RU2836432C1

RU2836432C1 - Intumescent fire-retardant composition for fabrics made from cellulose fibres

Info

Publication number: RU2836432C1
Application number: RU2024108869A
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Малый; Ирина Юрьевна Шарабанова; Ольга Германовна Циркина; Нина Николаевна Кузьмина; Светлана Александровна Сырбу; Вероника Гербертовна Спиридонова; Аниса Хамидовна Салихова; Анастасия Федоровна Чудакова
Filing date: 2024-04-02
Publication date: 2025-03-14

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to polymer chemistry and can be used in making fire-resistant fabrics. Intumescent fire-retardant composition for fabrics made from cellulose fibres contains polyvinyl chloride emulsion, dioctylphthalate and 2 wt.pts. shungite in form of fine powder.

EFFECT: invention increases fire-retardant properties of fabric while ensuring its environmental friendliness.

1 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области полимерной химии, в частности к огнезащитным составам для покрытия тканей из целлюлозных волокон с целью получения огнестойкого материала.The invention relates to the field of polymer chemistry, in particular to fire-retardant compositions for coating fabrics made from cellulose fibers in order to obtain a fire-resistant material.

Известна «Огнестойкая полимерная композиция» (Патент RU 2034874, МПК C08L 27/06, С08K 13/02, С09K 21/02, С08K 13/02, С08K 3/2, С08K 3/24, С08K 3/36, С08K 5/10, 1995 г.) содержащая, мас. ч.: 100 ВПХ; 45-52 сложноэфирного пластификатора, 4-6 свинцового стабилизатора, 4-9 трехокиси сурьмы, 10-30 гидрата окиси алюминия, 3-5 аэросила и 2-4 эпоксидной смолы. Материал сохраняет свои свойства после выдержки при 100°С в течение 7 сут: морозостойкость и твердость остается на уровне исходных - минус 45°С и 7-7,5 кгс/см² соответственно. Указанная огнестойкая композиция предназначена для применения при изготовлении изоляции, защитной оболочки, армированных шнуров, неразборных вилок и других изделий, удовлетворяющих требованиям МЭК 332 ч. 3 и МЭК 227-5 по огнестойкости.Known is a “Fire-resistant polymer composition” (Patent RU 2034874, IPC C08L 27/06, C08K 13/02, C09K 21/02, C08K 13/02, C08K 3/2, C08K 3/24, C08K 3/36, C08K 5/10, 1995) containing, in parts by weight: 100 VPH; 45-52 ester plasticizer, 4-6 lead stabilizer, 4-9 antimony trioxide, 10-30 aluminum oxide hydrate, 3-5 aerosil and 2-4 epoxy resin. The material retains its properties after exposure to 100°C for 7 days: frost resistance and hardness remain at the initial level - minus 45°C and 7-7.5 kgf/ ^cm2 , respectively. The specified fire-resistant composition is intended for use in the manufacture of insulation, protective sheath, reinforced cords, non-separable plugs and other products that meet the requirements of IEC 332 Part 3 and IEC 227-5 for fire resistance.

Недостатком указанной композиции является неэкологичность некоторых составляющих покрытия (свинцового стабилизатора, трехокиси сурьмы), которые при возгорании материала могут выделяться в чистом виде, и многокомпонентность применяемого состава.The disadvantage of this composition is the non-ecological nature of some components of the coating (lead stabilizer, antimony trioxide), which can be released in pure form when the material ignites, and the multi-component nature of the composition used.

Известен «Способ получения многослойного огнестойкого материала» (Авторское свидетельство SU 963886, МПК В32В 27/18, D06N 3/06, C08L 27/06, 1983 г.), заключающийся в нанесении на тканую подложку двухслойного покрытия на основе пластифицированного поливинилхлорида, содержащего смесь трехокиси сурьмы и галогенсодержащего антипирена, во внутренний слой покрытия вводят на 100 мас. ч. поливинилхлорида 1-20 мас. ч. трехокиси сурьмы и 19-80 мас. ч. галогенсодержащего антипирена, а в наружный - 9-29 мас. ч. трехокиси сурьмы и 1-10 мас. ч. галогенсодержащего антипирена.Known is the "Method for producing a multilayer fire-resistant material" (Author's Certificate SU 963886, IPC B32B 27/18, D06N 3/06, C08L 27/06, 1983), which consists of applying a two-layer coating based on plasticized polyvinyl chloride containing a mixture of antimony trioxide and a halogen-containing fire retardant to a woven substrate; 1-20 parts by weight of antimony trioxide and 19-80 parts by weight of halogen-containing fire retardant are introduced into the inner layer of the coating per 100 parts by weight of polyvinyl chloride, and 9-29 parts by weight of antimony trioxide and 1-10 parts by weight of halogen-containing fire retardant are introduced into the outer layer.

