含羟基有机膦阻燃剂HFPO在真丝织物上的应用zj20101014-2
关晋平,陈国强 苏州大学纺织与服装工程学院, 江苏苏州215021
收稿日期:
基金项目:本论文得到“苏州大学科研预研基金”资助,项目编号为Q31158113
作者简介:关晋平(1976-),女,山西宁武人,讲师,博士,主要从事功能纺织材料的研发及染整加工新技术
原载:印染助剂,2010/4;42-45
【摘要】用一种含羟基有机膦阻燃剂HFP0,在1,2,3,4- 丁烷四羧酸(BTCA)交联下,对丝织物进行阻燃整理,并研究了三乙醇胺（TEA）对阻燃剂在丝织物上固着的辅助作用,得出阻燃剂与交联剂用量的最佳配比;并对阻燃整理后丝织物的燃烧性能\阻燃耐洗性以及热释放率作了研究,得出经HFPO/BTCA/TEA体系整理后,丝织物具有较好的阻燃性能,阻燃效果至少可耐受15次水洗,且燃烧时热释放量大大降低。
【关键词】真丝;阻燃整理;有机磷阻燃剂;BTCA
【中图分类号】TQ314.24+8 文献标识码:B 文章编号:1004-0439(2010)04-0042-04
纺织品是引起火灾的重要原因,世界各国竞相制定法规,要求某些纺织品具有规定的阻燃性能才能进入市场,否则被视为违法。近年来,阻燃纺织品已成为开发热点,阻燃剂的开发也朝着环保、低毒、高效、协效的方向发展,但对阻燃真丝的研究开发却较少,以醚化的六羟甲基三聚氰胺为交联剂,将Pyrovatex CP应用于真丝进行阻燃改性,得到的丝织物氧指数在30%以上,但整理后丝织物甲醛含量超标(75×10-6)[1-3]开发含磷乙烯基单体,通过与真丝接枝共聚,制备出阻燃真丝纱线及阻燃真丝织物,得到的真丝织物氧指数达30%以上[4-5].美国佐治亚大学CHARLES Q Y研究室应用2D树脂(DMDHEU)及三羟甲基三聚氰胺(TMM)分别作为交联剂,将含羟基有机膦阻燃剂HFP0(含磷量为20.2%~20.5%,结构式如下)应用于纯棉、锦/棉混纺(美国军服面料)[6-8]织物,取得了较好的阻燃效果,整理后氧指数达30%以上,可耐50次水洗.本文将含羟基有机瞵阻燃剂HFPO用于真丝织物的阻燃改性,通过染整加工常用的浸轧烘焙法,利用交联剂,将阻燃剂固着在织物上,获得阻燃效果.
1 试验
1.1 材料及仪器
织物:真丝练白电力纺(脱胶率25%,
华丝集团)。
试剂:含羟基有机膦阻燃剂HFP0(美国),交联剂1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA) (化学纯),催化剂次磷酸钠NaH2P02、盐酸(36.5%~38.0%)(均为试剂级,市售),三乙醇胺(TEA).
仪器:pH计,轧车,焙烘机,电子天平,氧指数仪,垂直燃烧试验箱,MCC-1微型燃烧量热仪,电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP/AES).
1.2 织物阻燃整理
将织物(
1.3 水洗
在测试前,织物需经过水洗,水洗方法为AATCC标准测试方法124-1996(“ Appearance of Fabric afterRepeated Home Laundering”:
1.4 测试
氧指数LOI根据ASTM标准测试方法D2863-97测试;炭长根据ASTM标准测试方法D6413-99测试,燃烧时的放热情况:用微型量热仪测试,取样品4~6mg,在流量为
5 织物上含磷量测定
将
2 结果与讨论
2.1 HFP0与丝绸在无交联剂下反应时的氧指数从图1可知,未整理的真丝织物氧指数为23.8%,HFP0单独作用后,氧指数EOI基本不变,表明阻燃剂HFP0不能和织物直接发生反应。
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图1 HFPO与丝绸在无交联剂作用下反应时的氧指数 |
2.2 影响HFP0阻燃效果LOI的因素
从图2可看出,随着BTCA用量的增加,氧指数先增加到一极值后再减少,当交联剂用量为7.6%时,氧指数为27.2%,8.7%时,氧指数达27.3%,两者相近,在实际应用中,BTCA用量可以选用7.6%~8.7%。一般认为,交联剂用量的增加会增加固着在织物上的阻燃剂量,从而使氧指数随着交联剂用量的增加而增加。而图中结果却并未显示出这一趋势,故可推知存在消耗交联剂的竞争反应[9].
