vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2018-54-2-204-215vestich-322Research ArticleХИМИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙPOLYMER CHEMISTRYПОЛУЧЕНИЕ ФОСФОРИЛИРОВАННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ОЦЕНКА ЕЕ ОГНЕЗАЩИТНЫХ И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВPREPARATION OF PHOSPHORYLATED CELLULOSE AND EVALUTION OF ITS FLAME RETARDANT AND STRENGTH PROPERTIESЛуневаН. К.LunevaN. K.

Лунева Нина Клавдиевна – канд. хим. наук, доцент, вед. науч. сотрудник.

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск.

Nina K. Luneva – Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Leading Researcher.

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk.

luneva@igic.bas-net.byЕзовитоваТ. И.EzovitivaT. I.

Езовитова Татьяна Ильинична – мл. науч. сотрудник.

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск.

Tatiana I. Ezovitiva – Junior Researcher.

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk.

t.ezovitova@gmail.comШевчукВ. В.ShevchukV. V.

Шевчук Вячеслав Владимирович – член-корреспондент, д-р хим. наук, зав. отделом.

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск.

 Viacheslav V. Shevchuk – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Chemistry), Head of the Department.

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk.

shevchukslava@rambler.ruСмычникА. Д.SmychnikA. D.

Смычник Анатолий Дмитриевич – член-корреспондент, д-р хим. наук, технич. директор.

пр. Кутузова, 26, 238434, Калининград.

Anatoliy D. Smychnik – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Chemistry), Technical Director.

26, Kutuzov Ave., 238434, Kalinungrad.

j.sivokhin@k-potash.ruИнститут общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси.Institute of General and Inorganic Chemistry, National Academy of Sciences of Belarus.ООО «К-Поташ Сервис С».Company «K-Potash Service C».201823062018542204215Copyright © Лунева Н.К., Езовитова Т.И., Шевчук В.В., Смычник А.Д., 20182018Лунева Н.К., Езовитова Т.И., Шевчук В.В., Смычник А.Д.Luneva N.K., Ezovitiva T.I., Shevchuk V.V., Smychnik A.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/322

Изучен процесс модификации целлюлозы смесью ортофосфорной кислоты и полифосфата аммония в среде карбамида или этими же составами с добавкой соли магния. Показано, что в условиях модификации этерифицирующий состав подвергается направленной анионной реорганизации с образованием линейных короткоцепочечных полифосфатов. Установлено, что уровень огневой защищенности модифицированной целлюлозы с использованием фосфатных составов зависит как от содержания фосфора в тканях, так и от состава вводимых эфирных групп. Эффективность сопротивляемости огню полученных материалов увеличивается с ростом длины фосфатных цепей. Показано, что в процессе осуществления модификации целлюлозы с использованием обогащенных полифосфатами пропиточных составов в интервале 130–160 °С обеспечиваются условия, приводящие к получению фосфатов целлюлозы с небольшими потерями прочности хлопчатобумажных материалов (не более 10–15 %). Полученные фосфаты целлюлозы обладают уровнем сопротивляемости огню, соответствующим трудногорючим материалам.

The process of cellulose modification with a mixture of orthophosphoric acid and ammonium polyphosphate or pentasodium triphosphate in a carbamide medium or with the same compounds in presence of magnesium salt was studied. Under these modification conditions, the esterifying composition undergoes direct anionic reorganization with the formation of linear short-chain polyphosphates. It has been established that the level of fire protection of modified cellulose using phosphate formulations depends both on the phosphorus content in the fabric and on the composition of the ester groups introduced. The effectiveness of fire resistance of the obtained materials increases with the length of the phosphate chains. It is shown that in the process of cellulose modifications using impregnated compositions in the range of 130–160 °C cellulose phosphates with small losses in strength of cotton materials (no more than 10–15 %) are produced. The resulting cellulose phosphates have a fire resistance level corresponding to difficult-burning materials.