Недостатком указанного способа также является неэкологичность применяемых антипиренов и сложность нанесения самого покрытия.Another disadvantage of this method is the non-environmental nature of the fire retardants used and the difficulty of applying the coating itself.

Известен «Защитный состав для тканей технического назначения» (Патент RU 2784812, МПК D06N 3/06, С08K 5/10, С08K 13/00, C08L 27/06, 2022), принятый за прототип.Указанный водостойкий интумесцентный огнезащитный состав для тканей технического назначения из целлюлозных волокон, содержит 10 мас. ч. поливинилхлорида эмульсионного, 7 мас. ч. диоктилфталата, 1 мас. ч. танина.The "Protective composition for technical fabrics" (Patent RU 2784812, IPC D06N 3/06, C08K 5/10, C08K 13/00, C08L 27/06, 2022) is known and is adopted as a prototype. The specified water-resistant intumescent flame retardant composition for technical fabrics made of cellulose fibers contains 10 parts by weight of emulsion polyvinyl chloride, 7 parts by weight of dioctyl phthalate, 1 part by weight of tannin.

Недостатками прототипа являются сравнительно невысокие огнезащитные свойства и недостаточная экологичность, обусловленная принадлежностью танина к группе фенольных соединений, в высоких концентрациях небезопасных для организма человека.The disadvantages of the prototype are its relatively low fire protection properties and insufficient environmental friendliness, due to the fact that tannin belongs to the group of phenolic compounds, which are unsafe for the human body in high concentrations.

Техническим результатом изобретения является повышение огнезащиты при обеспечении экологичности.The technical result of the invention is to increase fire protection while ensuring environmental friendliness.

Технический результат достигается тем, что интумесцентный огнезащитный состав для тканей из целлюлозных волокон, содержащий поливинилхлорид эмульсионный, диоктилфталат, содержит шунгит в виде тонкодисперсного порошка при следующем соотношении компонентов, мас. ч:The technical result is achieved in that the intumescent fire-retardant composition for fabrics made from cellulose fibers, containing emulsion polyvinyl chloride, dioctyl phthalate, contains shungite in the form of a finely dispersed powder in the following ratio of components, mass parts:

поливинилхлорид эмульсионныйpolyvinyl chloride emulsion 1010 диоктилфталатdioctyl phthalate 77 порошок шунгитовыйshungite powder 22

Сущность изобретения поясняют графические материалы. Приведен сводный график термического анализа испытуемых образцов.The essence of the invention is explained by graphic materials. A summary graph of the thermal analysis of the test samples is given.

Заявляемый состав предназначен для получения водонепроницаемого огнестойкого материала с интумесцентным покрытием на основе поливинилхлорида. Придание огнестойкости тканям из целлюлозных волокон обеспечивается за счет образования на ее поверхности при температуре горения хлопка/льна коксового слоя, предотвращающего доступ кислорода воздуха в зону горения. Это достигается использованием в ПВХ-композиции тонкодисперсного шунгитового порошка, который является экологически безопасным природным сырьем и при температуре горения хлопка/льна проявляет интумесцентные свойства.The claimed composition is intended for obtaining a waterproof fire-resistant material with an intumescent coating based on polyvinyl chloride. Imparting fire resistance to fabrics made of cellulose fibers is ensured by the formation of a coke layer on its surface at the combustion temperature of cotton/flax, preventing the access of atmospheric oxygen to the combustion zone. This is achieved by using finely dispersed shungite powder in the PVC composition, which is an environmentally friendly natural raw material and exhibits intumescent properties at the combustion temperature of cotton/flax.

