DDPSi-FR阻燃整理對(duì)羊毛織物染色性能的影響

睢成琳　朱順　金崇業(yè)　賈麗霞　單國(guó)華

摘 要：采用硅磷雜化單體DDPSi-FR對(duì)羊毛織物進(jìn)行軋烘焙阻燃整理，討論了阻燃整理效果及其對(duì)羊毛織物的潤(rùn)濕性能、染色性能、力學(xué)性能及防紫外線(xiàn)性能的影響。結(jié)果表明：DDPSi-FR阻燃整理能提高羊毛纖維的疏水性，靜態(tài)接觸角增加≤3.02%;引起LANASOL系列染料染色羊毛織物的色度參數(shù)波動(dòng)，特別是使K/S值下降≤13.85%;顯著提高未染色以及LANASOL系列染料特別是藍(lán)3G染料染色羊毛織物的紫外線(xiàn)防護(hù)性能;提高未染色或染色羊毛織物頂破強(qiáng)力，認(rèn)為由DDPSi-FR與羊毛分子鏈間的交聯(lián)作用所致。

關(guān)鍵詞：羊毛;DDPSi-FR;阻燃;染色;防紫外線(xiàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TS190.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2019）03-0078-04

Effect of DDPSi-FR Flame Retardant Finishing on Dyeing Property of Wool Fabric

SUI Chenglin， ZHU Shun， JIN Chongye， JIA Lixia， SHAN Guohua

（College of Textile and Clothing， Xinjiang University， Urumqi 830046， China）

Abstract：In this paper， silicon phosphorus hybrid monomer DDPSi-FR was used to treat wool fabric through rolling and baking flame retardant finishing， and the effect of flame retardant finishing and its influence on the wettability， dyeing properties， mechanical performances and UV protection properties of wool fabric were discussed. The result showed that DDPSi-FR flame retardant finishing could significantly improve hydrophobicity of wool fiber with static contact angle increased by ≤4.4%. In addition， it could cause colorimetric parameter fluctuations of wool fabrics dyed by LANASOL series dyes. Especially， it made the K/S value decrease ≤14.0%. It significantly improved the UV protection property of wool fabrics of undyed and dyed by LANASOL series dyes （especially blue 3G dye）， and enhanced bursting strength of wool fabrics which were not dyed or dyed. This might be due to the crosslinking between DDPSi-FR and wool molecular chain.

Key words：wool; DDPSi-FR; flame retardant; dyeing; UV protection

含鹵阻燃劑由于其安全性不足逐漸被含磷、硅、氮等非鹵元素阻燃劑替代[1-4]。將磷、硅等阻燃元素通過(guò)雜化反應(yīng)引入到同一分子結(jié)構(gòu)中，通過(guò)元素之間的相互作用，表現(xiàn)出良好的協(xié)效阻燃作用和互補(bǔ)性[5-6]，且適用廣泛，是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)之一。9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物DOPO具有環(huán)保高效的阻燃性能，且已被證明可以通過(guò)選擇官能團(tuán)并調(diào)整其DOPO基反應(yīng)性單體的位點(diǎn)來(lái)優(yōu)化阻燃性能[7-11]。本文利用研究團(tuán)隊(duì)合成一種支鏈含有苯環(huán)的硅磷雜化DDPSi-FR阻燃劑單體[12]，將其對(duì)羊毛織物通過(guò)軋烘焙工藝進(jìn)行阻燃整理。DDPSi-FR的結(jié)構(gòu)如圖1所示。相對(duì)于原樣織物，經(jīng)DDPSi-FR整理的羊毛織物的損毀炭長(zhǎng)減少了55.9%，通過(guò)垂直燃燒試驗(yàn)，阻燃級(jí)別LOI達(dá)到了26.6%，且發(fā)煙少，陰燃時(shí)間短，離開(kāi)火源后自熄，炭化層保持較完整[12]。本文研究了DDPSi-FR阻燃整理對(duì)羊毛織物染色性能、潤(rùn)濕性能、力學(xué)性能與防紫外線(xiàn)性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：阻燃劑單體DDPSi-FR（研究團(tuán)隊(duì)合成），聚氧乙烯月桂醚（工業(yè)純，上海麥克林生物化學(xué)試劑有限公司），元明粉、硫酸銨、乙酸（化學(xué)純，市售）;白色絲光羊毛針織平紋織物Ⅰ（48 S/2紗線(xiàn)單根緯編，90 g/m2）、白色高支精梳羊毛針織物Ⅱ（48 S/2紗線(xiàn)雙根緯編，160 g/m2）、白色精梳羊毛機(jī)織物Ⅲ（460 g/m2），均由新疆金塔毛紡織有限公司提供;活性染料：LANASOL紅6G 100%、LANSOL黃4G 100%、LANSOL藍(lán)3G 100%，分別簡(jiǎn)稱(chēng)LR-6G、LY-4G、LB-3G，由新疆天山毛紡織股份公司提供。

