Технико-экономическое обоснование на проведение опытно-конструкторских работ по созданию огнезащищенных полиэфирных тканей Trevira CS с антибактериальными

СОДЕРЖАНИЕ Введение

1. Тема опытно-конструкторской работы

2. Краткий обзор состояния проблемы

3. Обоснование предлагаемого решения

4. Характеристика продукции

5. Проект календарного плана выполнения работ по ОКР «технико-экономическое обоснование разработки по созданию огнезащищенных полиэфирных тканей Trevira CS с антибактериальными свойствами»

6. Область возможного использования

7. Оценка стоимости работы. Структура затрат выполнения работ по теме: «технико-экономическое обоснование на проведение опытно-конструкторских работ по созданию огнезащищенных полиэфирных тканей Trevira CS с антибактериальными свойствами»

8. Планируемые объемы производства

9. Анализ рынков сбыта и прогноз реализации

Заключение

ВВЕДЕНИЕ

Негорючие ткани? это ткани из химических волокон и нитей, не распространяющие (не поддерживающие) горение, изготовленные из негорючего модифицированного синтетического волокна. Негорючее модифицированное волокно? это волокно из полиэфира, в молекулярную структуру которого введены фосфорорганические соединения. Негорючие ткани — современный способ повысить уровень пожарной безопасности в помещении с помощью научных разработок. Эти ткани идеальны для оборудования и отделки внутреннего пространства помещения с точки зрения сохранности его и обеспечения безопасности находящихся в нем людей.

Многие все еще считают, что ткани из химических волокон и нитей, не поддерживающих горение? это техническая ткань, или брезентовая, или из стекловолокна, и она не может быть красивой, не может создавать уют в помещении. Это всеобщее заблуждение. Дело в том, что современные технологии позволяют создать из негорючего волокна любую фактуру? от тончайшей вуали и шелка до самого плотного бархата или мебельной обивочной ткани, а также имитацию натуральных тканей, таких как лен или рогожка приближенных к натуральным материалам по гигиеничности и комфортности.

При этом неизменными остались главные преимущества синтетического текстиля — практичность, прочность, эластичность, стойкость к многократным деформациям, к действию повышенных температур, агрессивных веществ и микроорганизмов, а также возможность придания качественно иных свойств, определяющих новые области его применения.

Если раньше химволокна позиционировались как вспомогательный компонент для натуральных материалов, то теперь синтетический текстиль формирует собственный рынок, превышающий по объемам спроса и предложения некоторые сектора рынка натурального сырья.

К середине XXI века ожидается значительный прирост численности населения планеты, что повлечет за собой рост потребности в текстильном сырье для одежды и технических целей, удовлетворить который за счет натуральных волокон не представится возможным, так как это потребует увеличения посевных и пастбищных площадей в ущерб продовольственному земледелию планеты. Множество ученых обратили свое внимание на эту проблему, показав возможность наращивания объемов выпуска химических волокон как на основе сырья из нефти и газа, так и из сырья растительного происхождения. В этой связи следует ожидать и возрождения искусственных волокон, разумеется, на основе принципиально новых технологий. Создание таких производств позволит поставить на рынок волоконную продукцию со свойствами, максимально приближенными к натуральным волокнам, а также затормозить истощение природных запасов нефти и газа.

Производство химических волокон и нитей является одной из важнейших сфер мировой экономики, интенсивно развивающихся на базе достижений науки и техники. Химические волокна и нити необходимы для выпуска различных текстильных материалов, одежды, технических изделий и по важности находятся на втором месте после продуктов питания. Этим и объясняется заинтересованность общества в развитии их производства. Дальнейшее развитие техники, транспорта, строительства немыслимо без волокнистых материалов на основе химических волокон: текстиля, полимерных композитов, бумаги, резинотехнических изделий и др.

Ассортимент выпускаемых химических волокон обширен и зависит от сфер их применения, способов переработки. Это резаные (штапельные) волокна, жгуты, текстильные и технические нити, пленочные и фибриллированные нити, мононити и т. д.

В целях расширения потребительских свойств, получения новых функциональных характеристик в производстве химических волокон и нитей широко применяются методы физической, химической, композитных модификаций. Кроме основных видов волокнистых материалов существует большое количество их разновидностей, отличающихся составом, расположением волокон и нитей, а также комбинированные, дублированные и другие.

Вследствие высокой технической и экономической эффективности применения химических волокон и текстильных изделий на их основе, объем производства из года в год стабильно увеличивается. Общий мировой объем потребления волокон в текстильной промышленности в начале 2010 года превысил 76 млн. т в год. Из них до 30% составили изделия технического назначения. Доля натуральных волокон оценивается приблизительно в 30 млн. т в год. При этом следует учитывать, что потребление волокнистых материалов к 2050 году может достигнуть 15 кг в год и более на человека, исходя из настоящего уровня их потребления в наиболее развитых странах с умеренным климатом.

Несомненно, дальнейшее развитие потребления волокон и текстиля будет осуществляться как за счет увеличения объемов выпуска химических волокон, так и обновления их ассортимента. Примечательно, что в Советском Союзе текстильная отрасль была третьей в доходной части государственного бюджета. В Китае ежегодная прибыль от текстильных отраслей составляет около $ 75 млрд. Это свидетельство важности промышленности химических волокон для экономик развитых стран.

Важным условием неуклонного развития производств химических волокон является присутствие конкуренции производителей оборудования, их стремление к высшему техническому уровню своей продукции. Во главу успеха следует поставить условие непрерывного обновления технологических процессов и их аппаратурного оформления на основе новейших разработок машиностроителей и технологических «ноу-хау».

