涤棉阻燃面料整理易燃分析

涤棉 阻燃面料 整理易燃分析

l前言涤棉阻燃面料由于服用性能优良和结实耐用，深受消费者欢迎。然而，由于它易燃烧造成火灾事故，并导致巨大损失，因此阻燃整理的研究受到普遍关注[1]。迄今为止，人们发现对涤棉阻燃面料织物的阻燃整理远比对其中任一组分的阻燃要困难。其原因主要有：(1)因为棉是一种不熔融不收缩的易燃性纤维，当涤棉阻燃面料制品燃烧时，棉纤维发生炭化，对涤纶起了一种类似于烛芯的支架作用，从而阻碍涤纶的熔滴脱离火源；(2)涤纶和棉两种聚合物或它们的裂解产物的相互热诱导，加速了裂解产物的溢出，因此涤棉阻燃面料织物的着火速度比纯涤和纯棉要快得多；(3)在燃烧过程中，阻燃剂会在涤和棉两种组分间迁移，因此，也给涤棉阻燃面料织物的阻燃带来了困难；(4)涤棉阻燃面料混纺织物受热时，受热熔融的涤纶组分会覆盖在涤纶纤维表面，而涤纶纤维及其裂解生成的炭会形成骨架，阻止织物收缩，致使熔融的涤纶成为着火区的一种燃料，使织物燃烧更加剧烈。用阻燃剂PN一1和PN一2处理织物后，其断裂强度、撕破强力、手感均下降不多。尤其是手感，由于用这两种阻燃剂处理织物后的织物增重均小于3O，因此织物处理后的手感变化不大。其中用PN一2处理织物后机械性能和手感均要好于PN一1。这是由于PN一1的结构比PN一2大，容易与织物生成分子量较大的网状结构的聚合物。而PN一2分子量较PN一1小，易透入纤维内部，生成聚合物，故其机械性能和手感比PN一1好。4结论用阻燃剂PN一1和PN一2处理织物后，其断裂强度、撕破强力、手感均下降不多。尤其是手感，由于用这两种阻燃剂处理织物后的织物增重均小于3O，因此织物处理后的手感变化不大。其中用PN一2处理织物后机械性能和手感均要好于PN一1。这是由于PN一1的结构比PN一2大，容易与织物生成分子量较大的网状结构的聚合物。而PN一2分子量较PN一1小，易透入纤维内部，生成聚合物，故其机械性能和手感比PN一1好。4．1利用THPC和酰胺类化合物与氨反应，生成的磷氮阻燃剂PN一1、PN一2，具有磷氮协同效应，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磷氮阻燃剂PN一1和PN一2处理涤棉阻燃面料混纺织物皆能取得较好的阻燃效果。阻燃剂PN一1分子的单元结构比PN一2大，容易在织物上生成分子量较大的网状结构的聚合物；而PN一2分子的单元结构相对较小，渗透性好，容易透入到纤维内部生成聚合物。因此在本实验条件下，用阻燃剂PN一1和PN一2处理织物，PN一1的损毁长度和织物增重要低于PN一2，而PN一2的断裂强度、撕破强力及手感均要好于PN一1。因此，要降低涤棉阻燃面料织物的可燃性，需做到以下几点：(1)混纺织物中每一组分都要进行阻燃化；(2)混纺织物阻燃整理时，采用各自合适的阻燃剂，其作用最好能互补或互不干扰；(3)消除骨架效应和两组分的干扰作用。长期以来，已开发的涤棉阻燃面料织物阻燃整理工艺技术和其阻燃剂性能难以满足某些用途的要求。存在的问题主要是整理后的织物手感或机械强度不尽如人意；其次是生产生态学方面还需改善。目前，还未能很好地找到能对两种纤维同时起阻燃作用且效果较好的阻燃剂和整理工艺。当前应用比较多的是十溴二苯醚，但它具有涂层整理的性质，手感不十分理想。直至目前，我国对涤棉阻燃面料织物的阻燃还在继续研究之中。PN系阻燃剂在纯棉织物上是最有效的阻燃剂之一。