C-20阻燃涂层剂的研究及多功能涤棉涂层帐蓬产品的开发

邹松海 李光标   天津纺织工业研究所

染整涂层及其他整理学术论文、资料选辑/1990;38-42

 

提要

    本文介绍了为解决涤棉织物的阻燃及防水、拒水、拒油等功能性问题,从阻燃剂、阻燃专用涂层剂及整理刑、整理工艺方面进行研究,形成了阻燃涂层整理的方法,取得理想效果。

一、引言

    涂层整理是一种特殊的功能性整理,由于涂层剂自身可以带有功能性基团或向其中添加各种特殊效应的物质,当涂敷于织物后,可赋予织物单一或多种功能,增加织物特性,提高服用性能,扩大应用范围,这样也大大地提高了产品的附加值。因此国内外正在积极的开发涂层技术和涂层产品。

    本课题是研究解决涤棉65/35混纺帐蓬织物的阻燃、防水、拒水、拒油多种功能问题。由于涤棉混纺织物的阻燃技术难度大,并且还要将其他几种功能同时施加于一体,其相互之间的矛盾势必会更增加了课题的难度。据查涤棉织物的阻燃、防水等多功能产品目前国内还未见有这方面报导。我们采用涂层方法,配合相应的整理工艺和助剂,以达到多功能要求。因此研究适合于阻燃、拒水等性能的涂层剂是本课题的主要技术关键。

二、纤维燃烧与阻燃机理[1]

纤维这些高分子聚合物由于受到着火源的热量,导致固相分解,其中主要是可燃性成分。这些气体得到来自空气提供的氧。一边加速自由基分解反应,一边释放出大量热能,形成有焰燃烧。燃烧热再次作用于固相纤维高分子聚合体,促使其分解形成循环燃烧,如图所示;

     

可燃物、热、氧是形成循环燃烧的三种不可缺少的要素。因此阻燃应从循环各阶段入手,切断或抑制。有如下几种方法,

  1.利用纤维的收缩等特性使其脱离火源。

  2.提高聚合物本身的耐热性。

  3.添加阻燃剂抑制固相分解,减少可燃性气体产生。

  4.用某些物质复盖纤维表面,形成玻璃质层。

  5.添加阻燃剂抑制气体燃烧。

无论天然纤维还是合成纤维,虽在燃烧时状态不同,但燃烧的机理大致相同,即易燃或可燃。当纤维受热时,首先是其所含水分的蒸发,再经软化、熔融(化纤)的吸热过程,引起热分解、裂解等,生成可燃性或不可燃性气体、液态焦油状物与固体残渣,当达到燃烧的必要条件时,可燃性气体、液态焦油状物在固体表面上燃烧。由此可知,利用阻燃剂进行阻燃的机理可认为是,

  1.在织物表面形成气相(液相)或固相复盖层,使氧不能与织物接触而达到阻止燃烧的目的。

  2.有的阻燃剂在燃烧时产生CO2、水蒸汽、氯化氢气体,冲淡了氧以及燃烧时产生的可燃气体,并带走部分热量而减慢燃烧的速度。

  3.某些阻燃剂在燃烧时,能产生终止某些加快燃烧速度的自由基。

  4.使织物催化脱水而延缓燃烧速度。

    涤棉混纺织物,由于织物木身存在着涤纶与棉两种纤维相互影响的特点,其热解和燃烧要比单组分的纤维复杂得多,遇火即燃,同时还产生了比单一纤维组分数量更多的挥发性碳氢化合物,在燃烧中棉的碳化对熔融的涤纶起着继续燃烧的骨架支撑效应,因此阻止了涤纶熔滴滴落而中断燃烧的作