Большое значение в развитии прогресса в области химических волокон имеет определение сырьевой базы будущих производств. Несомненно, будущее химических волокон связано с использованием возобновляемого сырья.

Предпосылками роста интереса мировой экономики к полимерам из возобновляемого сырья являются: стремительно растущие цены на нефть, нефтехимическое сырье для производства синтетических полимеров, перерабатываемых в пластмассы, волокна, пленки, упаковку, а также дефицит невозобновляемых ресурсов нефти и газа.

Жизнь современного общества невозможна без использования химических волокон и нитей. Химические волокна, по ряду своих эксплуатационных характеристик, значительно превосходят хлопок, лен, шерсть, шелк и даже металлы. Они находят применение при изготовлении одежды, фильтров, автомобильных шин, рыболовных сетей, конструкционных материалов, используемых в авиационной и космической технике, кровеносных сосудов в медицине, других изделий, перечислить которые просто невозможно.

1. ТЕМА ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ РАБОТЫ На сегодняшний день вопросы обеспечения безопасности жизни людей приобретают все наиболее актуальный характер, требования, предъявляемые к оформлению общественных заведений становятся все строже. Довольно распространенной причиной возникновения пожаров является неосторожность. Большинство выпускаемых промышленностью химических волокон и текстильных материалов легко воспламеняемы и горючи. Причем 70% пожаров возникает в основном на бытовом уровне, в том числе из-за низкой огнестойкости в первую очередь синтетических полимерных материалов. Статистика показывает, что возгорание текстильных материалов является причиной все возрастающих количеств пожаров в жилых и общественных зданиях. Так, в 2010 году в России в результате возгорания текстильных материалов произошло 24 860 пожаров, ущерб от которых составил 94 620 руб., при этом погибло 5934 человека.

Отсюда следует, что крайне необходимо вовремя предостеречь свой дом от беды. Ведь не зря говорят, что пожар нужно предвидеть и можно предотвратить! И первый шаг к повышению безопасности — это использование негорючих материалов в декорировании помещения. Если диван возле камина накрыт специальным покрывалом из негорючей ткани, а в детской комнате и на кухне окна украшают негорючие шторы, то можно больше не беспокоиться о возможности внезапного возгорания. Негорючие ткани своих свойств и особенностей не теряют, поэтому достаточно позаботиться о безопасности лишь однажды.

В то же время, выпуск (синтез и организация производства в промышленных масштабах) новых негорючих полимеров в настоящее время является дорогостоящей и трудоемкой задачей. В России же в широких масштабах огнезащищенные материалы применяют до сих пор только для изготовления спецодежды, причем получают их, в основном, с использованием импортных препаратов. Эти препараты и их выпускные формы довольно дороги и не всегда обеспечивают соответствие обработанных ими х/б тканей всему комплексу специальных и гигиенических требований, в частности, по содержанию формальдегида. В связи с этим актуальным и реалистическим путем решения практических задач является модификация свойств известных полимеров, выпускаемых в промышленных масштабах. Наиболее известным методом такой модификации является введение в полимеры разнообразных целевых добавок-модификаторов (антипиренов) или по-другому, замедлителей горения, способных существенно изменять их потребительские и другие свойства.

В качестве антипиренов обычно используются неорганические и органические вещества, которые содержат в молекулах такие элементы, как галогены, фосфор, азот, бор, металлы и др. Все антипирены должны отвечать ряду общих требований. Они должны быть нетоксичны и не выделять в процессе горения токсичных продуктов, должны обладать достаточной светостойкостью, быть относительно доступны и дешевы. Мы в свою очередь, предлагаем введение веществ, препятствующих горению (а именно органическое фосфорсодержащие соединение? антипирен Т-2) в структуру полимера на стадии производства волокна, то есть на молекулярном уровне. Наш замедлитель горения отвечает всем экологическим и экономическим требованиям, что удваевает его шансы быть эффективным и конкурентоспособным на рынке.

Предлагаемый к реализации проект нацелен на промышленное производство многофункционального полиэфирного волокна для изготовления декоративно-отделочных тканей, применяемых в учреждениях с массовым пребыванием людей (больницы, гостиницы, ж/д и автотранспорт и т. д.), а также для изготовления спецодежды различного назначения и использования, в качестве дальнейшей перспективы, в виде теплои шумоизоляционного материала. Хорошо известно, что большинство таких материалов подвергаются в течение времени поражению плесенью и бактериями, что влечет за собой необходимость их замены. В проекте предлагается отработка технологии производства трудногорючего полиэтилентерефталатного волокна, обладающего дополнительно антибактериальными и антигрибковыми свойствами под воздействием лазерного СО2 излучения. Изобретение относится к индустрии наноматериалов, а более конкретно к огнеупорным полиэфирным тканям, обеспечивающим высокий уровень пожарной безопасности. Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей.

Разработка данной ткани, а именно полиэтилентерефталатного волокна, является весьма актуальной и своевременной задачей, учитывая насколько остро в наше время стоит вопрос об обеспечении безопасности жизни людей (ФЗ РФ от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»).

Финансирование данного проекта будет происходить частично за счет средств заказчика? примерно 20%. 50% будет оплачивать федеральная программа (федеральный бюджет), 30%? привлеченные инвестиции. Ориентировочная стоимость проекта 2 500 000 руб.

2. КРАТКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ Основами политики РФ в области развития науки и технологии на период до 2010 года и дальнейшую перспективу, утвержденными Президентом РФ (30.03.2002г. № Пр-576), новые композитные материалы и химические технологии определены в качестве приоритетных направлений развития науки, техники и технологий, а полимеры и композиты включены в число критический технологий (технологии, имеющие важное социально-экономическое значение или важное значение для обороны страны и безопасности государства). Современный научно-технический прогресс во многих областях оборонной и гражданской промышленности (ракетостроении, авиации, судостроении, автомобилестроении, электротехнике, нефтедобыче, медицине и др.) не может быть достигнут без применения новых полимеров и современных композиционных материалов на основе специальных химических волокон. Потребность в полимерных материалах, необходимых для решения разнообразных практических задач, в частности в области создания негорючих материалов, непрерывно возрастает.

Производство химических волокон и нитей является одной из важнейших сфер мировой экономики, интенсивно развивающихся на базе достижений науки и техники. Химические волокна и нити необходимы для выпуска различных текстильных материалов, одежды, технических изделий и по важности находятся на втором месте после продуктов питания. Этим и объясняется заинтересованность общества в развитии их производства. Дальнейшее развитие техники, транспорта, строительства немыслимо без волокнистых материалов на основе химических волокон: текстиля, полимерных композитов, бумаги, резинотехнических изделий и др.

Широкое использование новых полимерных материалов за последние годы привело к существенным изменениям качественных и количественных характеристик процессов, возникающих при пожаре: возросли скорости газои дымовыделения, увеличились плотность дыма и токсичность продуктов горения. При сгорании текстильных материалов из химических волокон выделяются газообразные соединения, неблагоприятно воздействующие на озоновый слой атмосферы и на экологическую обстановку в целом.

Известно, что при горении поливинилхлорида образуются такие токсичные продукты, как диоксины и фураны.

По статистическим данным ведущих капиталистических стран доля погибших при пожарах от отравления дымом и газом превышает 60%. Большую опасность представляет выделяющийся в процессе горения текстильных материалов монооксид углерода. У 2/3 погибших при пожарах в крови обнаруживают высокое содержание карбогемоглобина? продукта связывания гемоглобина с СО.

Для снижения пожарной опасности текстильных материалов используются замедлители горения различного состава? неорганические и органические вещества, среди них преобладают галоген и фосфорсодержащие соединения. Мировая потребность в замедлителях горения составляет 500 тыс. т в год.

Большое внимание уделяется вопросам экологической безопасности средств огнезащиты. Если раньше среди используемых замедлителей горения преобладали хлор и бромсодержащие вещества, то в настоящее время усилия исследователей направлены на разработку огнезамедлительных систем, не содержащих галогены. Это связано с тем, что галогенсодержащие препараты в большинстве случаев оказывают неблагоприятное воздействие на модифицируемый полимер, вызывая его деструкцию, приводят к коррозии оборудования, горение модифицированных ими материалов сопровождается повышенным выделением дыма и токсичных продуктов. В частности, упомянутые выше диоксины и фураны могут выделяться при разложении полибромированных фениловых эфиров, поэтому на международном уровне принято решение об ограничении этих бромсодержащих соединений в качестве замедлителей горения.

В России в промышленном масштабе реализован метод поверхностной обработки ткани с применением ортофосфорной кислоты и азотсодержащих соединений (дициандиамида, карбамида, меламина, гуанидина и т. д.). По этому способу ткань пропитывают водным раствором фосфорной кислоты и азотсодержащего соединения, а затем подвергают термообработке, в результате чего образуется труднорастворимая соль. Существенным недостатком этого способа обработки является заметное снижение устойчивости ткани к раздирающей нагрузке (снижение прочности на раздир составляет 50?60%) и неустойчивость огнезащитного эффекта к многократным стиркам.

Как показывает анализ многочисленных публикаций и патентов, в последние годы значительное внимание уделяется не модифицированию готовых текстильных материалов, а введению веществ, препятствующих горению в структуру полимера на стадии производства волокна, то есть на молекулярном уровне.

Введение

замедлителя горения непосредственно в расплав полимера позволяет сохранить обычную технологию производства текстильных материалов, обеспечивает экономичность метода и создает предпосылки для разработки экологически чистых технологий получения таких многотоннажных волокнообразующих полимеров с пониженной горючестью, как полиэтилентерефталат и полиамид. Широкому использованию метода препятствует трудность выбора замедлителя горения, который должен сохранять термостабильность до 300 °C, легко дозироваться, плавиться при переработке полимера или обладать высокой степенью дисперсности (менее 1?15 мкм), не должен отрицательно влиять на свойства полимера и быть нетоксичным.

Таким образом, для получения полиэтилентерефталата с пониженной горючестью эффективна модификация его замедлителями горения, вызывающими ингибирование окислительных процессов как в газовой, так и конденсированной фазах термолиза полимера. В большей степени этому требованию удовлетворяют фосфорсодержащие замедлители горения, которые за счет фосфорилирования полимера обеспечивают усиление структурирования и коксообразования, уменьшение теплоты сгорания и скорости выделения тепла.

Исследование закономерностей термоокислительной деструкции полимерных материалов, в том числе гетероцепных термопластичных волокнообразующих полимеров, в присутствии фосфорсодержащих замедлителей горения и огнезамедляющих композиций позволило разработать пути регулирования химических превращений при термолизе и горении полимеров. Установлено, что при взаимодействии замедлителя горения с полимерами процессы структурирования, образования термодинамически стабильных систем преобладают над реакциями деструкции, что способствует снижению скорости выделения летучих соединений, токсичности продуктов пиролиза, образованию карбонизованного слоя, обогащенного графитоподобными структурами, обладающего низкой окисляемостью и высокими теплозащитными свойствами. Проведенные исследования позволили выявить закономерности снижения пожароопасности полимеров в результате обработки их замедлителями горения (см. схему 1).