實(shí)驗(yàn)儀器：P-AO型立式氣壓電動(dòng)小軋車(chē)、YG（B）815D-1型ASX-24旋轉(zhuǎn)式常溫小樣染色機(jī)、Y（B）802N型熱風(fēng)恒溫烘箱、SW-24E型耐皂洗牢度儀、YG（B）026H-500織物強(qiáng)力機(jī)、YG912E紡織品防紫外線(xiàn)性能測(cè)試儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司）;HB蒸化機(jī)（佛山市薈寶染整機(jī)械廠）;UItrascan PRO多功能分光測(cè)色儀（美國(guó) Hunter Lab公司）;DCAT 21接觸角測(cè)量?jī)x（德國(guó)Dataphysics公司）。

1.2 活性染料染色工藝

LANASOL系列活性染料2.0%（o.w.f.），元明粉6.0%（o.w.f.），脂肪醇聚氧乙烯醚5.0%（o.w.f.），硫酸銨5.0%（o.w.f.），浴比1∶50，在染色機(jī)中，40 ℃入染，以1.0 ℃/min升溫至90 ℃，pH5.0左右保溫60 min，水洗、皂洗、漂洗、烘干。

1.3 阻燃整理工藝

DDPSi-FR乳液100.0 g/L（含固率約30%），聚氧乙烯月桂醚2.0 g/L，浴比1∶20，用乙酸調(diào)節(jié)整理液pH在6.0～6.5之間;在小軋車(chē)上二浸二軋，軋余率110%，在烘箱中80 ℃預(yù)烘5 min，在蒸化機(jī)中150 ℃焙烘4 min，水洗晾干。

1.4 織物性能的測(cè)試

1.4.1 潤(rùn)濕性能

利用懸滴法測(cè)量羊毛織物的靜態(tài)接觸角，并通過(guò)光學(xué)顯微鏡和拍照系統(tǒng)，拍攝靜態(tài)接觸角圖像測(cè)定。

1.4.2 色度參數(shù)

采用D65光源和10°視角，測(cè)定織物的L*、a*、b*、K/S、C*等。

1.4.3 力學(xué)性能

按GB/T 19976—2005《紡織品頂破強(qiáng)力的測(cè)定 鋼球法》測(cè)定。

1.4.4 防紫外線(xiàn)性能

按GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線(xiàn)性能的評(píng)定》測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 DDPSi-FR整理對(duì)羊毛潤(rùn)濕性能的影響

經(jīng)DDPSi-FR整理后羊毛織物的靜態(tài)接觸角見(jiàn)表1。從表1可以看出，3種規(guī)格的羊毛織物靜態(tài)接觸角都有所提高，主要是因?yàn)檎砗蟮难蛎w維表面有聚硅氧烷鏈段富集，羊毛纖維表面親水性下降、疏水性增加所致。由此可以推斷出DDPSi-FR整理對(duì)羊毛織物的潤(rùn)濕性能有所影響。

