新型磷氮阻燃整理劑的合成及在滌綸織物中的應(yīng)用研究*

李 禹，李 陽，周天池

（鹽城工學院紡織服裝學院 江蘇鹽城 224051）

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及材料

磷酸三鈉、環(huán)氧氯丙烷、三乙胺、氫氧化鈉、次亞磷酸鈉、鹽酸、醋酸、硝酸均為分析純，堿減量促進劑（工業(yè)品）由鹽城市印染有限公司提供，100%滌綸織物由張家港和良紡織品有限公司提供（130.15g/m2,經(jīng)向245根/10cm×117根/10cm）。

1.2 阻燃整理劑的合成

用100mL水溶解38.01g磷酸三鈉，用硝酸調(diào)節(jié)pH值至3-4之間。將磷酸三鈉溶液倒入裝有回流冷凝器、水銀溫度計、滴液漏斗、機械電動攪拌器的500mL四口燒瓶中，升溫至60℃，在30min內(nèi)滴加23.15g環(huán)氧氯丙烷，再升溫至80℃，保溫反應(yīng)2h后再向四口燒瓶內(nèi)滴加10.12g三乙胺，在30min內(nèi)滴完，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值7-8之間，升溫到90℃保溫反應(yīng)6h。將產(chǎn)物取出，測其含固率，待用。

1.3 滌綸織物的堿減量處理

稱取1.5g織物，按照1：30浴比，配制一定濃度氫氧化鈉水溶液，加入1mL促進劑后，將水溶液加熱至60℃，投入織物，在攪拌下加熱至80℃，處理60min。堿減量處理完畢后，取出織物，用80℃的熱水洗兩次，1mol/L醋酸溶液洗滌一次，再用冷水洗凈織物。

1.4 滌綸織物的阻燃整理

將試管鱗莖轉(zhuǎn)入MS(Murashige and Skoog)培養(yǎng)基上培養(yǎng)2個月，中間換1次培養(yǎng)基，然后放入人工培養(yǎng)箱中(設(shè)定12 h光照，溫度33 ℃；12 h黑暗，溫度28 ℃)培養(yǎng)45 d，以促使試管鱗莖休眠；商品鱗莖來自7月中旬大田栽培的地上部分自然枯萎后收獲的鱗莖。

配制阻燃整理劑溶液（其中含60g/L次亞磷酸鈉），浸漬一定時間后用小軋車軋去多余溶液，軋余率控制在100%左右。將織物于100℃下預烘3min，再進行焙烘處理，冷卻后置于塑料密封袋中待測。

1.5 性能測試

限氧指數(shù)LOI采用HC-2型氧指數(shù)測定儀（南京市江寧區(qū)分析儀器廠，中國）檢測。

續(xù)燃時間及UL-94等級使用YG(D)815D-I型織物阻燃性能測試儀（溫州市大榮紡織標準儀器廠，中國）檢測。

堿減量處理中的減量率的測定，按下式進行計算：

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素分析

2.1.1 堿減量減量率

固定阻燃劑濃度150g/L、焙烘溫度150℃、浸漬時間1小時，改變滌綸織物減量率，實驗數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 堿量率對阻燃效果的影響

由圖1可以看出，隨著堿量率的升高，LOI值總體呈上升趨勢，這是因為未處理的滌綸纖維表面致密且無活性基團，堿處理后發(fā)生一定程度的水解，其酯鍵會部分水解為羧基和羥基，從而使其活性基團數(shù)量有所上升，與阻燃劑之間的氫鍵作用力及反應(yīng)能力有所增強。此外，堿減量處理還可以刻蝕滌綸纖維表面，破壞其致密性，增大比表面積，可以達到吸附更多整理劑的目的，促進炭化反應(yīng)的進行。但當堿量率進一步升高，其阻燃效果增加速率下降，在減量率達到18.64%后，其LOI值達到最大值25.2%。繼續(xù)提高減量率，則其LOI值略呈下降趨勢，這是因為堿量率在刻蝕表面，增加吸附的同時，也會帶來纖維與氧氣接觸面增大，纖維之間作用力下降的問題，這些問題會給阻燃性能的提升帶來負面影響，同時其服用性能也會隨著減量率的上升而明顯下降，故確定滌綸織物的最佳堿量率為18.64%。