同时，由于磷氮两者之间的协同效应，使其在涤棉阻燃面料混纺织物上的应用也有很大的发展。本文采用四羟甲基氯化磷(THPc)和酰胺类化合物与氨反应，形成一种溶于水的预缩体作为阻燃剂PN一1和PN一2。阻燃剂PN一1和PN一2利用磷氮阻燃体系对纤维素纤维进行固相阻燃，有明显的协效作用。因为含氮化合物的加入可减少磷系阻燃剂的用量，提高阻燃效果。同时，氮与磷会首先形成磷酰胺类结构，然后生成P—N键，这样可增强与纤维伯羟基发生磷酰化反应的能力，抑制左旋葡萄糖的生成。利用阻燃剂PN一1和PN一2对涤棉阻燃面料混纺织物进行阻燃整理，可以使阻燃整理织物基本上达到无阴燃、无余燃、不融滴，整理织物耐洗性好，手感也有一定改善，同时处理后的织物机械性能变化也不大。因此，涤棉阻燃面料混纺织物阻燃剂PN一1、PN一2可推广应用于工业生产。本文主要就磷氮阻燃剂PN一1和PN一2对涤棉阻燃面料混纺织物的阻燃性能和整理条件进行比较研究。2实验材料与方法2．1材料2．1．1阻燃剂涤棉阻燃面料混纺织物磷氮阻燃剂PN一1、PN一2(自制)。2．1．2助剂有机硅柔软剂SR、JFC渗透剂等(均为工业级)。2．1．3试剂甲醛，尿素，三聚氰胺，三乙醇胺，NaOH，H2O2，Na2SiO。，NaAc，Na2CO。等，均为市售AR和CP级。2．1．4织物45×45 l10×76退煮漂后的涤棉阻燃面料(65／35)平布。2．2阻燃整理工艺工作液组成PN，TMM，尿素，NaAc，柔软剂等。工艺流程二浸二轧(轧液率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测试方法织物性能指标均在温度2012℃，相对湿度65±5的条件下，平衡24 h后测试。2．3．1阻燃性能采用垂直织物阻燃性能测试仪。测定损毁长度、余燃时间、阴燃时间等。2．3．2断裂强度YG026—250型织物强力仪测定断裂强度。2．3．3撕破强力Elmendorf法测定撕破强力。3实验结果分析3．1 PN一1与PN一2阻燃剂结构比较磷氮阻燃剂PN一1和PN 2的可能结构为：表1数据表明，阻燃剂PN一1与PN一2的P／N之比大约相等。这说明它们的磷氮协同效应大致相同，都能与涤棉阻燃面料混纺织物形成网状结构]。PN一2的磷含量高于PN一1，但其分子的单元结构比PN 1小，易透人到纤维内部，使织物增重较大；而PN 1分子的单元结构大，容易固着在纤维上，织物阻燃后的损毁长度比PN一2低。3．2阻燃工作液组分对阻燃性能的影响3．2．1阻燃剂用量对阻燃性能的影响一般在整理过程中阻燃剂用量越多，即在织物上的含量越大，则织物的阻燃性能越好。由图1可见，随阻燃剂PN一1和PN一2的浓度提高，其损毁长度下降，而织物增重却上升。对PN一1来说，当阻燃剂浓度为35时，其损毁长度和织物增重分别达到一定值，以后随着浓度进一步提高，损毁长度和织物增重没什么变化。而对PN一2来说，当阻燃剂浓度为23时，其损毁长度和织物增重就不再变化。由于PN一1的单元结构要比PN一2大，渗透较难，用量要比PN一2大，以致损毁长度比PN一2低；而PN 2易渗透，虽阻燃剂用量比PN一1低，但是反应性较活泼，导致织物增重要高于PN 1。同时在相同用量的情况下，阻燃剂PN一1处理后的涤棉阻燃面料混纺织物，其织物增重和损毁长度均要低于PN一2。由图1(a)和(b)可见，当阻燃剂PN一1和PN一2的用量分别在35%和25%时，织物增重的提高和损毁长度的下降逐渐趋向平衡。