تولید کالای پلی استر دیرسوز شده

 

مقدمه
الیاف پلی استر مهمترین الیاف مصنوعی است که در تولیدات صنعتی جایگاه ویژه ای داشته و کاربردهای زیادی را در تولید منسوجات و پوشاک دارد. این الیاف در پوشاکی مانند پالتو، ژاکت، لباس ورزشی و لباس محافظ و… کاربرد دارد و عمده منسوجات خانگی مانند روکش مبلمان، پرده، تزیینات، بالش و… از این الیاف تولید می شود. با توجه به کاربرد وسیع الیاف پلی استری و قابلیت زیاد اشتعال آنها، دیرسوز کردن این الیاف موضوع مهمی به حساب می آید.
الیاف پلی استری در حضور شعله به شدت شعله ور می شوند و هنگامی که مخلوط آنها با الیاف پنبه ای استفاده گردد شدت شعله ور شدن پارچه بیشتر می گردد. این الیاف به شدت می سوزند و تولید قطرات مذاب کرده و موجب گسترش شعله به سطح های دیگر می شوند. در حقیقت این مذاب ها به عنوان منبع دومی برای احتراق محسوب شده و سوختن را سرعت می بخشند.

میزان اکسیژن محدود  (LOI) الیاف پلی استر در حدود ۲۱ درصد است همچنین نقطه ذوب آنها در محدوده C°۲۵۰- ۲۶۰ و دمای اشتعال این الیاف در حدود C°۴۸۰ است که دمای اشتعال الیاف پلی استر از الیاف اکریلیک (C°۲۵۰)، بیشتر ولی نسبت به الیاف پشم (C°۶۰۰) کمتر می‌باشد.
با تجزیه پلی اتیلن ترفتالات در دماهای بالا، ترکیب بعضی از دودها شامل مشتقات اسید ترفتالیک و بنزوئیک، الیگومرهایی با وزن مولکولی پایین و هیدروکربن های آروماتیک پلی سالیسیلیک تولید می شود. تجزیه حرارتی الیاف پلی استر با انرژی فعال سازی متفاوت KJ/mol  ۱۰۰-۲۵۰، فرایندی پیچیده است. شکستن حلقه پلیمری معمولا اولین مرحله از تجزیه حرارتی پلی استر است، این فرایند هنوز هم تحت بررسی است و شاید طی این فرآیند، شکستن حلقه به جای تولید رادیکال منجر به تولید محصولات هترولیتیک گردد.

روشهای دیرسوز کردن کالای پلی استری
با استفاده از ترکیبات فسفری یا برمی، این الیاف می توانند دیرسوز گردند. برای این منظور به سه شکل میتوان از این مواد استفاده کرد:
۱- به عنوان کومنومر در ماتریس پلیمری
۲- ماده افزودنی در مرحله اکستروژن
۳- تکمیل شیمیایی پارچه
در دو روش دیرسوزکردن اول و دوم، الیاف پلی استر ذاتاً دیرسوز می شوند. چندین ماده متفاوت برای دیرسوزکردن در مرحله اکستروژن طراحی شده است؛ مشتقات الیگومر بیس فنل- S از شرکت Toyobo، فسفونات های سالیسیلیک (۱۰۱۰ و Antiblaze CU ) از شرکت Rhodia یا نمک های فسفینات از شرکت Clariant از جمله این مواد می باشند. باید توجه داشت که امکان استفاده از نمک های سالیسیلیک در مرحله تکمیل شیمیایی مواد نیز وجود دارد. مهمترین افزودنی های ضد آتش که استفاده از آنها برای الیاف پلی استر تجاری نیز شده است، عبارتند از :
● کومنومر تترا برومو بیس فنل A اتوکسی شده
● تریس (۲و۳- دی بومو پروپیل) فسفات
● استر سالیسیلیک فسفونات
● کربوکسی اتیل (متیل) فسفونیک اسید
برمین‌های استر فسفات به‌نام تریس (۲و۳-دی بروموپروپیل) فسفات که برای سادگی به‌نام تریس Tris مشهور است یکی از مفیدترین ترکیبات ضدآتش بر روی پلی‌استر می باشد. شکل ۱ ساختار شیمیایی تریس را نشان می دهد، این ترکیب مؤثر و چند منظوره است که هم به روش پد و هم به روش رمق‌کشی استفاده می‌گردد، ولی مشکل اصلی این ماده سرطان‌زا بودن آن است که کاربرد آن را ممنوع نموده است.

