Сопряжение принципов гидро-олеофобизации и дискретных покрытий как новый способ создания материалов для превентивных огне-химзащитных СИЗ

Авторы: д.т.н. Жуко А.В., к.т.н. Кузнецов А.К., к.т.н. Жарова Ю.С.

Аннотация

Представлены результаты исследований новых видов отечественных тканей для фильтрующих огне- и химзащитных СИЗ. Рассмотрены некоторые закономерности действия нового принципа огнезашиты тканей – принципа дискретно-полимерной их обработки и описан построенный на этом принципе новый огне- и химзащитный материал «Штурм», имеющий высокий уровень огнестойкости, а также нефте-, кислото- и щелочезащитные свойства. Для создания средств с бо́льшимихимзащитными свойствами предлагается использовать специальные угленаполненные сорбционно-активные ткани и представлены данные по изучению химзащитных свойств таких тканей при воздействии на них серной кислоты, щелочи, нефти, а также ряда особо опасных органических продуктов. Предложены научно-обоснованные рекомендации по созданию максимально гигиеничных средств превентивного использования – на основе огне-нефтестойкого материала «Штурм» и усиленных химзащитных средств с использованием новых видов угленаполненных тканей.

Важнейшими требованиями к средствам индивидуальной защиты, наряду с требованиями по эффективности их защитного действия, являются, как известно требования по их эксплуатационной устойчивости, а также по их комфортности – т.е. по улучшенной их физиолого-гигиенической переносимости  и по минимальному сковывающему действию, при этом эксплуатационная устойчивость и комфортность СИЗ являются факторами, которые в основном определяют работоспособность персонала при выполнении различных задач в экстремальных, в том числе в аварийных ситуациях.

Для изготовления химзащитных СИЗ в настоящее время используются специальные ткане-пленочные паро-воздухонепроницаемые, т.е. изолирующие материалы и материалы фильтрующие, обладающие паро-и воздухопроницаемостью. Как известно, материалы фильтрующего типа по уровню химзащитных свойств обычно уступают изолирующим ткане-пленочным материалам, однако их применение имеет существенное преимущество, заключающееся в увеличении времени возможного (без перегрева) пребывания в них работающего персонала, за счет чего сковывающее действие СИЗК резко снижается и возможности выполнения в них оперативных задач существенно улучшаются.

Одной из актуальных задач совершенствования существующих СИЗК является придание фильтрующим средствам все более высоких и устойчивых в эксплуатации защитных характеристик при сохранении в них хорошей физиолого-гигиенической переносимости. Кроме того, по данным [1] в настоящее время годовое количество применяемых в нашей стране фильтрующих СИЗК насчитывает 450 тыс. шт., при этомтолько 10 тыс.шт. из них выпускаются в РФ, а остальные поступают из-за рубежа (основные производители - фирмы DuPont (США), AnsellEdmont (Австралия), Thinsulate (США) и др.). Поэтому еще одной актуальной задачей в области развития отечественных фильтрующих СИЗК является решение вопросов импортозамещения.

Решению этих задач посвящены представляемые ниже наши материаловедческие разработки.

Результаты и их обсуждение

Проведены работы по созданию новых огнезащитных материалов для СИЗК фильтрующего типа, построенных на новом принципе придания тканям огнестойкости – принципе дискретно-полимерной отделки. Это инновационная отечественная разработка [2 - 4], которая является альтернативой другому способу придания тканям огнестойкости - способу огнезащитных пропиток[5, 6]. По новой технологии огнезащитные добавки - антипирены наносятся на ткань не в составе огнезащитных пропиток, а в составе многокомпонентных полимерных капсул, которые используются в виде дискретно расположенных на поверхности ткани объемных элементов различных составов и форм. Внешний вид получаемых таким образом материалов представлен на рисунке.

 

Рисунок. Внешний вид материалов с дискретными полимерными покрытиями

Получаемые по новой технологии огнезащитные ткани имеют по сравнению страдиционными аналогами ряд существенных преимуществ, в частности, повышенную эксплуатационную устойчивость за счет высокой стойкости к истиранию дискретных элементов покрытия, повышенную устойчивость к водным обработкам, в частности к стиркам, улучшенные санитарно-гигиенические характеристики, пониженную загрязняемость и др. Благодаря этим преимуществам получаемые по новой технологии огнестойкие ткани уже сегодня используются для создания различных видов противопожарной защиты - материал «Факел» ТУ 8318-029-10725218-2005, материал «Витон» ТУ 8713-068-10725218-2010,материал для огнестойкой одежды «Крон» ТУ 13.96.16-116-91669329-2023,материал для внутренних наметов огнестойких палаток - «Дискрет-О» ТУ 8388-063-10725218-2009 и др.