用,从而改变了燃烧循环热转移特性。故涤棉混纺织物的阻燃技术难度大于纯涤纶或纯棉织物。

三、阻燃涂层剂C-20的研制

  l.C-20涂层剂工艺技术路线的确定

    作为多功能涂层整理的涂层剂,除应具有一般涂层剂的防水、粘合等性能外,还应自身具有阻燃性或者良好的相容性和协效作用。经查阅有关文献专利,理论上认为对涤棉织物育效的阻燃方法宜采用气相阻燃。一般的丙烯酸类高聚物没有阻燃作用。具有阻燃性的元素,目前有N、P、Sb和卤族元素。所以丙烯酸酯为主单体的阻燃涂层剂有两个技术方案可以选择:一是有阻燃作用的单体参与共聚反应;二是在丙烯酸类涂层剂合成中,添加有阻燃性的组分,并与某些阻燃剂相匹配,达到增效或协效作用。有阻燃作用的单体如氯乙烯、偏二氯乙烯由于单体来源、贮存、使用安全问题及乳液的稳定性能的限制,采用第一方案不妥。因此选择了第二方案,即在丙烯酸酯单体的共聚合成反应中,添加有协效作用的组分而后添加阻燃剂。

  2.阻燃剂的选择

    氮、磷、锑及卤族元素对织物的阻燃都有一定的作用。据有关资料介绍,涤棉织物阻燃采用溴-锑方法是有效的。但迄今为止,国内尚没有适宜的溴-锑阻燃剂能应用于织物整理,其关键是颗粒度问题。国内也曾有人用研磨方法,把阻燃剂研到一定细度,分散于水中,依靠粘合剂类助剂配制成工作液,浸轧织物。这种方法当溴-锑比例适当,达到一定量后,可有好的效果,但与生产实际应用还有一定距离,况且易出现粘辊筒、织物变白等问题。国外有报导,如美国F/RP-44

F/RP-53均为溴-锑混合阻燃剂,其颗粒在lμ以下,在乳液中不沉淀。F/RP-53的颗粒更小(称Nyacol)直径为0.015-0.02μ具有较好的阻燃效果,但国内尚无此产品。

    为立足于原料国产化,我们对国内现有的阻燃剂进行了筛选,如对沈阳阻燃材料厂、天津合成材料研究所、化工研究院、天津东风化工厂、汉沽盐场、北京等各地厂家的十几种阻燃剂产品进行了定性试验。试验方法是将阻燃剂以20%的重量比混于涂层剂A中,对涤/棉65/35线绢织物进行双面涂层,经过烘干、焙烘后,测试织物燃烧情况,结果如下,

阻燃剂

离火后状况

阻燃剂

离火后状况

聚磷酸铝

不灭

溴化物

可灭

磷酸酯

不灭

锑盐

不灭

锑氧化物

不灭

溴锑复合物

即灭

从以上试验分析可以看出,溴化物及溴锑复合物对涤棉织物具有一定的阻燃作用,故确定了以溴锑复合物作为主阻燃剂。

3.阻燃协效剂的选择

    协效剂的品种选择;主要对含有X、P、N元素的阻燃组分进行优选。通过对涂层剂合成乳液的稳定性(包括乳化剂及其用量、合成工艺条件的试验优选)、涂膜性能及对阻燃剂的协同效果的对比,最终选择了协效剂L。

    各协效剂对比试验情况如下;

 

协效剂L

协效剂P

协效刘N

涂膜手感

较软

稍硬

稍软

离火燃烧时间(秒)

0

3

0

阴燃(秒)

0~1

14

4.2

耐静水压(毫米)

410

/

340

    协效剂添加量的选择,协效剂有好的一面,也有不利的因素。即用量过多会影响涂膜强度,故用量应适中。通过试验分析,协效剂与添加的阻燃剂之间有个量比关系。一般规律是;协效剂量较多者,阻燃剂的用量可相应降低;当协效剂用量很低时,阻燃剂的量必须达到最高值,才能显示较好的阻燃效果。这么高的阻燃剂量,对涂层膜强度会造成破坏作用,对防水性也有影响,故需通过试验来寻求在达到较理想的阻燃效果、保持涂膜性能的前提下,选择协效剂与阻燃剂的最佳量比。

    现将不同协效剂及其阻燃剂用量不同对阻燃效果影响的试验情况列表如下;

编号

协效剂

阻燃剂量

离火燃烧时间(秒)

阴燃时间(秒)

炭长(厘米)

A

L

A的用量为20%

以下渐低

0

1.6

6.5

B

L

1.6

8.0

 

C

L

0

2.2

7.8

D

L

0

2.7

10.0

E

L

0

3.2

9.5

F

L

2

10.4

10.3

G

L

2.3

14.5

16.0

H

L

燃烧

 