В заключение остановимся на таком важном метрологическом аспекте, как выбор методов определения огнезащитных показателей текстильных материалов.

Оценка пожарной опасности материалов должна проводиться с учетом области их применения по соответствующим методам испытаний, предусмотренным международной и национальной системами профильных стандартов. Так, в международной практике действует система стандартов ИСО 6940−84, ИСО 12 952, ИСО 8191−89 (ч.1 и 2), ИСО ДИС 9151 и др.

В нашей стране подобная система разрабатывается во ВНИИПО (Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны). В табл. 1 указаны нормативные документы, включающие требования пожарной безопасности, которые регламентируют пожаробезопасное применение текстильных материалов и методы их оценки в зависимости от их функционального назначения. Использование единых нормативов по пожарной безопасности текстильных материалов позволяет правильно оценивать свойства получаемых материалов и более ответственно подходить к выбору их в зависимости от степени потенциальной (в случае пожара) опасности условий эксплуатации.

Схема 1. Факторы снижения пожароопасности полимеров при обработке их замедлителями горения. КО — карбонизированный остаток

Таблица 1

Основные нормативные документы по пожарной безопасности текстильных материалов

3. ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО РЕШЕНИЯ Существующая на сегодняшний день проблема создания новых веществ и композиций, снижающих горючесть полимерных материалов и обладающих малой токсичностью и низкой дымообразующей способностью, остается крайне актуальной, причем требования к замедлителям горения ужесточаются.

Проблема создания огнезащищенных текстильных материалов может решаться двумя путями:

? получение новых типов химических волокон, не поддерживающих горения на воздухе, в частности термостойких волокон,

? придание огнезащитных свойств известным многотоннажным типам природных и химических волокон.

Имеющийся в настоящее время ассортимент термостойких волокон (фенилон, терлон, тверлана, русар, СВМ и др.) не может удовлетворить спрос на огнезащищенные волокнистые материалы. Область их использования ограничивается техническим сектором, так как производство таких волокон требует крупных капитальных вложений и стоимость их очень велика.

Для изготовления обивочных и декоративных тканей и нетканых материалов разработаны огнезащищенные синтетические и искусственные волокна. Что касается текстильных материалов, используемых для изготовления спецодежды, то они должны обладать не только пониженной горючестью, но также достаточной прочностью и высокими гигиеническими показателями. Этим требованиям удовлетворяют ткани, изготовленные из смеси целлюлозных волокон или шерстяной пряжи с синтетическим волокнами, в частности с полиэфирными, обработанными замедлителями горения.

Для придания огнезащитных свойств целлюлозным материалам и тканям из смеси целлюлозных и синтетических волокон используются следующие методы:

1).поверхностная обработка тканей растворами веществ, препятствующих горению, так называемая пропитка.

Принцип работы пропиток: при определенных температурах в пропитках происходит химическая реакция с поглощением энергии, что и сдерживает горение.

Эффект: при длительном контакте с огнем материал может начать тлеть, когда же источник огня убирают, огонь затухает.

Если ткани имеют подложку, то пропитке подвергается верхняя поверхность ткани. Но также существует и двухсторонняя пропитка, когда подложка тоже пропитывается.

Как правило, пропитки? это водные растворы антипиренов. Ткани пропитывают окунанием их в ванну с антипиреновым раствором. Либо распыляют раствор по поверхности ткани промышленным пульверизатором под давлением. Затем ткань просушивают.

К достоинствам этого метода следует отнести его универсальность. Обработать противопожарной пропиткой возможно ткань любого состава? и ткань, сделанную из синтетических волокон, и ткань, сделанную из натуральных волокон.

Данный метод прост и эффективен, однако эффект недолговечен. Если ткань эксплуатируется без чистки, то ее нужно через каждые 5−6 лет повторно обрабатывать раствором антипирена. Если же ткань подвергают чистке или стирке, то и того чаще, фактически после каждой стирки.

2).

введение

веществ, препятствующих горению в структуру полимера на стадии производства волокна, то есть на молекулярном уровне (это уникальный способ и именно он используется в нашем случае, что делает наш проект особенно перспективным).

Способ введения антипирена на молекулярном уровне в структуру волокна очень эффективен. Он лишен недостатка пропиток. Огнезащищенные ткани получают из полиэфирного волокна путем введения антипирена на стадии производства. Эти волокна превосходят по термостойкости большинство натуральных и химических волокон: при температуре 180 °C они сохраняют прочность на 50%. Загораются с трудом, тлеют, после удаления источника огня пламя гаснет. Также полиэфирные волокна устойчивы к воздействию света, растворителей, влаги, плесени.

Эффект огнезащиты зависит от содержания в полиэфирном волокне фосфора. Волокно с содержанием 0,3−0,6 масс.% фосфора обеспечивает требуемый уровень огнезащищенности, а 10−12%? значительно высокий.

Процесс производства такого волокна следующий: в реакторе происходит синтез полиэтилентерефталата, туда вводят фосфор (являющийся антипиреном), затем происходит сушка полимера, формование и вытяжка волокна.

