１.前言?
滌綸纖維是一種重要的紡織原料。我國滌綸纖維的產(chǎn)量自90年代以來，年產(chǎn)量已超過100萬噸占世界第二位。滌綸紡織品的應(yīng)用已深入人民生活的各個方面。由于滌綸纖維屬易燃性材料，為了適應(yīng)某些場合使用時有阻燃性要求，在80年代就開發(fā)阻燃整理滌綸產(chǎn)品，主要應(yīng)用六溴環(huán)十二烷(簡稱HBCD)和環(huán)膦酸酯齊聚物(Oligomericcyclicphosphonate)兩種阻燃劑，可能是由于HBCD的質(zhì)量相當(dāng)?shù)胤€(wěn)定，以及它既可用軋烘焙工藝又可與分散染料高溫高壓同浴染色工藝，以致應(yīng)用較為廣泛。可以說是目前國內(nèi)滌綸織物阻燃整理的主要技術(shù)路線，經(jīng)HBCD整理的滌綸產(chǎn)品在室內(nèi)裝飾方面完全符合GB50222－95《建筑內(nèi)部裝飾設(shè)計防火規(guī)范》中B1級(難燃)和B2級(可燃)的要求。只是對HBCD整理滌綸纖維阻燃性以外的一些性能變化報道較少。本文擬就這方面作些探討。?
2.滌綸纖維(織物)的燃燒特性?
滌綸纖維是熱塑性纖維，在受外界施加熱量過程中，當(dāng)溫度超過玻璃化溫度(Tg)時會軟化，若達(dá)到熔融溫度(Tm)會熔化生成粘稠橡膠狀，成熔滴落下，使難于燃燒。但高溫熔融物一旦粘著人體皮膚會造成深度燒傷，加重災(zāi)難。可是，正是由于其Tm溫度低于分解溫度(Tp)，以致容易引起某些人對一些輕薄滌綸織物是否經(jīng)過阻燃整理的判斷產(chǎn)生困擾。?
經(jīng)驗告訴我們：棉織物的可燃性是隨著單位質(zhì)量(g／M2)的增加而呈直線下降的(即相對的阻燃性提高)；但是，滌綸織物的情況卻恰恰相反。輕薄型滌綸織物難于點(diǎn)燃，隨著其單位質(zhì)量的遞增，點(diǎn)燃的危險性也隨之增大，其實(shí)這是熱塑性合成纖維織物的共性。造成這種現(xiàn)象是由于輕薄型滌綸織物受熱時容易收縮。而熔融部分會呈球狀滴落，從而使織物自動地脫離了火源所致。其“阻燃”現(xiàn)象是基于熔融溫度與著火溫差之形成的。錦綸織物較滌綸織物難于點(diǎn)燃的現(xiàn)象，正是錦綸的這種溫差較滌綸大所致。如表1所示。?
表1錦綸和滌綸的熔融溫度與著火
錦綸 | 滌綸 | |
軟化溫度(℃) | 180 | 230～240 |
熔融溫度(℃) | 215 | 259～263 |
著火溫度(℃) | 530 | 510 |
由表1可知：錦綸的熔融溫度與著火溫度之差達(dá)315℃，在達(dá)著火溫度之前，大量的熱量已在熔融過程中消耗掉了；與之相比，滌綸的這種溫差為250℃，已相當(dāng)?shù)乜s小，若織物的單位質(zhì)量(或厚度)增加，使熔融所需時間陡然延長，導(dǎo)致熔滴效果減弱，就較易著火。?
有人以不同單位質(zhì)量(即厚度)的滌綸織物，接觸火焰的時間分別為1秒、3秒、5秒、10秒和15秒，測定其熔融距離和點(diǎn)燃時間的關(guān)系，結(jié)果如圖1所示：
?
圖1點(diǎn)燃時間與不同單位質(zhì)量滌綸織物的熔融距離關(guān)系?
由圖1可知：對單位質(zhì)量為50g／M2以上的滌綸織物，在各種接觸火焰時間內(nèi)，其熔融距離都很小，而達(dá)150g／M2以上的滌綸織物，則接觸火焰3秒鐘以上就會燃燒。因此，不含任何雜質(zhì)的100%滌綸輕薄織物(重量為150g／M2以下)，可視作具有一定的“阻燃性”。實(shí)際上滌綸織物不可避免地總吸附著染料、、原料或其它助劑、會使這種“阻燃性”受到很大的影響。特別是進(jìn)行樹脂整理或有機(jī)硅拒水整理，以及涂料印花都會使它容易著火，如表2所示結(jié)果?