целлюлозамодификацияфосфорилированиеполифосфатыортофосфатыогнезащищенностьсохранность прочностных характеристиктоксикологияcellulosemodificationphosphorylatingpolyphosphatesortophosphatesfire-protectingsafety of durabilitytoxicityReferencesВиноградов, В. В. Взаимодействие целлюлозы с водными растворами ортофосфорной кислоты. I. Результаты предварительных экспериментов / В. В. Виноградов, Л. Н. Мизеровский, О. П. Акаев // Химические волокна. – 2002. – № 3. – С. 15–18.Vinogradov V. V., Mizerovskii L. N., Akaev O. P. Reaction of Cellulose with Aqueous Solutions of Orthophosphoric Acid. Fibre Chemistry, 2002, vol. 34, no. 3, pp. 167 – 171. DOI: 10.1023/a:1020558829106Мизеровский, Л. Н. Взаимодействие целлюлозы с водными растворами ортофосфорной кислоты. Структурные и химические аспекты реакции Н3РО4 с гидратированной целлюлозной пленкой / Л. Н. Мизеровский, В. В. Афанасьева // Химические волокна. – 2002. – № 5. – С. 20 – 24.Mizerovskii L. N., Afanas’eva V. V. Reaction of Cellulose with Aqueous Solutions of Orthophosphoric Acid. Struc- tural and Chemical Aspects of the Reaction of H3PO4 with Hydrated Cellulose Film. Fibre Chemistry, 2002, vol. 34, no. 5, pp. 329–334. DOI: 10.1023/a:1022150816545Лунева, Н. К. Фосфорилирование целлюлозы смесью ортофосфорной кислоты и полифосфата аммония в среде карбамида / Н. К. Лунева, Т. И. Езовитова // ЖПХ. – 2014. – Т. 87, № 10. – С. 1512 – 1520.Luneva N. K., Ezovitova T. I. Cellulose Phosphorylation with a Mixture of Orthophosphoric Acid and Ammonium Polyphosphate in Urea Medium. Russian Journal of Applied Chemistry, 2014, vol. 87, no. 10, pp. 1558–1565. DOI: 10.1134/ s1070427214100243Лунева, Н. К. Этерификация целлюлозы разной структурной неоднородности ортофосфорной кислотой / Н. К. Лунева, Е. А. Тельпук, А. В. Онуфрейчук // ЖПХ. – 2012. – Т. 85, № 11. – С. 1818 – 1825.Luneva N. K., Tel’puk E. A., Onufreichuk A. V. Esterification with Orthophosphoric Acid of Cellulose Samples with Different Extents of Structural Heterogeneity. Russian Journal of Applied Chemistry, 2012, vol. 85, no. 11, pp. 1726–1731. DOI: 10.1134/s107042721211016xЛунева, Н. К. Получение и изучение свойств фосфатов целлюлозы / Н. К. Лунева, Л. И. Петровская, Т. И. Езовитова // ЖПХ. 2007 – Т. 80, № 11. С. 1899 – 1903.Luneva N. K., Petrovskaya L. I., Ezovitova T. I. Synthesis and Properties of Cellulose Phosphates. Russian Journal of Applied Chemistry, 2007, vol. 80, no. 11, pp. 1923–1927. DOI: 10.1134/s1070427207110298Cпособ получения антипирена: пат. 2172242 РФ: МПК B27K3/52, B27K3/34 / А. А. Леонович, А. В. Шелоумов; дата публ.: 20.08.2001.Leonovich A. A., Cheloumov A. V. The method of producing fire retardant. Patent Russian Federation no. 2172242. 2001. (in Russian).Балакин, В. М. Азот-фосфорсодержащие антипирены для древесины и древесных композиционных материалов / В. М. Балакин, Е. Б. Полищук // Пожаровзрывобезопасность. – 2008. – Т. 17, № 2. – С. 43–51.Balakin V. M., Polishchuk E. B. Nitrogen-Phosphorus-containing Flame Retardants for Wood and Wood Composite Materials. Pozharovzryvobezopasnoct’ = Fire and Explosion Safety, 2008, vol. 17, no. 2, pp. 43–51 (in Russian).Состав для огнезащиты и тушения тлеющих материалов: пат. 14310 Респ. Беларусь: A62D 1/00, C09K 21/00 / В. В. Лахвич, З. В. Шукело, В. В. Богданова, Л. В. Радкевич; дата публ.: 28.02.2011.Lahvich V. V., Shukelo Z. V., Bogdanova B. B., Radkevich L. V. Composition for Fire Protection and Extinguishing Smoldering Materials. Patent Republic of Belarus no. 14310, 2011. (in Russian).Байклз, Н. Целлюлоза и ее производные: в 2 т. / Н. Байклз, Л. Сегал ; пер. с англ. под ред. З. А. Роговина. – М.: Мир, 1974. – Т. 1. – 499 с.; Т. 2. – 512 с.Bikales N. M., Segal L. (eds.) Cellulose and Cellulose Derivatives. New York, Wiley Interscience, 1971.Нифантьев, Э. Е. Фосфорилирование целлюлозы / Э. Е. Нифантьев // Успехи химии. – 1965. – Т. 34, № 14. – С. 2206–2219.Nifant’ev E. E. The Phosphorylation of Cellulose. Russian Chemical Reviews, 1965, vol. 34, no. 12, pp. 942–949. DOI: 10.1070/rc1965v034n12abeh001577Karl-Kroupa, E. Use of paper chromatography for differential analyses of phosphate mixtures / E. Karl-Kroupa // Analytic Chemistry. – 1956. – Vol. 28. № 7. – P. 1091–1097. DOI: 10.1021/ac60115a008Karl-Kroupa E. Use of paper chromatography for differential analyses of phosphate mixtures. Analytic Chemistry, 1956, vol. 28, no. 7, pp. 1091–1097. DOI: 10.1021/ac60115a008ГОСТ 30244-94. Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть. – М.: Стандартинформ, 2006. – 19 с.State Standard 30244-94. Bulding materials. Methods for combustibility test. Moscow, Standartinform Publ., 2006. 19 p. (in Russian).ГОСТ 29104.4-91. Ткани технические. Метод определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве. – М.: Стандартинформ, 2004. – 7 с.State Standard 29104.4-91. Industrial fabrics. Method for determination of breaking stress and extension. Moscow, Standartinform Publ., 2004. 7 p. (in Russian).Кочергин, В. П. Взаимодействие расплавленных полифосфатов с карбонатами щелочных металлов / В. П. Ко- чергин, М. В. Падерова, В. И. Башкирцева // Журн. неорган. химии. – 1984. – Т. 29, № 12. – С. 3189–3192.Kochergin V. P., Paderova M. V., Bashkirtseva V. I. Interaction of molten polyphosphates with carbonates of alkali metals. Zhurnal neorganicheskoi khimii = Russian Journal of Inorganic Chemistry, 1984, vol. 29, no. 12, pp. 3189–3192 (in Russian).Падерова, Л. В. Высокотемпературное взаимодействие полифосфатов с нитратами щелочных металлов / Л. В. Падерова, С. А. Николенко, В. П. Кочергин // Журн. неорган. химии. – 1984. – Т. 29, № 12. – С. 3111–3114.Paderova L. V., Nikolenko V. P., Kochergin V. P. High-temperature interaction of polyphosphates with nitrates of alkali metals. Zhurnal neorganicheskoi khimii = Russian Journal of Inorganic Chemistry, 1984, vol. 29, no. 12, pp. 3111–3114 (in Russian).Watanabe, M. The Mechanism of the Hydrolyses of Polyphosphates. The Effect of Cation on the Hydrolyses of Pyro- and Thriphosphates / M. Watenale, M. Matsuura, N. Yamada // Bulletin Chemistry Society Japan. – 1981. – Vol. 54, № 3. – P. 738 – 741. DOI: 10.1246/bcsj.54.738Watanabe M, Matsuura M, Yamada N. The Mechanism of the Hydrolyses of Polyphosphates. The Effect of Cation on the Hydrolyses of Pyro- and Thriphosphates. Bulletin Chemistry Society Japan, 1981, vol. 54, no. 3, pp. 738–741. DOI: 10.1246/bcsj.54.738Продан, Е. А. Кинетика распада триполифосфат-иона в системе К5Р3О10 – Н5Р3О10 – Н2О / Е. А. Продан, И. Л. Шашкова, О. Э. Борич // Вес. Акад. навук БССР. Сер. хім. навyк. – 1983. – № 3. – С. 45–49.Prodan E. A., Shashkova I. L., Borich O. E. Kinetics of Tripolyphosphate-ion decay in the К5Р3О10 – Н5Р3О10 – Н2О System. Vestsi Akademii navuk BSSR. Seriya khimichnykh navuk [Proceedings of the Academy of Sciences of the BSSR. Chemical Series], 1983, no. 3, pp. 45–49 (in Russian).Изучение пиролиза продуктов модификации целлюлозы конденсированными фосфатами / И. С. Скорынина [и др.] // Вес. Акад. навук БССР. Сер. хім. навук. – 1970. – № 3. – С. 29 – 34.Skorynina I. S., Gusev S. S., Vorob’eva N. K., Ermolenko N. N. Study of Cellulose Pyrolysis Products of Condensed Phosphate Modification. Vestsi Akademii navuk BSSR. Seriya khimichnykh navuk [Proceedings of the Academy of Sciences of the BSSR. Chemical Series], 1970, № 3, pp. 29–34 (in Russian).Продан, Е. А. Триполифосфаты и их применение / Е. А. Продан, Л. И. Продан, Н. Ф. Ермоленко. – Минск: Наука и техника, 1969. – 284 с.Prodan E. A., Prodan L. I., Ermolenko N. F. Tripolyphosphates and their Use. Minsk, Nauka i tekhnika Publ., 1969. 284 p. (in Russian).ГОСТ 19297-2003. Ткани хлопчатобумажные с огнезащитной отделкой. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2005. – 11 с.State Standard 19297-2003. Cotton fabrics treated for fire-resistance. Specifications. Moscow, Standartinform Publ., 2005. 11 p. (in Russian).ГОСТ 12.1.044-89. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы определения. – М.: Стандартинформ, 2006. – 99 с.State Standard 12.1.044-89. Occupational safety standards system. Fire and explosion hazard of substances and materials. Nomenclature of indices and methods of their determination. Moscow, Standartinform Publ., 2006. 99 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.