曹鈞涵 周永凱 張華
摘要:將不同種類的磷系阻燃劑和拒水劑配制成一浴整理液,以浸軋焙烘的工藝對(duì)滌綸織物進(jìn)行一浴整理,分析整理后織物的燃燒性能和拒水性能。選擇相容性較好的阻燃劑和拒水劑,采用正交試驗(yàn)分析法優(yōu)化一浴整理的工藝條件。結(jié)果表明:最佳的試驗(yàn)配方為耐久性阻燃劑RUCO-FLAM VOD 300 g/L和防水防油整理劑SY-09 50 g/L;最優(yōu)工藝條件為110 ℃烘干180 s后170 ℃焙烘120 s。經(jīng)過阻燃拒水一浴整理的織物續(xù)燃時(shí)間≤ 4 s,損毀長度≤ 8 cm,符合GB/T 5455 — 1997的B1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求,且織物拒水性能達(dá)到 3 級(jí)。
關(guān)鍵詞:滌綸;阻燃整理;拒水整理;一浴法
中圖分類號(hào):TS195.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Flame Retardant and Water Repellent Finishing of Polyester Fabric in One Bath
Abstract: Different kinds of phosphorus flame retardants and water repellent agents were used in onebath finishing of polyester fabric through dip-pad process. The flame resistance, water repellency and other mechanical properties of the finished fabrics were tested by orthogonal experiment to optimize the process conditions. The optimal formulation and conditions were determined as follows: flame retardant agent RUCO-FLAM VOD 300 g/L, water repellent agent SY-09 50 g/L; drying at 110 ℃ for 180 s, curing at 170℃ for 120 s. The after-flame time of finished fabric was less than 4 s, the char length was less than 8 cm, consistent with the requirement of GB/T 5455 — 1997 B1 class standard and the level of water repellency could reach grade 3.
Key words: polyester fabric; flame retardant finishing; water repellent finishing; one-bath processing
軍用背囊滌綸面料不僅要具有阻燃性能,而且其表面應(yīng)具有拒水性能,然而紡織面料的拒水整理通常會(huì)對(duì)阻燃效果產(chǎn)生負(fù)面影響。因此,阻燃滌綸織物選用的拒水整理劑應(yīng)在滿足面料拒水性要求的同時(shí),盡可能減少對(duì)面料阻燃性能的影響。常用的拒水劑(如含氫有機(jī)硅類、蠟質(zhì)熱固性拒水劑)本身含有可燃性物質(zhì),常導(dǎo)致織物的阻燃性變差和織物表面的續(xù)燃性增強(qiáng)。含氟拒水整理劑具有特殊分子結(jié)構(gòu),能牢固附著在纖維表面或與纖維化學(xué)結(jié)合,改變纖維表面層的組成,降低表面自由能,使整理后的織物具有液體難潤濕與附著的性質(zhì)。