表2不同加工對滌綸燃燒性影響?
燃燒時間(s) | 燃燒距離(cm) | |
滌綸織物 | 0 | 4.0 |
滌綸織物經(jīng)0.4%脂肪族柔軟劑處理 | 10 | 8.0 |
滌綸織物0.5%MF樹脂處理 | 全部燒完 | |
滌綸織物經(jīng)3%有機(jī)硅拒水處理 | 全部燒完 | |
涂料印花滌綸織物印花面積30% | 23 | 15.0 |
涂料印花滌綸織物印花面積50% | 全部燒完 | |
注：滌綸織物150g／M2；點(diǎn)燃時間3秒?
３.熱學(xué)性能的變化?
滌綸纖維經(jīng)HBCD整理后，小分子的HBCD進(jìn)入滌綸分子內(nèi)部，對其熱學(xué)性能的影響，可由熱分析方法測知。
3.1相轉(zhuǎn)變溫度(Tg、Tc、Tm1、Tm2)
經(jīng)不同HBCD濃度整理的滌綸纖維，由DSC測得其轉(zhuǎn)變溫度的變化，如圖2所示：
圖2不同HBCD濃度整理滌綸纖維的相轉(zhuǎn)變溫度影響?<
3.2HBCD濃度時結(jié)晶和熔融(晶體)行為的作用?
不同HBCD濃度整理的滌綸纖維由DSC測得其結(jié)晶和熔融行為的變化，如圖3所示。
1.滌綸；2.1%HBCD整理滌綸；3.2%HBCD整理滌綸；4.5%HBCD整理滌綸；5.6.5%HBCD整理滌綸；6.8%HBCD整理滌綸；7.10%HBCD整理滌綸
由圖3可知：隨著HBCD整理濃度的增加，其結(jié)晶放熱峰急劇陡峭，而吸熱峰則相反，漸趨平坦。這個現(xiàn)象似乎可推測：HBCD猶如親核試劑是固著在滌綸纖維分子上，加速了滌綸分子的結(jié)晶，從而使其熔融過程變得緩慢而平坦，且使其開始熔融的溫度也較低些。
3．3熱分解行為?
滌綸、不同濃度HBCD整理滌綸和HBCD的熱重分析測得曲線、如圖4和圖5所示：?
由圖4可知：HBCD整理滌綸的TG曲線與滌綸和HBCD比較，它的曲線有兩個不同程度轉(zhuǎn)折點(diǎn)，且其降低程度隨HBCD濃度的增加而加劇。其中第一轉(zhuǎn)折點(diǎn)是與HBCD的分解溫度相同，而第二個轉(zhuǎn)折點(diǎn)與滌綸纖維的分解有關(guān)，這也說明HBCD在較低溫度時，就有促進(jìn)滌綸纖維的分解作用了。同時，可用圖解法從TG曲線上獲得更有意義的信息，如圖5所示：即熱分解開始溫度(B或C)、最高分解速率時的溫度和樣品熱分解后殘渣含量。如圖所示。
由圖5圖解法求熱分解開始溫度有二個點(diǎn)，即B與C，它們與整理時HBCD濃度的關(guān)系如圖6A所示。若C點(diǎn)是熱分解開始溫度，則其溫度比未整理試樣都高，這與HBCD整理的滌
HBCD整理試樣熱分解溫度較未整理試樣稍高些。此外，經(jīng)HBCD整理后其燃燒殘渣率也明顯地隨整理時的HBCD濃度成正相關(guān)。?
４．實(shí)用性能?
滌綸纖維經(jīng)阻燃整理，最主要的是賦予阻燃性能，用時盡量不影響其使用價值和壽命。分三方面的討論于后。
4．1阻燃性能?
滌綸纖維經(jīng)HBCD整理，只要確保滌綸纖維上固著相當(dāng)數(shù)量后，它可由原來易燃性材料(其LOI值為20.4%)變成阻燃或難燃性材料。按諸一般公認(rèn)：材料的燃燒性其極限氧指數(shù)(LOI值)，其值在26以上就具有阻燃性。例如：薄型滌綸斜紋織物(其質(zhì)量為98.0g／M?2)經(jīng)不同濃度HBCD整理后，其阻燃性與整理濃度之間關(guān)系，如圖7所示：
4．2織物強(qiáng)度?