Для осуществления изобретения используют следующие материалы. В качестве тканевой основы может быть использован текстильный материал из целлюлозных волокон, удовлетворяющий требованиям потребителя по основным физико-механическим показателям. В качестве полимерного связующего для изготовления покрытия используют эмульсионный поливинилхлорид (ГОСТ 14039), представляющий собой порошок белого цвета с температурой самовоспламенения 500°С.The following materials are used to implement the invention. A textile material made of cellulose fibers that meets the consumer's requirements for the main physical and mechanical properties can be used as a fabric base. Emulsion polyvinyl chloride (GOST 14039), which is a white powder with a self-ignition temperature of 500°C, is used as a polymer binder for producing the coating.

В качестве пластификатора для получения ПВХ-пластизоля используют 2-этилгексилфталат (диоктилфталат) (ГОСТ 8728-88).2-ethylhexyl phthalate (dioctyl phthalate) is used as a plasticizer to obtain PVC plastisol (GOST 8728-88).

В качестве интумесцентного антипирена в состав добавляют шунгит в виде тонкодисперсного порошка («Порошок шунгитовый. Технические условия. ТУ 2169-001-57753937-2002»), который хорошо смешивается с ПВХ-пластизолем с образованием однородной массы. Порошок шунгитовый не горюч, при контакте с кожей человека не вызывает никаких реакций, а также не токсичен и не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.As an intumescent fire retardant, shungite is added to the composition in the form of a finely dispersed powder ("Shungite powder. Technical conditions. TU 2169-001-57753937-2002"), which mixes well with PVC plastisol to form a homogeneous mass. Shungite powder is non-flammable, does not cause any reactions when in contact with human skin, and is also non-toxic and has no harmful effect on the environment.

Материал изготавливают следующим образом. Готовят ПВХ-пасту путем смешения ПВХ-смолы с пластификатором и шунгитом. Готовый ПВХ-пластизоль наносят на текстильное полотно ракельным способом и обрабатывают при температуре 145-150°С в течение 4-5 мин.The material is manufactured as follows. PVC paste is prepared by mixing PVC resin with a plasticizer and shungite. The finished PVC plastisol is applied to the textile fabric using a squeegee and processed at a temperature of 145-150°C for 4-5 minutes.

Для исследования эффекта огнезащиты обработанные образцы ткани испытывали на пожарную опасность согласно методикам, описанным в следующей нормативно-технической литературе:To study the fire protection effect, the treated fabric samples were tested for fire hazard according to the methods described in the following regulatory and technical literature:

- ГОСТ Р 50810-95 Пожарная безопасность текстильных материалов. Ткани декоративные. Метод испытания на воспламеняемость и классификация - в части, касающейся определения воспламеняемости текстильных и кожевенных материалов.- GOST R 50810-95 Fire safety of textile materials. Decorative fabrics. Method of testing for flammability and classification - in the part concerning the determination of flammability of textile and leather materials.

Для определения термостойкости, величины эффективной энергии активации процесса термического разложения использовались данные динамической термогравиметрии (ТГ). Кривые были получены на дифференциальном сканирующем калориметре Q 500 фирмы INTEC. Измерения проводились в режиме нагревания в диапазоне температур от 0°С до 600°С. Обработка кривых проведена методом модуляционных стандартов.Dynamic thermogravimetry (TG) data were used to determine heat resistance and the effective activation energy of the thermal decomposition process. The curves were obtained using a Q 500 differential scanning calorimeter from INTEC. The measurements were carried out in heating mode in the temperature range from 0°C to 600°C. The curves were processed using the modulation standards method.

Термический анализ проводился при следующих условиях:Thermal analysis was carried out under the following conditions:

1. Среда - воздух.1. Environment - air.

2. Скорость нагрева 3°С/мин.2. Heating speed 3°C/min.

3. Масса исследуемого образца 6-9 мг.3. The mass of the test sample is 6-9 mg.

Для обработки данных применялось программное обеспечение с использованием элементов статистической обработки данных и расчета характеристик ТГ.To process the data, software was used with elements of statistical data processing and calculation of TG characteristics.

