https://www.gosniir.ru/library/artistic-heritage/artistic-heritage-06.aspx (date of access: September 26, 2024).

Vorob'eva E.V., Krut'ko N.P. Polimernye kompleksy v vodnykh i solevykh sredakh [Polymer complexes in aqueous and salt media]. Minsk: Belaruskaya navuka, 2010. 175 p. (rus). ISNB 978-985-08-1179-0.

Gromakov N.S. Dispersnye sistemy i ikh svoystva [Dispersed systems and their properties]: colloidal chemistry textbook. Kazan: Kazan State University of Architecture and Engineering, 2015. 91 p. (rus). ISBN 978-5-7829-0515-6.

Bogdanova V.V., Kobets O.I. Atmosferostoykiy ognezashchitno-ognetushashchiy sostav dlya predotvrashcheniya i tusheniya pozharov v prirodnom komplekse [Weatherproof fire retardant-extinguishing chemical agent for the prevention and suppression of fires in the natural complex]. Sviridov readings: collected papers. Minsk: Belarusian State University, 2017. Vol. 13. Pp. 31–40. (rus). URL: http://elib.bsu.by/handle/123456789/194667 (date of access: September 26, 2024).

Zhumaniyazov M.Zh., Beglov B.M., Khodzhaev O.F., Yuldashev N.Kh. Solubility polytherm of the ternary system hexamethylenetetramine-ammonium dihydrogen phosphate-water. Russian Journal of General Chemistry, 2004. Vol. 74, Iss. 7. Pp. 1001–1004. DOI: https://doi.org/10.1023/B:RUGC.0000045855.52134.25. EDN: https://elibrary.ru/XMTCML.

Dreyfors J.M., Jones S.B., Sayed Y. Hexamethylenetetramine: a review. American Industrial Hygiene Association Journal, 1989. Vol. 50, Iss. 11. Pp. 579–585. DOI:10.1080/15298668991375191.

Akhmetov T.G. Khimiya i tekhnologiya soedineniy bariya [Chemistry and technology of barium compounds]. Moscow: Khimiya, 1974. 152 p. (rus)

Frumina N.S., Goryunova N.N., Eremenko S.N. Analiticheskaya khimiya bariya [Analytical chemistry of barium]: monograph. Moscow: Nauka, 1977. 200 p. (rus)

Sudakas L.G. Fosfatnye vyazhushchie sistemy [Phosphate binder systems]: monograph. Saint Petersburg: Kvintet, 2008. 254 p. (rus). ISBN 978-5-902983-04-0.