生意社11月20日訊
摘要：以三聚氰胺、亞磷酸二甲酯等為原料,合成了有機磷系含氮棉用阻燃劑.經差熱測試表明,升溫至800℃時,整理後織物質量保留率仍可達到30%以上. 通過單因素實驗,研究了阻燃劑用量、整理液pH值、焙烘溫度及洗滌次數對阻燃效果的影響,並確定了最佳應用工藝條件:阻燃劑400 g/L,催化劑 MgCl2 10 g/L,pH值為3.5,浸工作液10 min,二浸二軋,80℃預烘3 min,170℃焙烘3 min.此條件下的極限氧指數 (LOI)達到30.6,折皺回復角達到240.6°.經50次標準水洗後極限氧指數仍可達到26.4,折皺回復角可達到188.5°,表明製備的整理劑具有較好的阻燃性能和耐洗滌性能.
關鍵詞：阻燃整理;抗皺;棉織物
棉織物吸溼性強、透氣性好、無靜電、穿著舒適等,深受人們青睞.但棉織物屬易燃織物[1],因此,對其進行阻燃整理已成為關注公眾生命和社會安全的時代性課題.[2-3]含滷素阻燃劑因環保問題現已逐漸退出市場[4-5],目前,經常使用的含磷氮阻燃劑有四羥基氯化膦系列(如THPC)、N-羥甲基磷醯胺類(如亨斯邁Pyrovatex CP conc.,國產CFR-201、FRC-2等)及環狀膦酸酯類等品種,但市場上常用的耐洗性全棉阻燃劑僅有Pyrovatex CP和THPC兩種.[6-7]Pyrovatex CP需使用大量含游離甲醛的交聯劑[8-10],而THPC的P—C鍵鍵能低,易釋放出甲醛[11-12],為此,開發新型低甲醛阻燃劑或研究新的應用工藝顯得尤為重要.
1·實驗
1.1材料及設備
材料:28×60斜紋純棉紗卡.藥品:三聚氰胺、柔軟劑、精練滲透劑等為工業品,六水合氯化鎂等為化學試劑.
儀器:YG(B)815D-I型垂直法織物阻燃性能測試儀(溫州大榮紡織儀器有限公司),JF-3型氧指數測定儀(南京市江寧區分析儀器廠),SHIRLEY型彈性折皺回複測試儀(美國SDL公司),H10K-S型雙臂萬能材料試驗機(美國Tiniius Olsen公司),Datacolor 650型電腦測色配色儀(美國Datacolor公司),SDT2960型DSC-TG熱分析儀(美國 TA Instruments). 1.2阻燃劑的合成
將一定量三聚氰胺、醛類、亞磷酸二甲酯、無水乙醇加入到帶有攪拌器、溫度計、回流冷凝管的四口燒瓶中,室溫攪拌20 min後,加熱至 55~60℃,用三乙胺調節pH值為6~7,保溫反應並進行濁度測定.當濁度為30℃時停止加熱,迅速冷卻到室溫,加入一定量異丁醇,即得阻燃劑.反應式如下:
1.3阻燃整理工藝
整理液浸漬10 min→二浸二軋(軋餘率70%)→預烘(80℃,3 min)→焙烘(3 min)→水洗→漂洗→晾乾.
1.4性能測試
斷裂強力採用GB/T 3923.1-1997《織物拉伸性能斷裂強力和斷裂延伸率的測定》方法進行測定;燃燒性能採用GB/T 5455-1997《紡織品燃燒性能試驗垂直法》進行測定;氧指數根據GB/T 5454-1997《紡織品燃燒性能試驗氧指數法》進行測定;洗滌方法根據 AATCC124-2001《多次家庭洗燙之後織物的表面外觀》方法進行;抗皺性能根據AATCC66-2003《機織物摺痕回復:回復角》進行測定;ISO色變等級數值通過電腦測色配色儀測定;紅外光譜採用傅立葉光譜儀測試(KBr壓片法);熱重分析在熱分析儀上進行,氮氣氛,氣體流量 50 mL/mim,升溫速度10℃/min,粉末法制樣,TGA的溫度測試範圍為30~900℃.
