Полифункциональный облегченный прорезиненный защитный материал и способ его получения

Полифункциональный облегченный прорезиненный защитный материал и способ его получения

Реферат

Изобретение относится к области производства прорезиненных защитных материалов, которые могут быть использованы для изготовления средств индивидуальной защиты кожи человека и органов дыхания, включая респираторы, самоспасатели, дыхательные мешки, чехлы на них и сумки изолирующих противогазов, для работников, чья производственная деятельность сопряжена с возникновением экстремальных или аварийных ситуаций - одновременным воздействием токсичных химических веществ и открытого пламени.

Известен эластичный слоистый материал для изготовления средств защиты человека, в котором используется текстильная основа из синтетических волокон, в частности аримидных, на которую наносится слой синтетического каучука из смеси высокомолекулярных и низкомолекулярных сополимеров винилиденфторида с гексафторпропиленом (патент РФ №2070517 С1). Смесь, содержащую также акцептор галогенокислоты, неорганический наполнитель и вулканизующий агент, растворяют в этилацетате и готовый раствор наносят на ткань с одной или двух сторон за 10-12 штрихов методом шпредингования при температуре 120-130°С в количестве 125-135 г/м². Затем осуществляют вулканизацию резинотканевого материала в вулканизационном котле в среде острого пара в течение 60 мин.

При многих положительных свойствах получаемого прорезиненного материала (высокие показатели прочности на разрыв и раздир, устойчивость к прожиганию) известный материал не отвечает современным повышенным требованиям по защитным свойствам от аварийно химически опасных веществ. К тому же в рецептуре используются дорогостоящие фторсодержащие сополимеры.

Известен огнезащитный состав, огнезащитная паста и способ получения огнезащитного материала (патент РФ №2285031 С1). Огнезащитный состав содержит хлоропреновый каучук, хлорпарафин, интеркалированный графит, полифосфат аммония, каолин и аэросил.

Известный материал обладает огнезащитными свойствами при воздействии открытого пламени, но не обеспечивает защиту от высокотоксичных жидких и газообразных аварийно химически опасных веществ. Кроме того, указанный состав имеет высокую стоимость в связи с дефицитом отечественного хлоропренового каучука.

Известен композиционный слоистый материал для изготовления защитной одежды, предназначенной для защиты от отравляющих веществ и химикалий (патент РФ №2312769 С1). Композиционный материал содержит слой текстильной ткани, с одной стороны которой (внутренней) методом каландрования нанесен резиновый слой на основе полимерной композиции из бутилкаучука (1 стадия), с другой стороны (наружной) методом шпредингования нанесена фторсодержащая термоэластопластичная композиция из смеси фторэластомера и фторопласта (2 стадия). В качестве тканевой основы используется полиамидное или полиэфирное полотно. Слоистый прорезиненный материал обеспечивает защиту от высокотоксичных химикалий. Однако известный материал имеет сложную конструкцию, защитные свойства обеспечиваются за счет высокой массы 1 м² материала - 580-620 г. Существенным недостатком известного материала является разрушение его при воздействии открытого пламени (температура (800±50)°С) с образованием сквозного прогара вследствие расплавления полиамидной или полиэфирной тканевой основы, отсутствие каркаса, препятствующего проникновению пламени к изнаночной стороне материала. К тому же использование фторсодержащих компонентов в термоэластопластичной композиции определяет высокую стоимость известного композиционного слоистого материала.

При получении прорезиненных материалов методом каландрования или шпредингования резиновое покрытие наносится на поверхность тканевой основы с одной или двух сторон. Прорезиненный материал имеет слоистую структуру. Прочность сцепления резинового покрытия с поверхностью ткани зависит от природы полимера и структуры ткани.

Наиболее близким техническим решением является композиционный материал, который в качестве основы содержит стеклоткань, и способ его получения - пропитка тканевой основы кремнийорганическим каучуком, последующее соединение термостойким клеем пропитанной стеклоткани с прозрачной полиимидной пленкой, с внутренней стороны которой напылен теплоотражающий слой алюминия (патент РФ 2141403 С1).

