滌棉混紡織物阻燃劑PN-1與PN-2阻燃性能的比較

滌棉混紡織物阻燃劑PN-1與PN-2阻燃性能的比較
前言
滌棉混紡織物由于服用性能優(yōu)良和結(jié)實(shí)耐用，深受消費(fèi)者歡迎，然而，由于它們易于燃燒造成火災(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］。至今為止，人們發(fā)現(xiàn)對(duì)滌棉織物的阻燃遠(yuǎn)比對(duì)其中任一組份的阻燃要困難。其原因主要有：，因?yàn)槊奘且环N不熔融不收縮的易燃性纖維，當(dāng)滌棉制品燃燒時(shí)，棉纖維發(fā)生炭化，對(duì)滌綸起了一種類(lèi)似乎燭芯的支架作用，從而阻礙了滌綸的熔滴脫離火源；第二，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，因此滌棉織物的著火速度比純滌綸和純棉要快得多；第三，在燃燒過(guò)程中，阻燃劑能在滌和棉二種組分間遷移。因此，也給滌棉織物的阻燃帶來(lái)了困難。同時(shí)，滌棉混紡織物受熱時(shí)，受熱熔融的滌綸組份會(huì)覆蓋在滌纖維表面，而滌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［2］。
因此，要降低滌棉混紡物的可燃性，要做到以下幾點(diǎn)：(1)混紡織物中每一組份都進(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，其中作用好能互補(bǔ)或互不干擾。(3)消除骨價(jià)效應(yīng)和兩組份的干擾作用。
磷氮系阻燃劑在純棉織物上是有效的阻燃劑之一，同時(shí)，由于磷氮二者之間的協(xié)同效應(yīng)，使其在滌棉混紡織物的應(yīng)用上也有很大的發(fā)展。本文采用四羥甲基氯化磷(THPC)與酰胺類(lèi)化合物和氨反應(yīng)，形成了一種溶于水的預(yù)縮體作為阻燃劑PN-1和PN-2。阻燃劑PN-1和PN-2是利用了磷氮阻燃體系對(duì)纖維素纖維的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，提高了阻燃效果。同時(shí)，氮與磷會(huì)首先形成磷酰胺類(lèi)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?；姆磻?yīng)能力，抑制了左旋葡萄糖的生成。當(dāng)織物引燃后，阻燃聚合物中的磷，便與空氣中的氧起反應(yīng)，生成五氧化二磷(P2O5)，五氧化二磷是一種強(qiáng)脫水劑，能從纖維中奪出水分子，五氧化二磷遇到水后，就生成了聚磷酸，聚磷酸將會(huì)把纖維中的水繼續(xù)除去，實(shí)際上是把纖維素還原成為不燃的炭，同時(shí)聚磷酸也很容易包覆在纖維的外面，從而抑制與氧的反應(yīng)，避免生成可燃性氣體一氧化碳。當(dāng)棉纖維炭化后，相當(dāng)于炭纖維，它就成為合成纖維的骨架，合成纖維分布在炭纖維中間，此時(shí)合成纖維大部分也隨著纖維炭化而無(wú)法燃燒，結(jié)果便阻止了織物的燃燒.｛3｝。
本文主要就阻燃劑PN—1和PN—2對(duì)滌棉混紡織物的阻燃性能和整理?xiàng)l件進(jìn)行了比較研究。
1.實(shí)驗(yàn)材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)材料
1.1.1阻燃劑
滌棉混紡織物阻燃劑PN—1與PN—2(自制)。
1.1.2助劑
有機(jī)硅柔軟劑SR，JFC滲透劑等，助劑均為工業(yè)級(jí)。
1.1.3試劑
甲醛，尿素，三聚氰胺，三乙醇胺，NaOH，H2O2，Na2SiO3，NaAc，Na2CO3等，試劑均為市售AR和CP級(jí)。
1.1.4織物
試驗(yàn)用織物均為65/35滌棉平布，規(guī)格45s×45s，110×76，經(jīng)退漿，煮練和漂白處理。
1.2織物阻燃整理工藝過(guò)程
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%-80%)→焙烘(150℃／4min)→氧化(0.1%H2O2，0.02%NaOH，40℃)→皂洗(2g/1NA2CO3，4g/1肥皂)→水洗→烘干。
1.3主要測(cè)試方法：
織物性能指標(biāo)均在溫度20±2℃，相對(duì)濕度65±5％的條件下，平衡24小時(shí)后測(cè)試。
1.3.1阻燃性能：垂直織物阻燃性能測(cè)試儀。包括：損毀長(zhǎng)度，余燃時(shí)間，陰燃時(shí)間等.
