ИК-СПЕКТР И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОЛИГОМЕРНОГО АНТИПИРЕНА НА ОСНОВЕ ФТАЛОЦИАНИНА МЕДИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье изучены свойства полученного олигомерного антипирена АК-2 на основе фталоцианиновых пигментов. Рассмотрены ИК-спектральный и дифференциальный термогравиметрический анализы олигомерного антипирена АК-2. Преимущество полученного антипирена в том, что его используют в процессе окрашивания тканей. Были изучены существующие связи и какие изменения наблюдаются в этих связях под действием тепла. Доказательством этого являются результаты проведенного дифференциально термогравиметрического анализа.

ABSTRACT

In this article, the properties of the obtained oligomeric flame retardant AK-2 based on phthalocyanine pigments are studied. IR spectral and differential thermogravimetric analyzes of oligomeric flame retardant AK-2 are considered. The advantage of the resulting flame retardant is that it is used in the process of dyeing fabrics. Existing connections were studied and what changes are observed in these connections under the action of heat. This is evidenced by the results of the differential thermogravimetric analysis.

Ключевые слова: фталоцианин, макроциклическое кольцо, антипирен, ИК спектр, термогравиметрический анализ, дифференциально-термический анализ.

Keywords: phthalocyanine, macrocyclic coltso, flame retardant, IR spectrum, thermogravimetric analysis, differential thermal analysis.

Цель работы. Получение высокотемпературостойких олигомерных антипиренов для изделий текстильной промышленности, спецодежды.

Введение. Фталоцианины (Pc) – класс фотоактивных соединений, уникальные физико-химические свойства которых исследуются во многих областях современной науки. Металлокомплексы – фталоцианинаты (MPc) – являются продуктами многотоннажного промышленного синтеза (свыше 80 тыс. тонн в год), при этом большая их часть традиционно используется в качестве пигментов в составе чернил цветной печати, лакокрасочных материалов, для окрашивания пластмасс и синтетических волокон [1; С. 191-202.]. В последние годы все большее значение приобретает повышение огнестойких свойств натуральных текстильных материалов. Это связано с тем, что эти текстильные материалы выделяются как горючие по включению таких факторов, как быстрое воспламенение, распространение пламени, выделение различных дымов и газов. Тем не менее, текстильные материалы широко используются в быту, в зданиях и сооружениях, на транспорте и в качестве средств специальной защиты [2; 153-Р., 3; 201–207-Р.].

В последнее время в связи с все более широким применением в отделке зданий новых полимерных материалов и тканей возросла токсичность и плотность дыма, образующегося при горении [4; 3–123-Р.]. В целях снижения этого риска в ряде стран готовятся или принимаются нормативные акты и законы, запрещающие использование легковоспламеняющихся тканей, прежде всего спецодежды, декоративных, укрывных и обойных, портьерных тканей [5; 152-Р.]. Виды огнеупорных волокон, созданные на основе современных методов: Фенилон, Арселон, Номекс, Русар, Арлана, Кевлар, Аримид и др. [6; 100 –125- Р.].

При производстве антипиренов на основе меламина их делят на: чистый меламин, производные меламина (борная, циануровая, фосфорная кислоты или соли органических и неорганических кислот, например пиро-, полифосфорная кислота) и гомологи меламина. Вследствие эндотермического разложения, происходит их нагревание при температуре 250-400°С. При разложении меламин выделяет аммиак и образует циклические соединения, называемые мелон, мелам, мелемом, из которых состоит поверхностный слой кожи [7; 579–589-Р., 8; 138–149-Р., 2; 153-Р.].

Основная часть. АК-2 - это новый олигомерный антипирен для пропитки текстильных тканей, полученный путём смешения фосфорной кислоты, аммофоса, пентаэритрита, карбамида, фталоцианина меди в количестве 0,5% от общей массы с добавлением катализатора.  Проведён ИК-спектр синтезированного олигомерного антипирена АК-2.

Рисунок 1. ИК-спектр олигомерного антипирена АК-2

Линии поглощения в области 1715,65 см-¹ ИК-спектров свидетельствуют о наличии свободных групп -СONH₂, а линии поглощения в области 2300-2400 см-¹ - о наличии вторичных групп -СONH. Полосы поглощения в области 900,76 см-¹ подтверждают наличие групп –NH₂. Кроме того, в диапазоне 721,38-769,60 см-¹ в ИК спектре появляются интенсивности металлосодержащих соединений, т.е. фталоцианиновых связей меди. В то же время в областях 1047,35-1336,67-1417,68 см-¹ можно наблюдать связи фосфора, а также связи групп Р=O и Р-O-C и Р-O-Pc-Cu.

