复合磷系阻燃剂在纯涤纶织物上的应用
魏菊 吴坚 刘冬晔
(大连轻工业学院纺织工程系，辽宁大连 116034)
[收稿日期]2003-11-24;[修订日期]2004-03-04
原载：《纺织科学研究》2004/3；49-52
[摘要]探讨了复台磷系阻燃整理剂的整理工艺对纯涤纶织物阻燃整理效果的影响。试验结果表明，采用5%NaOH预处理、20%的阻燃剂浓度、180℃烘焙的热溶法阻燃整理工艺对纯涤纶织物进行阻燃整理，可获得良好的阻燃效果和耐水洗性，而且不影响织物原有的风格和质量，是一种适用于涤纶织物、安全无毒的阻燃整理方法。
[关键词] 阻燃整理;复合磷系阻燃剂;纯涤纶织物
[中图分类号]TS195.2+4[文献标识码]A[文章编号]1003-1308[2004]01-0049-04
1 引言
目前，涤纶纤维已被广泛地应用于"服装用、装饰用和产业用"三大领域，但涤纶纤维的极限氧指数(L01)介于20-22之间，仍属于可燃纤维，且在燃烧时会发生熔融和滴落现象，在火灾中十分危险[1]。随着中国加入WTO，中国的纺织品出口面临着更多的机遇和挑战。由于欧美等国对多种纺织品的可燃性指标都有严格的规定，致使我国一些涤纶纺织品的出口严重受阻。
可使涤纶织物具有阻燃功能的方法有两种，一种是采用阻燃涤纶纤维制造织物，另一种是对涤纶织物进行阻燃整理[2]。由于目前市场上的阻燃涤纶纤维数量有限，很难满足产品开发需求，所以第一种方法的应用有一定的局限性;而第二种方法方便灵活、工艺简单、成本低，适用于小批量、多品种阻燃涤纶织物的生产。
最早用于棉、涤织物阻燃整理的四羟甲基氯化磷，具有阻燃性能优良、耐水洗性能良好的特点，但经长期使用后却发现其具有致癌性，现已被禁用。由美国Mobil化学公司首先开发的Antiblaze纯涤纶织物用阻燃整理剂，由于合成工艺复杂，产品价格高，在一定程度上限制了其广泛应用。本
文将选用安全无毒、阻燃效果好、价格低廉的多聚磷酸铵APP和磷酸二苯异辛酪DPOP进行复配，并采用NaOH预处理和热熔法阻燃整理工艺，以增加其耐水洗性，获得良好的阻燃效果。
2 实验
2．1 实验材料
布样: 纯涤纶华达呢，268g/m2 药品: 磷酸(浓度为85%)；尿素(分析纯)；氨水；氢氧化钠(分析纯)；磷酸二苯异辛酯；渗透剂JFC；非离子性乳化剂；有机硅柔软剂。
2．2 测试仪器
YG815垂直法织物阻燃性能测试仪，HC-Ⅱ极限氧指数测定仪，Y-501型断裂强度仪。
2．3 实验方法及步骤
2．3．1 多聚磷酸铵APP的制备
磷酸与尿素以1:l的摩尔比在12O℃加热，回流反应8h，产物用浓氨水调节pH值至中性，冷却、固化、粉碎后烘干。
2．3．2 纯涤纶织物用阻燃整理剂的复配
以5:2的重量百分比将APP与DPOP进行混合。将混合阻燃剂以一定浓度与乳化剂一同加入相应量的水溶液中，再加入有机硅柔软剂DMPS、渗透剂JFC，高速搅拌，形成水包油型阻燃整理乳液。
2．3．3 纯涤纶织物的阻燃整理
工艺流程: NaOH溶液预处理→二浸二轧(轧余率60%-70%)→预烘(100℃，3min) →焙烘(180℃，3min) →皂洗5次→烘干。
2．3．4 阻燃性能测试
阻燃性能按GB5455-97垂直燃烧法测试;极限氧指数按GB2406-80方法测试;耐洗性按AATCC-124测试;断裂强力按GB423-78测试。对于经过每一工艺条件整理的5个布样，其各项指标均选取测试值的平均值。