Эти два пути, хотя и отличаются принципиально по способу воздействия на материал, однако, по сути используют одно и тоже вещество для препятствия горению. Вещества, которые используются для замедления горения, называются антипиренами. К ним относятся различные группы органических и неорганических соединений, но в тканях чаще всего используют соединения фосфора (фосфат аммония), иногда соединения бора. Все антипирены должны отвечать общим требованиям: иметь высокую термическую стабильность, быть нетоксичными, и не выделять токсичных продуктов в процессе горения. Должны обладать цветостойкостью, светостойкостью и износостойкостью. К тому же иметь относительно невысокую стоимость. Всем этим требованиям отвечают органические фосфорсодержащие соединения.

Выбор того или иного метода в каждом конкретном случае определяется требуемой степенью огнезащиты и тем, насколько прочно сохраняются огнезащитные свойства после многократных водных обработок (стирок), уровнем достигаемых физико-механических свойств получаемых волокон и тканей, а также возможностями технологического и аппаратурного оформления процесса и технико-экономическими показателями.

Основными критериями подбора веществ и композиций для обработки текстильных материалов с целью снижения их горючести являются растворимость в воде или способность к образованию устойчивых эмульсий или суспензий, нетоксичность, высокая эффективность огнезащитного действия небольших их количеств, введенных в волокно. Кроме того, они не должны изменять внешний вид текстильного материала и быть доступными по цене. С учетом отмеченных выше экологических требований указанным критериям в наибольшей степени отвечают фосфорсодержащие соединения, как органические, так и неорганические.

Эффективное действие соединений фосфора в качестве замедлителей горения обеспечивают следующие факторы:

1).специфическое влияние фосфорных соединений на процессы, протекающие в конденсированной фазе при горении полимера: химические превращения полимеров осуществляются в направлении увеличения выхода нелетучего карбонизованного остатка и уменьшения летучих продуктов пиролиза;

2).образование поверхностного стеклообразного или вязкого расплавленного слоя полифосфорных кислот, который служит физическим барьером для переноса тепла от пламени к полимеру и диффузии реагентов;

3).ингибирование газофазных пламенных реакций;

4).влияние на гетерогенное окисление карбонизованного остатка, образующегося при пиролизе полимеров.

Как показали исследования процессов термической и термоокислительной деструкции полимерных материалов в присутствии замедлителей горения, наибольший огнезащитный эффект дают вещества, замедляющие массо-теплопередачу за счет разложения с эндотермическим эффектом в узком температурном интервале, совпадающем с началом интенсивного разложения модифицируемого полимера. Фосфорсодержащие соединения, включающие С-Р и Р-N связи, обеспечивают более высокую термостабильность полимера, причем наличие фосфорамидной группы может способствовать проявлению фосфор-азотного синергизма? усиливать процесс дегидратации и карбонизации полимера. С точки зрения гидролитической стабильности замедлителей горения более целесообразно использовать фосфонаты, чем фосфаты.

Введение

фосфорсодержащих замедлителей горения в текстильные материалы может быть осуществлено с помощью перечисленных выше методов.

Метод поверхностной обработки используется для снижения горючести тканей из хлопка, льна, вискозного волокна и тканей из смеси волокон. Для реализации процесса вполне пригодно оборудование, применяемое для заключительной отделки тканей.

В состав для огнезащитной отделки, кроме замедлителей горения, могут входить активаторы, диспергаторы, красители, латексы и др.

Для огнезащиты текстиля в Германии используются составы: FR Cros 330, представляющий собой водную винилацетатную суспензию с полифосфатом аммония, и FR Cros 334, включающий модифицированный полифосфат аммония. Огнезащитный эффект достигается при содержании 30?40% препарата в материале, но при этом ухудшаются физико-механические показатели и гриф тканей.

Для закрепления замедлителя горения при пропитке в рабочую среду вводятся соединения, способные образовывать в процессе термообработки водонерастворимые полимеры. Одновременно может происходить формирование химических связей между макромолекулой целлюлозы и образовавшимся полимером, что обусловливает устойчивость огнезащитного эффекта к мокрым обработкам. В качестве таких соединений обычно используются метилольные соединения или меламиноформальдегидные смолы.

В России в промышленном масштабе был реализован метод поверхностной обработки ткани с применением ортофосфорной кислоты и азотсодержащих соединений (дициандиамида, карбамида, меламина, гуанидина и т. д.). По этому способу ткань пропитывают водным раствором фосфорной кислоты и азотсодержащего соединения, а затем подвергают термообработке, в результате чего образуется труднорастворимая соль.

При повышенной температуре может протекать параллельная реакция этерификации целлюлозы с ортоили метафосфорной кислотой. Существенным недостатком этого способа обработки является заметное снижение устойчивости ткани к раздирающей нагрузке (снижение прочности на раздир составляет 50?60%) и неустойчивость огнезащитного эффекта к многократным стиркам.

В течение длительного времени за рубежом для поверхностной обработки целлюлозных тканей применялся метод «Proban» с использованием в качестве замедлителя горения хлорида тетра (гидроксиметил) фосфония:

[(СН2 ОН)4 Р+] CI?

При температуре 140?150 °С это соединение легко реагирует с аминами и амидами с образованием на поверхности материала водонерастворимого полимера. Одновременно осуществляется взаимодействие этого реагента с гидроксильными группами целлюлозы с образованием сшитых структур:

Обработка тканей по указанному методу включает стадию окисления фосфора в пятивалентную форму водным раствором пероксида водорода. Основным недостатком указанного метода является снижение на 30% прочности ткани на раздир и повышение жесткости материала. Кроме того, имеются данные о высокой токсичности продуктов горения целлюлозных материалов, модифицированных данным препаратом. При термолизе ткани при температурах 200?300 °С наблюдается выделение фосфина.

