滌棉混紡織物阻燃劑PN-與PN-阻燃性能的比較

滌棉混紡化纖織物織物防火劑PN-1和PN-2防火性能的比較 滌棉混紡化纖織物織物防火劑PN-1和PN-2防火性能的比較 滌棉混紡化纖織物織物由於服用性能優良和結實耐用，深受消費者歡迎，然而，由於它們易於燃燒造成火災事故，並導致龐大損失，因此防火後整理的研究受到普遍關注［1］。至今為止，人們發覺對滌棉織物的防火遠比對其中任一組份的防火要困難。其原因主要有：，因為棉是一種不熔融不收縮的易燃性纖維，當滌棉製品燃燒時，棉纖維發生炭化，對滌綸起了一種類似乎燭芯的支架作用，從而阻礙了滌綸的熔滴脫離火源；第二，滌綸和棉兩種聚合物或它們的裂解產物的相互熱誘導，加速了裂解產物的溢出，因此滌棉織物的著火速度比純滌綸和純棉要快得多；第三，在燃燒過程中，防火劑能在滌和棉二種組分間遷移。因此，也給滌棉織物的防火帶來了困難。同時，滌棉混紡化纖織物織物受熱時，受熱熔融的滌綸組份會覆蓋在滌纖維表麵，而滌纖維及其裂解生成的炭會形成骨架，阻擋織物收縮，致使熔融的滌綸成為著火區的一種燃料，使織物燃燒更加劇烈［2］。 因此，要降低滌棉混紡化纖織物物的可燃性，要做到以下幾點：(1)混紡化纖織物織物中每一組份都進行防火化。(2)混紡化纖織物織物防火後整理時，采納各自合適的防火劑，其中作用好能互補或互不幹擾。(3)去除骨價效應和兩組份的幹擾作用。 磷氮係防火劑在純棉織物上是有效的防火劑之一，同時，由於磷氮二者之間的協同效應，使其在滌棉混紡化纖織物織物的應用上也有很大的進展。本文采納四羥甲基氯化磷(THPC)和酰胺類化合物和氨反應，形成了一種溶於水的預縮體作為防火劑PN-1和PN-2。防火劑PN-1和PN-2是利用了磷氮防火體係對纖維素纖維的固相防火有明顯的協效作用。因為含氮化合物的加入可減少磷係防火劑的用量，提高了防火效果。同時，氮和磷會首先形成磷酰胺類結構，然後生成P-N鍵，這樣可增強和纖維伯羥基發生磷酰化的反應能力，抑製了左旋葡萄糖的生成。當織物引燃後，防火聚合物中的磷，便和空氣中的氧起反應，生成五氧化二磷(P2O5)，五氧化二磷是一種強脫水劑，能從纖維中奪出水分子，五氧化二磷遇到水後，就生成了聚磷酸，聚磷酸將會把纖維中的水繼續除去，實際上是把纖維素還原成為不燃的炭，同時聚磷酸也很簡單包覆在纖維的外麵，從而抑製和氧的反應，幸免生成可燃性氣體一氧化碳。當棉纖維炭化後，相當於炭纖維，它就成為合成纖維的骨架，合成纖維分布在炭纖維中間，此時合成纖維大部分也隨著纖維炭化而無法燃燒，結果便阻擋了織物的燃燒.｛3｝。 本文主要就防火劑PN—1和PN—2對滌棉混紡化纖織物織物的防火性能和後整理條件進行了比較研究。 1.實驗材料和方法 1.1實驗材料 1.1.1防火劑 滌棉混紡化纖織物織物防火劑PN—1和PN—2(自製)。 1.1.2助劑 有機矽柔軟劑SR，JFC滲透劑等，助劑均為工業級。 1.1.3試劑 甲醛，尿素，三聚氰胺，三乙醇胺，NaOH，H2O2，Na2SiO3，NaAc，Na2CO3等，試劑均為市售AR和CP級。 1.1.4織物 試驗用織物均為65/35滌棉平布，規格45s×45s，110×76，經退漿，煮練和漂白處理。 1.2織物防火後整理工藝過程 工作液組成：PN，TMM，尿素，NaAC，柔軟劑等。 工藝流程：二浸二軋(軋液率75%-80%)→焙烘(150℃／4min)→氧化(0.1%H2O2，0.02%NaOH，40℃)→皂洗(2g/1NA2CO3，4g/1胖皂)→水洗→烘幹。 