無甲醛阻燃純棉面料整理
PyrovatexCP類以羥甲基為反應性基團與纖維交聯,同時為了提高阻燃效率,使織物具有足夠的磷含量和耐久性,使用時需添加含羥甲基反應基團的交聯劑,而羥甲基易分解釋放甲醛,導致生產環境和整理后的織物上甲醛超標。由于世界各國要求生產和進口的紡織品不含有毒、有污染物質,因此,開發無甲醛的阻燃劑產品迫在眉睫[5-6]。
目前,天然纖維用耐久阻燃劑以英國Allbrigh&tWilson公司的四羥甲基氯化钅粦(THPC)和亨斯邁公司的N-羥甲基-3-(二甲氧基膦酰基)丙酰胺(PyrovatexCP)為代表[1-4]。但THPC在合成過程中使用了甲醛,且會產生具有致癌作用的雙氯甲醚,因而歐盟出臺法規限制其使用。
本試驗以甲基膦酸二甲酯、五氧化二磷、季戊四醇為主要原料,合成了環保型阻燃劑GM-1。采用阻燃劑GM-1、交聯劑檸檬酸/馬來酸(物質的量比為1∶1)復配酸、催化劑次亞磷酸鈉對棉織物進行阻燃整理,探討了阻燃劑、交聯劑和催化劑用量及焙烘條件對阻燃效果的影響。
1 試驗
1.1 材料與儀器
織物 純棉漂白平布21tex×21tex(濰坊龍都棉紡織印染有限公司)
藥品甲基膦酸二甲酯(揚州晨化科技集團有限公司),五氧化二磷(張家港市飛宇化工有限公司),季戊四醇(上海科豐化學試劑有限公司),亞磷酸三苯酯、辛酸亞錫(國藥集團化學試劑有限公司),檸檬酸(吳江市昌利化工有限公司),馬來酸(上海卓悅化工有限公司),次亞磷酸鈉(上海凌峰化學試劑有限公司)
儀器 EHP350MM型微調水平軋車(英國ROACHES公司),YG815B型垂直法織物阻燃性能測試儀(南通三思機電科技有限公司),101-1型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海華聯環境試驗設備公司),TY800系列斷裂強度測試儀(江都市天惠試驗機械有限公司),MZ-12型全自動水洗機(上海江楓服裝機械廠)
1.2 阻燃劑合成工藝
在裝有攪拌器、溫度計、滴液漏斗和冷凝管的反應器中,加入甲基膦酸二甲酯142g,加熱至50~55℃,然后加入五氧化二磷150g,將反應溫度調至90~95℃,保溫反應3h。將反應物冷卻至50~55℃,加入亞磷酸三苯酯15g,保溫2h。繼續將反應混合物加熱至70~75℃,加入季戊四醇70g、催化劑辛酸亞錫0.2g,于75~85℃保溫反應5h,得到的產物為亮黃色透明液體。
1.3 織物阻燃整理工藝
處理工藝 浸軋整理液(二浸二軋,軋余率100%~110%)→預烘(120℃×1.5min)→焙烘(170℃×3min)
工藝處方
阻燃劑GM-1/g 400
復配酸/g60
次亞磷酸鈉/g30
加去離子水至/L1
1.4 性能測試
1.4.1 燃燒性能
參照GB/T5455–1997《紡織品燃燒性能試驗垂直法》測定。
1.4.2 斷裂強力
參照GB/T3932.1–1997《織物拉伸性能第1部分:斷裂強力和斷裂延伸率的測定條樣法》,測定試樣緯向5次,取平均值,按式(1)計算織物斷裂強力損失率:
式中:W0–––整理后織物的斷裂強力;
W1–––整理前織物的斷裂強力。
1.4.3 耐洗性
參照AATCC124–2005《重復家庭洗滌后織物的外觀》測定。
2 結果與討論
2.1 阻燃劑用量
阻燃劑用量是控制整理效果的一個重要因素。在其它處理條件相同的條件下,阻燃劑用量對純棉織物阻燃性能和斷裂強力的影響見表1。
