紡織品是引起火災的重要原因,世界各國競相制定法規,要求某些紡織品具有規定的阻燃性能才能進入市場,否則被視為違法。近年來,阻燃紡織品已成為開發熱點,阻燃劑的開發也朝著環保、低毒、高效、協效的方向發展,但對阻燃真絲的研究開發卻較少,以醚化的六羥甲基三聚氰胺為交聯劑,將Pyrovatex CP應用于真絲進行阻燃改性,得到的絲織物氧指數在30%以上,但整理后絲織物甲醛含量超標(75×10-6)[1-3]開發含磷乙烯基單體,通過與真絲接枝共聚,制備出阻燃真絲紗線及阻燃真絲織物,得到的真絲織物氧指數達30%以上[4-5].美國佐治亞大學CHARLES Q Y研究室應用2D樹脂(DMDHEU)及三羥甲基三聚氰胺(TMM)分別作為交聯劑,將含羥基有機膦阻燃劑HFP0(含磷量為20.2%~20.5%,結構式如下)應用于純棉、錦/棉混紡(美國軍服面料)[6-8]織物,取得了較好的阻燃效果,整理后氧指數達30%以上,可耐50次水洗.本文將含羥基有機瞵阻燃劑HFPO用于真絲織物的阻燃改性,通過染整加工常用的浸軋烘焙法,利用交聯劑,將阻燃劑固著在織物上,獲得阻燃效果.
1 試驗
1.1 材料及儀器
織物:真絲練白電力紡(脫膠率25%,
華絲集團)。
試劑:含羥基有機膦阻燃劑HFP0(美國),交聯劑1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA) (化學純),催化劑次磷酸鈉NaH2P02、鹽酸(36.5%~38.0%)(均為試劑級,市售),三乙醇胺(TEA).
儀器:pH計,軋車,焙烘機,電子天平,氧指數儀,垂直燃燒試驗箱,MCC-1微型燃燒量熱儀,電感耦合等離子體原子發射光譜儀(ICP/AES).
1.2 織物阻燃整理
將織物(
1.3 水洗
在測試前,織物需經
1.4 測試
氧指數LOI根據ASTM標準測試方法D2863-97測試;炭長根據ASTM標準測試方法D6413-99測試,燃燒時的放熱情況:用微型量熱儀測試,取樣品4~6mg,在流量為
5 織物上含磷量測定
將
2 結果與討論
2.1 HFP0與絲綢在無交聯劑下反應時的氧指數從圖1可知,未整理的真絲織物氧指數為23.8%,HFP0單獨作用后,氧指數EOI基本不變,表明阻燃劑HFP0不能和織物直接發生反應。
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| 圖1 HFPO與絲綢在無交聯劑作用下反應時的氧指數 |
2.2 影響HFP0阻燃效果LOI的因素
從圖2可看出,隨著BTCA用量的增加,氧指數先增加到一極值后再減少,當交聯劑用量為7.6%時,氧指數為27.2%,8.7%時,氧指數達27.3%,兩者相近,在實際應用中,BTCA用量可以選用7.6%~8.7%。一般認為,交聯劑用量的增加會增加固著在織物上的阻燃劑量,從而使氧指數隨著交聯劑用量的增加而增加。而圖中結果卻并未顯示出這一趨勢,故可推知存在消耗交聯劑的競爭反應[9].
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| 圖2 不同交聯劑用量時織物的氧指數 |
據報道,次磷酸鈉為多羧酸與纖維素發生酯交聯的最好催化劑,可以催化多羧酸脫水形成酸酐,在酸酐與纖維素成酯過程中也有較好的催化作用[10]。所以合適的催化劑用量對反應至關重要。
圖3表明,隨著催化劑用量的增加,氧指數值也逐漸增加,當次磷酸鈉用量為6.1%時,可達到最大的氧指數值。此后再增加用量,反應已達飽和,氧指數值不再提高,故適宜的催化劑用量為6.1%.