 

a

N

20 %

0

4.2

8.7

b

N

l.2

18

/

c

N

燃烧

 

 

A*

L(比A减60%)

A

0

9

/

B*

L(比A减60%)

B

3

27

/

  4.主单体的选用

    在C-20的合成配方中,选用的丙烯酸酯主单体,应从制备乳液体系的稳定性,与协效剂的配伍性,与阻燃剂的相容性及涂膜综合性能等方面加以综合分析,选择最佳配方。各组分只有匹配恰到好处,才能获得最佳的综合效果。通过试验,用C-20阻燃涂层剂在45/2×45/2涤/棉线绢织物上进行阻燃涂层,可以获得离火自熄的结果,同时织物手感比较柔软,防水指标达到>400毫米水柱。

  5.阻燃涂层剂C-20与其他涂层剂的对比

    在满足于阻燃指标的前提下(即炭长=10厘米离火自熄),对涂层剂C-2O、BM、BE均进行阻燃添加量的选择试验。试验方法是将织物涤/棉65/35线绢按特定的预处理工艺方法浸轧烘干后,再用含有阻燃剂的涂层剂进行双面涂层。对比试验结果如下:

涂层剂

阻燃剂% 

静水压(毫米)

阻燃效果

 手感

外观

离火状况

炭长(毫米)

阴燃(秒)

BM

30

360

自熄

10

70.9

发白

BE

2O

700

自熄

8

1.6

较硬

发白

C-20

20

840

/

6.5

1.6

不硬、滑

色变少

C-20

10

840

自熄

9.5

1.3

较软、滑

色变很少

    从上列数据来看,阻燃剂用量高固然能增强阻燃作用,但使织物手感变硬、耐静水压值降低、同时布面有发白现象、影响色泽、成木也加大。从三种涂层剂比较,C-20涂层剂可以用较少量的阻燃剂,达到满意的阻燃指标,同时耐静水压值较高,织物外观手感都比较好,能满足阻燃防火的要求。

四、阻燃涂层工艺的确定

  1.两面涂层方法

    C-20阻燃涂层剂涂敷于织物上,目的是复盖纤维,达到阻燃要求,但如果单面涂层,涂层剂仅复盖了织物一面,当燃烧时火会在没阻燃的一面烧起,很难达到阻燃指标。而两面进行阻燃涂层后,可达到离火自熄,没有残焰、炭长合格的要求,但阴燃的时间较长。所以两面涂层有明显的阻燃效果,但还不能彻底地解决问题。

  2.增效液SC的确立与处理

    双面涂层的方法只能复盖纤维表面,而芯里仍是空白,所以很难解决阴燃问题。当用国标规定的垂直燃烧法试验时,织物芯层纤维仍被烧着,出现了阴燃时间较长的问题。为此需要对织物首先进行增效液的预处理,浸透织物,然后再进行涂层,这样收到了良好的阻燃效果。

增效液SC的配方优选;选用增效剂的品种及配方的依据原则是,

(1)与阻燃剂、阻燃涂层剂有良好的协同增效作用,易溶于水,浸轧织物时不沾污轧车辊筒。

  (2)原料立足于国内,价格较低,易于化料操作,工作液稳定并对以后的防水整理无抵触、破坏作用。

  (3)预处理后对织物外观、手感没有明显影响。

    据上述原则,我们收集了二十余种对涤/棉燃烧有抑制作用的助剂做对比。试验结果以锑系复合助剂最为有效,经过最佳配方优选,确立了增加剂SC作为织物预处理剂。

    增加剂SC的配比及使用量与阴燃增效作用大小有关系,试验结果如下(见下表),

    经过筛选,1号配方的SC增效预处理液,用量在15%以上为佳。

指标   \SC配方编号#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

即测

离火燃烧时间(秒)

0

0

0

12

0

0

0

8

燃烧

燃烧

阴燃时间(秒)

0

5

18

0

126

8

7

13

燃烧

燃烧

拒水喷淋值(分)

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

放置三天测

离火燃烧时间(秒)

0

0

0

0

0

0

2

燃烧

燃烧

燃烧

阴燃时间(秒)

4

5

23

8

105

4

2

燃烧

燃烧

燃烧

拒水喷淋值(分)

