滌棉阻燃面料整理易燃分析

l前言

滌棉阻燃面料由于服用性能優(yōu)良和結(jié)實(shí)耐用，深受消費(fèi)者歡迎。然而，由于它易燃燒造成火災(zāi)事故，并導(dǎo)致巨大損失，因此阻燃整理的研究受到普遍關(guān)注[1]。迄今為止，人們發(fā)現(xiàn)對(duì)滌棉阻燃面料織物的阻燃整理遠(yuǎn)比對(duì)其中任一組分的阻燃要困難。其原因主要有：(1)因?yàn)槊奘且环N不熔融不收縮的易燃性纖維，當(dāng)滌棉阻燃面料制品燃燒時(shí)，棉纖維發(fā)生炭化，對(duì)滌綸起了一種類似于燭芯的支架作用，從而阻礙滌綸的熔滴脫離火源；(2)滌綸和棉兩種聚合物或它們的裂解產(chǎn)物的相互熱誘導(dǎo)，加速了裂解產(chǎn)物的溢出，因此滌棉阻燃面料織物的著火速度比純滌和純棉要快得多；(3)在燃燒過(guò)程中，阻燃劑會(huì)在滌和棉兩種組分間遷移，因此，也給滌棉阻燃面料織物的阻燃帶來(lái)了困難；(4)滌棉阻燃面料混紡織物受熱時(shí)，受熱熔融的滌綸組分會(huì)覆蓋在滌綸纖維表面，而滌綸纖維及其裂解生成的炭會(huì)形成骨架，阻止織物收縮，致使熔融的滌綸成為著火區(qū)的一種燃料，使織物燃燒更加劇烈。

用阻燃劑PN一1和PN一2處理織物后，其斷裂強(qiáng)度、撕破強(qiáng)力、手感均下降不多。尤其是手感，由于用這兩種阻燃劑處理織物后的織物增重均小于3O，因此織物處理后的手感變化不大。其中用PN一2處理織物后機(jī)械性能和手感均要好于PN一1。這是由于PN一1的結(jié)構(gòu)比PN一2大，容易與織物生成分子量較大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物。而PN一2分子量較PN一1小，易透入纖維內(nèi)部，生成聚合物，故其機(jī)械性能和手感比PN一1好。

4結(jié)論

用阻燃劑PN一1和PN一2處理織物后，其斷裂強(qiáng)度、撕破強(qiáng)力、手感均下降不多。尤其是手感，由于用這兩種阻燃劑處理織物后的織物增重均小于3O，因此織物處理后的手感變化不大。其中用PN一2處理織物后機(jī)械性能和手感均要好于PN一1。這是由于PN一1的結(jié)構(gòu)比PN一2大，容易與織物生成分子量較大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物。而PN一2分子量較PN一1小，易透入纖維內(nèi)部，生成聚合物，故其機(jī)械性能和手感比PN一1好。

4．1利用THPC和酰胺類化合物與氨反應(yīng)，生成的磷氮阻燃劑PN一1、PN一2，具有磷氮協(xié)同效應(yīng)，能提高阻燃效果。其中PN一2的含磷和含氮量要高于PN一1。

4．2磷氮阻燃劑PN一1和PN一2處理滌棉阻燃面料混紡織物皆能取得較好的阻燃效果。阻燃劑PN一1分子的單元結(jié)構(gòu)比PN一2大，容易在織物上生成分子量較大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物；而PN一2分子的單元結(jié)構(gòu)相對(duì)較小，滲透性好，容易透入到纖維內(nèi)部生成聚合物。因此在本實(shí)驗(yàn)條件下，用阻燃劑PN一1和PN一2處理織物，PN一1的損毀長(zhǎng)度和織物增重要低于PN一2，而PN一2的斷裂強(qiáng)度、撕破強(qiáng)力及手感均要好于PN一1。 

 

