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良和結實耐用，深受消費者歡迎。然而，由于它易燃燒造成火災事故，并導致巨大損失，因此阻燃整理的研究受到普遍關注[1]。迄今為止，人們發現對滌棉阻燃面料織物的阻燃整理遠比對其中任一組分的阻燃要困難。其原因主要有：(1)因為棉是一種不熔融不收縮的易燃性纖維，當滌棉阻燃面料制品燃燒時，棉纖維發生炭化，對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物的相互熱誘導，加速了裂解產物的溢出，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，受熱熔融的滌綸組分會覆蓋在滌綸纖維表面，而滌綸纖維及其裂解生成的炭會形成骨架，阻止織物收縮，致使熔融的滌綸成為著火區的一種燃料，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，其斷裂強度、撕破強力、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處理織物后機械性能和手感均要好于PN一1。這是由于PN一1的結構比PN一2大，容易與織物生成分子量較大的網狀結構的聚合物。而PN一2分子量較PN一1小，易透入纖維內部，生成聚合物，故其機械性能和手感比PN一1好。
4結論
用阻燃劑PN一1和PN一2處理織物后，其斷裂強度、撕破強力、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處理織物后機械性能和手感均要好于PN一1。這是由于PN一1的結構比PN一2大，容易與織物生成分子量較大的網狀結構的聚合物。而PN一2分子量較PN一1小，易透入纖維內部，生成聚合物，故其機械性能和手感比PN一1好。
4．1利用THPC和酰胺類化合物與氨反應，生成的磷氮阻燃劑PN一1、PN一2，具有磷氮協同效應，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分子的單元結構比PN一2大，容易在織物上生成分子量較大的網狀結構的聚合物；而PN一2分子的單元結構相對較小，滲透性好，容易透入到纖維內部生成聚合物。因此在本實驗條件下，用阻燃劑PN一1和PN一2處理織物，PN一1的損毀長度和織物增重要低于PN一2，而PN一2的斷裂強度、撕破強力及手感均要好于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：(1)混紡織物中每一組分都要進行阻燃化；(2)混紡織物阻燃整理時，采用各自合適的阻燃劑，其作用最好能互補或互不干擾；(3)消除骨架效應和兩組分的干擾作用。
長期以來，已開發的滌棉阻燃面料織物阻燃整理工藝技術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械強度不盡如人意；其次是生產生態學方面還需改善。目前，還未能很好地找到能對兩種纖維同時起阻燃作用且效果較好的阻燃劑和整理工藝。當前應用比較多的是十溴二苯醚，但它具有涂層整理的性質，手感不十分理想。直至目前，我國對滌棉阻燃面料織物的阻燃還在繼續研究之中。
PN系阻燃劑在純棉織物上是最有效的阻燃劑之一。同時，由于磷氮兩者之間的協同效應，使其在滌棉阻燃面料混紡織物上的應用也有很大的發展。本文采用四羥甲基氯化磷(THPc)和酰胺類化合物與氨反應，形成一種溶于水的預縮體作為阻燃劑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纖維素纖維進行固相阻燃，有明顯的協效作用。因為含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，氮與磷會首先形成磷酰胺類結構，然后生成P—N鍵，這樣可增強與纖維伯羥基發生磷酰化反應的能力，抑制左旋葡萄糖的生成。
利用阻燃劑PN一1和PN一2對滌棉阻燃面料混紡織物進行阻燃整理，可以使阻燃整理織物基本上達到無陰燃、無余燃、不融滴，整理織物耐洗性好，手感也有一定改善，同時處理后的織物機械性能變化也不大。因此，滌棉阻燃面料混紡織物阻燃劑PN一1、PN一2可推廣應用于工業生產。本文主要就磷氮阻燃劑PN一1和PN一2對滌棉阻燃面料混紡織物的阻燃性能和整理條件進行比較研究。
2實驗材料與方法
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
有機硅柔軟劑SR、JFC滲透劑等(均為工業級)。
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。
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測試方法
織物性能指標均在溫度2012℃，相對濕度65±5的條件下，平衡24 h后測試。
2．3．1阻燃性能
采用垂直織物阻燃性能測試儀。測定損毀長度、余燃時間、陰燃時間等。
2．3．2斷裂強度
