聚酯纖維窗簾織物的耐久性阻燃整理

周 藝，崔 永 珠，魏 春 艷，呂 麗 華，趙 幼 遠(yuǎn)

(1.大連工業(yè)大學(xué) 紡織與材料工程學(xué)院，遼寧 大連 116034；2.杭州源潮化工有限公司，浙江 杭州 310051)

0 引 言

在家用紡織品中，用于窗簾的紡織品占很大比例，其中使用最多的是滌綸纖維。目前適合于滌綸纖維的阻燃劑很多，大部分為含鹵素阻燃劑。鹵系阻燃劑，特別是溴系阻燃劑以其優(yōu)異的阻燃性能一直在阻燃劑領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭[1－3]，但它們在燃燒時(shí)產(chǎn)生較多的煙霧和有毒、有腐蝕性的氣體(鹵化氫)[4]。因此，尋求低毒、無鹵纖維用阻燃劑的問題擺在了人們面前。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)以及環(huán)保法規(guī)的制定，對阻燃劑無鹵素、低毒、低煙霧的要求日益強(qiáng)烈[5－7]，因此各種新型無鹵、低毒、低煙霧、高效的阻燃劑相繼問世。磷系阻燃劑YRC－1是針對鹵素系阻燃劑所存在的問題而開發(fā)的環(huán)保型阻燃劑，由于其低煙、低毒，且符合當(dāng)今環(huán)保的要求，具有巨大的發(fā)展?jié)摿8]。

本實(shí)驗(yàn)主要利用磷系阻燃劑YRC－1對滌綸窗簾織物進(jìn)行了阻燃整理。通過改變阻燃劑濃度、外加交聯(lián)劑、優(yōu)化處理時(shí)間以及溫度的方法，提高整理織物的耐久性。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料、試劑及儀器

材料：白色純滌綸針織布(200g／m2)。

試劑：磷系阻燃劑YRC－1，杭州源潮化工有限公司，100%；滲透劑JFC，遼陽科隆化工有限公司；交聯(lián)劑EH，遼陽科隆化工有限公司。

儀器：小軋車、拉幅定型機(jī)、YG815垂直法織物阻燃性能測試儀，溫州方圓儀器有限公司；Q50型熱重分析儀，美國TA公司。

1.2 磷系阻燃劑YRC－1的固著及阻燃機(jī)理

磷系阻燃劑YRC－1是適用于滌綸織物的阻燃劑，屬環(huán)狀磷酸酯類[9]。有研究表明，環(huán)狀磷酸酯的阻燃作用主要發(fā)生在滌綸纖維內(nèi)部[10]。環(huán)狀磷酸酯固著于滌綸纖維并不是由于聚合作用或成膜作用，而是阻燃劑進(jìn)入到纖維的內(nèi)部。在高溫或膨化劑作用下，滌綸纖維膨化，表面孔穴增大，分子運(yùn)動(dòng)劇烈，阻燃劑很容易進(jìn)入；當(dāng)恢復(fù)常態(tài)后，纖維又變得緊密，便把阻燃劑包在其中。由于滌綸纖維的疏水性，水分子不易接近，更難進(jìn)入，纖維內(nèi)的阻燃劑也不容易溶出，從而具有耐洗性。

阻燃機(jī)理如下：滌綸織物被燃燒時(shí)，在空氣中受熱分解過程中會(huì)生成具有游離基的過氧化物。如果不阻止其游離基，它將通過連鎖反應(yīng)逐步切斷碳－碳化學(xué)鍵，產(chǎn)生大量的可燃性氣體。對此有機(jī)磷系阻燃劑可與滌綸纖維可燃物的游離基進(jìn)行反應(yīng)，促使游離活性基團(tuán)越來越少，直至游離連鎖反應(yīng)中斷，纖維燃燒終止[7]。此外，燃燒中阻燃劑的分解物還能降低滌綸纖維熔點(diǎn)，使纖維受熱時(shí)收縮、熔融、滴落[6]。

1.3 實(shí)驗(yàn)工藝路線

織物前處理→阻燃劑配液→浸軋→烘干(105℃，2min)→焙烘(170～200℃，2～3min)→熱、冷水洗→皂洗→烘干→阻燃性能測試。

1.3.1 織物前處理

在進(jìn)行阻燃整理之前，織物必須潔凈且有吸收能力，以確保阻燃劑能很好地滲透進(jìn)去，并避免化學(xué)品之間可能的化學(xué)反應(yīng)。

前處理工藝：前處理劑配液→80℃處理20min→熱水洗→常溫水洗→烘干。

1.3.2 阻燃劑配液

將阻燃劑YRC－1制成一定濃度的水溶液，并將pH調(diào)至6.0～6.5。為了增加對織物的滲透性，加入少量滲透劑JFC。

1.4 阻燃性能測試

按GB／T 8746—2001《紡織品燃燒性能—垂直方向試樣易點(diǎn)燃性的測試》垂直燃燒法測試標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。采用垂直織物阻燃性能測試儀，測定損毀長度、陰燃時(shí)間、續(xù)燃時(shí)間。