Известный материал обеспечивает защиту от воздействия агрессивных веществ, высоких температур и пламени, но обладает сложной и трудоемкой технологией изготовления, требующей последовательного проведения нескольких операций:

- пропитка стеклоткани кремнийорганическим каучуком;

- сушка пропитанной стеклоткани;

- напыление теплоотражающего слоя алюминия на полиимидную пленку;

- соединение пропитанной стеклоткани с металлизированной пленкой термостойким клеем с помощью каландров.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание полифункционального облегченного прорезиненного защитного материала, обеспечивающего защиту от промышленных высокотоксичных аварийно химически опасных веществ, огнезащиту, воздухо- и влагонепроницаемость, морозостойкость, механическую прочность при меньшей по сравнению с аналогом массой 1 м² (180-220 г), упрощение конструкции материала, технологичность изготовления и переработки, колористические показатели.

Технический результат достигается тем, что полифункциональный облегченный прорезиненный защитный материал на основе полимерной композиции, включающей хлорсульфированный полиэтилен, хлорбутиловый каучук и этиленпропилендиеновый каучук, антипирирующую группу, вулканизующие агенты, ингредиенты, обеспечивающие необходимые физико-механические показатели, содержит текстильную армирующую основу.

Новым является использование в качестве текстильной основы негорючей стеклоткани полотняного переплетения, бескромочной, изготовленной из стекловолокна повышенной прочности, массой 1 м² - 80-120 г, обработанной негорючим замасливателем.

Также новым является использование в полимерной композиции комплекса полимеров: хлорсульфированного полиэтилена, хлорбутилового каучука и этиленпропилендиенового каучука, обеспечивающих высокую газонепроницаемость материала, химическую стойкость, стойкость к окислительной деструкции и озоностойкость, атмосферостойкость, хорошую адгезию полимерной композиции к стеклоткани, морозостойкость на уровне минус 50°С.

Сочетание хлорированных высокомолекулярных соединений в полимерной композиции обеспечивает огнестойкость, сопротивление тепловому старению.

Введение в резиновую смесь группы антипиренов в составе - декабромдифенилоксид, полифосфат аммония, и гидроокись алюминия повышает уровень защиты материала от высоких температур и воздействия открытого пламени. Фосфорсодержащий антипирен снижает температуру начала разложения материала, ионы брома декабромдифенилоксида вызывают рекомбинацию свободных радикалов, образующихся при горении, и тем самым ингибируют пламя, гидроокись алюминия поглощает часть выделяющегося при горении тепла за счет образования молекул воды.

Еще одним объектом изобретения является способ изготовления полифункционального прорезиненного защитного материала, состоящий из следующих стадий:

- приготовление полимерной композиции путем вальцевания ингредиентов при последовательной подаче их на вальцы;

- растворение полимерной композиции в смеси этилацетата и бензина в соотношении 1: 2;

- нанесение полимерной композиции на текстильную основу путем пропитки на вертикальной пропиточно-сушильной машине со скоростью движения ткани 6-8 м/мин.

При пропитке на вертикальной пропиточно-сушильной машине (см. чертеж) стеклоткань (1) через направляющие ролики поступает в пропитывающую ванну (2), заполненную раствором полимерной композиции, проходит между двумя ножами (3), снимающими с ткани избыток полимерной композиции (расстояние между ножами регулируется), тянущее устройство протягивает ткань через зоны с обогревательными плитами (4), где происходит сушка материала. Высушенный материал наматывают на вращающийся ролик (5).

Предпочтительно, чтобы соотношение хлорсульфированного полиэтилена, хлорбутилового каучука и этиленпропилендиенового каучука в полимерной композиции составляло от 60:30:10 до 80:15:0,5 мас.ч.

Предпочтительно, чтобы вальцевание хлорсульфированного полиэтилена, хлорбутилового каучука и этиленпропилендиенового каучука проводилось в течение 15-45 минут.

Предпочтительно в качестве армирующей текстильной основы использовать стеклоткань полотняного переплетения, изготовленную из стекловолокна повышенной прочности, обработанную негорючим замасливателем, бескромочную, что позволяет избежать провисания ткани при нанесении полимерной композиции.

Заявляемый материал имеет структуру, принципиально отличающуюся от слоистых прорезиненных материалов, полученных методом каландрования или шпредингования.

Формирование резинового слоя в заявляемом материале происходит вместе с армирующей основой - стеклотканью, что обеспечивает равномерное распределение резиновой смеси в объеме ткани, однородную структуру прорезиненного материала, значительное снижение массы при том же уровне защитных свойств.