因此，要降低滌棉阻燃面料織物的可燃性，需做到以下幾點(diǎn)：(1)混紡織物中每一組分都要進(jìn)行阻燃化；(2)混紡織物阻燃整理時(shí)，采用各自合適的阻燃劑，其作用最好能互補(bǔ)或互不干擾；(3)消除骨架效應(yīng)和兩組分的干擾作用。

長(zhǎng)期以來(lái)，已開(kāi)發(fā)的滌棉阻燃面料織物阻燃整理工藝技術(shù)和其阻燃劑性能難以滿足某些用途的要求。存在的問(wèn)題主要是整理后的織物手感或機(jī)械強(qiáng)度不盡如人意；其次是生產(chǎn)生態(tài)學(xué)方面還需改善。目前，還未能很好地找到能對(duì)兩種纖維同時(shí)起阻燃作用且效果較好的阻燃劑和整理工藝。當(dāng)前應(yīng)用比較多的是十溴二苯醚，但它具有涂層整理的性質(zhì)，手感不十分理想。直至目前，我國(guó)對(duì)滌棉阻燃面料織物的阻燃還在繼續(xù)研究之中。

PN系阻燃劑在純棉織物上是最有效的阻燃劑之一。同時(shí)，由于磷氮兩者之間的協(xié)同效應(yīng)，使其在滌棉阻燃面料混紡織物上的應(yīng)用也有很大的發(fā)展。本文采用四羥甲基氯化磷(THPc)和酰胺類化合物與氨反應(yīng)，形成一種溶于水的預(yù)縮體作為阻燃劑PN一1和PN一2。阻燃劑PN一1和PN一2利用磷氮阻燃體系對(duì)纖維素纖維進(jìn)行固相阻燃，有明顯的協(xié)效作用。因?yàn)楹�氮化合物的加入可減少磷系阻燃劑的用量，提高阻燃效果。同時(shí)，氮與磷會(huì)首先形成磷酰胺類結(jié)構(gòu)，然后生成P—N鍵，這樣可增強(qiáng)與纖維伯羥基發(fā)生磷�；�反應(yīng)的能力，抑制左旋葡萄糖的生成。

利用阻燃劑PN一1和PN一2對(duì)滌棉阻燃面料混紡織物進(jìn)行阻燃整理，可以使阻燃整理織物基本上達(dá)到無(wú)陰燃、無(wú)余燃、不融滴，整理織物耐洗性好，手感也有一定改善，同時(shí)處理后的織物機(jī)械性能變化也不大。因此，滌棉阻燃面料混紡織物阻燃劑PN一1、PN一2可推廣應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。本文主要就磷氮阻燃劑PN一1和PN一2對(duì)滌棉阻燃面料混紡織物的阻燃性能和整理?xiàng)l件進(jìn)行比較研究。

2實(shí)驗(yàn)材料與方法

2．1材料

2．1．1阻燃劑

滌棉阻燃面料混紡織物磷氮阻燃劑PN一1、PN一2(自制)。

2．1．2助劑

有機(jī)硅柔軟劑SR、JFC滲透劑等(均為工業(yè)級(jí))。

2．1．3試劑

甲醛，尿素，三聚氰胺，三乙醇胺，NaOH，H2O2，Na2SiO。，NaAc，Na2CO。等，均為市售AR和CP級(jí)。

2．1．4織物

45×45 l10×76退煮漂后的滌棉阻燃面料(65／35)平布。

2．2阻燃整理工藝

工作液組成PN，TMM，尿素，NaAc，柔軟劑等。工藝流程二浸二軋(軋液率75％～8O)→焙烘(150℃×4 min)→氧化(0．1 H2O2，0．02NaOH，40℃)→皂洗(2 g／I Na2CO3，4 g／I肥皂)→水洗→烘干