1.3.2斷裂強(qiáng)度：YG026－250型織物強(qiáng)力儀
1.3.3撕破強(qiáng)度：Elmendorf法.
2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
2.1PN-1與PN-2阻燃劑結(jié)構(gòu)比較
阻燃劑PN-1和PN-2的可能結(jié)構(gòu)為：
表1為阻燃劑PN-1與PN-2分子結(jié)構(gòu)中氮磷元素的含量情況。表1數(shù)據(jù)表明，阻燃劑PN-1與PN-2的P／N之比大約相等。這說(shuō)明它們的氮磷協(xié)同效應(yīng)大致相同，都能與滌棉混紡織物形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).［4］。PN-2的磷含量高于PN-1。但其分子的單元結(jié)構(gòu)比PN-1小，易透入到纖維內(nèi)部。使織物的增重較大；而PN-1分子的單元結(jié)構(gòu)大，容易固著在纖維上，使織物阻燃后的損毀長(zhǎng)度要比PN-2低。
表1：阻燃劑PN-1與PN-2中的氮磷元素含量
2.2阻燃工作液中主要成份對(duì)織物阻燃性能的影響
2.2.1阻燃劑PN-1，PN-2用量對(duì)阻燃性能的影響
一般在整理過(guò)程中阻燃劑的用量越多，即在織物上的含量越大，則織物的阻燃性能越好。
注：處理?xiàng)l件PN-1TMM用量3.0%，尿素1.0%；
PN-TMM用量5～6%，尿素3%。
由圖1可見(jiàn)隨著阻燃劑PN-1和PN-2的濃度提高。其損毀長(zhǎng)度都下降，而織物增重卻上升。對(duì)PN-1來(lái)說(shuō)，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)度和織物增重也沒(méi)什么變化。而對(duì)PN-2來(lái)說(shuō)，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-1的單元結(jié)構(gòu)要比PN-2大，滲透較難，用量要比PN-2大，以致?lián)p毀長(zhǎng)度比PN-2低；而PN-2易滲透，雖阻燃劑用量比PN-1低，除在處理浴中，TMM和尿素的用量均高于PN-1外，可能PN-2的反應(yīng)性也較活潑，導(dǎo)致織物增重要高于PN-1。同時(shí)在相同的用量情況下，阻燃劑PN-1處理后的滌棉混紡織物，其織物增重和損毀長(zhǎng)度均要低于PN-2。另外由圖1(a)和(b)可見(jiàn)，當(dāng)阻燃劑PN-1和PN-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織物均能獲得良好的阻燃效果。
2.2.2TMM樹(shù)脂濃度對(duì)PN-1和PN-2阻燃劑的阻燃效果影響
TMM樹(shù)脂由于能與阻燃劑PN-1和PN-2反應(yīng)，形成網(wǎng)狀的聚合物固著在纖維上，從而提高了阻燃整理織物的耐洗性能，但用量須適當(dāng)控制。PN-1和PN-2阻燃劑與TMM可能反應(yīng)機(jī)理如下.［5］：
圖2(a)和(b)是在不同TMM濃度下滌棉混紡織物經(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-2和PN-2整理后的滌棉混紡織物，其增重、阻燃性能和耐洗滌性也隨之提高。但當(dāng)TMM用量太多時(shí)，織物的手感變硬，機(jī)械性能下降。對(duì)PN-1而言，比較適當(dāng)?shù)腡MM濃度應(yīng)選擇在3％－4%，而對(duì)PN-2來(lái)說(shuō)，TMM濃度應(yīng)選擇在5%-6%之間。
2.2.3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-1和PN-2中的磷元素起協(xié)調(diào)作用，從而提高織物阻燃性能與降低阻燃劑的用量。但尿素加入的量應(yīng)與阻燃劑的用量相適應(yīng)。圖3為尿素用量對(duì)阻燃劑PN-1和PN-2的阻燃性能影響。FL)
從圖3(a)和(b)可知，PN-1的尿素用量應(yīng)選擇在1%-2%之間，而PN-2的尿素用量應(yīng)選擇在3%左右。
為了改善阻燃產(chǎn)品的柔軟性，須添加適量的柔軟劑。但在阻燃整理中，阻燃劑的加入往往會(huì)降低阻燃織物的阻燃性，故應(yīng)控制其種類(lèi)和用量。通常選用的柔軟劑是有機(jī)硅類(lèi)，一般來(lái)說(shuō)，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-2整理時(shí)的柔軟劑用量為1%，此時(shí)整理后的織物手感較好，對(duì)阻燃性能也無(wú)明顯的影響。
