棉织物用三嗪类磷系阻燃剂的制备及应用yd5603
王怀芳1，朱 平2(青岛大学 山东 青岛 266071)
原载：山东理工大学学报-自然科学版2005-9；116-119
【摘要】以亚磷酸二甲酯和三聚氯氰为原料制备了含三嗪活性基的棉织物阻燃整理剂，并将阻燃剂应用于棉织物，本文详细研究了各种工艺条件包括阻燃剂用量、整理液pH值、焙烘温度及添加剂对阻燃效果的影响，并确定了最佳工艺。
关键词：阻燃剂；无甲醛；棉织物 亚磷酸二甲酯
三聚氯氰
棉纤维具有优异的吸湿透气性，穿着舒适性，且具有良好的染色性及生态相关性，因而在服装和装饰领域得到广泛的应用。
目前，纯棉织物的耐久阻燃整理，主要有以四羟甲基氯化磷(THPC)阻燃剂为基础的Proban工艺和以N-羟甲基-3-(二甲氧基磷酰基)丙酰胺(Pyrovatex CP)为阻燃剂的耐久阻燃整理工艺[1]。随着纺织工业的发展和人民生活水平的提高，消费者不仅仅满足于服装的美观大方、穿着舒适，还要求服装环保，即在穿着过程中对身体不会产生伤害。上述两种阻燃体系在整理到织物和织物服用过程中都会释放甲醛。甲醛是一种无色的刺激性气体，可经呼吸道吸收。已经被世界卫生组织确定为可疑致癌和致畸形物质[2]，由于甲醛对人们的身体健康产生很大的危害，国内外对纺织品中残留甲醛的限量都作了严格的规定。
作者利用亚磷酸二甲酯和三聚氯氰为主要原料，经过两步反应得到类似均三嗪类活性染料的阻燃剂[3-4]，并将这种阻燃剂应用到棉织物的阻燃整理中，对影响整理的各种因素进行研究，确定了此阻燃剂阻燃整理的最佳工艺。
1 实验材料、仪器和设备
21×21 60×50纯棉平布(青岛装饰布总厂)；亚磷酸二甲酯(60%)，甲醇钠(CR)，丙烯酰胺(CR)，氢氧化钠(AR)，三聚氯氰，丙酮(CR)等；EL-400气动小轧车；LFY-2OlD多功能织物强力仪；LAF-10垂直法织物阻燃性能测试仪等。
2 阻燃剂合成
将甲醇钠、亚磷酸二甲酯和丙烯酰胺加入装有搅拌器、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的四口烧瓶中，升温至规定温度，保温反应一段时间，得3一二甲氧磷酰基丙酰胺粗品。
在三口烧瓶中加入三聚氯氰和丙酮，在0-5℃下加入上述产品的一半，并反应30分钟，在40℃下加入另一半，并反应40分钟在60-80℃左右蒸馏出产品中的丙酮，收集产品，并在130-140℃下烘干90分钟，得到橙红色粉状固体。结构如下:
3 工艺实验、结果与讨论
用合成的阻燃剂、尿素(40g/L)、小苏打(20g/L)和渗透剂JFC(几滴)按一定比例混合，然用氢氧化钠调节pH值，配成1OOml溶液。
二浸二轧(轧余率100%)→预烘(80℃，5min)→焙烘(4min)
→冷水冲洗→烘干
3．1 pH值对整理效果的影响
阻燃剂用量20%，其他各种助剂的量不变，整理液pH值对阻燃整理效果的影响试验见表1。
表1 pH值对整理效果的影响
|
pH |
增重率/% |
续燃时间/s |
阴燃时间/s |
损毁长度/cm |
强力(纬向)/N |
|
4 |
1.2 |
1.5 |
1 |
6 |
571 |
|
6 |
2.4 |
1.3 |
1.2 |
5.65 |
540 |
|
7 |
2.7 |
1.1 |
0.8 |
5 |
521 |
|
8 |
3.2 |
0.8 |
0.9 |
4.6 |
503 |
|
9 |
3.3 |
0.8 |
0.8 |
4.8 |
498 |
|
10 |
3.2 |
1.1 |
1 |
5.4 |
514 |
|
12 |
2.5 |
1.2 |
1.3 |
6 |
467 |
由表1可见，在弱碱情况下进行整理，织物的阻燃性能相对较好。阻燃剂结构类似于活性染料，使用碱剂可以活化纤维素的羟基，使阻燃剂更容易固着在纤维素上。
3．2 阻燃剂用量对整理效果的影响
采用不同阻燃剂用量，用NaOH调节整理液的pH为8，阻燃剂用量对阻燃效果的影响见表2。
表2 阻燃剂用量对整理效果的影响
|
阻燃剂用量/% |
增重率/% |
续燃时间/s |
阴燃时间/s |
损毁长度/cm |
强力(纬向)/N |
|
5 |
1.2 |
1.7 |
