Регулирование дисперсности вермикулита для получения суспензионных антипиренов и сорбция их на текстильном материале

АННОТАЦИЯ

В статье приведены регулирование дисперсионных свойств путем измельчения размеров до 50-100 мкм вибромельницах вермикулита для получения суспензии антипиренов. Исследованы сорбции суспензии антипиренов при пропитке для придания материалам огнезащитных свойств на основе вермикулита, растворенного ортофосфорной кислотой и нейтрализованного щелочью.

ABSTRACT

The article describes the regulation of dispersion properties by grinding sizes up to 50-100 mcm in vibrating mills of vermiculite to obtain a suspension of fire retardants. Sorption of a suspension of fire retardants during impregnation to impart fire-retardant properties to materials based on vermiculite dissolved with phosphoric acid and neutralized with alkali was investigated.

Ключевые слова: дисперсность, вермикулит, ортофосфорная кислота, щелочь натрия, целлюлозный текстильный материал, суспензия антипирена, сорбция.

Keywords: dispersion, vermiculite, phosphoric acid, sodium hydroxide, cellulose textile material, fire retardant suspension, sorption.

В мире одной из проблем коллоидной химии считается управление свойствами дисперсных систем и создание на этой основе материалов с заданными параметрами, которая востребована и имеет особую значимость. В Мире уделяется большое внимание коллоидной химии для регулирования свойствами и составом необходимым при получении химических веществ для использования, материалам, которые придают специальные свойства. В этом плане антипирены занимают важную роль в химической промышленности, с точки зрения коллоидной химии открыты широкие возможности для совершенствования получения и по их управлению с заранее заданными свойствами и составом. Обработанная антипиренами спецодежда относится к числу необходимых средств индивидуальной защиты человека в быту и производстве. Эти спецодежды могуть быть предназначены в металлургических комбинатах, нефтяной промышленности, специальных одеждах пожарников и т.д. Для защиты тела человека от воздействия температур и пожаров. Для этих целей можно использовать вспучивающиеся антипирены отвечающей требованиям и экологически безвредностью.

Огнезащитные вспучивающиеся вещества используются прежде всего, потому что они образуют тонкий слой, который обладает эффективной огнезащитной способностью и может быть нанесен на различные поверхности методом пропитки. Под воздействием высоких температур эти вещества  начинает вспучиваться, увеличиватся в объеме, далее на поверхности материала образуется твердый, защитный слой, который придаст материалу огнестойкие свойства.

Однако вспучивающиеся покрытия еще полностью не изучены и используются в узких отраслях промышленности, например, в строительных материалах, для повышения огнестойкости металлических конструкции, древесных и цементных изделий, кирпичных строительных зданий, кабелей и других изделий.

Также текстильные материалы на основе хлопка обработанные замедлителями горения этого класса обладают недостаточной эластичностью и повышенной жесткостью, что исключает их использование в производстве специальной одежды. В связи с этим актуальной задачей является создание замедлителей горения, придающего высокую огнезащитную способность текстильным материалам без снижения физико-механических и эксплуатационных свойств.

Вермикулит ((Mg⁺², Fe⁺², Fe⁺³)₃ [(AlSi)₄O₁₀] (OH)₂ 4H₂O) является высокопористым экологически чистым материалом чешуйчатой структуры, который обладает тепло- и звукоизоляционными свойствами, высокой термостойкостью, огнестойкостью и отражательной способностью, благодаря этому вермикулитовые плиты используются при решении задач, связанных с противопожарной и огневой защитой. Помимо этого, он не поддается гниению и разложению, а также не создает условия для размножения патогенных микроорганизмов и насекомых, нейтрален к воздействию кислот и щелочей, не оказывает токсичного воздействия и не содержит тяжелые металлы [1-14].

Исходя из вышеизложенных данная работа направлена на решение актуальной проблемы создания антипиренов, регулирование дисперсных свойств, изучению физико-химических и коллоидных-химических свойств и приданию огнестойкости текстильным хлопковым материалов, отвечающим требованиям производства специальной одежды. При этом повышение огнестойких характеристик тесно связано с сохранением эксплуатационных свойств исследуемых текстильных материалов [15-18].

Вермикулит один из перспективных видов минерального сырья в Узбекистане, которому суждено в недалеком будущем занять важное место в развитии народного хозяйства. Химический состав проб минералов Тебинбулакского вермикулита породы на основе местного сырья cодержит в составе (масс. %): SiO₂ TiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ MgO MnO CaO Na₂O K₂O P₂O₅ SO₃ H₂O.

В данной работе диспергирование вермикулита проводили вибро мельницах в научно-исследовательской лаборатории Академии Министерство чрезвычайных ситуаций Республики Узбекистан, размеры полученных частиц вермикулита достигали до 50-100 мкм. Устройство для измельчения твердых материалов шарами, находящимися в камере, закрепленными на опорах. При этом камера совершает колебательные движения за счет дисбаланса вибратора. Главной целью измельчения является переход нерастворимого грубодисперсного вермикулита в растворимое ортофосфорной кислоте, таким образом в дельнейшем можно получить суспензию антипирена на их основе. Для получения 100 грамм антипирена берем 8 грамм вермикулит размеров от 50-100 мкм далее добавляем 30 мл ортофосфорной кислоты, после растворения добавляем 10 мл глицерин и для нейтрализации среды добавляем щелочь натрия, концентрированный раствор растворяется до 100 мл дисстелированной водой.

