劉東發(fā)，李曉增

(廣州市質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，廣東 廣州 511442)

棉織物又稱棉布，是以棉紗為原料的機(jī)織物。棉織物以優(yōu)良的服用性能成為最常用的面料之一，廣泛用于服裝面料、裝飾織物和產(chǎn)業(yè)用織物。隨著紡織印染加工的深入發(fā)展，棉織物品種日益豐富，外觀和性能及檔次也不斷提高。由于化學(xué)纖維的發(fā)展，出現(xiàn)了棉型化纖，其長(zhǎng)度(一般為38 mm左右)等物理性狀符合棉紡工藝要求，在棉紡設(shè)備上純紡或與棉纖維混紡而成，這類纖維的織物以及棉織物統(tǒng)稱為棉型織物[1]。但其阻燃性一直是十分棘手的問(wèn)題，因而限制了它的應(yīng)用[2]。

目前棉織物耐久阻燃劑一般進(jìn)行羥甲基化，導(dǎo)致含有大量的甲醛，同時(shí)為了提高阻燃效率，需添加含羥甲基反應(yīng)基團(tuán)的交聯(lián)劑，經(jīng)過(guò)整理后，織物上游離甲醛含量過(guò)高且存在后續(xù)甲醛釋放的問(wèn)題。在世界“綠色消費(fèi)”浪潮的沖擊下，世界各國(guó)對(duì)生產(chǎn)和進(jìn)口的紡織品要求不含有毒、污染物質(zhì)，在紡織貿(mào)易方面設(shè)立了許多技術(shù)壁壘，嚴(yán)重制約了我國(guó)紡織品的出口，因此，研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和使用無(wú)甲醛、無(wú)鹵素阻燃劑對(duì)棉織物進(jìn)行阻燃整理，并能達(dá)到一定的可洗滌性是本文研究的重點(diǎn)。本文選擇的甲基膦酸二甲酯(DMMP)作為棉織物的阻燃劑，無(wú)甲醛，不含鹵素。其阻燃機(jī)理是：當(dāng)阻燃織物遇到火源時(shí)，DMMP在高溫下分解，先分解成磷酸，再失去水生成焦磷酸，繼而生成偏磷酸和聚偏磷酸，從而形成不揮發(fā)性的磷酸層覆蓋于燃燒物表面上，達(dá)到隔絕空氣和熱源，以迫使燃燒停止[3-4]。

1 試驗(yàn)

1.1 材料和設(shè)備

織物：純棉漂白平布21 tex×21 tex(濰坊龍都棉紡織印染有限公司)。

主要試劑：甲基膦酸二甲酯(廣州市正通化工有限公司)、五氧化二磷(廣州市化學(xué)試劑廠)、滲透劑 (季戊四醇，廣州市化學(xué)試劑廠)。

設(shè)備：電子天平(T214，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司)，高低溫試驗(yàn)箱(LP/GDW-010C，上海林頻儀器股份有限公司)，西門子全自動(dòng)洗衣機(jī)，氧指數(shù)測(cè)定儀(HC-2C，南京上元分析儀器有限公司)，水平垂直燃燒測(cè)試儀(CFZ-3，南京市江寧區(qū)分析儀器廠)。

1.2 阻燃整理工藝

按照設(shè)計(jì)配方配制阻燃整理液，然后按浴比1 ∶10將試樣浸入阻燃整理液，30 min攪拌一次，確保阻燃劑能最大程度地附著于織物上，浸漬后脫水8 min，再在烘箱中烘干(70 ℃，30 min)，以備隨后進(jìn)行的阻燃性能測(cè)試。

1.3 測(cè)試

1.3.1 阻燃性能測(cè)試

極限氧指數(shù)按GB/T 5454-1997《紡織品 燃燒性能試驗(yàn) 氧指數(shù)法》[5]測(cè)試；垂直燃燒性能按GB/T5455-1997《紡織品 燃燒性能試驗(yàn)垂直法》[6]測(cè)試。阻燃性能分級(jí)按GB 20286-2006《公共場(chǎng)所阻燃制品及組件燃燒性能要求和標(biāo)識(shí)》[7]織物類進(jìn)行判定(阻燃1級(jí)：氧指數(shù)≥32，損毀炭長(zhǎng)≤150 mm，續(xù)燃時(shí)間≤5 s，陰燃時(shí)間≤5 s；阻燃2級(jí)：損毀炭長(zhǎng)≤200 mm，續(xù)燃時(shí)間≤10 s，陰燃時(shí)間≤10 s)。

1.3.1.1 定義

極限氧指數(shù)：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，氧氮混合物中材料剛好保持燃燒狀態(tài)所需要的最低氧濃度。

續(xù)燃時(shí)間：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，移開(kāi)(點(diǎn))火源后材料持續(xù)有焰燃燒的時(shí)間。