Представлена дериватограмма образца олигомерной огнезащитной композиции марки АК-2, состоящая из 2-х кривых. Анализ кривой термогравиметрического анализа (ТГА) (кривая 1) показывает, что кривая ТГА антипирена марки АК-1 в основном проходит в 3-х интервалах интенсивно разлагающихся температур. 1-й интервал разложения соответствует температуре 31,96-266,39°С, 2-й интервал разложения соответствует температуре 266,39-483,88°С, 3-й интервал разложения соответствует температуре 483,88-801,64°С (Рисунок 2).

Рисунок 2. Дериватограмма антипирена марки АК-2

Анализ показывает, что потеря массы ядра происходит в 1-м распаде между 31,96-266,39 ^oС, где теряется 23,140% массы ядра. Разложение второе происходит при 266,39-483,88°С, при этом теряется 17,640% массы. Третье разложение происходит в интервале 483,88-801,64 ^оС, при этом теряется 13,843% массы. Потеря массы исследованных олигомерных антипиренов вследствие температурного воздействия во времени связана с различными процессами: при увеличении массы за счет частичного окисления первичных композитов разложение начинается в веществе, во-вторых, разложение происходит с выделением летучих веществ, содержащихся в олигомерных антипиреновых композитах, а разложение других веществ ускоряется в результате повышения температуры.

Заключение. В ИК спектре синтезированного олигомерного антипирена на основе фталоцианина меди появляются интенсивности в диапазоне 721,38-769,60 см^-1, которые содержат металлсодержащие соединения, т.е. фталоцианиновые связи меди. В то же время можно наблюдать связи фосфора в областях 1047,35-1336,67-1417,68 см^-1, а связи групп Р=O и Р-O-C и Р-O-Pc-Cu придают синтезированному олигомеру антипиреновые свойства, т. е. придают свойства огнестойкости.

Проведя опыты с полученным веществом, получили хорошие результаты  по данным термогравиметрического анализа. Потеря массы составила всего 13,843 % при температуре 801,64 0С. Этот синтезированный антипирен, на основе олигомерного фталоцианина меди, рекомендуется использовать для специальной одежды, считающейся продукцией текстильной промышленности.

Список литературы:

1. Wöhrle D., Schnurpfeil G., Makarov S. G., Kazarin A., Suvorova O. N. Practical applications of phthalocyanines – from dyes and pigments to materials for optical, electronic and photo-electronic devices // Макрогетероциклы. 2012. № 5 (3). С. 191-202.
2. Текей Ергенгул. Разработка новой технологии огнестойкой отделки целлюлозных текстильных материалов//Алматинский технологический университет. Диссертация на соискание степени доктора философии (PhD) Алматы-2019. С.153.
3. Таусарова Б.Р., Абдрахменова Г.С., Биримжанова З.С. Применнеие полиэтиленполиамина и гидрофосфат калия для придания огнезащитных свойств целлюлозным текстильным материалам // Химический журнал Казахстана.-2016.-№2.-С.201-207.
4. Horrocks A.R., Kandola B.K., Davies P.J., Zhang S., Padbury S.A. Developments in flame retardant textiles // Polymer Degradation and Stability.-2005.-№88.-Р.3–123.
5. Зубкова Н.С. Огнезащитные химические волокна // Полимеры («Полимерные материалы XXI века»): матер. Междунар. Конф. – М., 2007. С. 152.
6. Laoutid F., Bonnaud L., Alexandre M., Lopez-Cuesta J., Dubois P.H. New prospects in flame retardant polymer materials: from fundamentals to nanocomposites // Materials Science and Engineering.-2009.-№63.-Р.100–125.
7. Alongi J., Colleoni C., Rosace G. Malucelli G. Phosphorus- and nitrogen doped silica coatings for enhancing the flame retardancy of cotton: synergisms or additive effects // Polym. Degrad. Stab.-2013.-Р.579–589.
8. Alongi J., Carosio F., Malucelli G. Current emerging techniques to impart flame retar- dancy to fabrics: an overview// Polym. Degrad. Stab. 106.-2014.-Р. 138–149.