3

Магистрант Шанахова Р., магистрант Азимбаева Ф.,

к.т.н., проф. Баданов К.И.

М.Х. Дулати атындағы Тараз мемлекеттік университеті, Тараз қ.,

Қазақстан Республикасы

ЖАҢА АППРЕТТЕРДІ ҚОЛДАНА ОТЫРЫП МАҚТА МАТАЛАРЫНА ӨРТТӨЗІМДІЛІК ҚАСИЕТІН БЕРУ

Түрлі табиғаты мен мақсаты бар тоқыма материалдарына өрттөзімділік қасиетін беру мәселесі соңғы жылдары ерекше өзектілікке ие болды. Бұның себебі өрт кезінде негізгі қауіптілік көзі, оңай тұтанып, жалын таралуына себепші болып және жану кезінде түтін мен газды көп мөлшерде бөледі. Бірқатар елдерде тезжанғыш матадан жасалған бұйымдарды пайдалануды тыйым салатын нормативті заңдар мен заңды актілер бар не дайындалу үстінде. Бүгінгі күнде оттан қорғаныс қасиеті бар тоқыма материалдары саласында белгілі бір жетістіктерге қол жеткізілді. Әдеби шолу негізінде түрлі елдерде табиғи, я синтетикалық талшықтардың отқорғаныстық қасиеттерін арттыруға бағытталған зерттеулер кеңінен жүргізілуде. Жаңа антипирендердің синтезі бойынша да жұмыстар жүргізіліп жатыр [1].

Әдеби деректер анализі көрсетуінше, фосфорлы қосындылар тоқыма материалдары өңдеуінің процесінде елеулі орын алады. Сондықтан фосфорлы композицияларды алудың перспективті әдістерін жасау жеңіл өнеркәсіпте маңызды проблема болып табылады [2].

Бұл мәселені шешу оларды өнеркәсіптің әркелкі салаларында пайдаланудың үлкен мүмкіндіктерін ашады. Көптеген полимерлі материалдардың табиғатының ерекшелігі оларды толықтай өртқауіпсіз етуге болмайды. Жалғыз істеуге мүмкін шара олардың жану мүмкіндігі және өртті демеуін төмендету болып табылады [3].

Целлюлозаларды 250°С аса температураға дейін қыздыру кезінде ұшпа өнімдерінің үштен бір бөлігін су, оксид пен көміртегі диоксиді, ацетальдегид құрайды, ал қалған бөлігі левоглюкозан құрылымдары кіретін шайыртектес материал. Одан ұзағырақ қыздыру барысында немесе жоғарырақ температураларда бұл материалдарға айналу деңгейі 90% қамтуы мүмкін, бұдан басқа көмірленген өнім қалады. Өрт жаңдайында левоглюкозан жанып немесе одан жеңілірек өнімдеріне ыдырауы мүмкін.

Фосфаттың қатысуында олардың ыдырауы кезінде пайда болған қышқыл целлюлозаның гидроксилденген тобын этерифициялайды. Целлюлоза фосфаты кейін реакцияға қайтадан қатысатын қышқылдың регенерациясы мен қос байланысын тудыра ыдырайды. Осының нәтижесінде целлюлозада тұрақты ұштасқан құрылымдар пайда болады, фосфор қышқылы бір молекуласының қатысуымен қос байланыстың көп мөлшерін алуға болады. Осы тектес ұштасып қанықпаған құрылымдардан сумен қатар негізгі өнім болып табылатын көмірленген материал пайда болады, ал ұшпа өнімдер бұл жағдайды шықпайды десек болады. Осылайша, фосфорлы байланыстар целлюлозаны қорғау кезінде екі ролге ие: біріншіден, ұшпа өнімдерінің мөлшері азаяды, және, екіншіден, полимер жалынның жылу әсерінен көмірленген беттік қабықшасымен, сондай-ақ пайда болған сумен қорғанады. Әдеби деректердің анализі көрсетуінше, отқорғаныстық өңдеу процесінде сипатталған препараттар көмекші қызмет атқаратын басқа заттармен қатар қолданылады. Бірақ, көпшілік препараттар экологиялық тұрғыдан бірқатар қииындықтар тудырады.Фосфорлы оттежегішті пайдалану мүмкіндігін зерттеу біздің қызығушылығымызға ие болды. Маңызды ролді материал өртқауіпсіздігін бағалаудың дұрыс таңдалған критерийлері атқарады. Осы ниетпен функционалды бағытталуы мен материалдарды модификациялау тәселдеріне байланысты, олардан талап етілетін өртқауіпсіз қасиеттерін беру мақсатымен тоқыма материалдарының отқорғаныстық тиімділігін бағалаудың зерттеу комплексі жасалды. Тоқыма материалдарына отқорғаныстық қасиетін беретін заттар: полиэтиленполиамин, фосфор қышқылы мен формалин гидрофильді композицияны құрайды. Су ерітінділерінде композицияның жақсы еруі оны мата өңдеуіне қолдануға мүмкін етеді.