По кривым ТГ фиксировались максимально возможные характеристики:The maximum possible characteristics were recorded from the TG curves:

1. потеря массы в % при фиксированных значениях температуры (100, 200, …, 600°С);1. mass loss in % at fixed temperature values (100, 200, …, 600°C);

2. коксовый остаток (%) - при температуре окончания процесса деструкции;2. coke residue (%) - at the temperature of the end of the destruction process;

3. точки максимумов ДТГ кривой (Т°С, А %/мин);3. points of maximum of DTG curve (T°C, A %/min);

4. время выхода на максимальной скорости, с;4. time to reach maximum speed, s;

5. температуры начала разложения (°С).5. decomposition onset temperature (°C).

В таблицах 1 и 2 приведены результаты испытания образцов ткани - хлопко-льняная ткань 55:45, поверхностная плотность 580 г/м² (база), с нанесенным ПВХ-покрытием с танином (прототип), с нанесенным ПВХ-покрытием без шунгита, с нанесенным ПВХ-покрытием с шунгитом (1 мас. ч), с нанесенным ПВХ-покрытием с шунгитом (2 мас. ч) - заявляемый состав.Tables 1 and 2 show the results of testing fabric samples - cotton-linen fabric 55:45, surface density 580 g/ ^m2 (base), with applied PVC coating with tannin (prototype), with applied PVC coating without shungite, with applied PVC coating with shungite (1 wt. part), with applied PVC coating with shungite (2 wt. parts) - declared composition.

Образцы ткани с нанесенным интумесцентным покрытием на основе танина и на основе шунгита соответствовали требованиям ГОСТ Р 50810-95. При воздействии источника зажигания образцы вспучивались в зоне воздействия пламени и после удаления источника зажигания горение ткани прекращалось. Остаточного горения (тления) обнаружено не было. Образцы с нанесенным интумесцентным огнезащитным составом в соответствии с требованиями Федерального закона от 22.07.2008 г. №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», ГОСТ Р 50810-95 классифицируются как трудновоспламеняемые.Fabric samples with an applied intumescent coating based on tannin and based on shungite met the requirements of GOST R 50810-95. When exposed to an ignition source, the samples swelled in the flame impact zone and after the ignition source was removed, the fabric stopped burning. No residual combustion (smoldering) was detected. Samples with an applied intumescent fire-retardant composition are classified as flame-retardant in accordance with the requirements of the Federal Law of 22.07.2008 No. 123-FZ "Technical Regulations on Fire Safety Requirements", GOST R 50810-95.

Сравнительный анализ результатов испытаний (таб. 1 и 2) и сводный график термического анализа испытуемых образцов подтверждают, что при использовании заявляемого состава (поливинилхлорид эмульсионный 10 мас. ч., диоктилфталат 7 мас. ч., порошок шунгитовый 2 мас. ч.) обеспечивается повышение огнезащиты. А именно значительно снижается величина потери массы образца в диапазоне температур 100-600°С, увеличивается количество коксового остатка, максимальная скорость деструкции смещается в область более высоких температур (точки максимумов ДТГ кривой (Т°С) 2 пик) - материал становится более устойчивым к тепловому воздействию, уменьшается количество тепла, выделяющееся в процессе термоокисления (термоокислителыюй деструкции) материала (кинетические параметры деструкции исследуемых образцов, кДж/моль, 2 пик).Comparative analysis of test results (Tables 1 and 2) and the summary graph of thermal analysis of the test samples confirm that the use of the claimed composition (polyvinyl chloride emulsion 10 parts by weight, dioctyl phthalate 7 parts by weight, shungite powder 2 parts by weight) provides increased fire protection. Namely, the amount of sample mass loss in the temperature range of 100-600 °C is significantly reduced, the amount of coke residue increases, the maximum destruction rate shifts to the region of higher temperatures (maximum points of the DTG curve (T °C) 2 peak) - the material becomes more resistant to thermal effects, the amount of heat released during thermal oxidation (thermo-oxidative destruction) of the material decreases (kinetic parameters of destruction of the test samples, kJ/mol, 2 peak).

Claims

An intumescent fire-retardant composition for fabrics made from cellulose fibers, containing emulsion polyvinyl chloride, dioctyl phthalate, characterized in that it contains shungite in the form of a finely dispersed powder in the following ratio of components, wt. parts:

polyvinyl chloride emulsion 10 dioctyl phthalate 7 shungite powder 2