PET/Cloisite®15A composite fibers – studies on the structure and the flame inhibition mechanism

• Autorzy: Fabia Janusz , Gawłowski Andrzej , Rom Monika , Ślusarczyk Czesław , Biniaś Włodzimierz , Brzozowska-Stanuch Anna , Puchalski Michał

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2020.9.4

Warianty tytułu

PL

Włókna kompozytowe PET/Cloisite®15A – badania struktury i mechanizmu inhibitowania płomienia

• Konferencja: International Conference on “X-ray Investigations of Polymer Structure” (11 ; 03–06.12.2019 ; Ustroń, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The improvement of poly(ethylene terephthalate) (PET) fibers flame retardancy is usually achieved by using antipyrenes, which may be incorporated into polyester molecules during polycondensation or are physically mixed with polymer in the fiber formation process. In this article we present an alternative method to reduce the flammability of PET fibers and fabrics which is analogous to dyeing them with a dispersed dyes in a high temperature bath. We have tested this method many times using various modifiers so far. This time, we applied a commercial organophilized montmorillonite Cloisite®15A (C15A). In the presented work, using Limited Oxygen Index (LOI) flammability tests and the thermogravimetric analysis (TGA) method, the effectiveness of the modification used was demonstrated and its optimal variant was determined. Based on Fourier Transform-Infrared Spectroscopy (FT-IR) studies, the existence of interactions between PET macromolecules and the C15A modifier in the entire temperature range of the oxidative degradation was confirmed. Using the Wide-Angle X-ray Scattering (WAXS) and Small-Angle X-ray Scattering (SAXS) methods, the basic parameters of the nanostructure of the studied fibers were determined, and their nanocomposite nature was confirmed. The most important goal, which was successfully achieved, was to explain the mechanism of flame inhibition by the applied modifier C15A.

PL

Poprawę właściwości palnych włókien poli(tereftalanu etylenu) (PET) można uzyskać w wyniku zastosowania uniepalniaczy, które mogą być wprowadzane do mieszaniny reakcyjnej podczas polikondensacji poliestru lub fizycznie mieszane z polimerem w procesie tworzenia włókien. W niniejszym artykule przedstawiono alternatywną metodę zmniejszania palności włókien i wyrobów tekstylnych z PET, analogiczną do procesu ich barwienia rozproszonymi barwnikami w kąpieli wysokotemperaturowej. Metodę tę testowaliśmy już wielokrotnie przy użyciu różnych modyfikatorów. Tym razem zastosowaliśmy handlowo dostępny organofilizowany montmorylonit Cloisite®15A (C15A). Za pomocą testów palności (określano wartość LOI – wskaźnika tlenowego) oraz analizy termograwimetrycznej (TGA) wykazano skuteczność zastosowanej modyfikacji i określono jej optymalny wariant. Na podstawie badań spektroskopowych FT-IR (spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera) potwierdzono występowanie oddziaływań między makrocząsteczkami PET i modyfikatora C15A w całym zakresie temperatury, obejmującym proces degradacji oksydacyjnej. Metodami szeroko i mało kątowej dyfrakcji rentgenowskiej (WAXS i SAXS) określono podstawowe parametry nanostruktury badanych włókien oraz potwierdzono ich nanokompozytowy charakter. Wyjaśniono także mechanizm inhibitowania płomienia przez zastosowany modyfikator C15A.

Słowa kluczowe

EN

PET fibers; Cloisite®15A; flame retardancy; LOI; TGA; FT-IR; SEM; WAXS; SAXS

PL

włókna PET; Cloisite 15A; zmniejszona zapalność; LOI; TGA; FT-IR; SEM; WAXS; SAXS

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 65, nr 9
• Strony: 622--631
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys.