2.2 DDPSi-FR整理對(duì)羊毛染色性能的影響

未染色的羊毛織物Ⅱ經(jīng)DDPSi-FR整理后色度參數(shù)見(jiàn)表2，用LR-6G、LY-4G、LB-3G染色的羊毛織物Ⅱ經(jīng)DDPSi-FR整理后色度參數(shù)分別見(jiàn)表3。從表2可以看出，與未染色未整理空白織物相比，僅進(jìn)行DDPSi-FR整理使未染色織物Ⅱ亮度下降，綠度下降，黃度提高，彩度提高。由表3看出，當(dāng)染色織物Ⅱ再進(jìn)行DDPSi-FR整理，LR-6G和LY-4G染色織物亮度均下降，紅度和黃度均下降，彩度均降低，表觀染色深度K/S均下降。由表3看出，而LB-3G染色織物亮度上升，綠度提高，藍(lán)度下降，彩度降低，表觀染色深度K/S下降且在3種染料中最顯著。分析是在對(duì)羊毛織物進(jìn)行阻燃整理時(shí)，DDPSi-FR在酸性條件下水解后可能與羊毛中絲氨酸、蘇氨酸和絡(luò)氨酸中的羥基和精氨酸、賴(lài)氨酸中的氨基生成共價(jià)鍵占用了羊毛分子的基團(tuán)[13-14]，對(duì)LANASOL染料與羊毛的結(jié)合產(chǎn)生影響，從而影響了織物的色光。

2.3 DDPSi-FR整理對(duì)染色羊毛力學(xué)性能的影響

圖2是羊毛織物Ⅱ阻燃整理前后頂破強(qiáng)力的變化，可以看出，DDPSi-FR整理不僅可以提高未染色羊毛針織物的頂破強(qiáng)力，而且可以彌補(bǔ)LB-3G染色對(duì)羊毛織物的頂破強(qiáng)力的損失。DDPSi-FR整理在兩種情況的提升的頂破強(qiáng)力均為7 N，說(shuō)明整理后DDPSi-FR與羊毛發(fā)生的結(jié)合影響了羊毛織物的強(qiáng)力[15]。

2.4 DDPSi-FR整理對(duì)染色羊毛防紫外線(xiàn)的影響

圖3是3種羊毛織物DDPSi-FR整理后紫外線(xiàn)防護(hù)的變化。從圖3可知，針對(duì)LY-4G染色或再進(jìn)行DDPSi-FR整理，3種類(lèi)型羊毛織物的紫外防護(hù)系數(shù)（UPF）的變化規(guī)律類(lèi)似，即織物類(lèi)型本身對(duì)UPF影響顯著，致密厚重織物具有更好的紫外防護(hù)效果;DDPSi-FR整理對(duì)UPF的增加有利，但增效幅度有限;染色與阻燃整理具有防護(hù)增效作用，但不具有加和性。

未染色的羊毛織物Ⅰ經(jīng)DDPSi-FR整理后防紫外線(xiàn)性能見(jiàn)表4，用LR-6G、LY-4G、LB-3G染色的羊毛織物Ⅱ經(jīng)DDPSi-FR整理后防紫外線(xiàn)性能分別見(jiàn)表5。圖3可以看出DDPSi-FR整理對(duì)相對(duì)輕薄的針織物防紫外線(xiàn)性能的增加優(yōu)于高支針織物，且針織物的增幅高于機(jī)織物，分析由于DDPSi-FR可沉積在羊毛纖維上，減小了稀薄織物的孔隙率，從而增加了防紫外效果，而對(duì)于原本孔隙率就小的致密織物的增效就相對(duì)低。從表4可知，針對(duì)輕薄型織物Ⅰ，DDPSi-FR整理對(duì)降低未染色羊毛織物的透射比（tUVA和tUVB）效果顯著。表5可以看出單純的LANASOL系列染料對(duì)降低羊毛織物TUVA和TUVB同樣有效;同時(shí)DDPSi-FR整理對(duì)降低染色羊毛織物TUVA和TUVB具有一定的增效作用，其中對(duì)LB-3G染色增效明顯，但對(duì)此種輕薄織物仍是不能達(dá)到紫外防護(hù)等級(jí)。

