滌棉阻燃面料整理易燃分析
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,已開發(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)楹衔锏募尤肟蓽p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)生磷酰化反應(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)到無陰燃、無余燃、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,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
說,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)度和織物增重沒什么變化。而對(duì)PN一2來說,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,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來說,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。一般來說,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)間過長(zhǎng),會(huì)使織物變脆和手感發(fā)硬。因此,時(shí)間不能過長(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),即焙烘溫度不能過高,時(shí)間不宜過長(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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