滌棉混紡織物阻燃劑PN-1與PN-2阻燃性能的比較
滌棉混紡
織物阻燃劑PN-1與PN-2阻燃性能的比較
滌棉混紡織物由于服用性能優(yōu)良和結實耐用,深受消費者歡迎,然而,由于它們易于燃燒造成火災事故,并導致巨大損失,因此阻燃整理的研究受到普遍關注[1]。至今為止,人們發(fā)現(xiàn)對滌棉織物的阻燃遠比對其中任一組份的阻燃要困難。其原因主要有:,因為棉是一種不熔融不收縮的易燃性纖維,當滌棉制品燃燒時,棉纖維發(fā)生炭化,對滌綸起了一種類似乎燭芯的支架作用,從而阻礙了滌綸的熔滴脫離火源;第二,滌綸和棉兩種聚合物或它們的裂解產(chǎn)物的相互熱誘導,加速了裂解產(chǎn)物的溢出,因此滌棉織物的著火速度比純滌綸和純棉要快得多;第三,在燃燒過程中,阻燃劑能在滌和棉二種組分間遷移。因此,也給滌棉織物的阻燃帶來了困難。同時,滌棉混紡織物受熱時,受熱熔融的滌綸組份會覆蓋在滌纖維表面,而滌纖維及其裂解生成的炭會形成骨架,阻止織物收縮,致使熔融的滌綸成為著火區(qū)的一種燃料,使織物燃燒更加劇烈[2]。
因此,要降低滌棉混紡物的可燃性,要做到以下幾點:(1)混紡織物中每一組份都進行阻燃化。(2)混紡織物阻燃整理時,采用各自合適的阻燃劑,其中作用好能互補或互不干擾。(3)消除骨價效應和兩組份的干擾作用。
磷氮系阻燃劑在純棉織物上是有效的阻燃劑之一,同時,由于磷氮二者之間的協(xié)同效應,使其在滌棉混紡織物的應用上也有很大的發(fā)展。本文采用四羥甲基氯化磷(THPC)與酰胺類化合物和氨反應,形成了一種溶于水的預縮體作為阻燃劑PN-1和PN-2。阻燃劑PN-1和PN-2是利用了磷氮阻燃體系對纖維素纖維的固相阻燃有明顯的協(xié)效作用。因為含氮化合物的加入可減少磷系阻燃劑的用量,提高了阻燃效果。同時,氮與磷會首先形成磷酰胺類結構,然后生成P-N鍵,這樣可增強與纖維伯羥基發(fā)生磷?;姆磻芰Γ种屏俗笮咸烟堑纳?。當織物引燃后,阻燃聚合物中的磷,便與空氣中的氧起反應,生成五氧化二磷(P2O5),五氧化二磷是一種強脫水劑,能從纖維中奪出水分子,五氧化二磷遇到水后,就生成了聚磷酸,聚磷酸將會把纖維中的水繼續(xù)除去,實際上是把纖維素還原成為不燃的炭,同時聚磷酸也很容易包覆在纖維的外面,從而抑制與氧的反應,避免生成可燃性氣體一氧化碳。當棉纖維炭化后,相當于炭纖維,它就成為合成纖維的骨架,合成纖維分布在炭纖維中間,此時合成纖維大部分也隨著纖維炭化而無法燃燒,結果便阻止了織物的燃燒.{3}。
本文主要就阻燃劑PN—1和PN—2對滌棉混紡織物的阻燃性能和整理條件進行了比較研究。
1.實驗材料與方法
1.1實驗材料
1.1.1阻燃劑
滌棉混紡織物阻燃劑PN—1與PN—2(自制)。
1.1.2助劑
有機硅柔軟劑SR,JFC滲透劑等,助劑均為工業(yè)級。
1.1.3試劑
甲醛,尿素,三聚氰胺,三乙醇胺,NaOH,H2O2,Na2SiO3,NaAc,Na2CO3等,試劑均為市售AR和CP級。
1.1.4織物
試驗用織物均為65/35滌棉平布,規(guī)格45s×45s,110×76,經(jīng)退漿,煮練和漂白處理。
1.2織物阻燃整理工藝過程
工作液組成:PN,TMM,尿素,NaAC,柔軟劑等。
工藝流程:二浸二軋(軋液率75%-80%)→焙烘(150℃/4min)→氧化(0.1%H2O2,0.02%NaOH,40℃)→皂洗(2g/1NA2CO3,4g/1肥皂)→水洗→烘干。
1.3主要測試方法:
織物性能指標均在溫度20±2℃,相對濕度65±5%的條件下,平衡24小時后測試。
1.3.1阻燃性能:垂直織物阻燃性能測試儀。包括:損毀長度,余燃時間,陰燃時間等.