YG026—250型織物強力儀測定斷裂強度。
2．3．3撕破強力
Elmendorf法測定撕破強力。
3實驗結果分析
3．1 PN一1與PN一2阻燃劑結構比較
磷氮阻燃劑PN一1和PN 2的可能結構為：
表1數據表明，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同效應大致相同，都能與滌棉阻燃面料混紡織物形成網狀結構]。PN一2的磷含量高于PN一1，但其分子的單元結構比PN 1小，易透人到纖維內部，使織物增重較大；而PN 1分子的單元結構大，容易固著在纖維上，織物阻燃后的損毀長度比PN一2低。
3．2阻燃工作液組分對阻燃性能的影響
3．2．1阻燃劑用量對阻燃性能的影響
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，其損毀長度下降，而織物增重卻上升。對PN一1來
說，當阻燃劑濃度為35時，其損毀長度和織物增重分別達到一定值，以后隨著濃度進一步提高，損毀長度和織物增重沒什么變化。而對PN一2來說，當阻燃劑濃度為23時，其損毀長度和織物增重就不再變化。由于PN一1的單元結構要比PN一2大，滲透較難，用量要比PN一2大，以致損毀長度比PN一2低；而PN 2易滲透，雖阻燃劑用量比PN一1低，但是反應性較活潑，導致織物增重要高于PN 1。同時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度均要低于PN一2。
由圖1(a)和(b)可見，當阻燃劑PN一1和PN一2的用量分別在35%和25%時，織物增重的提高和損毀長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濃度對阻燃效果的影響
TMM樹脂能與阻燃劑PN一1和PN一2反應，形成網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，但用量必須適當控制。PN一1和PN一2阻燃劑與TMM反應機理可能如下：
圖2(a)和(b)是滌棉阻燃面料織物在不同TMM濃度下經PN 1和PN 2阻燃劑整理后的增重和損毀長度變化。從圖2可知，TMM用量較低時，織物的阻燃效果很差。隨著TMM用量的逐漸提高，經阻燃劑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，機械性能下降。對PN一1而言，比較適當的TMM濃度應選擇在3%～4%；而對PN一2來說，TMM濃度應選擇在5%～6%之間。
3．2．3尿素及柔軟劑的作用
尿素結構中含有高量的氮元素，能與阻燃劑PN一1和PN一2中的磷元素起協調作用，從而提高織物阻燃性能或降低阻燃劑的用量。但尿素的加入量應與阻燃劑用量相適。圖3為尿素用量對阻燃劑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尿素的用量應選擇在l%～2%之間，而PN一2尿素的用量應選擇在3%左右。
為了改善阻燃產品的柔軟性，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降低阻燃織物的阻燃性，故應控制其種類和用量。通常選用的柔軟劑是有機硅類。一般來說，阻燃劑PN～1整理時，柔軟劑的用量應在0．5%～2%之間；而PN一2整理時，柔軟劑用量為1%，此時整理后的織物手感較好，對阻燃性能也無明顯影響。
3．2．4焙烘條件和氧化對阻燃效果的影響
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的焙烘溫度和焙烘時問對織物損毀長度的影響。
從圖4可知，隨焙烘時間的延長，由于阻燃劑、TMM等與織物的反應程度提高，織物的損毀長度均逐漸下降。但時間過長，會使織物變脆和手感發硬。因此，時間不能過長。在相同的焙烘時間下，在140℃焙烘時，由于溫度太低，阻燃劑和TMM與纖維反應不夠完全，耐洗性較差，影響織物的阻燃性能。當焙烘溫度大于16O℃時，反應能力增加，阻燃性能好，但會伴隨著織物的斷裂強度下降，手感變硬。因而焙烘時間應與焙烘溫度相適應，即焙烘溫度不能過高，時間不宜過長。阻燃劑PN一1和PN一2比較適宜的焙烘條件為：溫度150℃，時間3～4 min。焙烘后，經適度的氧化水洗，能將阻燃聚合物中可能含有的低價態的磷全部氧化成+5價高價磷，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，經阻燃劑PN一1和PN一2處理織物后，它們的余燃時間和陰燃時間皆為零。這說明磷氮阻燃劑具有良好的協同效應。如前所述，而PN—l處理織物其用量高于PN一2，但損毀長度要比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2O次洗滌后，其損毀長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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