2·結果與討論
2.1阻燃劑結構表徵
圖1中,3 319.82 cm-1為仲胺中N—H伸縮振動吸收峰,1 553.00 cm-1為仲胺中N—H變形振動吸收峰;2 963.13 cm- 1為螯型鍵合的O—H伸縮振動峰,1 484.95 cm-1為—CH2—變形振動吸收峰;1 196.31 cm-1為P O伸縮振動吸收峰;988.94 cm-1為P—O—C中P—O伸縮振動吸收峰.此外,原料亞磷酸二甲酯中P—H鍵在2 400 cm-1左右的伸縮振動吸收峰消失,1 740~1 660 cm-1未出現醛類強吸收峰.由此證實得到了預期的目標化合物.
2.2阻燃整理工藝優化
2.2.1阻燃劑用量
阻燃劑用量對阻燃效果的影響見表1.
由表1可知,當阻燃劑用量小於200 g/L時,織物完全燒盡,無炭長,但隨著阻燃劑用量的增加,炭長隨之縮短,極限氧指數(LOI)增大,表明阻燃效果增加.當阻燃劑用量為450~500 g/L時,雖然織物阻燃效果較好,但強力下降嚴重,織物有脆損現象.綜合考慮,阻燃劑用量選擇400 g/L為宜.
2 .2.2焙烘溫度
由表2可知,隨著焙烘溫度的升高,耐水洗性和阻燃性隨之提高.原因是:阻燃劑和纖維素之間的交聯反應在高溫下進行得更加充分,但溫度過高,棉織物受氧化作用,色變嚴重,且交聯越充分也會導致斷裂強力下降.綜合考慮,焙烘溫度選擇170℃比較適宜.
2.2.3整理液pH值
由表3可知,隨著pH值的增大,織物的斷裂強力和色變值逐漸增大.原因是:高pH下,交聯過程中提供的H+減少,催化交聯程度降低.此外,隨著 pH值的升高,LOI和折皺回復角先增大再緩慢降低,水洗後LOI變化趨勢相同,但水洗後的折皺回復角有所降低.為此,pH值宜選擇3.5.
2.2.4催化劑用量
由表4可知,隨著催化劑用量的增加,斷裂強力和色變值略有降低,而LOI則先增大後減小.原因是:催化劑用量偏少時,阻燃劑和棉纖維交聯不充分, 而用量過多時易發生自交聯.10 g/L時LOI達到最大值,且水洗後仍保留了較好的阻燃和抗皺效果.為此,催化劑用量選擇10 g/L.
2.3水洗次數對阻燃效果的影響
由表5可知,隨著水洗次數的增加,LOI和折皺回復角起始下降較快,當洗滌30次以上時,變化基本趨於平緩,但50次水洗後,織物的LOI和折皺回復角仍分別達到26.4°、188.5°.洗滌50次後織物仍具有一定的阻燃性能,耐洗滌性能較好.此外,阻燃效果的保留亦可以通過水洗後織物的失重率得到驗證.
2.4熱性能分析
阻燃整理前後差熱分析對比見圖2.
由圖2可以看出,純棉原布在272℃時質量保留率94%,隨溫度升高,質量損失加劇.在384℃時質量保留率20%,之後質量損失放緩,至800℃時質量保留率約11%,經阻燃劑整理的織物在升溫過程中質量損失較快.原因是:阻燃劑中含磷組分在高溫下會轉變成磷酸,磷酸受熱後會依次轉變為偏磷酸、聚偏磷酸,由於磷酸和聚偏磷酸具有較強的脫水性,對棉纖維有催化脫水炭化作用,導致開始升溫時阻燃整理的棉織物炭化加快、質量損失較早.228℃時質量保留率 94%,隨後質量損失加劇,322℃時質量保留率55%,之後質量損失放緩,800℃時質量保留率>30%.原因是:阻燃劑使棉織物形成穩定的炭層,有較好的質量保留率.
3·結論
(1)以三聚氰胺、亞磷酸二甲酯、醛類等為原料,製備了一種有機磷系含氮阻燃劑.熱分析結果表明:升溫至800℃時,整理後織物質量保留率>30%.
(2)整理劑的優化整理工藝為:阻燃劑400 g/L,催化劑MgCl2 10 g/L,pH值為3.5,浸工作液10 min,二浸二軋,80℃預烘3 min,170℃焙烘3 min.此條件下的LOI達到30.6,折皺回復角達到240.6°.
(3)經50次標準水洗後,LOI可達到26.4,折皺回復角達到188.5°,表明其阻燃性能和耐洗滌性能較好.
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