Фирма «Сiba» (Швейцария) выпускает препарат «Pyrovatex-CP», рекомендуемый для отделки целлюлозных тканей. Ткань пропитывают водным раствором, содержащим N-метилоламид диметоксифосфонок-сипропионовой кислоты, мочевину, сшивающий агент и катализатор, высушивают, термофиксируют при 140?160 °С и промывают. В этих условиях производное фосфоноксипропионовой кислоты взаимодействует с гидроксильными группами целлюлозы с образованием химической связи по схеме:

При обработке целлюлозных тканей по методу «Pyrovatex-CP» огнезащитные свойства достигаются при содержании препарата в материале 2%. Существенным недостатком огнезащищенных тканей, модифицированных указанным составом, является токсичность продуктов пиролиза этих материалов. Показано, что при температуре 300?400 °С происходит выделение заметных количеств метанола, что исключает возможность применения огнезащищенных тканей в замкнутых объектах.

Аналогом состава «Pyrovatex-CP» является состав, содержащий отечественный препарат пирофикс. Для огнезащитной обработки тканей из целлюлозных волокон предлагается раствор состава:

пирофикс 350?400 г/л, метазин 6У 60?80 г/л, полиэтиленовая эмульсия 20?30 г/л, ортофосфорная кислота 10 г/л.

Исследования процессов огнезащитной обработки тканей из смеси хлопка и полиэфирных волокон с использованием составов «Proban», «Pyrovatex-CP» и на основе пирофикса показали, что с увеличением в материале доли синтетического волокна более 15% получить огнезащищенные ткани не удается. Между тем ткани из указанной смеси волокон в настоящее время широко используются для изготовления спецодежды для работы в пожароопасных условиях, и проблема пониженной горючести для этих тканей стоит особенно остро.

Еще одна проблема заключается в том, что смесь целлюлозного и полиэфирного волокон наиболее трудна для обеспечения огнезащиты. Это вызвано тем, что карбонизованный остаток, образующийся при термолизе целлюлозной составляющей, играет роль каркаса, задерживающего капли расплава термопластичного полимера в зоне пламени и тем самым создаются благоприятные условия для горения.

Сложность разработки замедлителей горения для тканей из указанной смеси волокон связана с тем, что температурные интервалы разложения целлюлозной составляющей и полиэфира не совпадают. Если хлопок начинает разлагаться в интервале 250?300 °С, то для полиэфира процесс разложения сдвигается в более высокотемпературную область (350?400 °С).

В определенной степени указанному требованию соответствует замедлитель горения, получаемый на основе аминотрисметиленфосфоновой кислоты. Для приготовления замедлителей горения эту кислоту смешивали в водной среде с азотсодержащими соединениями (дициандиамид, гуанидин, мочевина или ее производные) с получением соли состава:

где A+? катионы азотсодержащих соединений (дициандиамида, гуанидина, мочевины и ее производных), B+z? катион аммония, х = 0?6; у, z = 0?3, x + у + z = 6.

Для обработки целлюлозных тканей и тканей из смеси целлюлозных и полиэфирных волокон использовали водные растворы указанных солей в концентрации от 50 до 200 г/л при рН от 2 до 7. Количество нанесенного замедлителя горения зависит от состава ткани и изменяется от 5% (для целлюлозной ткани) до 25% (для ткани, содержащей 50% полиэфирного волокна).

Испытания показали, что модифицированная ткань не поддерживает горения на воздухе. Однако существенный ее недостаток состоит в том, что огнезащитный эффект неустойчив к водным обработкам.

Таким образом, потребность в дешевых негорючих тканях, произведенных в России, ставит перед исполнителями работ задачу создания такой ткани, которая должна иметь: высокую термическую стабильность, быть нетоксичной, и не выделять токсичных продуктов в процессе горения; обладать цветостойкостью, светостойкостью и износостойкостью. К тому же иметь относительно невысокую стоимость и не сложный технологический процесс производства.

На данный момент, для получения ткани из полиэфирных волокон с пониженной горючестью нами предлагается новый (усовершенствованный) состав, включающий фосфоразотсодержащий замедлитель горения антипирен Т-2 и сшивающий реагент гликазин. Получаемые ткани характеризуются кислородным индексом 28?30%, содержание антипирена Т-2 не превышает 10?12%.

Высокая эффективность огнезащитного действия антипирена Т-2 объясняется ингибированием процессов, протекающих как в конденсированной, так и в газовой фазах при термолизе и горении текстильных материалов. Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии установлено, что карбонизованный остаток после термолиза текстильных материалов, модифицированных антипиреном Т-2, характеризуется повышенным содержанием графитоподобных структур. Наличие в его составе фосфорной кислоты подавляет окисление углерода, в результате чего снижается дымообразование и устраняется процесс тления. Высокая скорость карбонизации при термолизе волокнообразующего полиэфира, входящего в состав текстильного материала, исключает каплепадение при горении синтетических термопластичных волокон, что является немаловажным фактором для снижения пожарной опасности материалов из смеси волокон.

Усиление способности волокнообразующих полимеров к карбонизации в присутствии антипирена Т-2 обусловливает резкое снижение скорости распространения пламени по поверхности текстильного материала. Так, при концентрации кислорода в газовоздушной среде 50% скорость распространения пламени по поверхности немодифицированной вискозно-полиэфирной ткани составляет 2,5 мм/с, в то время как для огнезащищенной ткани этот показатель не превышает 1 мм/с.