2.2.4焙烘條件和氧化對(duì)阻燃效果的影響
阻燃劑PN-1，PN-2與TMM樹(shù)脂和纖維反應(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-1和PN-2處理滌棉織物時(shí)的焙烘溫度和焙烘時(shí)間對(duì)織物損毀長(zhǎng)度的影響。
圖4焙烘時(shí)間和培烘溫度對(duì)阻燃劑處理織物的損毀長(zhǎng)度
注：處理?xiàng)l件PN-1用量35%，TMM3%—4%，尿素1%；PN—2用量25%，TMM5%—6%，尿素3%
從圖4可知，隨著焙烘時(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(guò)長(zhǎng)，會(huì)使織物變脆和手感發(fā)硬。因此，時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，而在相同的焙烘時(shí)間下，在140℃焙烘時(shí)，由于溫度太低，阻燃劑與TMM和纖維反應(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160℃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(guò)多，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。阻燃劑PN-1和PN-2比較適宜的焙烘為：溫度150℃，時(shí)間3～4分鐘；
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)狀況的磷全部氧化成＋5價(jià)高價(jià)磷，并均能提高阻燃劑PN-1和PN-2處理后織物的阻燃性能和耐洗性。
2.3阻燃劑PN-1和PN-2處理滌棉混紡織物的阻燃效果比較
表2為滌棉混紡織物經(jīng)阻燃劑PN-1和PN-2處理后其各種性能情況。從表2中可知，經(jīng)阻燃劑PN-1和PN-2處理織物后，它們的余燃時(shí)間和陰燃時(shí)間皆為0。這說(shuō)明磷氮阻燃劑具有良好的協(xié)同效應(yīng)。由于PN-2分子結(jié)構(gòu)的單元相對(duì)較小，它的滲透性好，容易透入纖維內(nèi)部，因此易與織物生成聚合物。而PN-1處理織物其用量高于PN-2，但損毀長(zhǎng)度要比PN-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-2小，這表明可能其阻燃劑主要附著在纖維表面。另外阻燃劑PN-1和PN-2經(jīng)20次洗滌后，其損毀長(zhǎng)度和織物的增重都變化不大。這也反映出它們具有良好的耐洗性。
用阻燃劑PN-1和PN-2處理織物后，其斷裂強(qiáng)度，撕破強(qiáng)度，手感均下降不多，尤其是手感。由于用這二種阻燃劑處理織物后的織物增重均小于30%，因此織物處理后的手感變化不大。其中用PN-2處理織物后機(jī)械性能和手感均要好于PN-1。這是由于PN-1的結(jié)構(gòu)要比PN-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-2分子量較PN-1小，易透入纖維內(nèi)部，生成聚合物，故其機(jī)械性能和手感均比PN-1好。
表2阻燃劑PN-1和PN-2處理織物后阻燃綜合效果比較
3.結(jié)論
1.利用THPC與酰胺類(lèi)化合物和氨反應(yīng)，生成的阻燃劑PN-1，PN-2具有磷、氮協(xié)同效應(yīng)，能提高阻燃效果。其中PN-2的含磷和含氮量要高于PN-1。
2.阻燃劑PN-1和PN-2處理滌棉混紡織物皆能取得較好的阻燃效果。阻燃劑PN-1分子的單元結(jié)構(gòu)比PN-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-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-1和PN-2處理織物，PN-1的損毀長(zhǎng)度和織物增要低于PN-2，而PN-2的斷裂強(qiáng)度，撕破強(qiáng)度及手感均要好于PN-1。vIZ7DxRvP

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