Заявляемый облегченный прорезиненный материал обладает высокими защитными свойствами при воздействии токсичных паров аммиака и хлора с объемной долей до 90%, сероводорода с объемной долей до 25% в течение более 24 часов, конкретно 120 часов, стойкостью к воздействию открытого пламени в течение 10-12 с. После вынесения образцов материала из пламени остаточное горение и тление отсутствует, остается плотный каркас, препятствующий распространению пламени на изнаночную сторону материала.

Полифункциональный облегченный прорезиненный защитный материал сохраняет эластичность, целостность после 1000 циклов истирания при температуре окружающего воздуха (23±2)°С и после пятикратного смятия при температуре минус 50°С.

Технология изготовления полифункционального облегченного прорезиненного защитного материала проста, использование вертикальной пропиточно-сушильной машины значительно сокращает продолжительность изготовления прорезиненного защитного материала по сравнению с технологией, использующей каландровый или шпрединговый способы, или сочетающей оба способа нанесения полимерного покрытия на текстильную основу.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Полифункциональный облегченный прорезиненный защитный материал получен путем пропитки стеклоткани массой 1 м² 80 г на вертикальной пропиточно-сушильной машине полимерной композицией следующего состава:

- хлорсульфированный полиэтилен - 60 мас.ч.

- хлорбутиловый каучук - 30 мас.ч.

- этиленпропилендиеновый каучук - 10 мас.ч.

На 100 мас.ч. полимеров:

- декабромдифенилоксид - 3 мас.ч.

- полифосфат аммония - 15 мас.ч.

- окись титана - 6 мас.ч.

- каолин - 3 мас.ч.

- гидроокись алюминия - 15 мас.ч.

- каптакс - 0,2 мас.ч.

- тиурам - 1,4 мас.ч.

- окись цинка - 1,2 мас.ч.

- окись магния - 4,0 мас.ч.

- дитиодиморфолин - 1,2 мас.ч.

- пигмент - 0,8 мас.ч.

- растворители: этилацетат - 251,3 мас.ч.

бензин - 502,7 мас.ч.

Резиновую смесь готовят путем смешения компонентов полимерной композиции на вальцах, добавляя ингредиенты в определенном порядке. Затем резиновую смесь растворяют в смеси растворителей этилацетата и бензина до образования гомогенной дисперсии с концентрацией 20% в пересчете на сухие вещества.

Раствор полимерной композиции сливают в пропитывающую ванну вертикальной пропиточно-сушильной машины. Стеклоткань заправляют в вертикальную пропиточно-сушильную машину через направляющие ролики. Ткань проходит со скоростью 8 м/мин через пропитывающую ванну, между отжимными (калибровочными) ножами, через зоны с обогревательными плитами, где происходит сушка материала (удаление растворителя) при постепенном повышении температуры от 30 до 85°С. Готовый материал наматывается на приемный барабан.

Свойства материала приведены в таблице.

Пример 2. Полифункциональный облегченный прорезиненный защитный материал получен путем пропитки стеклоткани массой 1 м² 100 г на вертикальной пропиточно-сушильной машине полимерной композицией следующего состава:

- хлорсульфированный полиэтилен - 70 мас.ч.

- хлорбутиловый каучук - 20 мас.ч.

- этиленпропилендиеновый каучук - 10 мас.ч.

На 100 мас.ч. полимеров:

- декабромдифенилоксид - 9 мас.ч.

- полифосфат аммония - 9 мас.ч.

- окись титана - 6 мас.ч.

- каолин - 9 мас.ч.

- гидроокись алюминия - 15 мас.ч.

- каптакс - 0,7 мас.ч.

- тиурам - 1,5 мас.ч.

- окись цинка - 1,6 мас.ч.

- окись магния - 5,0 мас.ч.

- дитиодиморфолин - 1,2 мас.ч.

- пигмент - 1,5 мас.ч.

- растворители: этилацетат - 212,7 мас.ч.

бензин - 425,3 мас.ч.

Приготовление резиновой смеси и пропитка стеклоткани на вертикальной пропиточно-сушильной машине по примеру 1. Концентрация полимерной композиции 25% в пересчете на сухие вещества. Скорость движения ткани 7 м/мин.

Свойства материала приведены в таблице.

Пример 3. Полифункциональный облегченный прорезиненный защитный материал получен путем пропитки стеклоткани массой 1 м² 120 г на вертикальной пропиточно-сушильной машине полимерной композицией следующего состава:

- хлорсульфированный полиэтилен - 80 мас.ч.