Twórcy

autor

Fabia Janusz

• University of Bielsko-Biala, Institute of Textile Engineering and Polymer Materials, Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała, Poland

autor

Gawłowski Andrzej

• University of Bielsko-Biala, Institute of Textile Engineering and Polymer Materials, Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała, Poland

autor

Rom Monika

• University of Bielsko-Biala, Institute of Textile Engineering and Polymer Materials, Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała, Poland

autor

Ślusarczyk Czesław

• University of Bielsko-Biala, Institute of Textile Engineering and Polymer Materials, Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała, Poland

autor

Biniaś Włodzimierz

• University of Bielsko-Biala, Institute of Textile Engineering and Polymer Materials, Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała, Poland

autor

Brzozowska-Stanuch Anna

• BOSMAL Automotive Research and Development Institute Ltd, Sarni Stok 93, 43-300 Bielsko-Biała, Poland

autor

Puchalski Michał

• Lodz University of Technology, Faculty of Material Technologies and Textile Design, Żeromskiego 116, 90-924 Łódź, Poland

Bibliografia

• [1] Mochane M.J., Luyt A.S.: Journal of Materials Science 2015, 50, 3485. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-015-8909-0
• [2] Nazare S., Kandola B.K., Horrocks A.R.: Polymers Advanced Technologies 2006, 17, 294. http://dx.doi.org/10.1002/pat.687
• [3] Entezam M., Khonakdar H.A, Jafari S.M.A. et al.: Journal of Vinyl and Additive Technology 2017, 23, E92. http://dx.doi.org/10.1002/vnl.21566
• [4] Ribeiro S.P.S., Martins R.C., Estevão L.R.M. et al.: Microscopy Research and Technique 2020, 83, 276. http://dx.doi.org/10.1002/jemt.23411
• [5] Ribeiro S.P.S., Estevão L.R.M., Nova´k C. et al.: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2011, 106, 535. http://dx.doi.org/10.1007/s10973-011-1540-7
• [6] Salaün F., Lemort G., Butstraen C. et al.: Polymers Advanced Technologies 2017, 28, 1919. http://dx.doi.org/10.1002/pat.4081
• [7] Ray S.S., Okamoto M.: Progress in Polymer Science 2003, 28, 1539. http://dx.doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2003.08.002
• [8] Paul D.R., Robeson L.M.: Polymer 2008, 49, 3187. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2008.04.017
• [9] Jancar J., Douglas J.F., Starr F.W. et al.: Polymer 2010, 51, 3321. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2010.04.074
• [10] Beyer G.: Plastics, Additives and Compounding 2002, 10, 2.
• [11] Horrocks A.R.: Polymer Degradation and Stability 2011, 96, 377. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2010.03.036
• [12] Teli M.D., Kale R.D.: Polymer Engineering and Science2012, 52, 1148. http://dx.doi.org/10.1002/pen.22179
• [13] Didane N., Giraud S., Devaux E. et al.: Polymer Degradation and Stability 2012, 97, 2545. h t t p : //d x . d o i . o r g / 10 .10 16 / j . p o l y m d e g r a d -stab.2012.07.006
• [14] Yang S-C., Kim J.P.: Journal of Applied Polymer Science 2008, 108, 2297. http://dx.doi.org/10.1002/app.27646
• [15] Carosio F., Laufer G., Alongi J. et al.: Polymer Degradation and Stability 2011, 96, 745. h t t p : //d x . d o i . o r g / 10 .10 16 / j . p o l y m d e g r a d -stab.2011.02.019
• [16] Carosio F., Di Blasio A., Cuttica F. et al.: Industrial & Engineering Chemistry Research 2013, 52 (28), 9544. http://dx.doi.org/10.1021/ie4011244