0.5 |
6 |
570 |
|
10 |
2.1 |
1.5 |
0.6 |
6 |
551 |
|
15 |
2.7 |
l.2 |
0.4 |
5.5 |
532 |
|
20 |
3.2 |
l.2 |
0.4 |
5.5 |
513 |
由表2可知，阻燃剂的用量越高，阻燃效果越好。但阻燃剂用量达一定时，阻燃效果不再增加。
3．3 焙烘温度对整理效果的影响
阻燃剂的用量采用20%，整理液的pH调节至8，其他助剂的量不变，研究焙烘温度对整理效果的影响。
表3 焙烘温度对阻燃效果的影响
|
焙烘温度/℃ |
增重率/% |
续燃时间/s |
阴燃时间/s |
损毁长度/cm |
强力(纬向)/N |
|
130 |
2.2 |
1.5 |
1.4 |
6 |
589 |
|
140 |
2.8 |
1.3 |
0.5 |
5.6 |
540 |
|
150 |
3.2 |
1.2 |
0.3 |
5.0 |
513 |
|
160 |
3.3 |
1.2 |
0.4 |
5.2 |
472 |
由于阻燃剂的结构类似于均三嗪类活性染料，提高温度可以提高阻燃剂与纤维素反应的活性，当焙烘温度低时，阻燃剂与棉纤维反应不充分；当温度过高时，棉纤维的强力损伤较大。
3．4 添加剂对整理效果的影响
尿素中含有氮元素，与阻燃剂中的磷具有协同效应，在整理处方中加入一定量的尿素可降低阻燃剂用量，提高阻燃效果。
由于阻燃剂结构类似于一氯均三嗪染料，试验中还研究了以三甲胺溶液作为催化剂对阻燃剂阻燃效果的影响。阻燃剂用量采用20%，整理液的pH为8，焙洪温度150℃，其他助剂用量不变，试验结果见表4。
表4 催化剂对整理效果的影响
|
催化剂用量 |
续燃时间/s |
阴燃时间/s |
损毁长度/cm |
强力(纬向)/N |
|
0 |
1.5 |
1.4 |
6 |
589 |
|
1 |
1.3 |
0.5 |
5.6 |
580 |
|
5 |
1.2 |
0.3 |
5.0 |
583 |
|
10 |
1.2 |
0.4 |
5.2 |
585 |
三甲胺溶液的加入可以提高活性阻燃剂的活性，其原因是由于三甲胺可以与阻燃剂形成季铵盐，从而增强其与纤维素反应的活性。根据试验结果催化剂用量采用5%。
由以上试验，可选用最佳工艺处方为:
阻燃剂浓度 20%
尿素 4g
小苏打 4g
JFC 5滴
用氢氧化钠调节pH值至8,然后配成1OOml溶液，将大约3克布样浸入。
工艺流程：二浸二轧(轧余率100%)→预烘(80℃，4min) →焙烘(150℃，4min)→冷水洗→烘干
3．5 阻燃效果的耐洗性
采用最佳工艺对棉织物进行阻燃整理，并将阻燃整理后的织物按皂洗(Na2CO3 2g/L,皂片3g/L，60℃，3min)→烘干。水洗次数对阻燃整理效果的影响见表5。
表5 阻燃效果的耐洗性
|
水洗次数 |
续燃时间/s |
阴燃时间/s |
损毁长度/cm |
|
0 |
0 |
1.4 |
3 |
|
1 |
5 |
4.3 |
5 |
|
5 |
8.5 |
7.8 |
9 |
|
10 |
11 |
10.2 |
16 |
|
15 |
13.5 |
12 |
23 |
由以上结果可以看出阻燃剂的整理效果随着水次数的增多而迅速下降，在水洗次数为10次的时候，阻燃整理后织物的阻燃性能仍能符合阻燃要求
4 结论
(1)阻燃剂的用量对织物的阻燃性能起决定作用，用量越高，阻燃性能越好，但会使织物强力降低、手感发硬等。
(2)阻燃剂制备工艺合理，阻燃性能优良，整理后棉织物强力降低较小，手感柔软。
(3)整埋后棉织物经水洗10次后，损毁长度为16cm,续燃时间为1ls,阴燃时间为10.2s,阻燃性能仍能满足阻燃纺织品要求，可作为半耐久阻燃剂使用。
参考文献:
[1]王元宏，阻燃剂化学及其应用[M]上海，科学技术文献出版社，1988
[2]王革，纺织品上的有害物质——甲醛，纺织标准与质量，2002，(2)；22-22
[3]刘志铭，棉阻燃剂的合成及阻燃性能研究， [J] 甘肃化工，1995，(3-4)；32-37
[4]高旺 李云松等，新型织物阻燃剂EPC的合成及应用研究[J]贵州化工，1999，(2)；22-23