對(duì)滌綸織物而言,單獨(dú)的阻燃整理或拒水整理較為普遍,但如能使織物同時(shí)具有良好的阻燃與拒水性能,則能更好地滿足實(shí)際需求。通常阻燃劑和拒水劑由不同的廠商提供,而且多功能整理往往采用分步整理技術(shù),工藝復(fù)雜,生產(chǎn)成本較高。目前國內(nèi)對(duì)滌綸織物同時(shí)進(jìn)行阻燃與拒水整理的研究較少,推廣普及的程度也較低。本文將不同種類的磷系阻燃劑和拒水劑配置成一浴整理液,以浸軋焙烘的工藝對(duì)滌綸織物進(jìn)行一浴整理,分析整理后織物的燃燒和拒水性能,從而進(jìn)一步為我國多功能性軍用背囊紡織品的開發(fā)提供有效途徑。
1 試驗(yàn)部分
1.1 試驗(yàn)材料
織物:滌綸迷彩印花帆布(平紋,300 g/m2)。
阻燃劑:GreenFlam ND環(huán)保型阻燃劑(簡(jiǎn)稱“ND”,上海優(yōu)先裝飾材料有限公司)、滌綸阻燃劑FR-510(簡(jiǎn)稱“FR-510”,常州帝日紡織科技有限公司)、RUCO-FLAM VOD耐久性阻燃劑(簡(jiǎn)稱“VOD”,德國魯?shù)婪蚧び邢薰荆炀]耐久阻燃劑FR-600(簡(jiǎn)稱“FR-600”,上海湛和實(shí)業(yè)有限公司)、環(huán)保型耐久阻燃劑FR-PET(簡(jiǎn)稱“FRPET”,上海湛和實(shí)業(yè)有限公司)、滌綸耐久阻燃劑SY-FN(簡(jiǎn)稱“SY-FN”,湖北深遠(yuǎn)紡織科技有限公司)、阻燃劑SY-AF(濃)(簡(jiǎn)稱“SY-AF(濃)”,湖北深遠(yuǎn)紡織科技有限公司)。
拒水劑:HPC-8D三防整理劑(簡(jiǎn)稱“HPC-8D”,石家莊市聯(lián)邦科特化工有限公司)、AG-E7500B防水劑(簡(jiǎn)稱“AG-E7500B”,旭硝子株式會(huì)社)、防水防油整理劑SY-08(簡(jiǎn)稱“SY-08”,湖北深遠(yuǎn)紡織科技有限公司)、防水防油整理劑SY-09(簡(jiǎn)稱“SY-09”,湖北深遠(yuǎn)紡織科技有限公司)、無氟防水劑SY-NF(簡(jiǎn)稱“SY-NF”,湖北深遠(yuǎn)紡織科技有限公司)、無氟防水劑SY-FF(簡(jiǎn)稱“SY-FF”,湖北深遠(yuǎn)紡織科技有限公司)。
1.2 工藝流程
阻燃整理工藝流程:配制整理液(阻燃劑200 g/L)→二浸二軋(帶液率70%)→烘干(110 ℃,180 s)→焙烘(180℃,60 s)。
拒水整理工藝流程:配制整理液(含氟拒水劑50 g/L或無氟拒水劑100 g/L)→二浸二軋(帶液率70%)→烘干(110℃,180 s)→焙烘(180 ℃,60 s)。
一浴整理工藝流程:配制整理液(阻燃劑200 g/L、含氟拒水劑50 g/L或無氟拒水劑100 g/L)→二浸二軋(帶液率70%)→烘干(110 ℃,180 s)→焙烘(180 ℃,60 s)。
1.3 測(cè)試項(xiàng)目及方法
織物性能指標(biāo)均在溫度(20±2)℃,相對(duì)濕度65%±5%的條件下,平衡24 h后測(cè)試。
1.3.1 燃燒性能
按照GB/T 5455 — 1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn)垂直法》,使用溫州大榮紡織儀器有限公司生產(chǎn)的YG(B)815D-I型(垂直法)織物阻燃性能測(cè)試儀測(cè)試試樣的續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間和損毀長度。B1級(jí):續(xù)燃時(shí)間≤5 s,陰燃時(shí)間≤5 s,損毀長度≤15 cm;B2級(jí):續(xù)燃時(shí)間≤15 s,陰燃時(shí)間≤10 s,損毀長度≤20 cm。
1.3.2 拒水性能
