微胶囊技术在棉织物阻燃整理中的应用
微胶囊技术在棉织物阻燃整理中的应用
微胶囊作为一门新型技术，纺织工业对微胶囊技术反应比较迟缓，直至上世纪90年代才有一些研究和开发乃至商业化，近年来迅速发展[1-6]。进入2l世纪，人们意识到微胶囊在纺织品上的功效，尤其发达国家，如日本、美国以及一些欧洲国家，微胶囊技术迅速发展，引导纺织品功能性、时尚性、先进性技术创新。
现有的众多微胶囊化方法中，界面聚合法[7-9],和原位聚合法[10],是以单体作为原料，利用合成高分子材料做壳材的方法。具有工艺简单、壳材选择面广等优点被广泛应用。
本文以环氧氯丙烷和二乙烯三胺为原料，在自制阻燃剂表面通过界面聚合法生成壳材，包覆在阻燃剂的表面，形成阻燃剂的微胶囊[11]。研究了界面聚合法制备微胶囊时的乳化分散剂用量、反应温度、搅拌速度、壳芯质量比等因素对微胶囊粒径大小和分布的影响规律，确立了最佳的制备条件。利用制备的阻燃剂微胶囊对棉织物进行整理[12]，整理后的棉织物阻燃耐洗性获得了较大提高。
l实验部分
1.1实验原料及仪器
实验原料：自制阻燃剂、二乙烯三胺、环氧氯丙烷，BTCA，次亚磷酸钠，均为分析纯(市售)；预处理纯棉平纹白布。
实验仪器：美国NicoletNexus670型FT-IR光谱仪，DF-10lS集热式恒温加热磁力搅拌器，LCK-08织物阻燃性能测定仪，生物显微镜，热重(TG)分析仪，SBDY-2便携式白度仪。
1.2阻燃剂的制备
以乙二醇和磷酸三甲酯为原料，在催化剂存在的条件下，制备了缩合的磷酸酯阻燃剂,其结构式为：
1.3阻燃剂微胶囊的制备方法
将一定比例的自制阻燃剂和环氧氯丙烷加入到含有平平加的溶液里，乳化形成O／W型乳液；逐渐升温至一定温度，将含有分散剂NNO的二乙烯三胺溶液逐滴加入乳液中：环氧氯丙烷与二乙烯三胺发生界面聚合，将阻燃剂包覆，形成微胶囊。
1.4棉织物的阻燃整理
浸轧整理液(二浸二轧，轧余率85％)→预烘(85℃，4min)→焙烘(170℃，90s)→皂洗。
1.5测试分析
1.5.1阻燃剂红外谱图分析
利用美国NicoletNexus670型FT-lR光谱仪对合成阻燃剂进行官能团的分析，确认阻燃剂的结构。
1.5.2阻燃剂微胶囊壳厚与平均粒径的测试
将微胶囊样品进行抽样观察，由生物显微镜观察微胶囊形成的数日。每个试样统计200个数据，每个数据的观测均在同一放大倍数下进行，通过两次聚焦，直接观测得到微胶囊的内径d和外径D，壳厚h按下式计算得到：
微胶囊壳厚(?m)=微胶囊外径-微胶囊内径
采用HPPS高性能纳米粒度分析仪，测试并计算制备微胶囊的平均粒径。计算公式为：
dn=∑(ni×di)/∑ni
其中，dn为平均粒径，ni为具有相同粒径的微胶囊数目，di为单个微胶囊粒径。
1.5.3阻燃整理后织物阻燃性能的测试
用LCK-08织物阻燃性能测定仪对整理前后棉织物进行阻燃性能测试，按照GB/T5455-1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》标准。续燃、阴燃时间越短，损毁长度越短，阻燃性能越好。
1.5.4阻燃织物热分析(TG)
用热重分析仪对阻燃前后织物进行热分析，理论上阻燃整理后各阶段的理想温度均有所降低，且裂解残渣量会增加。
1.5.5阻燃织物白度测试
采用SBDY-2便携式白度仪对阻燃织物白度进行测试，测试五次取平均值。
2结果与讨论
2.1阻燃剂红外谱图分析结果
对合成的阻燃剂进行红外光谱测试，其红外谱图如图l所示。
图中3310/cm处的峰为-OH的伸缩振动吸收峰，2940/cm,2880/cm处的峰为-CH3的反对称和对称伸缩振动峰。1460/cm处的峰为-CH2的平面剪式振动峰，1230/cm处的峰为P=O的伸缩振动峰。1020/cm处的峰为P-0-C的伸缩振动蜂。88l/cm～810/cm处的峰为C-H的面外弯曲振动峰，上述各特征峰均与合成的目标产物相符。
2.2影响微胶囊制备的各因素分析
2.2.1反应温度
根据原料界面聚合的条件，将反应的温度确定为20～70℃。反应温度对微胶囊性能的影响，如表1。
表1反应温度对徽胶囊性能的影响
注：其它条件分别为搅拌速度1000r／min，m壳材:m芯
材=1.5:1，乳化分散剂用量4％(owf)
由表l可知，在温度低于40℃时壳材高分子运动较弱。不能很好地包覆芯材。微胶囊壳厚较薄，易破裂；随着温度的升高，壳材高分子运动加剧，但在50℃以后微胶囊的壳厚随着温度的升高而减小，说明温度太高不利于壳材在芯材周围的凝聚。40℃时的微胶囊壳厚最大，为最佳反应条件。
2.2.2搅拌速度