陰燃時(shí)間：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，當(dāng)有焰燃燒終止后，或者移開(kāi)(點(diǎn))火源后，材料持續(xù)無(wú)焰燃燒的時(shí)間。

損毀長(zhǎng)度：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，在規(guī)定方向上材料損毀面積的最大距離。

氧指數(shù)越高、續(xù)燃時(shí)間越短、陰燃時(shí)間越短、損毀長(zhǎng)度越小，則阻燃性越好。

1.3.1.2 原理

氧指數(shù)試驗(yàn)：用氧指數(shù)測(cè)定儀裝置進(jìn)行試驗(yàn)，氣源用的是工業(yè)用氧氣和氮?dú)?。試樣從縱向和橫向至少各取15塊試樣，試樣尺寸為(150×58) mm。試樣在溫度(20±2) ℃，相對(duì)濕度為(65±4)%處理8～24 h，試驗(yàn)在10～30 ℃和相對(duì)濕度30%～80%的大氣中進(jìn)行試驗(yàn)，試樣點(diǎn)燃后續(xù)燃、陰燃時(shí)間不到2 min，或者損毀長(zhǎng)度不到40 mm時(shí)，氧濃度過(guò)低。反之，試樣點(diǎn)燃后續(xù)燃、陰燃時(shí)間超過(guò)2 min，或者損毀長(zhǎng)度超過(guò)40 mm時(shí)，氧濃度過(guò)高。通過(guò)系列試驗(yàn)之后，計(jì)算得出試樣的極限氧指數(shù)。

垂直燃燒試驗(yàn)：用垂直燃燒試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)，氣源是丙烷或丁烷氣體，樣品縱向和橫向各取五塊試樣，尺寸為300 mm×80 mm，試樣在溫度(20±2)℃，相對(duì)濕度(65±3)%放置8～24 h。試驗(yàn)在10～30 ℃及相對(duì)濕度30%～80%的大氣中進(jìn)行。點(diǎn)燃時(shí)間設(shè)定為12 s，記錄續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間，讀數(shù)精確到0.1 s，測(cè)量試樣撕裂長(zhǎng)度即是損毀長(zhǎng)度，精確到1 mm，分別計(jì)算縱向和橫向五個(gè)試樣的續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間和損毀長(zhǎng)度的平均值作為試驗(yàn)的結(jié)果。

1.3.2 耐洗性能測(cè)試

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃劑質(zhì)量濃度對(duì)織物阻燃性能的影響

阻燃劑質(zhì)量濃度對(duì)織物阻燃性能的影響如表1、圖1。

表1 阻燃劑質(zhì)量濃度對(duì)織物垂直燃燒性能的影響

注：季戊四醇15 g/L，浸漬溫度60 ℃，浸漬時(shí)間3 h。

圖1 阻燃劑質(zhì)量濃度對(duì)織物氧指數(shù)的影響

由表1、圖1可以看出: 隨著阻燃劑質(zhì)量濃度的增加，停留在織物內(nèi)的阻燃元素(磷 )的量也增大，阻燃性能也隨之提高，但阻燃劑質(zhì)量濃度增加到250 g/L時(shí)阻燃效果反而下降。阻燃效果先增強(qiáng)后減弱可能是因?yàn)樽枞紕┵|(zhì)量濃度較低時(shí)，隨阻燃劑質(zhì)量濃度的增大，阻燃劑熔融吸熱帶走了一部分燃燒環(huán)境的能量，隨著溫度的升高，阻燃劑的熱分解釋放的不燃性氣體覆蓋在織物表面，起到了氣相阻燃作用，并稀釋了可燃?xì)怏w；同時(shí)由于阻燃劑的良好成炭作用，使棉提前熔融分解成炭，造成隔熱或隔氧的情況，阻止了棉的進(jìn)一步分解，起到了固相阻燃作用，兩者的共同作用使阻燃性能迅速提高。但是當(dāng)阻燃劑質(zhì)量濃度超過(guò)一定值后，使得一部分阻燃劑沒(méi)有很好地結(jié)合到織物上，造成了實(shí)際阻燃劑含量的減少；另外，阻燃劑質(zhì)量濃度的加大，雖然可起到氣相與固相阻燃作用，但由于阻燃劑分解所釋放的熱量會(huì)反饋到被阻材料中，多元羧酸、纖維素大分子的反應(yīng)基團(tuán)是一定的，此時(shí)阻燃劑已能充分與多元羧酸、纖維素大分子反應(yīng)，再增加阻燃劑質(zhì)量濃度，阻燃性能不再增加而有所下降。因此，阻燃劑的最佳質(zhì)量濃度以200 g/L左右為宜。