2．3測(cè)試方法

織物性能指標(biāo)均在溫度2012℃，相對(duì)濕度65±5的條件下，平衡24 h后測(cè)試。

2．3．1阻燃性能

采用垂直織物阻燃性能測(cè)試儀。測(cè)定損毀長(zhǎng)度、余燃時(shí)間、陰燃時(shí)間等。

2．3．2斷裂強(qiáng)度

YG026—250型織物強(qiáng)力儀測(cè)定斷裂強(qiáng)度。

2．3．3撕破強(qiáng)力

Elmendorf法測(cè)定撕破強(qiáng)力。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3．1 PN一1與PN一2阻燃劑結(jié)構(gòu)比較

磷氮阻燃劑PN一1和PN 2的可能結(jié)構(gòu)為：

 

表1數(shù)據(jù)表明，阻燃劑PN一1與PN一2的P／N之比大約相等。這說(shuō)明它們的磷氮協(xié)同效應(yīng)大致相同，都能與滌棉阻燃面料混紡織物形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)]。PN一2的磷含量高于PN一1，但其分子的單元結(jié)構(gòu)比PN 1小，易透人到纖維內(nèi)部，使織物增重較大；而PN 1分子的單元結(jié)構(gòu)大，容易固著在纖維上，織物阻燃后的損毀長(zhǎng)度比PN一2低。

3．2阻燃工作液組分對(duì)阻燃性能的影響

3．2．1阻燃劑用量對(duì)阻燃性能的影響

一般在整理過(guò)程中阻燃劑用量越多，即在織物上的含量越大，則織物的阻燃性能越好。

 

由圖1可見(jiàn)，隨阻燃劑PN一1和PN一2的濃度提高，其損毀長(zhǎng)度下降，而織物增重卻上升。對(duì)PN一1來(lái)

說(shuō)，當(dāng)阻燃劑濃度為35時(shí)，其損毀長(zhǎng)度和織物增重分別達(dá)到一定值，以后隨著濃度進(jìn)一步提高，損毀長(zhǎng)度和織物增重沒(méi)什么變化。而對(duì)PN一2來(lái)說(shuō)，當(dāng)阻燃劑濃度為23時(shí)，其損毀長(zhǎng)度和織物增重就不再變化。由于PN一1的單元結(jié)構(gòu)要比PN一2大，滲透較難，用量要比PN一2大，以致?lián)p毀長(zhǎng)度比PN一2低；而PN 2易滲透，雖阻燃劑用量比PN一1低，但是反應(yīng)性較活潑，導(dǎo)致織物增重要高于PN 1。同時(shí)在相同用量的情況下，阻燃劑PN一1處理后的滌棉阻燃面料混紡織物，其織物增重和損毀長(zhǎng)度均要低于PN一2。

由圖1(a)和(b)可見(jiàn)，當(dāng)阻燃劑PN一1和PN一2的用量分別在35%和25%時(shí)，織物增重的提高和損毀長(zhǎng)度的下降逐漸趨向平衡。因此，用此濃度處理后的滌棉阻燃面料織物均能獲得良好的阻燃效果。

3．2．2 TMM濃度對(duì)阻燃效果的影響

TMM樹(shù)脂能與阻燃劑PN一1和PN一2反應(yīng)，形成網(wǎng)狀的聚合物固著在纖維上，從而提高阻燃整理織物的耐洗性能，但用量必須適當(dāng)控制。PN一1和PN一2阻燃劑與TMM反應(yīng)機(jī)理可能如下：

 

圖2(a)和(b)是滌棉阻燃面料織物在不同TMM濃度下經(jīng)PN 1和PN 2阻燃劑整理后的增重和損毀長(zhǎng)度變化。從圖2可知，TMM用量較低時(shí)，織物的阻燃效果很差。隨著TMM用量的逐漸提高，經(jīng)阻燃劑PN一1和PN一2整理后的滌棉阻燃面料混紡織物，其增重、阻燃性能和耐洗滌性也隨之提高。TMM用量過(guò)大，織物的手感變硬，機(jī)械性能下降。對(duì)PN一1而言，比較適當(dāng)?shù)腡MM濃度應(yīng)選擇在3%～4%；而對(duì)PN一2來(lái)說(shuō)，TMM濃度應(yīng)選擇在5%～6%之間。