按照GB/T 4745 — 2012《紡織品防水性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)沾水法》,使用溫州大榮紡織儀器有限公司生產(chǎn)的YB 813型織物沾水測(cè)定儀測(cè)定織物的沾水級(jí)別。
1.3.3 拉伸性能
按照GB/T 3923.1 — 1997《紡織品 織物拉伸性能 第 1部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測(cè)定 條樣法》,使用溫州大榮紡織儀器有限公司生產(chǎn)的YG(B)026PC型電子織物強(qiáng)力機(jī)測(cè)試試樣的斷裂強(qiáng)力。
1.3.4 撕破性能
按照GB/T 3917.3 — 2009《紡織品 織物撕破性能 第 3部分:梯形試樣撕破強(qiáng)力的測(cè)定》,使用美國天氏歐森測(cè)試設(shè)備有限公司生產(chǎn)的SafQ-H5KL臺(tái)式萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣的撕破強(qiáng)力。
1.3.5 彎曲性能
按照GB/T 18318.1 — 2009《紡織品 彎曲性能的測(cè)定第 1 部分:斜面法》,使用萊州市電子儀器有限公司生產(chǎn)的LLY-01型電子硬挺度儀測(cè)試試樣的彎曲長度。
2 結(jié)果與討論
2.1 阻燃劑的篩選
阻燃劑的選用以性能優(yōu)良、使用方便為原則,選取市場(chǎng)上常見的 7 種磷系阻燃劑對(duì)試樣進(jìn)行阻燃整理,計(jì)算整理后試樣的增重情況并測(cè)試其燃燒性能,結(jié)果見圖 1。
滌綸屬于合成纖維,在燃燒過程中無陰燃。燃燒時(shí)磷系阻燃劑受熱分解成不揮發(fā)的玻璃狀物質(zhì)包覆在織物表面,起到隔離保護(hù)作用。同時(shí),阻燃劑的熱降解產(chǎn)物促使織物表面迅速脫水炭化形成炭化層,阻止燃燒進(jìn)行。當(dāng)阻燃劑的用量和工藝流程相同時(shí),不同種類的磷系阻燃劑整理織物的燃燒性能有所差異。經(jīng)過測(cè)試,阻燃劑SY-AF(濃)、SY-FN 、VOD和FR-600整理的試樣阻燃性能達(dá)到國標(biāo)B1級(jí),其中SY-AF(濃)和VOD的阻燃效果較好。
2.2 拒水劑的篩選
拒水劑的選用同樣以性能優(yōu)良、使用方便為原則,選取市場(chǎng)上常見的 6 種拒水劑進(jìn)行拒水整理,其中SY-NF和SY-FF是無氟拒水劑,其它均為含氟拒水劑。結(jié)果如表 1 所示。
由表 1 可知,含氟拒水劑的拒水性能明顯優(yōu)于無氟拒水劑,且不同含氟拒水劑的性能差別不大。阻燃與拒水通常情況下是矛盾的。常用的拒水劑如有機(jī)硅類、硬脂酸衍生物等都是可燃材料,它們與阻燃劑共用時(shí),不僅使織物上阻燃劑的用量減少,而且拒水劑多縛著于纖維表面,致使織物的阻燃性下降和織物表面的續(xù)燃性增加。根據(jù)阻燃劑的磷、鹵元素協(xié)效理論,若選用含有大量氟元素的拒水劑與磷系阻燃劑共用,不僅不會(huì)降低織物上阻燃元素的有效含量,而且附著于纖維表面的拒水劑也具有阻燃性,不致引起織物表面續(xù)燃性的增加。故含氟拒水整理劑對(duì)阻燃性能的影響較小。
2.3 一浴法整理助劑的篩選
不同種類的阻燃劑和拒水劑的相容性不同,需要通過一浴整理試驗(yàn)來進(jìn)一步篩選。選擇阻燃劑SY-AF(濃)和VOD進(jìn)行一浴法篩選。分別計(jì)算整理后試樣的增重情況并測(cè)試其燃燒性能和拒水性能,結(jié)果見表 2。
由表 2 可看出,織物進(jìn)行阻燃拒水一浴整理后的增重在40 g/m2左右,說明阻燃整理劑和拒水整理劑成功附著于織物上,并賦予織物一定的阻燃性和拒水性。拒水劑的加入使整理后織物的阻燃性能有所下降,但不同的拒水劑對(duì)阻燃性能的影響程度不同。含氟拒水劑與阻燃劑的相容性明顯優(yōu)于無氟拒水劑。拒水劑SY-09和阻燃劑一浴整理對(duì)織物阻燃性的影響最小,阻燃性達(dá)到國標(biāo)B2級(jí),同時(shí)拒水性優(yōu)良。阻燃劑VOD和拒水劑SY-09一浴整理的阻燃和拒水效果較好,故選擇這兩種整理劑進(jìn)行正交試驗(yàn)。