2.2 季戊四醇質(zhì)量濃度對(duì)阻燃性能的影響

季戊四醇質(zhì)量濃度對(duì)織物阻燃性能的影響如表2、圖2。

表2 季戊四醇質(zhì)量濃度對(duì)織物垂直燃燒性能的影響

注：阻燃劑200 g/L，浸漬溫度60 ℃，浸漬時(shí)間3 h。

圖2 季戊四醇質(zhì)量濃度對(duì)織物氧指數(shù)的影響

由表2、圖2可以看出，隨著季戊四醇質(zhì)量濃度的增加，阻燃性能也隨之提高，當(dāng)季戊四醇質(zhì)量濃度15 g/L時(shí)，阻燃性能最好，繼續(xù)增加季戊四醇質(zhì)量濃度，阻燃性能變化不大。這種現(xiàn)象的原因是在甲基膦酸二甲酯與五氧化二磷完全反應(yīng)的情況下，季戊四醇本身添加量的多少并不給阻燃劑體系顏色帶來(lái)變化。但季戊四醇質(zhì)量濃度增加使得阻燃劑中的羥基含量增加，提高阻燃劑與交聯(lián)劑和纖維素的反應(yīng)幾率，使得阻燃效果增加；當(dāng)季戊四醇質(zhì)量濃度為15 g/L時(shí)，體系內(nèi)反應(yīng)完全。在含磷量一定的基礎(chǔ)上，繼續(xù)提高季戊四醇的質(zhì)量濃度，不會(huì)提高阻燃劑體系內(nèi)的羥基含量，所以阻燃效果變化不大。因此，選擇季戊四醇的最佳質(zhì)量濃度為15 g/L。

2.3 浸漬溫度和時(shí)間對(duì)阻燃性能的影響

浸漬是為了把阻燃整理液充分并均勻地施加于織物上，浸漬溫度越高，浸漬時(shí)間長(zhǎng)，可使阻燃整理液充分浸透。由表3、圖3可知，隨著浸漬溫度的升高，阻燃效果相應(yīng)提高。由表4、圖4可見(jiàn), 隨著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)，阻燃效果也會(huì)增強(qiáng)，但溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增強(qiáng)效果并不明顯。出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因是纖維素大分子和阻燃劑在浸漬過(guò)程中發(fā)生酯化反應(yīng)，相互之間建立了分子間酯鍵。當(dāng)阻燃劑質(zhì)量濃度較低時(shí)，阻燃劑充分與纖維素大分子建立分子間酯鍵，固著于織物上，使得阻燃性隨著質(zhì)量濃度的增加有所提高。當(dāng)體系內(nèi)反應(yīng)完全后，提高浸漬溫度和浸漬時(shí)間，不會(huì)產(chǎn)生新的反應(yīng)，所以阻燃性能變化不大。綜合分析，最佳浸漬條件是以 80 ℃、3 h為宜。

表3 浸漬溫度對(duì)織物垂直燃燒性能的影響

注：阻燃劑200 g/L，季戊四醇15 g/L，浸漬時(shí)間3 h。

圖3 浸漬溫度對(duì)織物氧指數(shù)的影響

表4 浸漬時(shí)間對(duì)織物垂直燃燒性能的影響

注：阻燃劑200 g/L，季戊四醇15 g/L，浸漬溫度60 ℃。

圖4 浸漬時(shí)間對(duì)織物氧指數(shù)的影響

2.4 阻燃整理的耐水洗性能

選取最佳工藝條件對(duì)棉織物進(jìn)行整理，分析洗滌次數(shù)對(duì)阻燃性能的影響，從而判別該阻燃整理的耐水洗性。

表5 水洗次數(shù)對(duì)織物垂直燃燒性能的影響

注：阻燃劑200 g/L，季戊四醇15 g/L，浸漬溫度60 ℃，浸漬時(shí)間3 h。

圖5 水洗次數(shù)對(duì)織物氧指數(shù)的影響

根據(jù)表5可以看出阻燃性能隨著水洗次數(shù)的增加而降低，在水洗至20次時(shí)，阻燃性能驟降且達(dá)不到阻燃性能的技術(shù)指標(biāo)。原因是水洗次數(shù)增加，破壞了阻燃劑與纖維素分子的結(jié)合，阻燃劑會(huì)失去，從而失去阻燃效果。

3 結(jié) 論

(1)DMMP阻燃劑對(duì)棉織物有阻燃作用，且這類阻燃劑無(wú)鹵素、不含甲醛，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，屬于環(huán)保型阻燃劑。

(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的最佳阻燃處理工藝為：阻燃劑200 g/L，滲透劑15 g/L，浸漬溫度80 ℃，浸漬時(shí)間3 h。

(3)經(jīng)阻燃整理的織物水洗15次后，其阻燃性能仍能達(dá)到GB 20286-2006標(biāo)準(zhǔn)中的阻燃1級(jí)。

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