Жұмыста фосфорлы композицияның қолданылуы қарастырылды, сонымен қатар целлюлозды талшықтарда фосфор мен азоттың бірлескен жұмысы зерттеуге алынған. Осы элементтерді целлюлозаға енгізудің кең таралған әдісі реакциялық қабілетті азоттың қосындыларымен ары қарай фосфорлы фрагменттердің модификациясы болатын фосфорилдеу кезеңін құрайды. Жану жағдайында целлюлоза пиролизі кезінде фосфор мен азоттың біріккен әрекеті өте күрделі [1].

Процестердің бағыты азотты топтардың химиялық құрылымымен қатар, фосфор-азотты компоненттердің целлюлозамен химиялық байланыстар арқылы байланысына тәуелді немесе целлюлозаға қоспа ретінде енгізілген. Жұмыста технологиялық ерітіндінің әр алуан әсерінен кейін мақта талшығы өзгерістерін зерттеу эксперименттері орындалды. Жұмыс М.Х.Дулати атындағы ТарМУ қарауындағы зерттеудің наноинженерлік әдістері лабораториясында жүргізілді. 1-2 суретте «JEOL» жапон фирмасы шығарған JSM-7500F растрлі электрондық микроскопта түсірілген мақта мата мен талшықтың микросуреті көрсетілген.

Сурет 1 - Өрттөзімді аппреті бар өңделген мақта-матаның микросуреті

1 суреттен көрініп тұрғандай, аппрет талшық бетімен бірдей бөлінген. Мата дайындау кезінде пайда болған талшықтың кедір-бұдыр жерлері жасырылған. Матаға қапталған өрттөзімді аппрет матаның тез тозуына кедергі келтіреді.

Сурет 2 - Аппреті бар өңделген талшықтың микросуреті

Өрттөзімді аппрет әрбір талшықты бүркеп алады, сондықтан матаның тұтануы баяулайды. Берілген жұмыста қоспалармен қатар шешуші мәнге полиэтиленполиамин қабілеті ие, ол целлюлозаның форфорлануын тездетіп, процесс соңында Р―N―О байланысына ие үшдеңгейлік термотұрақты құрылымның пайда болуына әкелетін кезеңді қамтиды. Осы типті қосынды әрекетінің тиімділгі мен механизмі фосфор атомын алмастырушылардың ерекшелігімен анықталады. ГОСТ және түрлі халықаралық әдістемелердің жеткілікті мөлшері тоқыма материалдары өрт қауіптілік көрсеткіштерін зерттеу барысында пайдаланылады. Мысалы, декоративті-шашылмалы материалдар, төсек жабдықтары, арнайы қорғаныс киімі ГОСТ бойынша сынақтан өтеді, сертификатталып, содан кейін ғана өз мақсатымен қолданыла алады. Тоқыма материалдары отқорғаныс қасиеттерін бағалауының едәуір таралған әдісі тұтанушылықты анықтау болып табылады. Бағалау критерийлері ретінде қабылданды: төмен мата жанғыштығы эффектісі, айрылу жүктемесі. Термоөңдеу температурасы мен жұмыстық ерітіндісінің концентрациясының әсері зерттелген. Өңделген маталардың органлептикалық бағалауы матаның тоқыма қасиеттерін аппретирлейтін қоспаның әсері жайлы қорытындыларды жасауға мүмкін етеді. Оптималды жағдайларды анықтау жұмыстық еретіндіде оптималды концентрацияны анықтау; фиксация жағдайларын (температура мен ұзақтық, термофиксация температурасы) қамтиды. Ізденіс экспериментін жүргізу кезінде аппретирлеу қоспаларымен мата сіңірмесі ұзақтығын таңдау маңызды, себебі құрылғы өндірімділігін кенеп қозғалысы анықтайды. Бұл мақсатпен плюсовкада мата сіңірме уақытының әсері қарастырылды. Түрлі концентрациялы композиция мен фиксация жағдайлары кезінде едәуір тиімдісі 1 мин сіңіру уақыты болып табылады. Мақта-мата кездемесінің отқорғаныс қасиеттерінің өзгеруі термоөңдеудің үш режиміне арнап ұсынылды: өңдеудің 1 минуттық уақытында 110⁰С, 130⁰С және 150⁰С болған кезде. Зерттеу нәтижелері 4 кестеде ұсынылды.