棉織物經(jīng)耐久性阻燃整理后，其強(qiáng)度會有15～30%的損傷，滌綸織物經(jīng)HBCD、三苯磷酸酯(TPPA)和其混合物整理后，織物強(qiáng)度未見面有任何不良影響。甚至稍有增加的趨勢，如圖8所示：?
4．3耐久性：?
HBCD整理滌綸織物效果的耐久性，主要是其阻燃性的耐洗滌性能和耐日曬性能兩個方面的變化。經(jīng)整理的滌綸25次洗滌后的阻燃性如圖9所示，不但沒有下降，其LOI值反而均稍有增加；可是，經(jīng)干洗后，則所有試樣的LOI均有所降低，如圖10所示。但HBCD和HBCD＋TPPA整理的LOI值仍在在27以上。
其次，HBCD整理的滌綸織物在使用過程中，經(jīng)日光照射后對其耐久性影響如何?也是一個值得注意的問題。今以紫外線照射代替日光進(jìn)行試驗。所有試樣經(jīng)照射24和48小時后與未照射試樣對比，其結(jié)果如圖11所示：
由圖11可知：經(jīng)HBC
5．結(jié)論?
5．1滌綸纖維經(jīng)HBCD整理后，其熱學(xué)性能隨HBCD濃度呈規(guī)律性變化。各相轉(zhuǎn)變溫度隨HBCD濃度的遞增而下降；HBCD分子進(jìn)入滌綸纖維內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)有明顯的促進(jìn)分子結(jié)晶的作用，使熔融過程度變得相當(dāng)寬廣，滌綸纖維的熱分解開始溫度也隨HBCD使用濃度增加而急速地下降，使HBCD整理滌綸的熱分解行為發(fā)生根本性的改觀。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為：HBCD的阻燃作用是在氣相(火焰)中進(jìn)行的，即HBCD釋放出的低能自由基(Br)在火焰中捕獲高能自由基(如R·、H·和HO·等)所致，可是，從熱分解殘渣率隨HBCD使用濃度的遞增而增加這一點(diǎn)看來，似乎HBCD的阻燃機(jī)理，除氣相作用外，在凝固相也有相當(dāng)?shù)淖饔檬遣蝗莺鲆暤摹?/span>?
5．2滌綸纖維的阻燃性與整理時使用HBCD的濃度有良好的正相關(guān)關(guān)系。本文從材料阻燃性角度出發(fā)，采用具有數(shù)量概念極限氧指數(shù)值法。它與工業(yè)生產(chǎn)中考核阻燃整理紡織品的阻燃性能所用測試方法(如垂直燃燒法等)是不同的概念。前者用于研究不同材料的阻燃性，有數(shù)量上差別；后者則是用于回答產(chǎn)品的阻燃性能用于某一場所合格與不合問題。例如：按GB50222－95《建筑內(nèi)部裝飾設(shè)計防火規(guī)范》對不同規(guī)模的影劇院或禮堂，其室內(nèi)裝飾織物阻燃
等級要求為：?
床位數(shù)量 | 窗簾 | 帷幕 | 家具裝飾織物 |
＞1500 | B1 | B1 | B1 |
800～1500 | B1 | B1 | B2 |
＜800 | B2 | B2 | B2 |
則阻燃整理織物按GB－5455－85《紡織物阻燃性能測試垂直燃燒法》標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行測試必須符合如下結(jié)果：
損毀長度(mm) | 續(xù)燃時間(s) | 陰燃時間(s) | |
B1級 | ≤150 | ≤5 | ≤5 |
B2級 | ≤200 | ≤15 | ≤10 |
5．3滌綸纖維(或織物)經(jīng)HB
5．4HBCD對滌綸纖維似乎有促進(jìn)光氧化作用，這是一個新問題，但可添加其它阻燃劑(如TPPA等)設(shè)法彌補(bǔ)，以改善實(shí)用性能。
６．參考文獻(xiàn)
1.楊棟梁北京化纖4，18／24(1994)?
2.R.Aeinshaenolinetal,textilveredlung，11，329(1976)?
3.ShigekoNakanishietal.,JPN.Res.Ossa.Tex.End?usesV.32,(12),38(1991)?
4.同上335，40／48(1992)?
5.同上35，3，29／37(1994)
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