因此，用此浓度处理后的涤棉阻燃面料织物均能获得良好的阻燃效果。3．2．2 TMM浓度对阻燃效果的影响TMM树脂能与阻燃剂PN一1和PN一2反应，形成网状的聚合物固着在纤维上，从而提高阻燃整理织物的耐洗性能，但用量必须适当控制。PN一1和PN一2阻燃剂与TMM反应机理可能如下：图2(a)和(b)是涤棉阻燃面料织物在不同TMM浓度下经PN1和PN 2阻燃剂整理后的增重和损毁长度变化。从图2可知，TMM用量较低时，织物的阻燃效果很差。随着TMM用量的逐渐提高，经阻燃剂PN一1和PN一2整理后的涤棉阻燃面料混纺织物，其增重、阻燃性能和耐洗涤性也随之提高。TMM用量过大，织物的手感变硬，机械性能下降。对PN一1而言，比较适当的TMM浓度应选择在3%～4%；而对PN一2来说，TMM浓度应选择在5%～6%之间。3．2．3尿素及柔软剂的作用尿素结构中含有高量的氮元素，能与阻燃剂PN一1和PN一2中的磷元素起协调作用，从而提高织物阻燃性能或降低阻燃剂的用量。但尿素的加入量应与阻燃剂用量相适。图3为尿素用量对阻燃剂PN一1和PN一2阻燃性能的影响。从图3(a)和(b)可知，PN一1尿素的用量应选择在l%～2%之间，而PN一2尿素的用量应选择在3%左右。为了改善阻燃产品的柔软性，需添加适量的柔软剂。但在阻燃整理中，柔软剂的加入往往会降低阻燃织物的阻燃性，故应控制其种类和用量。通常选用的柔软剂是有机硅类。一般来说，阻燃剂PN～1整理时，柔软剂的用量应在0．5%～2%之间；而PN一2整理时，柔软剂用量为1%，此时整理后的织物手感较好，对阻燃性能也无明显影响。3．2．4焙烘条件和氧化对阻燃效果的影响若阻燃剂PN一1、PN 2和TMM树脂与纤维反应完全，能提高阻燃整理织物的阻燃性能，故而焙烘条件的控制相当重要。图4为阻燃剂PN一1和PN 2处理涤棉阻燃面料织物时的焙烘温度和焙烘时问对织物损毁长度的影响。从图4可知，随焙烘时间的延长，由于阻燃剂、TMM等与织物的反应程度提高，织物的损毁长度均逐渐下降。但时间过长，会使织物变脆和手感发硬。因此，时间不能过长。在相同的焙烘时间下，在140℃焙烘时，由于温度太低，阻燃剂和TMM与纤维反应不够完全，耐洗性较差，影响织物的阻燃性能。当焙烘温度大于16O℃时，反应能力增加，阻燃性能好，但会伴随着织物的断裂强度下降，手感变硬。因而焙烘时间应与焙烘温度相适应，即焙烘温度不能过高，时间不宜过长。阻燃剂PN一1和PN一2比较适宜的焙烘条件为：温度150℃，时间3～4 min。焙烘后，经适度的氧化水洗，能将阻燃聚合物中可能含有的低价态的磷全部氧化成+5价高价磷，提高阻燃剂PN一1和PN一2处理后织物的阻燃性能和耐洗性。3．3磷氮阻燃剂处理涤棉阻燃面料织物的阻燃效果比较表2为涤棉 阻燃面料 混纺织物经阻燃剂PN—l和PN一2处理后其各种性能情况。从表2可知，经阻燃剂PN一1和PN一2处理织物后，它们的余燃时间和阴燃时间皆为零。这说明磷氮阻燃剂具有良好的协同效应。如前所述，而PN—l处理织物其用量高于PN一2，但损毁长度要比PN一2低，在TMM和尿素用量均低于PN 2的情况下，织物的增重要比PN一2小，这表明阻燃剂可能主要附着在纤维表面。另外阻燃剂PN一1和PN一2经2O次洗涤后，其损毁长度和织物的增重变化都不大。这也反映出它们具有良好的耐洗性。【中国阻燃面料网www.China-Fire-Retardant.com】