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图2 不同交联剂用量时织物的氧指数 |
据报道,次磷酸钠为多羧酸与纤维素发生酯交联的最好催化剂,可以催化多羧酸脱水形成酸酐,在酸酐与纤维素成酯过程中也有较好的催化作用[10]。所以合适的催化剂用量对反应至关重要。
图3表明,随着催化剂用量的增加,氧指数值也逐渐增加,当次磷酸钠用量为6.1%时,可达到最大的氧指数值。此后再增加用量,反应已达饱和,氧指数值不再提高,故适宜的催化剂用量为6.1%.
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图3 不同用量次磷酸钠催化时织物的氧指数 |
在用多羧酸作防皱整理剂时常加入三乙醇胺作为强力提升剂,适量的三乙醇胺对织物弹性也有一定的提高[11].本文中引入三乙醇胺来考察对织物燃烧性能的影响。
从图4可看出,添加三乙醇胺2%时,丝绸的LOI值从27.8%提高到30.3%,而且在用量较少时,会使阻燃性能有所提高,此后再增加用量会使阻燃性能下降,原因是三乙醇胺与BTCA的反应程度大于HFP0与BTCA的反应,竞争反应的结果使键合在丝绸上的阻燃剂量减少.
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图4不同三乙醇胺用量时织物的氧指数 |
从图5可看出,添加20%阻燃剂便可使丝绸LOI值达29.4%,遇火有自熄功能[12],用量增加,氧指数也增加;30%时,氧指数达32.2%;400%时,氧指数为33%以上.但实际应用时,阻燃剂用量应低于40%,因为过高的用量会使整理液十分粘稠,整理时有粘辊现象.
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图5 最适反应条件下不同HFP0用量整理真丝时的氧指数 |
2.3 阻燃真丝织物的性能
2,3,1 阻燃性
从表1可看出,添加10%的阻燃剂,不能起到阻燃效果,不能通过垂直法燃烧测试;添加15%以上,氧指数大于27%,小火源点燃后,离开火源可自熄,且能通过垂直法燃烧测试(炭长小于
表1 不同用量阻燃剂整理真丝织物的阻燃性能
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HFPO用量/% |
增重率/% |
LOI/% |
炭长/mm |
|
未处理丝织物 |
- |
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%,次磷酸钠6.1%,三乙醇胺2%
由图6可知,未水洗时织物上含磷量为5.2%,水洗1次后,织物上的含磷量为2.5%;经15次水洗后,织物上含磷量下降到1.5%,30次水洗后,降到0.2%。
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图6 不同水洗次数时对应织物上的含磷量 |
从表2可知,未阻燃整理丝织物不能通过垂直燃烧测试.水洗1次后,氧指数大大提高,点燃后离开火源,织物有自熄功能,且炭长也可以通过垂直法燃烧测试.洗涤15次后,氧指数下降,炭长也随之增大,阻燃性能虽有所下降,但点燃后离开火源仅为缓慢燃烧:洗涤30次后,丝织物已不能通过垂直燃烧测试,氧指数也有所下降,表明此阻燃整理可耐至少15次水洗.
表2 经不同水洗次数时织物的氧指数及炭长
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水洗次数/次 |
LOI/% |
炭长/mm |
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未整理丝织物 |
22.8 |
＞300 |
|
1 |
32.4 |
68 |
|
15 |
26.8 |
92 |
|
30 |
25.0 |
188 |
2.4 热释放率
应用微型燃烧量热仪测量材料的燃烧性能是目前国际上较新的技术,它是根据氧耗原理设计的一款可以测量mg级样品热释放速率的新型仪器,相比大型的锥形量热仪,使用更为方便[14]。热释放速率是评估火灾危险性的一项重要指标.热释放速率大的材料在火灾中的危险性就越大.从图7中可知,未阻燃整理真丝在233s时出现一个放热峰,245s时出现最大放热峰,且最大热释放率为172.7W/g;而阻燃整理后,真丝仅在250s时出现一个放热峰,且热释放率为102.3W/g,可见,阻燃整理大大降低了真丝的热释放量,真丝在火灾中燃烧时产生的热量少,提供给真丝裂解的热量就减少,抑制了燃烧的链式反应,使得真丝无法继续提供可燃气体,在火灾中可以有效降低危险性。
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图7 真丝在燃烧不同时间下的放热情况 |
3 结论
含羟基有机膦阻燃剂HFPO在BTCA的交联下,可以使丝织物具有阻燃性能,但BTCA用量存在一个峰值,添加少量三乙醇胺即可提高阻燃剂在丝织物上的固着率。较佳整理工艺:HFPO 30%,BTCA 7.6%,次磷酸钠6.1%,TEA 2%,
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