1.3主要測試方法： 織物性能指標均在溫度20±2℃，相對濕度65±5％的條件下，平衡24小時後測試。 1.3.1防火性能：垂直織物防火性能測試儀。包含：損毀長度，餘燃時間，陰燃時間等. 1.3.2斷裂強度：YG026－250型織物強力儀 1.3.3撕破強度：Elmendorf法. 2.實驗結果分析 2.1PN-1和PN-2防火劑結構比較 防火劑PN-1和PN-2的可能結構為： 表1為防火劑PN-1和PN-2分子結構中氮磷元素的含量情況。表1數據表明，防火劑PN-1和PN-2的P／N之比大約相等。這說明它們的氮磷協同效應大致相同，都能和滌棉混紡化纖織物織物形成網狀結構.［4］。PN-2的磷含量高於PN-1。但其分子的單元結構比PN-1小，易透入到纖維內部。使織物的增重較大；而PN-1分子的單元結構大，簡單固著在纖維上，使織物防火後的損毀長度要比PN-2低。 表1：防火劑PN-1和PN-2中的氮磷元素含量 2.2防火工作液中主要成份對織物防火性能的影響 2.2.1防火劑PN-1，PN-2用量對防火性能的影響 一般在後整理過程中防火劑的用量越多，即在織物上的含量越大，則織物的防火性能越好。 注：處理條件PN-1TMM用量3.0%，尿素1.0%； PN-TMM用量5～6%，尿素3%。 由圖1可見隨著防火劑PN-1和PN-2的濃度提高。其損毀長度都下降，而織物增重卻上升。對PN-1來說，當防火劑濃度為35％時，其損毀長度和織物增重分別達到肯定值，以後隨著濃度進一步提高，損毀長度和織物增重也沒什麼變化。而對PN-2來說，當防火劑濃度為23%時，其損毀長度和織物增重就不再變化。由於PN-1的單元結構要比PN-2大，滲透較難，用量要比PN-2大，以致損毀長度比PN-2低；而PN-2易滲透，雖防火劑用量比PN-1低，除在處理浴中，TMM和尿素的用量均高於PN-1外，可能PN-2的反應性也較生動，導致織物增重要高於PN-1。同時在相同的用量情況下，防火劑PN-1處理後的滌棉混紡化纖織物織物，其織物增重和損毀長度均要低於PN-2。其它由圖1(a)和(b)可見，當防火劑PN-1和PN-2的用量分別在35%和25%時，織物增重的提高和損毀長度的下降逐漸趨向平衡。因此，用此濃度處理後的滌棉織物均能獲得良好的防火效果。 2.2.2TMM樹脂濃度對PN-1和PN-2防火劑的防火效果影響 TMM樹脂由於能和防火劑PN-1和PN-2反應，形成網狀的聚合物固著在纖維上，從而提高了防火後整理織物的耐洗性能，但用量須適當操縱。PN-1和PN-2防火劑和TMM可能反應機理如下.［5］： 圖2(a)和(b)是在不同TMM濃度下滌棉混紡化纖織物織物經PN-1和PN-2防火劑後整理後的增重和損毀長度變化。 從圖2可知，TMM用量較低時，織物的防火效果很差。隨著TMM用量的逐漸提高，經防火劑PN-2和PN-2後整理後的滌棉混紡化纖織物織物，其增重、防火性能和耐清洗性也隨之提高。但當TMM用量太多時，織物的手感變硬，機械性能下降。對PN-1而言，比較適當的TMM濃度應選擇在3％－4%，而對PN-2來說，TMM濃度應選擇在5%-6%之間。 2.2.3尿素及柔軟劑的作用 尿素結構中含有高量的氮元素，能和防火劑PN-1和PN-2中的磷元素起協調作用，從而提高織物防火性能和降低防火劑的用量。但尿素加入的量應和防火劑的用量相適應。圖3為尿素用量對防火劑PN-1和PN-2的防火性能影響。FL) 從圖3(a)和(b)可知，PN-1的尿素用量應選擇在1%-2%之間，而PN-2的尿素用量應選擇在3%左右。 為了改善防火產品的柔軟性，須添加適量的柔軟劑。