1.3.2斷裂強度:YG026-250型織物強力儀
1.3.3撕破強度:Elmendorf法.
2.實驗結果分析
2.1PN-1與PN-2阻燃劑結構比較
阻燃劑PN-1和PN-2的可能結構為:
表1為阻燃劑PN-1與PN-2分子結構中氮磷元素的含量情況。表1數(shù)據(jù)表明,阻燃劑PN-1與PN-2的P/N之比大約相等。這說明它們的氮磷協(xié)同效應大致相同,都能與滌棉混紡織物形成網(wǎng)狀結構.[4]。PN-2的磷含量高于PN-1。但其分子的單元結構比PN-1小,易透入到纖維內(nèi)部。使織物的增重較大;而PN-1分子的單元結構大,容易固著在纖維上,使織物阻燃后的損毀長度要比PN-2低。
表1:阻燃劑PN-1與PN-2中的氮磷元素含量
2.2阻燃工作液中主要成份對織物阻燃性能的影響
2.2.1阻燃劑PN-1,PN-2用量對阻燃性能的影響
一般在整理過程中阻燃劑的用量越多,即在織物上的含量越大,則織物的阻燃性能越好。
注:處理條件PN-1TMM用量3.0%,尿素1.0%;
PN-TMM用量5~6%,尿素3%。
由圖1可見隨著阻燃劑PN-1和PN-2的濃度提高。其損毀長度都下降,而織物增重卻上升。對PN-1來說,當阻燃劑濃度為35%時,其損毀長度和織物增重分別達到一定值,以后隨著濃度進一步提高,損毀長度和織物增重也沒什么變化。而對PN-2來說,當阻燃劑濃度為23%時,其損毀長度和織物增重就不再變化。由于PN-1的單元結構要比PN-2大,滲透較難,用量要比PN-2大,以致?lián)p毀長度比PN-2低;而PN-2易滲透,雖阻燃劑用量比PN-1低,除在處理浴中,TMM和尿素的用量均高于PN-1外,可能PN-2的反應性也較活潑,導致織物增重要高于PN-1。同時在相同的用量情況下,阻燃劑PN-1處理后的滌棉混紡織物,其織物增重和損毀長度均要低于PN-2。另外由圖1(a)和(b)可見,當阻燃劑PN-1和PN-2的用量分別在35%和25%時,織物增重的提高和損毀長度的下降逐漸趨向平衡。因此,用此濃度處理后的滌棉織物均能獲得良好的阻燃效果。
2.2.2TMM樹脂濃度對PN-1和PN-2阻燃劑的阻燃效果影響
TMM樹脂由于能與阻燃劑PN-1和PN-2反應,形成網(wǎng)狀的聚合物固著在纖維上,從而提高了阻燃整理織物的耐洗性能,但用量須適當控制。PN-1和PN-2阻燃劑與TMM可能反應機理如下.[5]:
圖2(a)和(b)是在不同TMM濃度下滌棉混紡織物經(jīng)PN-1和PN-2阻燃劑整理后的增重和損毀長度變化。
從圖2可知,TMM用量較低時,織物的阻燃效果很差。隨著TMM用量的逐漸提高,經(jīng)阻燃劑PN-2和PN-2整理后的滌棉混紡織物,其增重、阻燃性能和耐洗滌性也隨之提高。但當TMM用量太多時,織物的手感變硬,機械性能下降。對PN-1而言,比較適當?shù)腡MM濃度應選擇在3%-4%,而對PN-2來說,TMM濃度應選擇在5%-6%之間。
2.2.3尿素及柔軟劑的作用
尿素結構中含有高量的氮元素,能與阻燃劑PN-1和PN-2中的磷元素起協(xié)調(diào)作用,從而提高織物阻燃性能與降低阻燃劑的用量。但尿素加入的量應與阻燃劑的用量相適應。圖3為尿素用量對阻燃劑PN-1和PN-2的阻燃性能影響。FL)
從圖3(a)和(b)可知,PN-1的尿素用量應選擇在1%-2%之間,而PN-2的尿素用量應選擇在3%左右。
為了改善阻燃產(chǎn)品的柔軟性,須添加適量的柔軟劑。但在阻燃整理中,阻燃劑的加入往往會降低阻燃織物的阻燃性,故應控制其種類和用量。通常選用的柔軟劑是有機硅類,一般來說,阻燃劑PN-1整理時,柔軟劑的用量應在0.5%~2%之間,而PN-2整理時的柔軟劑用量為1%,此時整理后的織物手感較好,對阻燃性能也無明顯的影響。