• [17] Alongi J., Ciobanu M., Tata J. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2011, 119, 1961. http://dx.doi.org/10.1002/app.32954
• [18] Kim Y-H., Jang J., Song K-G. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2001, 81, 793. http://dx.doi.org/10.1002/app.1497
• [19] Chen D-Q., Wang Y-Z., Hu X-P. et al.: Polymer Degradation and Stability 2005, 88, 349. h t t p : //d x . d o i . o r g / 10 .10 16 / j . p o l y m d e g r a d -stab.2004.11.010
• [20] Guo D-M., Fu T., Ruan C. et al.: Polymer 2015, 77, 21. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2015.09.016
• [21] Eckel D.F., Balogh M.P., Fasulo P.D. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2004, 93, 1110. http://dx.doi.org/10.1002/app.20566
• [22] Gashti M.P., Moradian S.: Journal of Applied Polymer Science 2012, 125, 4109. http://dx.doi.org/10.1002/app.35493
• [23] Gurmendi U., Eguiazabal J.I., Nazabal J.: Macromolecular Materials and Engineering 2007, 292, 169. http://dx.doi.org/10.1002/mame.200600376
• [24] Ghasemi H., Carreau P.J., Kamal M.R. et al.: Polymer Engineering and Science 2012, 52, 420. http://dx.doi.org/10.1002/pen.22099
• [25] Rault F., Campagne Ch., Rochery M. et al.: Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics 2010, 48, 1185. http://dx.doi.org/10.1002/polb.22008
• [26] Chuang C.S., Tsai K.C., Yang T.H. et al.: Applied Clay Science 2011, 53, 709. http://dx.doi.org/10.1016/j.clay.2011.06.009
• [27] Devaux E., Rochery M., Bourbigot S.: Fire and Materials 2002, 26, 149. http://dx.doi.org/10.1002/fam.792
• [28] Shahidi S., Ghoranneviss M.: Journal of Fusion Energy 2014, 33, 88. http://dx.doi.org/10.1007/s10894-013-9645-6
• [29] Toda T., Yoshida H., Fukunishi K.: Polymer 1997, 38, 5463. http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(97)00093-1
• [30] Fabia J., Gawłowski A., Graczyk T. et al.: Polimery 2014, 59, 557. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2014.557
• [31] Pat. Appl. P. 429 004 (2019).
• [32] Gawłowski A., Fabia J., Graczyk T. et al.: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2016, 125 (3), 1327. http://dx.doi.org/10.1007/s10973-016-5498-3
• [33] Mokhtar N.M., Lau W.J., Ismail A.F. et al.: RSC Advances 2014, 4, 63367. http://dx.doi.org/10.1039/C4RA10289D
• [34] Gawłowski A., Fabia J., Ślusarczyk Cz. et al.: Polimery 2017, 62, 848. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2017.848
• [35] Liu H., Wang R., Xu X.: Polymer Degradation and Stability 2010, 95, 1466. h t t p : //d x . d o i . o r g / 10 .10 16 / j . p o l y m d e g r a d -stab.2010.06.023
• [36] Rabiej M.: Journal of Applied Crystallography 2017, 50, 221. http://dx.doi.org/10.1107/S160057671601983X
• [37] Alexander L.E.: “X-ray Diffraction Methods in Polymer Science”, Wiley, New York, USA, 1969.
• [38] Yano K., Usuki A., Okada A. et al.: Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry 1993, 31, 2493. http://dx.doi.org/10.1002/pola.1993.080311009
• [39] Gilman J.W.: Applied Clay Science 2000, 15, 31. http://dx.doi.org/10.1016/S0169-1317(99)00019-8
• [40] Bourbigot S., Bras M.L., Dabrowski F. et al.: Fire and Materials 2000, 24, 201. h t t p : / / d x . d o i . o r g / 1 0 . 1 0 0 2 / 1 0 9 9 --1018(200007/08)24:4<201::AID-FAM739>3.0.CO;2-D
• [41] Gilman J.W., Jackson C.L., Morgan A.B. et al.: Chemistry of Materials 2000, 12, 1866. http://dx.doi.org/10.1021/cm0001760
• [42] Zhu J., Morgan A.B., Lamelas F.J. et al.: Chemistry of Materials 2001, 13, 3774.http://dx.doi.org/10.1021/cm000984r

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).