但在防火後整理中，防火劑的加入往往會降低防火織物的防火性，故應操縱其種類和用量。通常選用的柔軟劑是有機矽類，一般來說，防火劑PN-1後整理時，柔軟劑的用量應在0.5%～2%之間，而PN-2後整理時的柔軟劑用量為1%，此時後整理後的織物手感較好，對防火性能也無明顯的影響。 2.2.4焙烘條件和氧化對防火效果的影響 防火劑PN-1，PN-2和TMM樹脂和纖維反應完全，能提高防火後整理織物的防火性能，故而焙烘條件的操縱相當重要。圖4為防火劑PN-1和PN-2處理滌棉織物時的焙烘溫度和焙烘時間對織物損毀長度的影響。 圖4焙烘時間和培烘溫度對防火劑處理織物的損毀長度 注：處理條件PN-1用量35%，TMM3%—4%，尿素1%；PN—2用量25%，TMM5%—6%，尿素3% 從圖4可知，隨著焙烘時間的延長，由於防火劑，TMM等和織物的反應程度提高，織物的損毀長度均逐漸下降。但時間過長，會使織物變脆和手感發硬。因此，時間不能過長，而在相同的焙烘時間下，在140℃焙烘時，由於溫度太低，防火劑和TMM和纖維反應不夠完全，耐洗性較差，影響織物的防火性能。當焙烘溫度大於160℃時，反應能力增加，防火性能好，但會伴隨著織物的斷裂強度下降，手感變硬。因而焙烘時間應和焙烘溫度相適應，即焙烘溫度不能過多，時間不宜過長。防火劑PN-1和PN-2比較適宜的焙烘為：溫度150℃，時間3～4分鍾； 焙烘後，經適度的氧化水洗，能將防火聚合物中可能含有的低價狀況的磷全部氧化成＋5價高價磷，並均能提高防火劑PN-1和PN-2處理後織物的防火性能和耐洗性。 2.3防火劑PN-1和PN-2處理滌棉混紡化纖織物織物的防火效果比較 表2為滌棉混紡化纖織物織物經防火劑PN-1和PN-2處理後其各種性能情況。從表2中可知，經防火劑PN-1和PN-2處理織物後，它們的餘燃時間和陰燃時間皆為0。這說明磷氮防火劑具有良好的協同效應。由於PN-2分子結構的單元相對較小，它的滲透性好，簡單透入纖維內部，因此易和織物生成聚合物。而PN-1處理織物其用量高於PN-2，但損毀長度要比PN-2低。在TMM和尿素用量均低於PN-2的情況下，織物的增重要比PN-2小，這表明可能其防火劑主要附著在纖維表麵。其它防火劑PN-1和PN-2經20次清洗後，其損毀長度和織物的增重都變化不大。這也反映出它們具有良好的耐洗性。 用防火劑PN-1和PN-2處理織物後，其斷裂強度，撕破強度，手感均下降不多，特別是手感。由於用這二種防火劑處理織物後的織物增重均小於30%，因此織物處理後的手感變化不大。其中用PN-2處理織物後機械性能和手感均要好於PN-1。這是由於PN-1的結構要比PN-2大，簡單和織物生成分子量較大的網狀結構的聚合物。而PN-2分子量較PN-1小，易透入纖維內部，生成聚合物，故其機械性能和手感均比PN-1好。 表2防火劑PN-1和PN-2處理織物後防火綜合效果比較 3.結論 1.利用THPC和酰胺類化合物和氨反應，生成的防火劑PN-1，PN-2具有磷、氮協同效應，能提高防火效果。其中PN-2的含磷和含氮量要高於PN-1。 2.防火劑PN-1和PN-2處理滌棉混紡化纖織物織物皆能取得較好的防火效果。防火劑PN-1分子的單元結構比PN-2大，簡單在織物上生成分子量較大的網狀結構的聚合物。而PN-2分子的單元結構相對較小，滲透性好，簡單透入到纖維內部生成聚合物。因此在本實驗條件下，用防火劑PN-1和PN-2處理織物，PN-1的損毀長度和織物增要低於PN-2，而PN-2的斷裂強度，撕破強度及手感均要好於PN-1。6P8XO9c