3 сурет пен 1 кестеден көрініп тұрғандай, бастапқы үлгімен салыстырғанда фосфорлы композициямен өңделген бұйымдар отқорғаныстық қасиет көрсеткіштеріне ие. 220х170мм көлемді мақта-мата кездемесінің бастапқы өңделмеген үлгісі жағу уақыты 4 секундтік тұтану сынағы кезінде 62 минутта тұтастай жанып бітеді. Полиэтиленполиамин 35 г/л, 25 г/л фосфор қышқылы мен 10 г/л формалині бар композициямен өңделген үлгілерді өзіндік жану уақытының артуы байқалады, одан кейін жану уақыты тоқталады. Сонымен бірге, көмірленген бөлік ұзындығы сәйкесінше 161 мм дейін төмендейді. Ерітіндіде фосфор қышқылы концентрациясының артуы кезінде жану процесінің тоқталуы 35 секундтан кейін болады. Оған қоса көмірленген телімнің ұзындығы 150 мм дейін төмендейді. Аппретирлеу әдісімен мата өңдеуі кезінде аппрет фиксациясы жоғары температурада жүзеге асады. Болжау бойынша, термоөңдеу температурасының 130°С дейін артуы уақытында аппреттің талшықпен беку деңгейі артады. 1 кестеден көрініп тұрғандай полиэтиленполиамин концентрациясының артуы мата қасиеттерінің өзгеруіне әкелмейді. Алынған мәліметтер көрсетуінше, (сурет 3) өрт төзімділіктің максималды эффектісі 130°С температуралы термоөңдеу жағдайында алынады.

Кесте 1 - Полиэтиленполиамин мен фосфор қышқылына негізделген композицияны қолдану арқылы орындалған отқорғаныс өңдеунің зерттеу нәтижелері

Концентрациясы 35 г/л зерттеулердің нәтижелері
Құрастырғыш заттардың концентрациясы, г/л		Дербес жану уақыты, сек			Көмірленген бөлік ұзындығы, мм			Матаның үзлу салмағы, Н
H₃PO₄	СН₂О (40%)	Термоөңдеудің температурасы
H₃PO₄	СН₂О (40%)	110°С	130°С	150°С	110°С	130°С	150°С	110°С	130°С	150°С
бастапқы үлгі		62	62	62	220	220	220	350	350	350
25	10	72	65	70	173	161	173	315	308	303
45	10	35	35	50	153	151	161	280	278	271
25	40	74	70	73	187,25	170	176	305	308	300
45	40	40	38	59	154	155	168	276	281	276
Полиэтиленполиаминнің концентрациясы 65 г/л зерттеу нәтижелері
бастапқы үлгі		62	62	62	220	220	220	350	350	350
25	10	59	70	77	160	160	170	287	280	270
45	10	23	28	53	150	150	161	283	278	262
25	40	68	59	9	185,5	158	167	283	285	272
45	40	25	24	46	156	150	160	275	280	268

1 – өңделмеген мата; 2 – ортофосф. қыш. 25 г/л, формал. 10 г/л; 3 - ортофосф. қыш. 45 г/л, форм. 10 г/л; 4 - ортофосф. қыш. 25 г/л, форм. 40 г/л;5 - ортофосф. қыш. 45 г/л, форм. 40 г/л.

Сурет 3 - Көмірленген бөлік ұзындығының қоспа концентрациясына тәуелділігі, г/л (полиэтиленполиамин 35г/л концентрациясы жағдайында).

Термоөңдеу температурасының артуымен көмірленген телім ұзындығының мәні шамалы өзгеріске түседі, ал мата беріктігі төмендейді. Жұмыс ерітіндісінде едәуір тиімдісі фосфор қышқылының 45 г/л концентрациясы болып табылады, өйткені жалын көзін жоюдан кейін толықтай сөнумен бітетін жану 23 секунд бойы жалғасыды.

Матаның тігін бұйымдарын жасау мен пайдалану процестерінде трикотаж және бейматалық кенептер алуан түрлі мехникалық әсерлерден өтеді, олар сығылу, бүгу, созылу деформациясын және т.б. тудырады. Бұл механикалық қасиеттері көрсеткіштері материал сапасын бағалау кезінде, бұйым үшін оның дәлелденген таңдауы, бұйым конструкция мен дайындаудың технологиялық процесс параметрлері кезінде үлкен мәнге ие болады. Олар материалдың бұйым формасын алу мен сақтау қабілетін, оның төзімділігі мен өміршеңдігін көп ретте анықтайды.