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

    增效剂SC与国外阻燃预处理剂对比;

    试验方法;

  (1)SC增效剂预处理后,使用C-20涂层剂按自定最佳工艺。

  (2)国外阻燃剂预处理后,均按国外各厂家提供的配套阻燃剂和涂层剂涂层。

  (3)织物均用涤/棉65/35线绢。

    试验结果如下,

品名

阴燃(秒)

美国Nyacol A 1530

113

美国Backate FR-302-F

100

西德Flacavon H-14/371

4.9

阻燃增效剂SC

2.9

    从试验结果分析,采用增效剂SC预处理,及C-20阻燃涂层剂配合使用,可以解决涤/棉织物的阻燃和阴燃。

五、C-20阻燃涂层与国外阻燃涂层对比

    把现已收集到的国外助剂样品经过试验筛选后,选出较好的品种与C-20阻燃涂层进行相同工艺过程和相同工艺条件的对比,即;

浸轧预处理液→烘干→涂层→烘干→涂层→烘干→浸轧防水剂→烘干→烘焙(1603分钟)

试验结果如下:

 

C20阻燃涂层

美国ApexApex BackateFR_302_F

西德西仑塞勒公司阻燃剂Flacavon H一14/371

阻燃涂层用剂

浸轧液

15%增效剂SC

50%FR-302-F液

50% H-14/371

涂层剂

C-20含20%阻燃剂

 100%FR-302-F

40% H-14 60%BM涂层剂

指标

炭长(厘米)

6.5

8.2

6.2

阴燃(秒)

1.3

100

4.9

喷淋值(分)

90

100

100

 六、涂层后处理防水剂的选用

为了达到涂层后的拒水拒油功能要求,阻燃涂层之后还要经过防水后处理。通过试验选用了氟系树脂,但是不同牌号的氟系树脂对织物上所用的各助剂的相容性及对防水-阻燃效果相互影响程度又各不相同。我们对六种牌号的氟树脂进行了优选试验,

拒水剂

炭长(厘米)

阴燃(秒)

耐水压(毫米)

淋值(分)

F-4

8.9

9.7

360

50

F-7

6.6

10.6

560

70

F-27

9.5

9.2

520

50

F-0

9.2

12

760

70

F-1

6.6

10

770

90

F-l2

 全然没有使用价值

 -

-

    试验结果分析,选用F-l各项指标都较好。

八、生产试验情况

应用45/2×45/2涤/棉(65/35)线绸织物染色后的半制品经过C-20阻燃涂层剂确定的方法,涂层后,再进行后防水处理。

生产450米。

  1.工艺流程;

    染色半制品浸轧SC预处理液烘干正面涂层烘干背面涂层烘干浸轧防水液烘干焙烘成品

2.工艺条件,

涂层剂粘度;    1OOdpas

烘干温度;      90-130

车速;          10-15米/分

焙烘温度;150-170    1-3分

后防水处理;一浸一轧,热风烘干,100-110

3.测试指标,

测试项目

合同指标

现达到指标

纺织部测试中心测

自测

耐静水压(毫米)

300

430

400

拒水(分)

70

80

90

拒油(级)

4

/

7

阻燃

残焰(秒)

10

T 0  W 0

10

阴燃(秒)

/

T 0.8 W 1.1

2.9

炭长(厘米)

25

T 12 W 12.5

9.7

九、讨论

  l.C-20阻燃涂层方法系采用适宜的阻燃剂、专用阻燃涂层剂及特定的加工工艺,形成了一套完整的工艺方法。

  2.C-20阻燃涂层,对于涤/棉混纺织物的阻燃效果优良,达到了了攻关项目所规定的阻燃、防水、拒水、拒油多功能涤/棉帐蓬织物产品的技术指标要求。

  3.C-20阻燃涂层方法,经在涤/棉65/35 45/2×45/2线绢织物上生产试验,质量稳定,指标合格,证实方法可行。

  4.采用C-20阻燃涂层方法,突破了涤/棉织物阻燃的技术难关,解决了阻燃、防水、防油等矛盾,达到了多功能效果。此项技术在国内首创。

参考文献

   [1]张济邦、袁德馨织物阻燃整理

   [2]杨立艾 "国外织物阻燃整理"