В данной статье рассмотрены некоторые аспекты возможного использования этих материалов для изготовления также и химзащитных средств. Работа проведена на хлопкополиэфирной ткани ТКО ТУ 8218-025-10725218-05. Паропроницаемость этой ткани, измеренная по методике НПФ «Фабитекс», составила 9.8кг/(м²сут). Для сравнения по той же методике измерена паропроницаемость традиционных тканей для СИЗК – «Кордура» и «Грета», которые в данном случае составили4,5кг/(м²сут) и 5,2 кг/(м²сут)соответственно.

Химзащитные свойства ткани придавались за счет нанесения на нее гидро-олеофобизирующего препарата PerfloroRTK в количестве 80 – 100г/л, а для придания огнезащитных свойств на ее поверхность наносились дискретно-полимерные покрытия полусферической формы с диаметром элемента 1,0мм и с плотностью 28%. На первом этапе изучался уровень гидрофобизации (водоотталкивания) материалов, который измерялся по времени удержания (нерастекания) капель воды на поверхности ткани, при этом в ходе эксперимента определялись степень влияния гидро-олеофобной пропитки как на этот показатель, так и на устойчивость гидрофобного эффекта к истиранию материала с внешней стороны, т.е. по элементам огнезащитного покрытия(в этих экспериментах капли водынаносились на открытые участки ткани). Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1

Уровень гидрофобизации в материалах при различной степени их истирания

 

№ п/п	Вид образца	Уровень гидрофобизации в материалах (в минутах) при различной степени их истирания, циклы:
		0	1000	5000
1	Ткань без отделки	5	0	0
2	Ткань с МВО отделкой	более 480	180	120
3	Ткань с МВО отделкойи дискретным покрытием	более 480	более 480	более 480

 

Как видно из табл. 1, нанесение на ткань гидро-олеофобной пропитки, как и ожидалось, приводит к существенному повышению уровня водоотталкивания материала, однако этот эффект в значительной степени и достаточно быстро пропадет при воздействии на ткань внешних абразивных нагрузок. Такое свойство материалов с гидро-олеофобными отделками имеет, как известно, общий характер и его наличие приводит к ухудшению эксплуатационной устойчивости соответствующих свойств в конечных изделиях. Последнее ограничивает применение материалов с такими отделками во многих случаях, когда требуется их повышенная устойчивость в эксплуатации. Вместе с тем, как видно из данных табл. 1, нанесение на материал огнезащитных дискретных покрытий приводит к существенному увеличению устойчивости гидрофобного эффекта к истиранию, т.е. дискретные покрытия, наряду с огнезащитными функциями, в данном случае играют также роль механо-протекторного слоя, защищающего любую (в данном случае гидро-олеофобную) отделку ткани от внешних воздействий.

В связи с этим, следовало ожидать, что показанное выше увеличение срока службы гидро-олеофобной отделки в материалах с дискретными полимерными покрытиями будет оказывать также позитивное влияние и на некоторые химзащитные свойства этих материалов, в частности на те из них, которые зависят от состояния их внешней поверхности. Данное предположение подтверждалось в ходе оценки защитных свойств данного материала от капель серной кислоты, щелочи и нефти (в материалах с покрытиями капли химических препаратов наносились на открытые участки ткани). Результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Химзащитные свойства материала

 

№ п/п	Наименование образца	Время проницаемости капли, мин
		Нефть ГОСТ 11209	H2SO4, 80 %	NaOH, 30%
1	Ткань без МВО, без ДП	0	12	2
2	Ткань с МВО отделкой, без ДП	более 480	более 480	200
3	Ткань с МВО отделкой, без ДП после 5000 циклов истирания	0	0	0
4	Ткань с МВО отделкой, с ДП	более 480	более 480	200
5	Ткань с МВО отделкой, с ДП, после 5000 циклов истирания полиэфирной тканью	более 480	более 480	200

 

Как видно из табл. 2использование гидро-олеофобной пропитки позволяет придавать материалу высокий уровень нефте-,кислото- и щелочезащитных свойств, при этом использование дискретных покрытий приводит к существенному повышению устойчивости всех этих свойств к истиранию.

Учитывая полученные результаты, в НПФ «Фабитекс» освоено производство нового отечественного огне-химзащитного материала «Штурм» по ТУ 13.96.16-113-91669329-2022(ткань-основа по ТУ 8218-025-10725216-05с гидро-олеофобной отделкой и с дискретными покрытиями), полный комплекс показателей которого представлен в табл. 3.

