無甲醛棉用阻燃劑開發(fā)及應(yīng)用

張華梅，張春花，劉建平

(常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常州市新型紡織材料重點實驗室，江蘇 常州　213164)

眾所周知，甲醛是第一類致癌物，對人體有嚴(yán)重的危害。近年來，各國紛紛出臺相關(guān)的法規(guī)限制和禁止使用含甲醛的阻燃劑。棉織物透氣性好、吸濕性強(qiáng)、穿著舒適的特性，備受人們的喜愛，但棉織物的極限氧指數(shù)低，約為18%，極易燃燒引起火災(zāi)，造成對人們生命和財產(chǎn)的危害[1-2]。因此，環(huán)保型棉用阻燃劑的開發(fā)是國內(nèi)外紡織品阻燃整理劑的開發(fā)熱點[3]。無甲醛的棉用磷氮阻燃劑符合這一發(fā)展趨勢。本文以亞磷酸和二乙醇胺為原料制備一種自制阻燃劑—低聚磷酸酯阻燃劑，利用自制阻燃劑、并利用自制阻燃劑和少量無機(jī)混合物復(fù)配阻燃劑對棉織物進(jìn)行阻燃整理，探討了阻燃整理工藝。

1　試驗

1.1　材料、試劑與儀器

織物：純棉織物；

試劑：二乙醇胺、亞磷酸、對甲苯磺酸(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；

儀器：恒溫油浴鍋(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，電子天平(常州市幸運(yùn)電子設(shè)備有限公司)、小軋車(廈門瑞比精密機(jī)械有限公司)，電熱烘箱(101A-3E，上海實驗儀器廠有限公司)、垂直法阻燃性能測試儀(合肥泛遠(yuǎn)檢測儀器有限公司)。

1.2　阻燃劑的合成工藝

在三口燒瓶中加入一定量的二乙醇胺和亞磷酸，少量的催化劑對甲苯磺酸，攪拌下于150℃反應(yīng)一定時間，冷卻后，出料，得到淡黃色粘稠狀產(chǎn)物。目標(biāo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)物如下：

1.3　阻燃整理工藝

二浸二軋(阻燃劑：100～450g/L，浸5min，帶液率80%)→烘干(130℃，5min )→自然冷卻。

1.4　性能測試

黃變：目測。

手感：實物手感評定法。通過排序法確定最好的和最差的布樣，將手感最好的布樣定為5級、最差的布樣定位1級，中間的依次為4級、3級、2級。

阻燃性能：在恒溫恒濕條件下，整理織物放置24 h以上，按GB/T 5455-1997《紡織品燃燒性能試驗垂直法》測定。

2　結(jié)果與討論

2.1　自制阻燃劑質(zhì)量濃度對阻燃性能的影響

由表1可知，自制阻燃劑的濃度對棉織物的阻燃效果影響較大，當(dāng)質(zhì)量濃度小于150 g/L時，對純棉織物沒有阻燃效果。當(dāng)質(zhì)量濃度超過200 g/L時，隨著濃度的增加，對純棉織物有阻燃效果，且阻燃性能不斷提高，但提高程度不明顯。當(dāng)阻燃劑質(zhì)量濃度為200 g/L提高到300 g/L，損毀長度幾乎沒有變化。進(jìn)一步提高阻燃劑的濃度，當(dāng)濃度為450 g/L時，損毀長度最小，考慮到阻燃劑用量過大，會增加成本。因此，阻燃劑質(zhì)量濃度選用為200 g/L。

表1　自制阻燃劑質(zhì)量濃度對阻燃效果的影響

注：130℃，烘300s。

2.2　復(fù)配阻燃劑阻燃整理工藝

2.2.1復(fù)配阻燃劑質(zhì)量濃度對阻燃性能的影響

表2　復(fù)配阻燃劑質(zhì)量濃度對阻燃效果的影響

注：130℃,烘300s。

為進(jìn)一步考察自制阻燃劑的阻燃性能的穩(wěn)定性，將自制阻燃劑與一定量的含磷、含氮、含硫無機(jī)混合物進(jìn)行復(fù)配，利用復(fù)配阻燃劑對棉織物進(jìn)行整理。結(jié)果見表2所示。由表可知，與單獨(dú)使用自制阻燃劑相比，復(fù)配了10 g/L無機(jī)混合物的阻燃劑對棉織物的阻燃性能進(jìn)一步改善，損毀長度為2.8 cm；且隨著無機(jī)混合物含量的增加，阻燃效果增加，當(dāng)復(fù)配的無機(jī)混合物為30g/L時，損毀長度最小，為1.75 cm；繼續(xù)增加復(fù)配的無機(jī)混合物的含量，當(dāng)無機(jī)混合物含量大于40 g/L后，阻燃效果又呈現(xiàn)下降趨勢。原因是無機(jī)混合物阻燃劑太多，阻燃過程中分解出太多的氣體沖破碳層，使得棉織物更易燃燒[4]。因此，最佳復(fù)配阻燃劑為：自制阻燃劑質(zhì)量濃度200 g/L并復(fù)配30 g/L無機(jī)混合物。

2.2.2烘干溫度對阻燃性能的影響

表3　烘干溫度對阻燃效果的影響

注：自制阻燃劑200 g/L +無機(jī)混合物30g/L,烘300s。

由表3可知，開始時隨著烘干溫度的增加，阻燃效果提高，主要由于烘干溫度低水分含量高，影響阻燃劑的分解[4]。當(dāng)烘干溫度提高至130℃之后，繼續(xù)升高烘干溫度，阻燃效果下降，且烘干溫度高于140℃時，棉織物發(fā)生黃變且手感變差，主要因為溫度高會導(dǎo)致化學(xué)鍵的氧化和斷裂，從而引起織物的黃變[5-6]。綜合考慮阻燃效果的提升、成本、手感等因素，確定最佳烘干溫度為130℃。

2.2.3烘干時間對阻燃性能的影響

由表4可知，開始隨著烘干時間的延長，損毀長度逐漸變小，阻燃效果增加，當(dāng)烘干時間超過300s后，阻燃劑阻燃效果有所下降。原因是烘干時間過短水分含量高，影響阻燃劑的分解；若烘干時間過長，部分阻燃劑可能在烘干過程中發(fā)生分解。因此，確定最佳烘干溫度為300s。

表4　烘干時間對阻燃效果的影響

注： 自制阻燃劑200 g/L +無機(jī)混合物30g/L L,130℃烘干。

3　結(jié)論

本文以亞磷酸和二乙醇胺為原料制備低聚磷酸酯阻燃劑，在130℃下烘干300s時得到最優(yōu)的自制阻燃劑使用濃度為200 g/L，損毀長度為3.0 cm，續(xù)燃時間和陰燃時間均為0s。此外，本文復(fù)配了一定濃度的無機(jī)混合物，利用復(fù)配阻燃劑優(yōu)化的阻燃整理工藝：二浸二軋(自制阻燃劑200 g/L，無機(jī)混合物30 g/L，浸5min，帶液率80%)→烘干(130℃，5min )→自然冷卻，此最優(yōu)條件下整理的棉織物的損毀長度比單純使用自制阻燃劑的損毀長度小，達(dá)到了1.75 cm，續(xù)燃時間和陰燃時間均為0s，阻燃性能均達(dá)到了GB/T 5455-1997B1級標(biāo)準(zhǔn)。

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