3 结果与讨论
3．1 磷系阻燃剂的复配与阻燃机理
APP阻燃剂具有含磷、含氮量高，阻燃效果好，热分解温度高，热稳定性好，与其它阻燃整理剂复合性能好的优点;DPOP也是一种无毒的磷系阻燃剂。二者复合后，可取得更为理想的阻燃效果。而渗透剂将有助于阻燃剂向织物内部的扩散，有机硅柔软剂可改善织物的手感。
一般认为，涤纶的燃烧是氧化反应，即纤维聚合物受热、水分蒸发后，氧化生成过氧化物，然后离解成游离基团。游离基团的连锁反应使C-C键断裂生成可燃性气体，与空气混合;当温度达到着火点以上并另有火源时，会引起燃烧。由于燃烧产生的热、光、烟，又使未燃部分获得热量而继续燃烧。
磷系阻燃剂通过浸轧、热烘，渗人到织物的内部并固着。其对涤纶纤维的阻燃作用，一般认为是该阻燃剂与可燃物的游离基进行反应，使活性基团减少，直至游离连锁反应中断，纤维燃烧终止。此外，阻燃剂的分解物还能在燃烧中降低涤纶纤维的熔点，便纤维受热时收缩、熔融、滴落。
3．2 预处理对纯涤纶织物阻燃效果的影响
预处理对织物的阻燃效果有很大影响。由于涤纶纤维的结晶度很高(在70%左右)，常温下阻燃剂在涤纶纤维上的固着只能依靠物理吸附作用，而纤维上吸附的阻燃剂量却很少，起不到良好的阻燃效果。将涤纶纤维在一定浓度的NaOH溶液中处理，涤纶纤维会发生一定程度的溶胀，大分子之间的距离增大，纤维内部的自由体积增多，使阻燃剂分子能够迸入到纤维内部的非结晶区。这样，纤维上就可以吸附大量的阻燃剂，使织物具有阻燃功能。
为了对比预处理时NaOH的不同浓度对阻燃整理效果的影响，分别采用3%，5%，10%的NaOH溶液对纯涤纶织物进行预处理，然后用20%的阻燃剂浓度、180℃的烘焙温度对织物进行阻燃整理。织物经整理后，其各项性能如表1所示。
由表1可见，随着预处理NaOH浓度的增加，织物经阻燃整理后，续燃时间和损毁长度均显著下降，极限氧指数增大，即阻燃效果变好;但织物的强力损失率增大。因此，选取NaOH的浓度为5%进行预处理较为适宜。
表1 预处理NaOH浓度对纯涤纶织物阻燃整理效果的影响
|
NaOH浓度(%) |
续燃时间(s) |
阴燃时间(s) |
损毁长度(cm) |
LOI值 |
强力损失率(%) |
|
空白 |
48.3 |
0 |
15.2 |
21.1 |
0 |
|
3 |
11.2 |
0 |
13.1 |
31.4 |
2.2 |
|
5 |
9.3 |
0 |
12.6 |
34.3 |
2.9 |
|
10 |
8.7 |
0 |
12.5 |
35.2 |
3.4 |
3．3 阻燃剂浓度对纯涤纶织物阻燃效果的影响
阻燃剂浓度对织物的阻燃整理效果也有着十分关键的影响，为了对比不同阻燃剂浓度对阻燃整理效果的影响，预处理NaOH浓度选用5%，烘焙温度选用180℃，分别以10%，15%，20%，25%，30%的不同浓度阻燃剂对织物进行阻燃整理。织物经整理后，其各项性能如表2所示。
表2 阻燃剂浓度对纯涤纶织物阻燃整理效果的影响
|
阻燃剂浓度(%) |
续燃时间(s) |
阴燃时间(s) |
损毁长度(cm) |
LOI值 |
强力损失率(%) |
|
空白 |
48.3 |
0 |
15.2 |
21.1 |
0 |
|
10 |
11.6 |
0 |
13.6 |
29.4 |
3.0 |
|
