Application of boron compounds to polyacrylonitrile fabrics by environmentally friendly methods

Abstract

In this study, boron oxide and boric acid were used to impart flame retardant property to comonomer containing polyacrylonitrile (PAN) fabrics. Boron compounds were applied to fabrics by using various combinations of the atmospheric plasma modification and sol-gel methods. After the treatments, ignition times of the atmospheric plasma and sol-gel treated fabrics were compared with conventional padding process. Ignition times of all the samples treated with boron oxide and boric acid has increased, but the highest increase was obtained after the plasma+sol-gel method. The properties of fabrics were investigated using scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA) and Infrared Fourier Transform (FT-IR) analysis. SEM images and FT-IR spectrums of the treated samples has shown the presence of boron in all samples treated under various conditions. TGA thermograms have shown that the boron compounds increased the onset temperature of the PAN fabrics.

Keywords

• Atmospheric Plasma,Boric Acid,Boron Oxide,Flame Retardant,Polyacrylonitrile,Sol-Gel

Borlu bileşiklerin çevre dostu yöntemlerle poliakrilnitril kumaşlara uygulanması

Abstract

Bu çalışmada, komonomer içeren poliakrilnitril (PAN) kumaşlara güç tutuşur özellik kazandırmak için bor oksit ve borik asit kullanılmıştır. Borlu bileşikler, kumaşlara atmosferik plazma modifikasyonu ve sol-jel yöntemlerinin çeşitli kombinasyonları kullanılarak uygulanmıştır. Uygulama sonrası tutuşma süreleri, klasik emdirme yöntemiyle uygulanan kumaşlar ile karşılaştırılmıştır. Bor oksit ve borik asit ile farklı koşullarda işlem gören tüm numunelerin tutuşma süresinde artış görülmüştür, ancak en yüksek artış plazma+sol-jel yöntemi sonrasında elde edilmiştir. Kumaşların özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM), termogravimetrik analiz (TGA) ve Kızılötesi Fourier Dönüşüm (FT-IR) analizi kullanılarak incelenmiştir. İşlem gören numunelerin SEM görüntüleri ve FT-IR spektrumları, bor oksit ve borik asit ile çeşitli koşullarda işlem gören tüm numunelerde borun varlığını göstermiştir. TGA termogramları, borlu bileşiklerin PAN kumaşların bozunmaya başlama sıcaklığını arttırdığını göstermiştir. 

Keywords

• Atmosferik Plazma,Poliakrilnitril,Borik asit,Bor oksit,Güç tutuşurluk,Sol-jel

References

1. Jia Z., Yang Y.G., Study on structure and properties of polyacrylonitrile fiber modified by hydrazine hydrate, Advanced Materials Research, 548, 24-28, 2012.
2. Tsafack M.J., Levalois-Grutzmacher J., Plasma-induced graft-polymerization of flame retardant monomers onto PAN fabrics, Surface & Coatings Technology, 200, 3503–3510, 2006.
3. Kang Y.Q., Yang Y.G., Li, L.J., Jia, Z., Ma, A.R., Structure and properties of hydrolyzed cyclization-crosslinking flame-retardant polyacrylonitrile fiber, Advanced Materials Research, 1120, 576-580, 2015.
4. Şentürk D., Aydın P., Katuk E., Güç tutuşurluk uygulamaları, uygulanan performans testleri ve gelecekteki beklentileri için tasarımlar, Lisans Tezi, Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İzmir, 2017.
5. Karahan H.A., Atmosferik plazma kullanarak doğal liflerin yüzeysel özelliklerinin değiştirilmesi üzerine bir araştırma, Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İzmir, 2007.
6. Ren Y., Zhang Y., Zhao J., Wang X., Zeng, Q., Gu, Y., Phosphorus-doped organic–inorganic hybrid silicon coating for improving fire retardancy of polyacrylonitrile fabric, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 82(1), 280-288, 2017.
7. Arık B., Demir A., Özdoğan E, Seventekin N., Nanoteknolojik sol-jel yöntemi ve tekstil sanayinde uygulamaları, Tekstil Terbiye Dergisi, 4,7-20, 2008.
8. Kalın M.B., Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş, 2008.

9. Yılmazer D., Sodyum bor hidrür'ün tekstil terbiyesi işlemlerinde kullanım olanaklarının araştırılması, Uludağ Üniversitesi, Doktora Tezi, Uludağ, 2009.
10. Akkaya M., Bor minerallerinin tekstil terbiyesi alanında kullanım olanaklarının araştırılması. Doktora Tezi. SDÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011.
11. Yılmaz Aydın D., Gürü M., Ayar B., Çakanyıldırım Ç., Bor Bileşiklerinin Alev Geciktirici ve Yüksek Sıcaklığa Dayanıklı Pigment Olarak Uygulanabilirliği, Bor Dergisi, 1(1), 33-39, 2016.
12. Koçum C., H. Ayhan, Design and construction of uniform glow discharge plasma system operating under atmospheric condition, Review of Scientific Instruments, 78(6), 1-5, 2007.
13. Yan-Chun L., Yan X., Da-Nian L., Surface characteristics and antistatic mechanism of plasma-treated acrylic fibers, Applied Surface Science, 252, 2960-2966, 2006.
14. Akovali, G., Gundogan, G., Studies on flame retardancy of polyacrylonitrile fiber treated by flame-retardant monomers in cold plasma, Journal of Applied Polymer Science, 41, 2011-2019, 1990.
15. Erdik, E., Organik Kimyada Spektroskopik Yöntemler, Gazi Yayınevi, Ankara, 1998.
16. Nah, C., Han, S.H., Lee, M.H., Kim, J.S., Lee, D.S. Characteristics of polyimide ultrafine fibers prepared through electrospinning, Polymer international, 52(3), 429-432, 2003.
17. Temel E., Bozdoğan F., Innerstructure characterization of PAN-VA, PAN-MA copolymer fibers and PAN homopolymer fiber, XIVth International Izmir Textile and Apparel Symposium, October 26-28, 2017.
18. Shampa M., Ajit K.B., Low-temperature synthetic route for boron carbide, In Journal of the European Ceramic Society, 25 (2–3), 287-291, 2005.
19. Yaman N., Özdogan E., Kocum I., Ayhan H., Öktem T., Seventekin N., Atmosferik glow deşarj plazma sistemi ile polipropilen ve poliester kumaşlarin yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi, Tekstil ve Konfeksiyon, 19, 45-51, 2009.
20. Arik, B., Seventekin, N., Evaluation of antibacterial and structural properties of cotton fabric coated by chitosan/titania and chitosan/silica hybrid sol-gel coatings, Tekstil ve Konfeksiyon, 21(2), 107-115,2011.
21. Günsal Ç., Tekstil malzemelerine yanmazlık özelliğinin kazandırılması, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2007.
22. Laachachi A., Leroy E., Cochez M., Ferriol M., Lopez Cuesta J.M., Use of oxide nanoparticles and organoclays to improve thermal stability and fire retardancy of poly(methyl methacrylate), Polymer Degradation and Stability, 89(2), 344-352, 2005.