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

Описание патента на изобретение RU2254341C1

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°СБумага, модифицированная 2.5% ПВС и 5% ФБС10 мин11.356.462.7120 мин12.266.972.1Самозатухает28.330 мин18.168.177.140 мин21.069.783.3Бумага, модифицированная 2.5% ПВС н 15% ФБС10 мин8.958.264.4220 мин10.261.271.4Самозатухает34.330 мин13.470.274.540 мин14.671.293.5Бумага,
модифицированная 5% ПВС и 5% ФБС
10 мин6.318.619.9320 мин11.822.848.5Самозапхает34.130 мин14.862.673.740 мин27.565.274.8Бумага, модифицированная 5% ПВС и 15%ФБС410 мин10.419.429.920 мин17.222.851.7Самозатухает35.230 мин35.257.762.140 мин37.597.197.4Бумага, модифицированная 10% ПВС и 5% ФБС510 мин31.140.147.220 мин58.359.960.1Не загорается41.130 мин61.265.268.240 мин69.472.977.8Бумага, модифицированная 10% ПВС и 15% ФБС610 мин50.951.158.920 мин51.155.564.6Не загорается37.730 мин52.956.265.840 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°CХ/б ткань, модифицированная 2.5% ПВС и 5% ФБС10 мин5.314.416.3120 мин6.217.363.5Самозатухает30 мин6.459.666.640 мин6.767.477.6Х/б ткань, модифицированная 2.5% ПВС и 15% ФБС10 мин5.415.924.8220 мин6.618.962.7Самозатухает30 мин8.563.270.140 мин9.468.586.2Х/б ткань, модифицированная 5% ПВС и 5% ФБС10 мин4.74.85.2320 мин4.95.754.9Самозатухает30 мин7.27.865.740 мин8.646.774.2Х/б ткань, модифицированная 5% ПВС и 15% ФБС10 мин4.74.85.5420 мин5.85.822.1Самозатухает30 мин7.221.168.140 мин8.849.375.1Х/б ткань, модифицированная 10% ПВС и 5% ФБС10 мин4.24.64.6520 мин4.86.612.9Не загорается30 мин5.67.465.140 мин8.037.868.6Х/б ткань, модифицированная 10% ПВС и 15% ФБС10 мин4.24.84.8620 мин4.87.325.6Не загорается30 мин5.79.265.140 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.

Похожие патенты RU2254341C1

название год авторы номер документа
СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ БУМАГИ 2008
  • Каблов Виктор Федорович
  • Иощенко Юлия Павловна
RU2355841C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ БУМАГИ 2007
  • Каблов Виктор Федорович
  • Иощенко Юлия Павловна
RU2355842C1
СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ПОЛИЭФИРНЫХ ВОЛОКОН 2012
  • Головешкина Ольга Владимировна
  • Каблов Виктор Федорович
  • Шиповский Иван Яковлевич
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Бондаренко Сергей Николаевич
  • Иванова Анастасия Сергеевна
RU2487205C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА 2004
  • Шиповский Иван Яковлевич
  • Бондаренко Сергей Николаевич
  • Тужиков Олег Иванович
  • Горяйнов Игорь Юрьевич
RU2278874C2
СОСТАВ ДЛЯ ОГНЕЗАЩИТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛИЭФИРНЫХ ВОЛОКОН 2012
  • Головешкина Ольга Владимировна
  • Каблов Виктор Федорович
  • Шиповский Иван Яковлевич
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Бондаренко Сергей Николаевич
  • Иванова Анастасия Сергеевна
RU2481428C1
СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ПОЛИАМИДНЫХ ВОЛОКОН 2007
  • Горяйнов Игорь Юрьевич
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Бондаренко Сергей Николаевич
  • Шиповский Иван Яковлевич
  • Иванов Максим Александрович
RU2346095C1
СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ПОЛИАМИДНЫХ ВОЛОКОН 2008
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Бондаренко Сергей Николаевич
  • Каблов Виктор Федорович
  • Сорокина Елена Валериевна
  • Шиповский Иван Яковлевич
RU2378427C1
СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН 2007
  • Горяйнов Игорь Юрьевич
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Бондаренко Сергей Николаевич
  • Шиповский Иван Яковлевич
  • Мунш Татьяна Андреевна
RU2330136C1
СОСТАВ ДЛЯ ОГНЕЗАЩИТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛИАМИДНЫХ ВОЛОКОН 2007
  • Горяйнов Игорь Юрьевич
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Бондаренко Сергей Николаевич
  • Шиповский Иван Яковлевич
  • Иванов Максим Александрович
RU2344215C1
СОСТАВ ДЛЯ ОГНЕЗАЩИТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛИАМИДНЫХ ВОЛОКОН 2008
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Бондаренко Сергей Николаевич
  • Каблов Виктор Федорович
  • Сорокина Елена Валериевна
  • Шиповский Иван Яковлевич
RU2378428C1

Реферат патента 2005 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

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.

Формула изобретения RU 2 254 341 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2254341C1

Способ получения модифицированных целлюлозных материалов 1967
  • Ермоленко И.Н.
  • Воробьева Н.К.
SU371793A1
Способ получения модифицированных целлюлозных материалов 1972
  • Горбунов Борис Николаевич
  • Протопопов Павел Александрович
  • Тужиков Олег Иванович
  • Хардин Александр Павлович
SU473723A1
Способ модификации текстильных материалов 1974
  • Роговин Захар Александрович
  • Слеткина Людмила Сергеевна
  • Силаева Нина Александровна
  • Зубкова Нина Сергеевна
  • Байбиков Фарид Ахметович
  • Ляпунов Михаил Иванович
  • Кашкин Альберт Васильевич
SU493526A1
CA 1039273 A, 26.09.1978.

RU 2 254 341 C1

Авторы

Шиповский И.Я.

Бондаренко С.Н.

Тужиков О.И.

Горяйнов И.Ю.

Даты

2005-06-20Публикация

2003-12-29Подача