由表1可知,隨著阻燃劑用量的增加,棉織物的阻燃性能提高,斷裂強力下降,損失率提高。當用量達到400g/L后,阻燃性能基本穩定,斷裂強力損失趨緩。這是因為對純棉織物進行阻燃整理時,添加了多元羧酸作為交聯劑,當阻燃劑用量較低時,阻燃劑與多元羧酸、纖維素大分子建立分子間酯鍵,固著于織物上,使得阻燃性隨其用量的增加而提高。由于多元羧酸和纖維素大分子上的反應基團是一定的,當阻燃劑用量超過400g/L后,此時阻燃劑已與多元羧酸和纖維素大分子充分反應,再增加阻燃劑用量,阻燃性能的變化不再明顯。經阻燃整理后,由于在纖維的基本結構單元及大分子間引入了一定數量的交聯鍵,因此纖維各結構單元之間的活動受到一定限制,與未處理織物相比負擔外力的情況更不均勻,引起強力下降,斷裂強力損失率增大。當交聯鍵達到一定數量時,強力下降的幅度變小,斷裂強力損失趨緩。綜合考慮,確定阻燃劑的用量為400g/L。
注:交聯劑60g/L,催化劑30g/L,焙烘溫度180℃,焙烘時間3min。
2.2 多元羧酸濃度
交聯劑在阻燃過程中可自身縮合成網狀結構,也可與纖維素大分子交聯,還能與阻燃劑縮合形成穩定的化學鍵并固著于纖維上,使耐洗性能大幅提高。本試驗采用物質的量之比為1∶1的檸檬酸/馬來酸復配酸作為交聯劑,復配酸用量對純棉織物阻燃性能和斷裂強力的影響如圖1所示。
由圖1可知,多元羧酸用量為60g/L時,阻燃效果較好,炭長較短。繼續提高阻燃劑用量,阻燃效果提升不夠明顯,炭長變化不大,而斷裂強力損失率顯著增加。綜合考慮,多元羧酸用量以60g/L為宜。
2.3 催化劑濃度
為了使阻燃劑、交聯劑在焙烘過程中迅速與纖維大分子反應交聯,需在阻燃配方中添加適量催化劑,以縮短反應時間,提高阻燃效果,并減輕纖維素的受損程度。本試驗采用次亞磷酸鈉為催化劑,催化劑用量對純棉織物阻燃性能和斷裂強力損失率的影響見表2。
由表2可知,隨著催化劑濃度增加,阻燃效果有所提高。但加入催化劑量過多,導致整理液pH值過低,反而會使織物強力下降。綜合考慮,確定催化劑次亞磷酸鈉用量為30g/L。
2.4 焙烘條件
織物經過相同工藝(阻燃劑用量400g/L,交聯劑用量60g/L)處理后,在不同溫度下焙烘3min,溫度對純棉織物阻燃性能和斷裂強力的影響如表3所示。
由表3可知,隨著焙烘溫度的升高,棉織物阻燃性能逐漸提高,但織物斷裂強力損失也增大。焙烘溫度的選擇取決于阻燃劑、交聯劑之間的反應,以及它們與纖維素大分子之間交聯反應。溫度低,阻燃效果不佳,溫度過高,易造成織物強力損失過大。綜合考慮,確定焙烘溫度為180℃。
在180℃下,改變焙烘時間進行試驗,結果見圖2。
由圖2可知,焙烘溫度為180℃時,隨著焙烘時間的延長,棉織物燃燒炭長變短,阻燃性能不斷提高,但織物強力下降。綜合考慮,確定焙烘時間為3min。
2.5 阻燃性能
采用以上確定的優化工藝,即阻燃劑400g/L,交聯劑60g/L,催化劑30g/L,焙烘溫度180℃,焙烘時間3min處理純棉織物,測試相關指標如表4所示。
(1)純棉織物采用自制的阻燃劑的阻燃整理優化工藝為:阻燃劑GM-1400g/L,交聯劑檸檬酸/馬來酸(物質的量之比為1∶1)60g/L,催化劑30g/L,焙烘溫度180℃,焙烘時間3min。
(2)優化工藝處理過的純棉織物經50次洗滌后燃燒炭長僅為10.2cm,具有較好的阻燃性。
(3)所合成的阻燃劑GM-1不含甲醛,整理過程中也不使用含甲醛助劑,可視為環保型產品。
由表4可知,采用優化工藝處理過的純棉織物經50次洗滌后,燃燒炭長僅為10.2cm,說明阻燃劑GM-具有較好的阻燃性和耐久性。jJ1uhoY3