2.2.4焙烘條件和氧化對阻燃效果的影響
阻燃劑PN-1,PN-2與TMM樹脂和纖維反應完全,能提高阻燃整理織物的阻燃性能,故而焙烘條件的控制相當重要。圖4為阻燃劑PN-1和PN-2處理滌棉織物時的焙烘溫度和焙烘時間對織物損毀長度的影響。
圖4焙烘時間和培烘溫度對阻燃劑處理織物的損毀長度
注:處理條件PN-1用量35%,TMM3%—4%,尿素1%;PN—2用量25%,TMM5%—6%,尿素3%
從圖4可知,隨著焙烘時間的延長,由于阻燃劑,TMM等與織物的反應程度提高,織物的損毀長度均逐漸下降。但時間過長,會使織物變脆和手感發(fā)硬。因此,時間不能過長,而在相同的焙烘時間下,在140℃焙烘時,由于溫度太低,阻燃劑與TMM和纖維反應不夠完全,耐洗性較差,影響織物的阻燃性能。當焙烘溫度大于160℃時,反應能力增加,阻燃性能好,但會伴隨著織物的斷裂強度下降,手感變硬。因而焙烘時間應與焙烘溫度相適應,即焙烘溫度不能過多,時間不宜過長。阻燃劑PN-1和PN-2比較適宜的焙烘為:溫度150℃,時間3~4分鐘;
焙烘后,經(jīng)適度的氧化水洗,能將阻燃聚合物中可能含有的低價狀況的磷全部氧化成+5價高價磷,并均能提高阻燃劑PN-1和PN-2處理后織物的阻燃性能和耐洗性。
2.3阻燃劑PN-1和PN-2處理滌棉混紡織物的阻燃效果比較
表2為滌棉混紡織物經(jīng)阻燃劑PN-1和PN-2處理后其各種性能情況。從表2中可知,經(jīng)阻燃劑PN-1和PN-2處理織物后,它們的余燃時間和陰燃時間皆為0。這說明磷氮阻燃劑具有良好的協(xié)同效應。由于PN-2分子結構的單元相對較小,它的滲透性好,容易透入纖維內(nèi)部,因此易與織物生成聚合物。而PN-1處理織物其用量高于PN-2,但損毀長度要比PN-2低。在TMM和尿素用量均低于PN-2的情況下,織物的增重要比PN-2小,這表明可能其阻燃劑主要附著在纖維表面。另外阻燃劑PN-1和PN-2經(jīng)20次洗滌后,其損毀長度和織物的增重都變化不大。這也反映出它們具有良好的耐洗性。
用阻燃劑PN-1和PN-2處理織物后,其斷裂強度,撕破強度,手感均下降不多,尤其是手感。由于用這二種阻燃劑處理織物后的織物增重均小于30%,因此織物處理后的手感變化不大。其中用PN-2處理織物后機械性能和手感均要好于PN-1。這是由于PN-1的結構要比PN-2大,容易與織物生成分子量較大的網(wǎng)狀結構的聚合物。而PN-2分子量較PN-1小,易透入纖維內(nèi)部,生成聚合物,故其機械性能和手感均比PN-1好。
表2阻燃劑PN-1和PN-2處理織物后阻燃綜合效果比較
3.結論
1.利用THPC與酰胺類化合物和氨反應,生成的阻燃劑PN-1,PN-2具有磷、氮協(xié)同效應,能提高阻燃效果。其中PN-2的含磷和含氮量要高于PN-1。
2.阻燃劑PN-1和PN-2處理滌棉混紡織物皆能取得較好的阻燃效果。阻燃劑PN-1分子的單元結構比PN-2大,容易在織物上生成分子量較大的網(wǎng)狀結構的聚合物。而PN-2分子的單元結構相對較小,滲透性好,容易透入到纖維內(nèi)部生成聚合物。因此在本實驗條件下,用阻燃劑PN-1和PN-2處理織物,PN-1的損毀長度和織物增要低于PN-2,而PN-2的斷裂強度,撕破強度及手感均要好于PN-1。6P8XO9c
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