15 |
10.5 |
0 |
13.1 |
31.4 |
3.2 |
|
20 |
9.3 |
0 |
12.6 |
34.3 |
2.9 |
|
25 |
8.7 |
0 |
12.1 |
34.6 |
2.7 |
|
30 |
7.9 |
0 |
11.6 |
35.7 |
3.4 |
由表2可见，随着阻燃剂浓度的增加，续燃时间和损毁长度均下降，极限氧指数增大，但同时织物的硬挺度和强力损失率增大。综合考虑，选取阻燃剂的浓度为20%为宜。
3．4 烘焙温度对纯涤纶织物阻燃整理效果的影响
热熔法是指在低于熔点250℃的温度加热处理织物，是涤纶织物常用的固色方法之一[3]。涤纶纤维具有良好的耐热性能，玻璃化温度为80℃左右，熔点为255-265℃。在130℃下连续加热20d，强力损失率只有5%。在180℃的高温下，涤纶纤维处于高弹态，其大分子链段的运动性很强，空穴的体积和位置可以发生很大的变化，可以将已进人纤维内部的阻燃剂固结于其中，便其在以后的水洗过程中也不会被除去。为了分析烘焙温度对阻燃整理效果的影响，用5%的NaOH溶液对织物进行预处理，阻燃剂浓度为20%，分别在110℃，150℃，180℃的烘焙温度下对织物进行阻燃整理。织物经整理后，其性能如表3所示。
由表3可见，随着烘焙温度的升高，阻燃整理后织物的阻燃性能略有提高，而耐洗牢度显著增加。因此，为了提高阻燃织物的耐水洗牢度，可采用180℃的烘焙温度。
在实际生产中，阻燃整理工艺需要根据织物的具体情况来进行调整。一般来说，组织结构较为疏松的织物，燃烧比表面积大，纤维和纱线内部的空气含量高，因而燃烧速度快，续燃容易;反之，结构紧密的织物不易续燃，但在整理时，若渗透性不好，阻燃效果也会下降。因此在阻燃整理时，织物愈薄，浴中阻燃剂的浓度就应愈高。对于组织结构紧密的织物，最好选用多浸多轧的施液设备，同时加入适量渗透剂，以保证整理后织物的增重率。织物经过浸轧整理液后，最好选用红外线或热风
烘燥方式，以保证整理剂的均匀分布。在高温烘焙时，烘焙的温度、车速郡要保持恒定，热风循环也要均匀。
表3 焙烘温度对纯涤纶织物阻燃整理效果的影响
|
烘焙温度 |
续燃时间(s) |
阴燃时间(s) |
损毁长度(cm) |
LOI值 |
强力损失率(%) |
5次水洗后LOI值 |
|
空白 |
48.3 |
0 |
15.2 |
21.1 |
0 |
21.1 |
|
110 |
11.3 |
0 |
13.4 |
30.5 |
2.3 |
28.9 |
|
150 |
10.8 |
0 |
12.9 |
32.4 |
2.5 |
30.2 |
|
180 |
9.3 |
0 |
12.6 |
34.3 |
2.9 |
33.7 |
4 结束语
纯涤纶织物经复合磷系阻燃整理剂热熔法进行阻燃整理之后，可以获得理想的阻燃性能，并具有一定的耐水洗性，而且织物的手感和风格变化不大，这说明APP-DPOP是一种适用于纯涤纶织物、安全无毒的阻燃整理剂。
参考文献
[1]蒋春兰、余杨，耐久阻燃剂FRC-l在纯涤纶织物上的应用[J]印染，2002，(2)；32-34
[2]刘贯通、董淑志，磷系涤纶纤维用阻燃剂YHD的研制及应用[J]合成技术及应用，1998，12(4)；21-23
[3]程莉萍，纯涤纶织物阻燃整理探讨——热溶法[J]四川联合大学学报，1998，2(1)；55-58