1.5 耐洗性檢測

洗滌劑用量為1.0g／L，洗滌2min一次，水洗次數(shù)為20次。

1.6 織物熱性能分析

采用美國TA公司生產(chǎn)的Q50型熱重分析儀測試織物的熱穩(wěn)定性，測試條件：升溫速度20℃／min，高純氮?dú)怏w積流量60mL／min，溫度范圍20～700℃，試樣的質(zhì)量為3～4mg。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱重分析

對未阻燃試樣、阻燃試樣分別進(jìn)行熱重分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 阻燃滌綸織物和未阻燃滌綸織物的熱重曲線Fig.1 TGA curves of flame retardant polyester fabric and no flame－retardant polyester fabric

由圖1可以看出，阻燃樣在120℃左右處有一失重峰，而未阻燃樣沒有此峰，這可能是由于阻燃劑YRC－1的熱解所致。當(dāng)試樣的失重率同為10%時(shí)，阻燃樣對應(yīng)的溫度低于未阻燃樣的，可見阻燃滌綸織物較未阻燃滌綸織物更易熱解，這可能是阻燃劑YRC－1的熱解產(chǎn)物影響了滌綸熱解所致。阻燃樣的成炭率高達(dá)10.16%，而未處理樣的成炭率僅為5.52%?？梢钥闯?，阻燃劑YRC－1影響滌綸的熱解，使滌綸的初始熱解的穩(wěn)定性降低，促使滌綸朝成炭的方向熱解，之后所生成的炭層又防止了滌綸的進(jìn)一步熱解，這又提高了滌綸成炭率，可見YRC－1在凝聚相中發(fā)生了很大作用。

2.2 焙烘溫度對阻燃性能的影響

在相同的質(zhì)量濃度(100g／L)下，不同焙烘溫度的阻燃效果如表1所示。由表1可知，織物的損毀長度呈階梯式逐漸下降，表明隨著溫度上升，阻燃效果逐漸增大。從阻燃機(jī)理來講，在170～200℃的高溫下，滌綸纖維處于高彈態(tài)，其大分子鏈段的運(yùn)動(dòng)性很強(qiáng)，空穴的體積和位置可以發(fā)生很大的變化，將已進(jìn)入纖維內(nèi)部的阻燃劑固結(jié)于其中；其次隨著溫度的上升，磷系阻燃劑生成具有脫水作用的酸，引起織物脫水形成碳質(zhì)的皮膜[8]，隔絕外來空氣，以此實(shí)現(xiàn)阻燃目的。但處理的溫度在190℃時(shí)，白色織物會(huì)發(fā)生泛黃現(xiàn)象，200℃時(shí)，布料有所損壞。綜合考慮，選180℃、2min焙烘較好。

表1 溫度對阻燃性能的影響Tab.1 Influence of temperature on flame retardant properties

2.3 阻燃劑質(zhì)量濃度對阻燃性能的影響

在相同的溫度和時(shí)間(170℃，3min)下，不同質(zhì)量濃度阻燃劑處理的阻燃效果如表2所示。

表2 阻燃劑質(zhì)量濃度對阻燃性能的影響Tab.2 Influence of concentration on flame retardant properties

從表2可知，織物的損毀長度隨著阻燃劑濃度的增大而減小，其阻燃效果越來越好。因?yàn)樵谝欢囟认?，磷系阻燃劑濃度越大，滲入到織物內(nèi)部的阻燃劑就越多，所以阻燃效果會(huì)越好?？烧J(rèn)為是該阻燃劑與可燃物的游離基進(jìn)行反應(yīng)，隨著濃度的增加，使活性基團(tuán)越來越少，直至游離連鎖反應(yīng)中斷，纖維燃燒終止。但是當(dāng)阻燃劑質(zhì)量濃度達(dá)到120g／L時(shí)，對織物的阻燃整理達(dá)到飽和值，阻燃性能不隨濃度的增加而增加。所以，選擇阻燃劑質(zhì)量濃度120g／L。

