割绒棉/涤地毯如果毛圈密度很低,一旦被点燃,将扩及整个面积。利用纤维素纤维的酯化进行的化学改性可以限制其燃烧性能,并使其达到阻燃测试标准。仅需经5%~10%聚羧酸和适当的催化剂喷洒处理的含棉地毯,就可获得优良的压燃性能。适用的聚羧酸为1、2、3、4-丁烷四甲酸(BTCA)、柠檬酸和马来酸;催化剂如次磷酸钠、磷酸钠和部分起中和作用的盐。本文提供了使含棉地毯达到阻燃效果的化学反应和工艺条件。
表面起绒,规格大于1·2 m*1·8 m的地毯若要投入市场,必须通过标准甲胺阻燃测试,以获得管理机构的证书。毛圈密度足够大的含棉地毯不需任何处理就可通过标准可燃性测试,但是表层纤维受到机械作用,往往改变了纤维密度,就无法进行该项测试。
纤维素纤维的阻燃性能可以通过许多化学处理方法获得,但是对于特殊用途的产品,要考虑到化学整理的耐久性、产品的美观性、健康和安全等方面,因此需要最合适的工艺条件。某些纺织材料经特殊处理后阻燃效果很好,但由于成本因素,其使用价值十分昂贵。
用磷酸铵和脲素进行阻燃整理成本低,在某些具体应用方面效果极好。但是由于处理过程中纤维强力损失,基布热固化时褪色,遇硬水会降低阻燃耐久性或者固化后需要转移未反应的化学试剂等不足,因此这种处理方法不适合于特殊用途的产品。类似的处理还会使纤维素纺织材料具有弹性变形和拒染性能。
纤维素材料的阻燃程度可以通过如二羟甲基二羟基乙撑脲(DMDHEU)或二羟乙撑脲这样的交联剂获得,但是阻燃性能有限,有潜在的甲醛释放现象,不适宜处理最终产品。最理想的地毯阻燃整理要选用无甲醛释放的化学试剂。在工艺配方中加入添加剂,如链烷醇胺与乙二醇,可以使甲醛释放量降到最小,但是对于地毯来说不是很理想。另外,限于能量与加工时间要求,整理后的洗涤工序也是不现实的。
含有聚磷酸和磷基催化剂的无甲醛交联剂体系对于棉织物的耐久性整理有明显的效果。聚磷酸钠盐的催化酯化反应使化学固化不污染环境。
本研究提供了使用聚磷酸压燃工艺减少棉/涤地毯火焰传播速度的数据。根据限氧指数(LOI)数据所示,它们可能不是最好的阻燃整理剂,但是这种体系增加了燃烧时炭化形成物,使含棉地毯具有压燃性能。
1 实验
样品:割绒地毯
原料:90/10棉/低熔涤纶纱;50/40/10棉/涤/低熔涤纶纱
规格:1)聚丙烯底布:1 400 g/cm2,厚度0·3cm,毛圈高度0·7 cm2)印花棉布:123 g/cm2,经退浆、洗净、漂白和丝光整理
试剂:聚磷酸:1、2、3、4-BTCA、柠檬酸、马来酸,4,5-二羟基-1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DHD-MI)
催化剂: NaH2PO4·H2O、NaH2PO2·H2O、(NaPO3)6、TSC、TSP中和羧酸根离子,加速纤维素酯化试剂:
NaHCO3、Na2CO3、NaOH、MgCl2·6H2O(DHDMI酯化交联剂)
润湿剂:非离子型表面活性剂Triton X-100
工艺条件:不同浓度的BTCA、柠檬酸、Tri-tion X-100
①地毯样品(12·7 cm*12·7 cm):吸液率15%,使用喷洒设备。100℃烘干10 min,然后在150℃固化12 min~15 min
②印花布(36 cm*43 cm):吸液率85%~90%,使用双辊轧染机。85℃~100℃烘干2·5min~3 min,然后在180℃固化1·5 min~2 min
③地毯样品(36 cm*43 cm):条件同印花布设备及标准:实验室用压力通风烘箱(烘干和固化所有样品):Instron张力测试仪(按照ASTMD5035-95标准测试断裂强力);Data Color SpetraFlash 500分光计(按照CIE白度指标测试样品白度);甲胺阻燃测试:ASTM D2859-96标准;限氧指数(LOI):ASTM D-2863;TA热分析仪:进行热量分析(TGA)。在氮气流作用下,15 min内从室温加热到250℃,再在5 min内从250℃升高到450℃;然后在450℃下停留5 min。
2 结果与讨论
一般来说,纤维素材料的磷基阻燃整理是有效的,因为纤维素的降解温度明显降低,炭化残渣增加。对于不严格的燃烧性能测试,如割绒地毯阻燃测试,服用纺织品的45°测试,降低基布的降解温度不是先决条件,重要的是不挥发性残留物的数量,这可通过热量分析仪测得。
2·1 经BTCA和次磷酸钠整理的改性棉的热量分析
经BTCA和次磷酸钠整理的印花棉布的热量分析表明,整理前后棉的降解峰值温度没有变化;用15%的BTCA和7·5%的次磷酸钠整理的限氧指数也没有增加。纤维素纤维阻燃性能的常规测试表明:仅用聚磷酸整理体系不能使棉地毯获得足够的压燃性能,一旦燃烧,在纤维素高温降解期间将产生大量的CO2、H2O和灰烬。但是阻燃整理剂的使用限制了挥发性燃烧产物的数量,仅用4% BTCA和次磷酸钠整理的织物样品残留率为16·2% ~ 17·1%,而未经整理织物只有9·2%。
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