В работе также изучены сорбционные свойства текстильных материалов антипиренами полученных на основе местного сырья, опыты проводились сканирующем электронном микроскопе SEM - EVO MA 10 (Zeiss, Germany). Наиболее широкое практическое применение суспензии антипиренов связано, с образованием адсорбционных слоев этих веществ на поверхностях материала. Молекулярные слои часто называют граничными, в этом случае наряду с толщиной важную роль играет cвойства адсорбционных слоев суспензии, которые зависят также от характера взаимодействия макромолекул друг с другом и с поверхностью (хемосорбции и физической адсорбции) волокон текстильного материала на основе целлюлозы.

Список литературы:

1. Исмаилов А.И., Мухамедгалиев Б.А., Усманов М.Х., Исмаилов Р.И. Антипирены: синтез, свойства и применение //Монография, Ташкент, “Star print servis”, 2014, 341 с.
2. Enaleev R.Sh., Теlyakov E.Sh., Кrаsina I.V., Gаsilov V.S., Tuchkova О.А.  A systematic approach to predicting the effects of hazardous fire factors // Bulletin of Kazan Technological University. Т.16, №8, 2013. p. 322-332.
3. Kremenetskaya, I., Tereshchenko, S., Alekseeva, S., Mosendz, I., Slukovskaya, M., Ivanova, L., & Mikhailova, I. Vermiculite-lizardite ameliorants from mining waste // In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Institute of Physics Publishing. -2019. -№368. – Р.1264-1271.
4. Берлин А.А. Горение полимеров и полимерные материалы пониженной  горючести // Соросовский образовательный журнал. -1996. -№9. -С. 57-69.
5. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н. Огнезащита строительных конструкций, современные средства и методы оптимального проектирования // Строительные материалы. – Москва, 2002. - №6. – С. 2-5.
6. Сабирзянова Р.Н.  Исследование влияния вспучивающих антипиренов на повышение огнестойкости текстильных материалов // Вестник Казанского национального исследовательского технологического университета. Т.17. №3. 2014. С. 53-54.
7. Ma, L., Su, X., Xi, Y., Wei, J., Liang, X., Zhu, J., & He, H. The structural change of vermiculite during dehydration processes: A real-time in-situ XRD method // Applied Clay Science. -2019. -№183. – Р. 2141-2148. 
8. Feng, J., Liu, M., Fu, L., Ma, S., Yang, J., Mo, W., & Su, X. Study on the influence mechanism of Mg²⁺ modification on vermiculite thermal expansion based on molecular dynamics simulation // Ceramics International. -2020. -№46 (5).  –Р.6413–6417.
9. Liu, Y., Gao, C., Wang, Y., He, L., Lu, H., & Yang, S. Vermiculite modification increases carbon retention and stability of rice straw biochar at different carbonization temperatures // Journal of Cleaner Production. -2020. -№254. –Р. 1183-1189.
10. Hanifi Binici., Orhan Aksogan. Fire resistance of composite made with waste cardboard, gypsum, pumice, perlite, vermiculite and zeolite // SN Applied Sciences. Springer Nature jurnal. -2019. -№1:1244. –Р. 3218-3226. 
11. S. Abidi, Y. Joliff, C. Favotto. Impact of perlite, vermiculite and cement on the Young modulus of a plaster composite material: experimental, analytical and numerical approaches, Compos. B 92. 2016. -P. 28–36.
12. Ненахов, С.А., Пименова В.П. Физикохимия вспенивающихся огнезащитных покрытий на основе полифосфата аммония. Литературный обзор/С.А. Ненахов, В.П. Пименова// Пожаровзрывобезопасность. – 2010. – №8. – С. 11-58.
13. Вайнблат Я.Ш. Оптимизация процесса производства вермикулитового концентрата // Строительные материалы. – Москва, 1990. -№6. – С.24-29.
14. Курбанбаев Ш.Э. Создание огнестойких покрытий и теплоизоляционных наполнителей на основе местного минерального сырья// Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. – Тошкент. - 2016. - С. 127-132.
15. Khaydarov I.N., Ismailov R.I., Ismailova R.M., Yokubova N.F., Baysenbaev O.K. Chemical characterization flame retardant suspensions for impregnation of cellulose materials // Technical science and innovation. ТSTU, -Тashkent. -2020. -№3. -P. 24-31.
16. Хайдаров И.Н., Исмаилов Р.И., Хасанов О.Х. Исследование ИК-спектральных анализов тебунбулакского и модифицированного вермикулита, для получения суспензионного антипирена // Universum: Технические науки. – Москва. -2020.  -№11(80) часть 4. -С. 52-57.
17. Хайдаров И.Н., Исмаилов Р.И. Изучение огнестойкости целлюлозных материалов, физически модифицированных антипиреновыми суспензиями // Universum: Технические науки. – Москва. -2020.  -№6(75) часть 3. -С. 67-71.
18. Хайдаров И.Н., Исмаилов Р.И. Исследование коллоидно – химических свойств антипиреновых суспензий // Материалы Международного научного форума “Наука и Инновации Современные концепции”. –Москва. -2020. -С. 131-133.