2.4 正交試驗(yàn)
2.4.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
滌綸織物阻燃整理效果的影響因素主要有阻燃劑用量、焙烘溫度和焙烘時(shí)間,拒水整理效果的主要影響因素為拒水劑用量、焙烘溫度和焙烘時(shí)間。由以上篩選整理劑的結(jié)果,參考試劑的推薦用量和工藝條件,選取阻燃劑用量、拒水劑用量、焙烘溫度和焙烘時(shí)間等 4 個(gè)變量,設(shè)計(jì) 4因素 4 水平正交試驗(yàn)(表 3、表 4)。
2.4.2 滌綸織物的阻燃拒水等性能
按照正交試驗(yàn)方案對(duì)試樣進(jìn)行阻燃拒水一浴整理,測(cè)試整理后織物的各項(xiàng)性能,結(jié)果見表 5。由于試樣經(jīng)向和緯向的性能無明顯差異,表 5 中所示數(shù)據(jù)均來自經(jīng)向的測(cè)試結(jié)果。
表 5 顯示,第15號(hào)試驗(yàn)整理的織物續(xù)燃時(shí)間和損毀長度均最短,其阻燃性能優(yōu)異,拒水性能良好。說明選擇合適的處方和工藝流程可以明顯提高阻燃性,同時(shí)賦予織物一定的拒水能力。經(jīng)過阻燃拒水一浴整理的試樣斷裂強(qiáng)力損失不大,由于整理劑在織物表面和內(nèi)部形成交聯(lián),撕破強(qiáng)力增加,織物更加柔軟。
進(jìn)一步對(duì)續(xù)燃時(shí)間、損毀長度的正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析,結(jié)果如表 6、表 7 所示。
由表 6、表 7 可知,正交試驗(yàn) 4 個(gè)因素中阻燃劑用量對(duì)阻燃性的影響最大,拒水劑用量和焙烘溫度的影響較小,焙烘時(shí)間的影響最小。隨著阻燃劑用量的增加,織物的阻燃性增強(qiáng),拒水性稍有下降。當(dāng)阻燃劑VOD用量為300 g/L,拒水劑SY-09用量為50 g/L,焙烘條件為170 ℃、120 s時(shí),整理后織物的阻燃性最佳。其續(xù)燃時(shí)間<4 s,損毀長度<8 cm,拒水性能達(dá)到 3 級(jí)。
此外,通常情況下軍用背囊對(duì)織物的耐洗性要求不高,一般在10次左右即可。經(jīng)過15號(hào)試驗(yàn)方案整理的滌綸織物經(jīng)過10次水洗后阻燃性仍能達(dá)到國家B1級(jí)標(biāo)準(zhǔn),拒水性達(dá)到 3 級(jí)。
3 結(jié)論
(1)目前市場(chǎng)上的阻燃劑種類繁多,不同種類的磷系阻燃劑單獨(dú)進(jìn)行阻燃整理的阻燃效果存在差異。不同種類的拒水劑單獨(dú)使用的拒水效果也不同,含氟拒水劑明顯優(yōu)于無氟拒水劑。阻燃拒水一浴法整理可以同時(shí)賦予織物阻燃性和拒水性,但需考慮阻燃劑與拒水劑的相容性問題。
(2)本文選取阻燃劑用量、拒水劑用量、焙烘溫度和時(shí)間等 4 個(gè)因素,設(shè)計(jì) 4 因素 4 水平正交試驗(yàn),大大減少了試驗(yàn)次數(shù),更加簡(jiǎn)便地得出最優(yōu)工藝條件。
(3)最佳配方和工藝條件為阻燃劑VOD 300 g/L,拒水劑SY-09 50 g/L,170℃焙烘120 s。整理后織物的阻燃性能和拒水性能均較好,斷裂強(qiáng)力有所下降,撕破強(qiáng)力增大,織物更加柔軟。其中阻燃劑用量是最大的影響因素,拒水劑用量、焙烘溫度和時(shí)間的影響相對(duì)較小。
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