由表2知，阻燃剂微胶囊的粒径随着搅拌速率的增加减小明显，说明在搅拌速度较大的情况下,阻燃剂微胶囊不易聚集成较大粒子：微胶囊的壳厚却先增大后减小，说明在搅拌速率较小时，壳材和芯材的相互分散度较小，从而减少了壳材和芯材接触的概率：搅拌速度过大，不利于壳材在芯材周围形成凝聚相，也易导致囊壳被打破，搅拌速率应选择在900r/min左右为宜。
表2搅拌速度对微胶囊性能的影响
注：反应温度40℃，m壳材:m芯材=1.5:1乳化分散剂用量4％(owf)
2.2.3壳芯质量比
表3壳芯质量比对微胶囊性能的影响
注：反应温度40℃，搅拌速率900r／min，乳化分散剂用量4％(owf)
由表3知，提高芯壳材的质量比，阻燃剂微胶囊的粒径明显增加，粒径太大在织物阻燃整理时将会在织物表面涂膜，影响织物的其他性能：但是壳厚却有所下降，易造成微胶囊的破裂，因此芯壳材质量比应选择在1.5:l为宜。
2.2.4乳化分散剂的用量
阻燃剂微胶囊的粒径和分布受乳液稳定性的影响，乳化分散剂的用量较少时，它不能包住所有的液滴，液滴间易发生合并；随着乳化分散剂用量的增加，液滴间合并的机会变小，但是当乳化分散剂过量时，多余的部分起不到作用，会造成浪费。由表4知，当乳化分散剂用量大于4％，微胶囊的粒径基本维持不变，因此，乳化分散剂的用量为4％。
表4乳化分散剂用量对微胶囊性能的影响
注：反应温度40℃，m壳材:m芯材=15:1，搅拌速率900r/min
综上各种因素，阻燃剂微胶囊制备的最佳工艺为：反应温度为40℃，搅拌速率为900r／min，芯壳材质量比为1.5:1，乳化分散剂的用量为4％，在最佳工艺条件下，制备阻燃剂微胶囊，其生物显微镜下的外观形态见图2。
由图2所示，制备的阻燃剂微胶囊数目比较多，分布均匀。利用该微胶囊阻燃剂进行整理时，微胶囊颗粒易向纤维内部渗透，可有效提高织物的阻燃效果。
2.3最佳整理工艺的确定
将合成的阻燃剂微胶囊用于棉织物的阻燃整理，主要考查微胶囊的用量、交联剂的用量、焙烘温度和焙烘时间四个因素的影响。通过单因素实验选取止交试验的水平因子，进行正交试验。根据织物损毁长度来确定整理的最佳工艺。
表5整理工艺正交试验表
由表5可知，微胶囊用量和交联剂用量的极差分别为39.334和38.000，较其他因素的极差大，为影响整理效果的主要因素。但是整理剂用量达到一定量时，单纯增加整理剂的用量不能提高阻燃性能，焙烘温度太低整理剂不能很好发生交联，焙烘温度过高对织物损伤严重，交联剂用量过大影响织物的手感。由表5，综合各因素的水平因子可以得出最佳整理工艺条件为：整理剂用量为220g/L，交联剂用鲢为20g/L，焙烘温度为170℃，焙烘时间为90s。
2.4测试结果
2.4.1阻燃织物热分析结果
用制备的阻燃剂微胶囊，在最佳的阻燃工艺条件下对棉织物进行阻燃整理，对阻燃整理前后的棉织物进行热重(TG)分析，结果如图3所示。
由图3可知，整理后棉织物裂解的阶段性还是存在的。整理后的棉织物各阶段的裂解温度均降低明显，主要裂解阶段更为明显，由354.86-395.88℃降为267.89-283.84℃，失重率由5l.056％-29.132％，且残渣量由22.542％提高到35.038％，说明阻燃剂微胶囊有效地阻止了织物的裂解，阻燃性能优良。
2.4阻燃耐洗性测试
分别对阻燃织物进行10次、20次的皂洗，并测试其阻燃性能，皂洗条件为：纯碱2g/L，皂片2g/L，温度为50℃。
表9阻燃织物耐洗性的测试结果
由表9知，经过20次的皂洗，织物的损毁长度仍小于15cm，续燃、阴燃时间均为零，阻燃效果仍能达到Bl级的标准。
2.4.3阻燃整理后织物其它性能的变化
整理后织物的白度保留率较好，吸湿性较好，褶皱回复角得到提高，均能满足应用的要求,见表10。
表l0阻燃织物的性能变化
3结论
3.1以二乙烯三胺与环氧氯丙烷为原料，利用界面聚合方法，制备了阻燃剂微胶囊，制备微胶囊的最佳工艺条件为：反应温度40℃，搅拌速度900r／min，m壳材:m芯材=1:1.5，乳化分散剂用量4％(owf)。
3.2对阻燃剂微胶囊的最佳整理工艺进行了优化，最佳整理工艺为：整理剂用量为220g/L，交联剂用量为20g/L，焙烘温度为170℃，焙烘时间为90s。
3.3微胶囊阻燃剂和丁烷四羧酸合用，对棉织物进行阻燃整理,整理后的织物经20次皂洗后仍有良好的阻燃效果，同时织物的抗皱性能获得了提高。
3.4对阻燃织物进行了热分析(TG)。表明阻燃剂微胶囊对纤维的脱水、炭化有催化作用，减少了可燃性裂解产物的生成，固体残渣量增多。
3.5阻燃整理后，棉织物的白度、吸湿性保留较好，且织物的断裂强力损失不大。MKHBVgXHl
【中国阻燃面料网www.China-Fire-Retardant.com】
耗材汇是一家专业性的实验性耗材供应商，耗材产品涵盖如：纺织品行业，皮革行业，家具，建材，生物制药以及汽车工业等领域的耗材供应，本文为您介绍关于纺织技术的相关知识就到这里了，了解更多相关信息可以联系我们。