- хлорбутиловый каучук - 19,5 мас.ч.

- этиленпропилендиеновый каучук - 0,5 мас.ч.

На 100 мас.ч. полимеров:

- декабромдифенилоксид - 15 мас.ч.

- полифосфат аммония - 3 мас.ч.

- окись титана - 3 мас.ч.

- каолин - 6 мас.ч.

- гидроокись алюминия - 15 мас.ч.

- каптакс - 1,2 мас.ч.

- тиурам - 2,2 мас.ч.

- окись цинка - 2,0 мас.ч.

- окись магния - 6,0 мас.ч.

- дитиодиморфолин - 1,2 мас.ч.

- пигмент - 2,2 мас.ч.

- растворители: этилацетат - 173,8 мас.ч.

бензин - 347,5 мас.ч.

Приготовление резиновой смеси и пропитка стеклоткани на вертикальной пропиточно-сушильной машине по примеру 1. Концентрация полимерной композиции 30% в пересчете на сухие вещества. Скорость движения ткани 6 м/мин.

Свойства материала приведены в таблице.

Введение в полимерную композицию различных пигментов позволяет получать защитные материалы разного цвета.

Ниже приведена таблица показателей свойств заявляемого полифункционального прорезиненного защитного материала.

Результаты испытаний полифункционального облегченного прорезиненного защитного материала
Наименование показателя	Пример 1	Пример 2	Пример 3
1. Масса 1 м2 материала, г	180	200	240
2. Воздухопроницаемость, дм3/м2·с	Воздухонепроницаем	Воздухонепроницаем	Воздухонепроницаем
3. Стойкость к воздействию газообразного аммиака, часхлора, чассероводорода, час	Более 24	Более 24	Более 24
4. Стойкость к воздействию открытого пламени -
Воспламенение	Через 10 с	Через 10 с	Через 12 с
Остаточное горение, с	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует
Остаточное тление, с	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует
5. Разрушающая нагрузка при растяжении, Н (кгс),
по основе	850 (85)	700 (40)	620 (62)
по утку	450 (45)	350(35)	300 (30)
6. Стойкость к истиранию при температуре (23±2)°С, циклы	1000Без видимых разрушений	1000Без видимых разрушений	1000Без видимых разрушений
7. Пятикратное смятие при температуре минус 50°С	Сквозных разрушений нет	Сквозных разрушений нет	Сквозных разрушений нет

1. Полифункциональный облегченный прорезиненный защитный материал, содержащий текстильную основу, пропитанную полимерной композицией, включающей хлорсульфированный полиэтилен 60-80 мас.ч., хлорбутиловый каучук 15-30 мас.ч., этиленпропилендиеновый каучук 0,5-10 мас.ч., группу антипиренов в составе декабромдифенилоксида, полифосфата аммония и гидроокиси алюминия в соотношении от 1:5:5 до 5:1:5, при этом их общее количество равно 33 мас.ч., минеральные наполнители - окись титана 3-6 мас.ч. и каолин 3-9 мас.ч., вулканизующую группу - окись магния 4-6 мас.ч., окись цинка 1,2-2,0 мас.ч., каптакс 0,2-1,2 мас.ч., тиурам 1,4-2,2 мас.ч., ускоритель вулканизации - дитиодиморфолин 1,2 мас.ч., пигмент 0,8-1,5 мас.ч., растворители - этилацетат и бензин в соотношении 1:2, при этом концентрация раствора полимерной композиции по сухому веществу составляет 20-30%, а в качестве текстильной основы применена негорючая стеклоткань полотняного переплетения, бескромочная, изготовленная из стекловолокна повышенной прочности, массой на 1 м² 80-120 г, обработанная негорючим замасливателем.

2. Способ изготовления полифункционального облегченного прорезиненного защитного материала по п.1, включающий приготовление полимерной композиции путем вальцевания ингредиентов при последовательной подаче их на вальцы, причем вальцевание хлорсульфированного полиэтилена, хлорбутилового каучука и этиленпропилендиенового каучука проводится в течение 15-45 мин, растворение полимерной композиции в смеси растворителей этилацетата и бензина, пропитку стеклоткани раствором полимерной композиции и сушку при температуре 30-85°С на вертикальной пропиточно-сушильной машине, причем содержание резиновой смеси на 1 м² материала составляет 100-120 г.