Изучено влияние огнезащитной обработки с использованием антипирена Т-2 на огнезащитные характеристики и дымообразующую способность декоративно-отделочных тканей, содержащих полиэфирное волокно. Как следует из данных табл. 2, введение антипирена Т-2 повышает кислородный индекс тканей примерно на 10 единиц, придает им свойства трудновоспламеняемого материала, и приводит к заметному снижению способности к дымообразованию.

Предложенная огнезащитная обработка тканей составом Т-2 может быть реализована на оборудовании отделочных производств.

Таблица 2

Огнезащитные показатели тканей из смеси целлюлозных и полиэфирных волокон до и после обработки антипиреном Т-2

Примечание: Лв — легковоспламеняемая ткань, Тв — трудновоспламеняемая ткань, Дгор/Дпир — коэффициенты дымообразования в процессе горения и пиролиза, соответственно (м2/кг) Помимо использования замедлителя горения антипирена Т-2 и сшивающего реагента — гликазин, мы предлагаем воспользоваться установкой лазерного излучения СО2 (с процессом ее работы и эффективными преимуществами можно будет ознакомиться далее), для повышения уровня качества продукции и конкурентоспособности на рынке.

В результате проведенных работ, мы получим новую технологию производства негорючих тканей, отвечающую всем заданным требованиям, а именно: с высокой термической стабильностью и токсичностью (не выделяет токсичных продуктов в процессе горения), светостойкостью, цветостойкостью и износостойкостью, со сниженной стоимостью затрат и, к тому же, с новыми антибактериальными и антистатистическими свойствами.

В приведенной ниже табл. 3 можно рассмотреть сравнительные характеристики аналогов продукции Trevira CS.

Таблица 3

Сравнительные характеристики аналогов Trevira CS

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКЦИИ Созданное на основе трудногорючего полиэфира ткань имеет название Тревира CS (Trevira CS, где С? Comfort (с английского «комфорт»), S? Safety (с английского «безопасность»). Эта ткань состоит из 100%-го модифицированного полиэфира и имеет предельный кислородный индекс 29%. Получение ткани только из одного вида волокна дает преимущество в свете возможной утилизации изделий? вторичного использования волокон после окончания срока эксплуатации. Таким образом, становится очевидным превосходство Trevira CS перед другими тканями, вызывающими затруднения при утилизации, а также представляющими собой угрозу окружающей среде.

Огнезащищенные полиэфирные ткани применяются для изготовления спецодежды различного назначения, а также, во всех видах домашнего текстиля? от штор, занавесок и обивочных материалов до покрывал и постельного белья. Преимущество такого подхода состоит в том, что весь домашний текстиль может быть произведен из одного вида исходного волокна. На этом применение ткани не ограничивается, в качестве дальнейшей перспективы, планируется реализация в виде теплои шумоизоляционного материала.

Как уже упоминалось выше, качество ткани из модифицированного полиэфира остается неизменным из-за низкого содержания модификатора в волокне. Следует отметить положительные качества получаемых материалов? длительный срок службы, универсальность применения, т. е. возможность повторной утилизации, а отсюда хорошие экологические характеристики. В случае действия пламени от другого источника продукты горения (дым и газы), не вызывают коррозии и мало токсичны (не более токсичны, чем от обычного полиэфира).

Огнезащищенные ткани Trevira CS отвечают всем современным требованиям. Они превосходны в эстетическом плане, обеспечивают высокий уровень пожарной безопасности и полностью экологичны. Вот почему огнезащищенные полиэфирные волокна и материалы на их основе типа Trevira CS имеют большое будущее.

Наша ткань Тrevira CS, обладает следующими преимущественными характеристиками:

1).Устойчива к возгоранию (волокно не дает огню разгореться и вовсе останавливает пламя);

2).Легко чистится;

3).Износостойка, высокая устойчивость на истирание? от 20 000 до 100 000);

4).Не мнется;

5).Долговечна;

6).Не выгорает, обладает сочными цветами и светостойкостью;

7).Сохраняет форму и размеры;

8).Нетоксична;

9).Дышит (кислородный индекс 28?30%).

10).Устойчива к действию любых дезинфекционных средств.

11).Короткий цикл стирки тканей при низких температурах обеспечивает экономию воды, моющих средств и электроэнергии.

12).Мебельные ткани исключительно комфортны вследствие отличной воздухопроницаемости.

13).Трудновоспламеняемые волокна и нити Trevira не вызывают аллергии и не содержат вредных для здоровья веществ (продукция сертифицирована по экологическо-техническому стандарту Oko-Tex Standard 100).

14).Не подвержена гниению и плесени.

15).Огнезащитные свойства достигаются за счет химической модификации молекул полиэфира, на которые не влияют ни долгий срок службы, ни частая стирка, ни естественное старение материала.

16).Огнезащитные свойства сохраняются в тканях всегда без дополнительной их обработки специальными средствами.

17).В случае пожара на тканях не возникает тления, дым образуется в очень малых количествах.

18).Ткани полностью соответствуют всем важным действующим в настоящее время международным противопожарным нормам, например: DIN 4102 часть 1/лист 1; ONORM 3820/лист 1, SNV 198 898/V; NFP92501−7/M1; BS 5867, часть 2 тип С; UNI VF 8456/I; UNE 23 721−27/М1, EN 13 772/EN 13 773 и EN 1021 части 1 +2.

19).Все марки выпускаемой продукции имеют проверочные сертификаты.

20).Ткани находят применение не только в помещениях офисного или коммерческого назначения, они идеально подходят для применения в частной или домашней сфере.

21).Постоянный контроль качества уже имеющихся и процедура допуска новых марок тканей в продажу гарантируют надежность и безопасность их использования.

