СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2005 года по МПК C08B15/05 

Изобретение относится к текстильной промышленности, к способам модификации огнестойких целлюлозных материалов, которые могут найти применение в самолето-, автомобилестроении, пожарной технике и для других специальных целей.

Известен способ получения огнестойких целлюлозных материалов путем обработки 25-40% раствором смеси диалкилфосфита с диизоцианатом, взятых в эквимолекулярном соотношении в присутствии триэтиламина при 100-200°С. При обработке целлюлозы предлагаемым способом, происходит присоединение к целлюлозе диалкилфосфита через диизоцианат, в результате чего полученный материал приобретает огнестойкость (Авторское свидетельство СССР №473722, кл. С 08 В 15/00; Опубл.14.06.75).

Однако данный способ является трудоемким, требует достаточно высокого интервала температур и не обеспечивает сохранения прочностных характеристик целлюлозных материалов.

Наиболее близким является способ получения модифицированных целлюлозных материалов посредством обработки их фосфорной кислотой в присутствии мочевины и термофиксации при 140-160°С с дополнительной обработкой расплавом борной кислоты и термической обработкой при 600-700°С (Авторское свидетельство СССР №371793, кл. C 08 В 15/00; Опубл.15.04.78).

Однако данный способ является многостадийным, требует сложного аппаратурного оформления и высоких температур.

Задача - разработка способа модификации целлюлозных материалов, не требующего сложного аппаратурного оформления, высоких температур, не продолжительного по времени и позволяющего получать изделия на их основе с повешенной огнестойкостью.

Техническим результатом является упрощение способа модификации бумаги и хлопчатобумажной ткани, повышение их огнестойкости, прочности при разрыве бумаги и обладающих стойкостью к термоокислительной деструкции.

Поставленный технический результат достигается тем, что бумагу и ткань предварительно обрабатывают 2.5-10% водным раствором поливинилового спирта в течение 30-40 минут и сушат при комнатной температуре с последующей обработкой в течение 1-2 минут фосфорборсодержащим соединением, в качестве которого используют 5-15% водный раствор бората метилфосфита и сушкой при комнатной температуре.

Наличие в составе модификатора атомов фосфора и бора, являющихся ингибиторами процессов горения и окисления, позволяет повысить огнестойкость целлюлозных материалов, а также увеличить стойкость к термоокислительной деструкции. Увеличение прочности при разрыве достигается за счет предварительной пропитки бумаги поливиниловым спиртом (ПВС) и образованием при этом композиционного материала с повышенными показателями прочности при разрыве.

Данный способ позволяет существенно упростить модификацию целлюлозных материалов. Так, для достижения положительного эффекта не требуется использование высококонцентрированных водных растворов поливинилового спирта и бората метилфосфита. Использование 2.5-10% водного раствора поливинилового спирта и 5-15% бората метилфосфита наиболее оптимально. Увеличение концентрации водного раствора поливинилового спирта более 10% не позволяет добиться пропитки целлюлозных материалов из-за его высокой вязкости, а увеличение концентрации водного раствора бората метилфосфита более 15% вызывает деструкцию целлюлозных материалов. Снижение концентрации водных растворов не позволяет достичь эффекта самозатухания. Предварительная обработка водным раствором поливинилового спирта в течение 30-40 минут наиболее оптимальна, поскольку образцы из целлюлозных материалов пропитываются полностью, а уменьшение не приводит к равномерной пропитке. Обработка водным раствором бората метилфосфита в течение 1-2 минут позволяет достичь необходимого содержания фосфора в модифицируемых образцах, а следовательно, увеличение времени обработки нецелесообразно и, кроме того, приводит к деструкции материалов и ухудшению их физико-механических показателей. Необходимо отметить, что данный способ модификации не требует высоких температур и сложного аппаратурного оформления. Кроме того, используя в качестве модификатора водный раствор бората метилфосфита, содержащего в своем составе как фосфор, так и бор, позволяет избежать многостадийности или последующей обработки модифицируемых материалов. При обработке целлюлозного материала фосфорборсодержащим соединением (ФБС) происходит химическое взаимодействие по гидроксильным группам целлюлозы, что предотвращает вымывание ингибитора горения водой, и сохранение эффекта огнезащиты.

Модификацию проводят следующим образом: исходные образцы бумаги и ткани предварительно обрабатывают водным раствором поливинилового спирта концентрацией 2.5-10% в течение 30-40 минут и сушат при комнатной температуре до полного высыхания. Далее пропитанные образцы обрабатывают в течение 1-2 минут водным раствором бората метилфосфита концентрацией 5-15% и сушат при комнатной температуре.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример 1. Образцы бумаги и хлопчатобумажной ткани (полоски шириной 1 см и длиной 10 см) помещают на 30-40 минут в 2.5% водный раствор поливинилового спирта, после чего пропитанные образцы подвергают сушке при комнатной температуре до полного высыхания. Далее высушенные образцы помещают в 5% водный раствор бората метилфосфита с выдержкой 1 -2 минуты и дальнейшей сушкой при комнатной температуре.

Примеры 2-6 осуществляют аналогично примеру 1.