2.4 焙烘工藝對耐久性的影響

2.4.1 焙烘溫度對阻燃耐久性影響

選用質(zhì)量濃度為100g／L的阻燃劑，焙烘時(shí)間為3min，不同的焙烘溫度對織物進(jìn)行處理，結(jié)果如表3所示。由表3可知，隨著焙烘溫度的升高，水洗前后的阻燃效果數(shù)值波動(dòng)越來越小，其表明提高焙烘溫度，可以改善阻燃耐久性。這主要是高溫焙烘會(huì)激發(fā)纖維內(nèi)部分子鏈的無定形區(qū)，促進(jìn)阻燃劑向纖維內(nèi)部的遷移，使更多的阻燃劑固著在滌綸內(nèi)部，從而提高其耐洗性。從洗前、洗后的纖維損毀長度的變化來看，其長度增加率不超過25%。190℃下的耐久性最好，但此溫度下的布料發(fā)生泛黃現(xiàn)象，不適合窗簾的裝飾要求。所以，烘焙溫度180℃最佳。

表3 焙烘溫度對阻燃耐久性的影響Tab.3 Effect of curing temperature on durability of flame retardant

2.4.2 焙烘時(shí)間對阻燃耐久性影響

選用質(zhì)量濃度為100g／L的阻燃劑，焙烘溫度為180℃，不同的焙烘時(shí)間對織物進(jìn)行處理，結(jié)果如表4所示。

表4 焙烘時(shí)間對阻燃耐久性的影響Tab.4 Effect of curing time on durability of flame retardant

本實(shí)驗(yàn)在不影響織物性能的情況下，通過降低溫度對織物進(jìn)行了相關(guān)處理。從表4可以看出，隨著焙烘時(shí)間的延長，耐久性變得越好。因?yàn)樵跁r(shí)間充足的條件下，阻燃劑有足夠的時(shí)間滲透到滌綸纖維內(nèi)部，可以達(dá)到耐久的目的；同時(shí)，它有足夠的時(shí)間與可燃物的游離基進(jìn)行反應(yīng)，能使活性基團(tuán)越來越少，直至游離連鎖反應(yīng)中斷，纖維燃燒終止，以此達(dá)到較好的阻燃效果。焙烘時(shí)間在3min時(shí)，顯示出良好的耐久性，繼續(xù)增加時(shí)間，4min下的耐久效果和3min的相差不多。因此，最佳處理時(shí)間為3min。

2.5 交聯(lián)劑對耐久性的影響

添加交聯(lián)劑、滲透劑等耐久性助劑，探討織物的耐久性效果。阻燃整理工藝：交聯(lián)劑質(zhì)量濃度5g／L；處理?xiàng)l件180℃、3min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 交聯(lián)劑對耐久性阻燃整理的影響Tab.5 Effect of crosslinking agent on durability of flame retardant

從表5可以看出，加入交聯(lián)劑，阻燃織物的耐水洗性明顯提高。交聯(lián)劑EH與本實(shí)驗(yàn)使用的YRC－1阻燃劑相容性良好，能更好地發(fā)揮交聯(lián)作用，使織物的阻燃性更加耐久。交聯(lián)劑EH為環(huán)氧氯丙烷與己二胺的縮聚物鹽酸鹽，其結(jié)構(gòu)兩端各有一個(gè)環(huán)氧乙烷活性基，在一定的溫度下，它與滌綸結(jié)構(gòu)的酯基、YRC－1阻燃劑結(jié)構(gòu)中的磷酸酯基發(fā)生一定程度的交聯(lián)反應(yīng)，使織物具有耐久性。所處理的織物可耐洗20次以上，達(dá)到了很好的阻燃效果，具有良好的耐久性。盡管交聯(lián)劑EH的使用直接影響著織物的手感，但此織物為針織面料，一來和梭織面料相比在手感方面好得多，二來此織物的用途為家紡用窗簾面料，屬非服用面料，因此不會(huì)影響其產(chǎn)品的使用性能。

3 結(jié) 論

(1)溫度對阻燃性能影響很大，隨著溫度上升，阻燃效果逐漸增大，耐久性也有所提高，但當(dāng)溫度過高時(shí)，織物出現(xiàn)泛黃現(xiàn)象。綜合來看，180℃、3min處理工藝的耐久性最好。

(2)隨著阻燃劑濃度增加，其阻燃效果也在提高，但當(dāng)阻燃劑濃度到達(dá)一定的量時(shí)，阻燃效果不再增加而趨于飽和，120g／L的濃度效果最好。

(3)使用交聯(lián)劑EH有助于提高耐久性，但多少影響織物手感。

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