22).Одинаково высокий уровень качества продукции из тканей Trevira обеспечивается непрерывной проверкой ее качества в процессе производства.

Ткани Trevira легко чистятся, быстро высыхают и сохраняют свою форму. В отличие от других тканей, требуется значительно меньше воды для их очистки, меньше чистящего средства и? благодаря меньшему количеству времени? меньше траты энергии на сушку.

Ткани Trevira CS являются огнеупорными материалами, которые не теряют своих качеств с течением времени и при интенсивном использовании, и что более важно? сохраняют свои свойства после стирки и сушки. Их устойчивость к возгоранию обеспечивается модифицированной на молекулярном уровне структурой самого волокна, поэтому эта характеристика тканей остается постоянной и не изменяется с течением времени.

Для того, чтобы ткань Trevira CS обладала всеми выше перечисленными конкурентными преимуществами нами была разработана технология (защищена патентами) придания огнезащитных свойств текстильным материалам модификацией фосфорсодержащими замедлителями горения (антипиреном Т-2 и сшивающим реагентом — гликазин) под воздействием энергии лазерного СО2 излучения, которое позволяет получать огнезащищенные материалы с высокими показателями эксплуатационных свойств, обеспечивающих высокую надежность при эксплуатации швейных изделий как бытового, так и технического назначения.

В качестве замедлителей горения использовался фосфоразотсодержащий антипирен? метилфосфонамид Т-2 (Т-2). Модификации подвергались ткани и нетканые полотна из синтетических и натуральных волокон и их смеси. Огнезащитную обработку текстильных материалов осуществляли на молекулярном уровне следующим образом: после того, как в реакторе. Реакторы химические? аппараты для проведения химических реакций в промышленном масштабе. происходит синтез полиэтилентерефталата (рис. 1), вводят фосфор (являющийся антипиреном Т-2), затем волокна ткани окунают в сшивающий реагент — гликазин, подвергающийся воздействию лазерного СО2 излучения (ЛИ), после чего происходит сушка полимера, формование и вытяжка волокна (рис. 2).

Рис. 1 «Емкостный реактор с мешалкой и теплообменной рубашкой»

Рис. 2 «Схема лабораторной установки огнезащитной модификации текстильных полотен и нитей»

1 — выходная оптика лазерной установки; 2? лазерный луч; 3 — поворотное зеркало; 4 — рассеивающая линза; 5 — полученный и обрабатываемый материал (с введенным антипиреном Т-2); 6 — вал подачи материала; 7 — направляющие ролики; 8 — ванна со сшивающим реагентом? гликазин; 9 — отжимные валы; 10 — зона обработки лазерным излучением; 11 — ванна отмывки от избытка сшивающего реагента? гликазин; 12 — нанесение антистатика; 13 — сушильная камера; 14 — приемный вал обработанного материала; 15 — станина установки. Станина, основная, как правило, неподвижная часть машины, на которой размещаются и по которой перемещаются остальные её узлы.

Огнезащитная обработка материалов осуществлялась на специально разработанной установке, схема которой представлена на рисунке 2, следующим образом: ткань с вала подачи материала подается по направляющим роликам 7 в пропиточную ванну (ванну-окунку) 8, оборудованную погружными и отжимными валиками, содержащую сшивающий реагент? гликазин. Избыток раствора сшивающего реагента (гликазин) из ванны переливается в сборную емкость, оттуда насосом возвращается в расходную емкость и пропиточную ванну. Пропитанная раствором сшивающего реагента ткань подвергается воздействию потока лазерного излучения 4, в соответствии с оптимальными параметрами модификации, в зависимости от волокнистого состава материала. Площадь воздействия ЛИ можно варьировать, изменяя диаметр рассеивающей линзы и расстояние между линзой и обрабатываемой поверхностью. Скорость подачи материала выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимое время воздействия лазерного излучения.

Затем материал пропускают между вращающимися отжимными валами 9. Отжатый материал поступает в первую сушильную камеру 13. Затем в ванне 11 его промывают умягченной водой от избытка сшивающего реагента и отжимают между валами 9. Промывные воды выпаривают и возвращают в емкость подачи 5, таким образом, замкнутый цикл производства исключает образование отходов и загрязнение окружающей среды. В ванне 12, огнезащищенный материал обрабатывают антистатиком, отжимают между прижимными валами 9 и окончательно сушат во второй сушильной камере 13. Готовый материал наматывают на приемный вал 14.

Исследования структуры (рис. 3) и свойств текстильных полотен, огнезащищенных по этой технологии, показали (таблица 4), что при модификации под воздействием ЛИ прочность материалов при разрыве возрастает на 12−25% за счет повышения упорядоченности структуры волокнообразующего полимера и возрастания на 4−12% степени кристалличности, о чем свидетельствуют данные рентгеноструктурного анализа. Значительно (на 40−60%) повышается сорбционная способность. Сорбция (относится к действию абсорбции или адсорбции)? объёмное слияние двух веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях (например: жидкость с газом). текстильных материалов, что приводит к возрастанию (на 4−12% об.) показателя кислородного индекса, по сравнению с методом пропиткой без воздействия ЛИ. Это объясняется тем, что основная часть энергии ЛИ поглощается связью, совпадающей с частотой лазерного излучения. Остальная часть поглощенной лучистой энергии превращается в тепловую и вызывает деформационные колебания связей всей молекулы, облегчая подвижность структурных элементов и диффузию замедлителя горения (ЗГ) в надмолекулярную структуру волокон.