Полученные образцы подвергались исследованию на стойкость к горению (ГОСТ 21793-76), прочность при разрывном напряжении (ГОСТ 20403-75) и изменение массы при термоокислительной деструкции (исследования проводились при температурах 200, 300, 400°С в течение 40 минут). Полученные результаты приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1
Свойства модифицированной бумаги№образцаКонцентрация водных растворов ПВС, ФБС и время пиролизаИзменение массы при пиролизе, %Стойкость к горениюПрочность при разрыве кгс/см²200°С300°С400°С Бумага, модифицированная 2.5% ПВС и 5% ФБС      10 мин11.356.462.7  120 мин12.266.972.1Самозатухает28.3 30 мин18.168.177.1   40 мин21.069.783.3   Бумага, модифицированная 2.5% ПВС н 15% ФБС      10 мин8.958.264.4  220 мин10.261.271.4Самозатухает34.3 30 мин13.470.274.5   40 мин14.671.293.5   Бумага,
модифицированная 5% ПВС и 5% ФБС      10 мин6.318.619.9  320 мин11.822.848.5Самозапхает34.1 30 мин14.862.673.7   40 мин27.565.274.8   Бумага, модифицированная 5% ПВС и 15%ФБС     410 мин10.419.429.9   20 мин17.222.851.7Самозатухает35.2 30 мин35.257.762.1   40 мин37.597.197.4   Бумага, модифицированная 10% ПВС и 5% ФБС     510 мин31.140.147.2   20 мин58.359.960.1Не загорается41.1 30 мин61.265.268.2   40 мин69.472.977.8   Бумага, модифицированная 10% ПВС и 15% ФБС     610 мин50.951.158.9   20 мин51.155.564.6Не загорается37.7 30 мин52.956.265.8   40 мин54.265.267.8  

Таблица 2
Свойства модифицированной хлопчатобумажной ткани№образцаКонцентрация водных растворов ПВС, ФБС и время пиролизаИзменение массы при пиролизе, %Стойкость к горению200°С300°С400°C Х/б ткань, модифицированная 2.5% ПВС и 5% ФБС     10 мин5.314.416.3 120 мин6.217.363.5Самозатухает 30 мин6.459.666.6  40 мин6.767.477.6  Х/б ткань, модифицированная 2.5% ПВС и 15% ФБС     10 мин5.415.924.8 220 мин6.618.962.7Самозатухает 30 мин8.563.270.1  40 мин9.468.586.2  Х/б ткань, модифицированная 5% ПВС и 5% ФБС     10 мин4.74.85.2 320 мин4.95.754.9Самозатухает 30 мин7.27.865.7  40 мин8.646.774.2  Х/б ткань, модифицированная 5% ПВС и 15% ФБС     10 мин4.74.85.5 420 мин5.85.822.1Самозатухает 30 мин7.221.168.1  40 мин8.849.375.1  Х/б ткань, модифицированная 10% ПВС и 5% ФБС     10 мин4.24.64.6 520 мин4.86.612.9Не загорается 30 мин5.67.465.1  40 мин8.037.868.6  Х/б ткань, модифицированная 10% ПВС и 15% ФБС     10 мин4.24.84.8 620 мин4.87.325.6Не загорается 30 мин5.79.265.1  40 мин8.541.769.9 

Из таблиц видно, что горючесть обработанных материалов значительно снижается. Для образцов, обработанных 2.5-5% водным раствором поливинилового спирта и 5-15% водным раствором бората метилфосфита, наблюдается эффект самозатухания, а максимальный результат (не воспламенение) достигается для образцов, обработанных 10% водным раствором поливинилового спирта и 5-15% водным раствором бората метилфосфита. Кроме того, данный способ существенно улучшает стойкость к термоокислительной деструкции целлюлозных материалов и приводит к увеличению прочности при разрыве бумаги до 41.1 кгс/см². Установлено, что данное соотношение концентраций водных растворов поливинилового спирта и бората метилфосфита наиболее оптимально, так как уменьшение концентрации не приводит к эффекту самозатухания, а увеличение вызывает деструкцию целлюлозных материалов.

Технико-экономический эффект, полученный от применения данного способа модификации, заключается в том, что его применение позволяет значительно повысить огнестойкость целлюлозных материалов, не требует сложного аппаратурного оформления, высоких температур, не продолжителен по времени и позволяет избежать многостадийности за счет использования модификатора, содержащего в своей структуре как фосфор, так и бор.

Изобретение относится к текстильной промышленности, к способам модификации огнестойких целлюлозных материалов, которые могут найти применение в самолето-, автомобилистроение, пожарной технике. Способ получения модифицированной бумаги и хлопчатобумажной ткани путем обработки фосфорсодержащими и борсодержащими соединениями. Бумагу и ткань предварительно обрабатывают 2,5-10% водным раствором поливинилового спирта в течение 30-40 минут и сушат при комнатной температуре с последующей обработкой в течение 1-2 минут фосфорборсодержащим соединением, в качестве которого используют 5-15% водный раствор бората метилфосфита, и сушкой при комнатной температуре. Изобретение позволяет существенно упростить способ модификации и повысить огнестойкость целлюлозных материалов и изделий на их основе, повысить прочность при разрыве бумаги. 2 табл.

Способ получения модифицированной бумаги и хлопчатобумажной ткани путем обработки фосфорсодержащими и борсодержащими соединениями, отличающийся тем, что бумагу и ткань предварительно обрабатывают 2,5-10%-ным водным раствором поливинилового спирта в течение 30-40 мин и сушат при комнатной температуре с последующей обработкой в течение 1-2 мин фосфорборсодержащим соединением, в качестве которого используют 5-15%-ный водный раствор бората метилфосфита, и сушкой при комнатной температуре.