2.1.2 阻燃劑濃度

固定織物減量率為18.15%、焙烘溫度150℃、浸漬時間1小時，改變磷氮阻燃劑濃度，實驗數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 阻燃劑濃度對阻燃效果的影響

由圖2可以看出，當阻燃劑濃度從50g/L增加到200g/L時，其LOI值從22.7上升至27.4，這主要是因為織物上有效物質(zhì)含量的增加，磷含量的上升可以更好的發(fā)揮凝聚相阻燃作用，同時在燃燒過程中，也會產(chǎn)生更多的含磷自由基，達到氣相阻燃的目的。氮元素的存在可以充分發(fā)揮磷氮協(xié)同作用，使其阻燃效果得到進一步增強。當阻燃劑濃度進一步增加到250g/L，其LOI值無明顯變化，這說明過多的阻燃整理劑并不能進一步提高阻燃效果，主要是因為堿減量處理后的滌綸織物表面對整理劑量的吸附量是一定的，過多的整理劑分子將停留在織物外部，不能與織物形成牢固的結(jié)合。同時阻燃整理劑濃度過高對織物的手感也有一定的影響，綜合考慮，最佳阻燃劑濃度為200g/L。

2.1.3 焙烘溫度

固定織物減量率為18.29%、磷氮阻燃劑濃度為200 g/L、浸漬時間1小時，改變焙烘溫度，實驗數(shù)據(jù)如圖3所示。

從圖3可以看出，阻燃效果隨著焙烘溫度的增大而提高。這可能一方面是由于堿減量處理后，織物上羧基與羥基的含量增多，在高溫及次亞磷酸鈉催化劑的作用下，與阻燃整理劑之間發(fā)生干態(tài)酯合或醚化反應(yīng)，使得整理劑能與滌綸織物發(fā)生化合鍵合，提高其阻燃效果；另一方面隨著溫度的提高，滌綸分子鏈運動加快，在瞬間產(chǎn)生微孔的機率增大，增大了阻燃整理劑與纖維內(nèi)層發(fā)生接觸、鍵合的可能性。但隨著溫度升高至160℃以后，其LOI值增速明顯下降，而過高溫度也會帶來能源的消耗量增加，故確定最佳焙烘溫度為160℃。

圖3 焙烘溫度對阻燃效果的影響

2.1.4 浸漬時間

固定織物減量率為18.57%、磷氮阻燃劑濃度為200 g/L、焙烘溫度為160℃，改變浸漬時間，實驗數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖4 浸漬時間對阻燃效果的影響

由圖4可以看出，浸漬時間的延長對阻燃效果有一定的提高效果，這是因為堿減量處理后的滌綸織物對阻燃整理劑有一定的吸附作用，時間充分其吸附效果較好，但當浸漬時間達到60min時，其吸附已經(jīng)至平衡狀態(tài)，再進一步延長時間也不能提高其吸附量，故確定其最佳浸漬時間為1小時。

2.2 織物最佳工藝處理前后對比

單因素分析后確定阻燃整理最佳工藝為：堿減量減量率為18%左右，阻燃整理劑濃度為200g/L，浸漬時間為1小時，焙烘溫度為160℃。整理后的滌綸織物（b）與織物原樣（a）進行性能對比檢測，相關(guān)數(shù)據(jù)列于表1。整理后的滌綸織物燃燒后，其續(xù)燃燒時間大幅減少，熔滴現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)，未能引燃儀器下方鋪陳的棉墊，因此符合UL-94 V0標準。

表1 試樣整理前后阻燃效果對比

3 結(jié)論

3.1 最佳工藝為：堿減量減量率為18%左右，阻燃整理劑濃度為200g/L，浸漬時間為1小時，焙烘溫度為160℃。

3.2 整理后，滌綸織物的LOI值可從原樣的20.4提升至28.3，且續(xù)燃時間及熔滴量明顯減少，符合UL-94V0標準要求。整理過程中未涉及含鹵素物質(zhì)，符合綠色環(huán)保要求。