برای تولید کالای پلی استر دیرسوز شده، می توان از روش ترموزول نیز استفاده کرد. روش ترموزول روشی است که  جهت رنگرزی کالای پلی استری همراه با رنگزاهای دیسپرس استفاده می شود. در طی این عمل آوری کالا نرم شده و امکان نفوذ مواد حین عملیات پخت در دمای C°۱۹۰- ۲۱۰ برای مدت ۳۰-۴۰ ثانیه فراهم می شود. جهت تولید کالای ضد آتش با این روش، مواد تکمیلی برروی کالا پد شده و بعد از خشک شدن پارچه، مواد بر کالا تثبیت می گردد. یکی از محصولاتی که جهت تکمیل شیمیایی الیاف پلی استری بسیار استفاده می شود ترکیبات فسفوناتی در حالت مایع است که در شکل زیر ساختار آن آمده است:
X=0 مربوط به تری فسفوناتی است که در مذاب الیاف پلی استری به عنوان افزودنی اضافه می شود.
X=1 محصولی که می تواند به صورت عمل آوری و به روش ترموزول برکالای پلی استری اضافه گردد.
ترکیباتی چون تری فسفونات ها خاصیت ضد آتش خوبی را به کالا می دهند. از دیگر موادی که جهت دیرسوز کردن کردن الیاف پلی استری استفاده می شود هگزابرومو سیکلو دودکان است که این ماده نیز به روش ترموزول بر کالا به کار برده می شود ساختار این ماده در شکل ۳ آمده است. این ماده به صورت امولسیون یا سوسپانسیون بر کالا پد شده، سپس کالا خشک و در دمای C°۱۸۰-۲۰۵ برای مدت کوتاهی پخت می گردد. سپس باقیمانده مواد واکنش نداده با شستشو از کالا جدا می گردد. این ماده نه تنها برای کالای پلی استری استفاده می شود بلکه روی الیاف دیگری چون پلی پروپیلن و نایلون نیز کاربرد دارد.

در طول ۳۰ سال گذشته شمار زیادی از الیاف پلی‌استری دیرسوز شده در جهان تولید شده است که از میان آنها تنها ترویرا (Trevira®CS) از لحاظ تجاری موفق بوده است. میزان LOI  پلی استر کوپلیمریزه شده همراه با ۲- اسید کربوکسی اتیل (متیل) فسفینیک (ترویرا)، با w/w % 6/0 فسفر، ۲۸درصد بوده و نمونه مشتعل شده آن، قطره مذابی تولید نمی کند. فیدیین fidion دیگر لیف پلی استری است که توسط شرکت مونته فیبر (montefibre) به عنوان کالای دیرسوز شده روانه بازار شده است در این الیاف ترکیبات کومنومری فسفری، ترکیبات ارگانیک فسفر، کومنومرهای فسفینیک اسید و افزودنی های فسفری اضافه شده است.
طبق نتایج بدست آمده در چند سال گذشته به طور کلی روش لایه به لایه، یکی از موفق‌ترین روش‌ها در تولید منسوجات ضدآتش و تولید ذغال بوده است و این افزایش ذغال حتی در پلیمرهایی مانند پلی استر و پلی الفین‌ها که در حین سوختن قادر به تشکیل ذغال نیستند نیز دیده شده است.
در یکی از تحقیقات صورت گرفته از محلول‌های کلوئیدی مثبت و منفی نانو ذرات سیلیکا که دوست‌دار محیط زیست هستند، به صورت لایه به لایه جهت پوشش دهی پارچه پلی استری استفاده شد. نتایج نشان داد  پوشش‌دهی پارچه با نانو ذرات سیلیکا خصوصیات ضد آتش کالا را افزایش داد، به طوریکه  که میزان قطره قطره شدن مذاب کاهش یافته است. همچنین به‌کارگیری این نانو ذرات بر سطح پارچه،  زمان احتراق را به میزان ۴۵درصد افزایش و پیک سرعت گرمای آزاد شده را ۲۰درصد کاهش داده است.

نتیجه گیری
با توجه به کاربرد وسیع پارچه پلی استری و تولید روزافزون آن در جهان نیازمند تولید کالاهایی با خاصیت دیرسوز کننده هستیم. با توجه به روشهای ذکر شده در تولید کالای دیرسوز  و امکانات موجود در کشور به نظر می رسد تکمیل شیمیایی پارچه های پلی استری یکی از روشهای آسان و مقرون به صرفه در تولید کالای ضد آتش است. بر همین اساس استفاده از موادی که بیشترین تأثیر را در دیرسوز کردن کالا داشته و قادر به پاسخگویی استانداردهای موجود در این زمینه باشد، باید مورد توجه قرار گیرد تا جوابگوی نیاز کشور باشد.

مراجع :
۱.A. R. Horrocks, D. Price, “Advances in fire retardant materials”, Woodhead publishing, 2008.
۲. ولفگانگ د. شیندلر، مترجم: مقداد کمالی مقدم، سمیه صفی، سید مجید مرتضوی، ” تکمیل شیمیایی منسوجات”، انتشارات ارکان، چاپ اول، بهار ۱۳۸۹.
۳. G. Rosace, V. Migani, E. Guidoو C. Colleoni, “Flame Retardants, Engineering Materials”, Springer International Publishing Switzerland 2015.
۴. F. Carosio, G. Laufer, J. Alongi, G. Camino, J. C. Grunlan, “Layer-by-layer assembly of silica-based flame retardant thin film on PET fabric”, Polymer Degradation and Stability 96 745-750 2011.

گردآوری: سیده فرخ حسینی شکرابی (کارشناسی ارشد مهندسی نساجی-شیمی نساجی و علوم الیاف، دانشگاه صنعتی امیرکبیر)
کارشناس پژوهشی گروه تکنولوژی نساجی جهاد دانشگاهی واحد صنعتی امیرکبیر

منبع: شماره ۲۸ مجله کهن

تلفن اشتراک: ۷۷۲۴۵۷۸۰-۰۲۱