3 結(jié) 論

a）經(jīng)DDPSi-FR整理的三類(lèi)羊毛織物，靜態(tài)接觸角的提高的幅度為1.20%～3.02%，羊毛織物疏水性有所增加。

b）DDPSi-FR對(duì)高支精梳羊毛針織物的整理，會(huì)在不同程度上影響LANASOL系列染料的色度參數(shù)L*、a、b或C*等，其中表觀染色深度K/S值下降3.91%～13.85%。

c）由于硅磷雜化單體DDPSi-FR與羊毛分子鏈存在的交聯(lián)反應(yīng)，白色或染色高支精梳羊毛針織物經(jīng)過(guò)DDPSi-FR整理后，其頂破強(qiáng)力均會(huì)有所增加。

d）DDPSi-FR整理會(huì)顯著降低未染色羊毛織物以及LANASOL藍(lán)3G染色羊毛織物對(duì)UVA與UVB的透射比，以及顯著提高其紫外防護(hù)系數(shù)UPF。

參考文獻(xiàn)：

[1] PANDEY D， KULKARNI M S，VRAT P. Thermal degradation and combustion behavior of a modified intumescent flame-retardant ABS composite[J]. Insulating Materials，2010，23（4）：473-486.

[2] SHREE V，SEN A K. Study of thermal and flame behavior of phosphorus-based silica for epoxy composites[J]. Journal of Sol-Gel Science and Technology， 2017（5）：1-11.

[3] CHEN M J，SHAO Z B，WANG X L，et al. Halogen-free flame-retardant flexible polyurethane foam with a novel nitrogen-phosphorus flame retardant[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2012，51（29）：9769-9776.

[4] FOROUHARSHAD M，MONTAZER M，MOGHADAM M B，et al. Preparation of flame retardant wool using zirconium acetate optimized by CCD[J]. Thermochimica Acta，2011，520（1-2）：134-138.

[5] 朱云朋.磷/硅化合物復(fù)配對(duì)真絲的協(xié)效阻燃改性[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2013.

[6] 錢(qián)立軍，孫楠，許國(guó)志.分子間磷雜菲與磷腈雙基協(xié)同阻燃環(huán)氧樹(shù)脂研究[J].工程塑料應(yīng)用，2013，41（7）：4-7.

[7] HAMCIUC C， SERBEZEANU D， CARJA I D， et al. Effect of DOPO units and of polydimethylsiloxane segments on the properties of epoxy resins[J]. Journal of Materials Science，2013，48（24）：8520-8529.

[8] GU L， CHEN G， YAO Y. Two novel phosphorus-nitrogen-containing halogen-free flame retardants of high performance for epoxy resin[J]. Polymer Degradation & Stability，2014，108：68-75.

[9] LIN C H， LIN H T， SIE J W， et al. Facile，one-pot synthesis of aromatic diamine-based phosphinated benzoxazines and their flame-retardant thermosets[M]// Journal of Polymer Science Part A： Polymer Chemistry， 2011，48：4555-4566.

[10] SUN D， YAO Y. Synthesis of three novel phosphorus-containing flame retardants and their application in epoxy resins[J]. Polymer Degradation & Stability，2011，96（10）：1720-1724.

[11] XU WEIHUA， WIRASAPUTRA ALVIANTO， LIU SHUMEI. Highly effective flame retarded epoxy resin cured by DOPO-based co-curing agent[J]. Polymer Degradation and Stability，2015，122：44-51.

[12] 金崇業(yè).反應(yīng)型硅磷雜化阻燃劑的合成及其對(duì)羊毛阻燃性能的研究[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2016.

[13] ALONGI JENNY， COLLEONI CLAUDIO， MALUCELLIGIULIO， et al. Hybrid phosphorus-doped silica architectures derived from a multistep sol-gel process for improving thermal stability and flame retardancy of cotton fabrics [J]. Polymer Degradation and Stability， 2012，97（8）：1334-1344.

[14] HERRERA-FRANCO P J， VALADEZ-GONZALEZ A. A study of the mechanical properties of short natural-fiber reinforced composites[J]. Composites Part B Engineering， 2005，36（8）：597-608.

[15] 賈麗霞，金崇業(yè)，劉瑞，等.硅磷雜化阻燃整理對(duì)羊毛結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性能的影響[J].紡織學(xué)報(bào)，2017，38（12）：101-105.