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| 圖3 不同用量次磷酸鈉催化時織物的氧指數 |
在用多羧酸作防皺整理劑時常加入三乙醇胺作為強力提升劑,適量的三乙醇胺對織物彈性也有一定的提高[11].本文中引入三乙醇胺來考察對織物燃燒性能的影響。
從圖4可看出,添加三乙醇胺2%時,絲綢的LOI值從27.8%提高到30.3%,而且在用量較少時,會使阻燃性能有所提高,此后再增加用量會使阻燃性能下降,原因是三乙醇胺與BTCA的反應程度大于HFP0與BTCA的反應,競爭反應的結果使鍵合在絲綢上的阻燃劑量減少.
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| 圖4不同三乙醇胺用量時 織物的氧指數 |
從圖5可看出,添加20%阻燃劑便可使絲綢LOI值達29.4%,遇火有自熄功能[12],用量增加,氧指數也增加;30%時,氧指數達32.2%;400%時,氧指數為33%以上.但實際應用時,阻燃劑用量應低于40%,因為過高的用量會使整理液十分粘稠,整理時有粘輥現象.
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| 圖5 最適反應條件下不同HFP0用量整理真絲時的氧指數 |
2.3 阻燃真絲織物的性能
2,3,1 阻燃性
從表1可看出,添加10%的阻燃劑,不能起到阻燃效果,不能通過垂直法燃燒測試;添加15%以上,氧指數大于27%,小火源點燃后,離開火源可自熄,且能通過垂直法燃燒測試(炭長小于
表1 不同用量阻燃劑整理真絲織物的阻燃性能
| HFPO用量/% | 增重率/% | LOI/% | 炭長/mm |
| 未處理絲織物 | - | 22.8 | ＞300 |
| 10 | 10 | 24.2 | ＞300 |
| 15 | 15 | 27.1 | 86 |
| 20 | 18 | 29.9 | 77 |
| 30 | 27 | 32.4 | 71 |
| 40 | 34 | 33.1 | 56 |
注:BTCA 7.6%,次磷酸鈉6.1%,三乙醇胺2%
由圖6可知,未水洗時織物上含磷量為5.2%,水洗1次后,織物上的含磷量為2.5%;經15次水洗后,織物上含磷量下降到1.5%,30次水洗后,降到0.2%。
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| 圖6 不同水洗次數時對應織物上的含磷量 |
從表2可知,未阻燃整理絲織物不能通過垂直燃燒測試.水洗1次后,氧指數大大提高,點燃后離開火源,織物有自熄功能,且炭長也可以通過垂直法燃燒測試.洗滌15次后,氧指數下降,炭長也隨之增大,阻燃性能雖有所下降,但點燃后離開火源僅為緩慢燃燒:洗滌30次后,絲織物已不能通過垂直燃燒測試,氧指數也有所下降,表明此阻燃整理可耐至少15次水洗.
表2 經不同水洗次數時織物的氧指數及炭長
| 水洗次數/次 | LOI/% | 炭長/mm < |
| 未整理絲織物 | 22.8 | ＞300 |
| 1 | 32.4 | 68 |
| 15 | 26.8 | 92 |
| 30 | 25.0 | 188 |
2.4 熱釋放率
應用微型燃燒量熱儀測量材料的燃燒性能是目前國際上較新的技術,它是根據氧耗原理設計的一款可以測量mg級樣品熱釋放速率的新型儀器,相比大型的錐形量熱儀,使用更為方便[14]。熱釋放速率是評估火災危險性的一項重要指標.熱釋放速率大的材料在火災中的危險性就越大.從圖7中可知,未阻燃整理真絲在233s時出現一個放熱峰,245s時出現最大放熱峰,且最大熱釋放率為172.7W/g;而阻燃整理后,真絲僅在250s時出現一個放熱峰,且熱釋放率為102.3W/g,可見,阻燃整理大大降低了真絲的熱釋放量,真絲在火災中燃燒時產生的熱量少,提供給真絲裂解的熱量就減少,抑制了燃燒的鏈式反應,使得真絲無法繼續提供可燃氣體,在火災中可以有效降低危險性。
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| 圖7 真絲在燃燒不同時間下的放熱情況 |
3 結論
含羥基有機膦阻燃劑HFPO在BTCA的交聯下,可以使絲織物具有阻燃性能,但BTCA用量存在一個峰值,添加少量三乙醇胺即可提高阻燃劑在絲織物上的固著率。較佳整理工藝:HFPO 30%,BTCA 7.6
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