 

Таблица 3

Показатели защитного материала «Штурм» ТУ 13.96.16-113-91669329-2022

 

Наименование показателя	Метод	Норма по ТУ/фактическое значение
Масса 1 м2, г, не более	ГОСТ 17073-71	270 / 220
Разрывная нагрузка полоски 50х200 мм, Н, не менее	ГОСТ 17316-71	450 / 540
в продольном направлении		450 / 540
в поперечном направлении		250 / 300
Сопротивление раздиранию, Н	ГОСТ 17074-71[14]
в продольном направлении		н.н. / 55
в поперечном направлении		н.н. / 30
Жесткость, сН	ГОСТ 8977-74	н.н /3
Степень водоотталкивания	ГОСТ 30292-96	н.н. / 80
Негорючесть, с, не менее	Методика НПФ «Фабитекс»	12 / 12
Стойкость к истиранию, циклы	Методика НПФ «Фабитекс»	н.н/ более 5000
Устойчивость к многократному изгибу, кциклы	ГОСТ 8978-2003[15]	н.н / более 100
Паропроницаемость, кг/(м2.сут)	Методика НПФ «Фабитекс»	н.н / 8,9
Кислотостойкость (по потери прочности), %, не более:	ГОСТ 11209-2014
при концентрации серной кислоты 80 %		15 / 7
при концентрации серной кислоты 50 %		н.н/ 0
Кислотонепроницаемость, мин	ГОСТ 11209-2014	н.н / более 480
Щелочестойкость (по потере прочности), %	Методика НПФ «Фабитекс»	н.н / 11
Щелоченепроницаемость, мин	Методика НПФ «Фабитекс»	н.н / 480
Нефтестойкость (по потере прочности), %	ГОСТ 29104.12-91	н.н / 5
Нефтеотталкивание, баллы	ГОСТ 11209-2014	н.н / 5

 

Примечание: н.н – по ТУ не нормируется

 

Можно видеть, что данный материал обладает огнестойкостью, определенными химзащитными свойствами и гидрофобностью, и одновременно он имеет высокий уровень паропроницаемости и с учетом этого комплекса характеристик его, как нам представляется, можно рекомендовать для изготовления специальных костюмов постоянного ношения, гигиеничных и комфортных в эксплуатации, и способных в особых, например, в аварийных ситуациях обеспечить первичную защиту персонала, что может позволить персоналу оперативно и без поражения покинуть опасную зону или выполнить требуемый комплекс экстренных мероприятий по ликвидации произошедшей аварии.

Но, на наш взгляд, костюмы из этой ткани можно использовать также и как средства экстренного придания огне-и химзащитных свойств обычной одежде, поверх которой в особых ситуациях можно было бы оперативно надевать эти костюмы, при этом сковывающее действие самой одежды (за счет высокой паропроницаемости материала «Штурм») практически не будет ухудшаться, а вся одежда за счет этого внешнего слоя становится огне-, нефте-, кислотостойкой, а также более устойчивой в эксплуатации.

Таким образом, созданный на предприятии НПФ «Фабитекс» материал «Штурм» по комплексу своих защитных, эксплуатационных и эргономических характеристик можно использовать при создании средств первого или превентивного применения, когда возникают задачи оперативно выполнить какие-либо экстренные меры по ликвидации аварии или нужно быстро покинуть опасную, например, пожароопасную зону.

Список литературы

1. Анализ рынка фильтрующих костюмов химзащиты в России (с базой импорта-экспорта) https://drgroup.ru/2621-Analiz-rynka-filtruyushchih-kostyumov-himzashchity-v-Rossii.html

2. Журко А.В., Долговязов В.В., Комарова Н.Р., Кузнецов А.К., Охлопков Д.Н., Чернова Н.Л. Текстильные материалы с огнезащитными полимерными покрытиями - новые ткани для пожарных. - Сб. материалов 5-й международной научно-практической конференции. - Иваново, 14.10.2021 г., - с. 33-37.

3. Журко А.В. Инновационные материалы от компании «Фабитекс» - новые возможности импортозамещения на отечественных рынках огнезащитных тканей - Отчетный сборник II научно-практической конференции «Новые технологии оборонно-промышленного комплекса в тушении лесных пожаров- Москва, ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС России, 2022, - с. 314-315

4. Патент РФ №2737373 Способ придания огнестойкости текстильным материалам. / Журко А.В., Долговязов В.В., Комарова Н.Р., Кузнецов А.К., Чернова Н.Л., Охлопков Д.С.; заявитель и патентообладатель ООО НПФ Фабитекс - № 2020109269, завял. 02.03.2020, опубл. 27.11.2020 https://yandex.ru/patents/doc/RU2737373C1_20201127

5. IslamM.S., vandeVen, T.G.M. Cotton-basedflame- retardant: Areview,2021 (Огнестойкий текстиль на основе хлопка: обзор, 2021). BioResources 16(2), 4354-4381. https:// bioresources.cnr.ncsu.edu/ https://www.semanticscholar.org/paper/Cotton-based-flame-retardant-textiles%3A-A-review-Islam-Ven/c7ff12fe060ad0b78e40908652b1464c077db9a0

6. Flame Retardant Fabric: Treatment, Types and Application 04/09/2020 by textileblog (Огнестойкаяткань: обработка, видыиприменение). https://www.textileblog.com/flame-retardant-fabric-treatment-types-and-application/