Айрылуға дейін материалдың созылуы кезінде материал шыдамдылығы мен деформация сипаттары анықталады. Отқорғаныс қоспасы концентрациясының артуымен мата төзімдігінің шығыны көбейеді.

Зерттеулер мен есептеулер нәтижесінде алынған сынаулы материал беріктігінің көрсеткіштері 4 суретте ұсынылған.

1 – өңделмеген мата; 2 – ортофосф.қыш. 25 г/л, форм.10 г/л; 3 - ортофосф. қыш. 45 г/л, форм. 10 г/л; 4 - ортофосф. қыш. 25 г/л, форм. 40 г/л; 5 - ортофосф. қыш. 45 г/л, форм. 40 г/л.

Сурет 4 - Айрылу жүктемесінің қоспа концентрацияларына тәуелділігі, г/л (полиэтиленполиамин концентрациясы 35 г/л жағдайында)

Оптималды параметрлерді анықтау үшін термоөңдеу температурасының мата төзімділік сипаттарына әсері қарастырылған.

4 суретте берілгендей, 110°С, 130°С температураларда мата беріктігі шығыны терөңдеудің 150°С температурасына қарағанда аз. Термоөңдеу температурасының әсерінің көрсетуінше 130°С жоғары температура артуымен қатар мата айрылу жүктемесі 303 тен 262Н дейін төмендейді. Полиэтиленполиамин 35 және 65 г/л концентрациясында өңделулі ерітіндіде фосфор қышқылы мен формалин концентрациясының артуы, сондай-ақ термоөңдеу температурасы мен оны орындау уақыты мата беріктігінің төмендеуін әкеледі.

Фосфор қышқылы концентрациясының артуымен қатар РТ – 250М – 2 құрылғысында анықталған мақта-мата кездемесі үлгілері беріктігінің жоғалуы 283-тен 268Н жейін төмендейді, бұл беріктіктің жоғалуын растайды. Осы жайт термикалық ыдырау және химиялық реагенттер әсеріне ұшырауымен түсіндіріледі. Мата беріктігі төмендеуі жайлы алынған нәтижелер әдеби деректер мәлеметтеріне сәйкес келеді.

Берілген деректерден көріп тұрғанымыздай, фосфор қышқылы концентрациясы, термоөңдеу температурасының артуымен қатар отқорғаныстың қажетті эффектісіне ие болады.

Тоқыма материалдарының қажалуға төзімділігі материалдың адам денесін қоршаған орта әсерінен қорғау қабілетімен анықталады. Тоқыма материалдарының физикалық қасиеттерінің зерттелуі өзекті мәселе болып тұр. Осыған байланысты жұмыста қажалу шыдамдылығы мен аппреттердің жууға төзімділігі зерттелді. Жууға тұрақтылық зерттеуі нәтижелерінің көрсетуінші, бірінші жуудан кейінгі өңделген материалдардың салмағын жоғалтуы 0,016% қамтиды, ал үш мәрте жуудан соң 1,3% құрады.

Зерттеу нәтижелерінің мәліметтеріне сүйенсек, матаның бастапқы үлгісі мен өңделгі үлгісінің қажалу төзімділігі коэффициенті 1,2 құрады.

Целлюлозды талшық макромолекуласында үшөлшемді торлы құрылымдардың пайда болуына едәуір әсер ете алатын факторларды таңдау кезінде Р―N―О байланысының тууын сипаттайтын негізгі заңдылықтар, сондай-ақ бұл салада қызмет ететін озық ғалымдардың зерттеулері ескерілді.

Әдебиеттер

1. Абдрахманова Г.С. Разработка новых аппретов на основе водорастворимых полимеров и композиций для отделки хлопчатобумажных тканей. Диссер. на соискание ученой степени канд. техн. наук. РК, Алматы, 2010г.

2. Зубкова Н.С. Огнезащитные химические волокна // Полимеры («Полимерные материалы XXI века»): материалы Междунар. конф. - М., 2007.

3. Заявка 1065309 ЕВП, МПК₇D 06 M 13/364. Method for the flame-retardant processing of textile materials / Sergeevna Z.N., Grigorievna B.N., Alexandrovich B.A., Alexandrovich K.N., Semenovich G.L. Isle Firestop Ltd, № 98920746.9; заявл. 13.02.1998.; опубл. 03.01.2001.