3．2．3尿素及柔軟劑的作用

尿素結(jié)構(gòu)中含有高量的氮元素，能與阻燃劑PN一1和PN一2中的磷元素起協(xié)調(diào)作用，從而提高織物阻燃性能或降低阻燃劑的用量。但尿素的加入量應(yīng)與阻燃劑用量相適。圖3為尿素用量對(duì)阻燃劑PN一1和PN一2阻燃性能的影響。

 

從圖3(a)和(b)可知，PN一1尿素的用量應(yīng)選擇在l%～2%之間，而PN一2尿素的用量應(yīng)選擇在3%左右。

為了改善阻燃產(chǎn)品的柔軟性，需添加適量的柔軟劑。但在阻燃整理中，柔軟劑的加入往往會(huì)降低阻燃織物的阻燃性，故應(yīng)控制其種類和用量。通常選用的柔軟劑是有機(jī)硅類。一般來(lái)說(shuō)，阻燃劑PN～1整理時(shí)，柔軟劑的用量應(yīng)在0．5%～2%之間；而PN一2整理時(shí)，柔軟劑用量為1%，此時(shí)整理后的織物手感較好，對(duì)阻燃性能也無(wú)明顯影響。

3．2．4焙烘條件和氧化對(duì)阻燃效果的影響

若阻燃劑PN一1、PN 2和TMM樹(shù)脂與纖維反應(yīng)完全，能提高阻燃整理織物的阻燃性能，故而焙烘條件的控制相當(dāng)重要。圖4為阻燃劑PN一1和PN 2處理滌棉阻燃面料織物時(shí)的焙烘溫度和焙烘時(shí)問(wèn)對(duì)織物損毀長(zhǎng)度的影響。

 

從圖4可知，隨焙烘時(shí)間的延長(zhǎng)，由于阻燃劑、TMM等與織物的反應(yīng)程度提高，織物的損毀長(zhǎng)度均逐漸下降。但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使織物變脆和手感發(fā)硬。因此，時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。在相同的焙烘時(shí)間下，在140℃焙烘時(shí)，由于溫度太低，阻燃劑和TMM與纖維反應(yīng)不夠完全，耐洗性較差，影響織物的阻燃性能。當(dāng)焙烘溫度大于16O℃時(shí)，反應(yīng)能力增加，阻燃性能好，但會(huì)伴隨著織物的斷裂強(qiáng)度下降，手感變硬。因而焙烘時(shí)間應(yīng)與焙烘溫度相適應(yīng)，即焙烘溫度不能過(guò)高，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。阻燃劑PN一1和PN一2比較適宜的焙烘條件為：溫度150℃，時(shí)間3～4 min。焙烘后，經(jīng)適度的氧化水洗，能將阻燃聚合物中可能含有的低價(jià)態(tài)的磷全部氧化成+5價(jià)高價(jià)磷，提高阻燃劑PN一1和PN一2處理后織物的阻燃性能和耐洗性。

3．3磷氮阻燃劑處理滌棉阻燃面料織物的阻燃效果比較

表2為滌棉 阻燃面料 混紡織物經(jīng)阻燃劑PN—l和PN一2處理后其各種性能情況。從表2可知，經(jīng)阻燃劑PN一1和PN一2處理織物后，它們的余燃時(shí)間和陰燃時(shí)間皆為零。這說(shuō)明磷氮阻燃劑具有良好的協(xié)同效應(yīng)。如前所述，而PN—l處理織物其用量高于PN一2，但損毀長(zhǎng)度要比PN一2低，在TMM和尿素用量均低于PN 2的情況下，織物的增重要比PN一2小，這表明阻燃劑可能主要附著在纖維表面。另外阻燃劑PN一1和PN一2經(jīng)2O次洗滌后，其損毀長(zhǎng)度和織物的增重變化都不大。這也反映出它們具有良好的耐洗性。

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