纺织品是引起火灾的重要原因,世界各国竞相制定法规,要求某些纺织品具有规定的阻燃性能才能进入市场,否则被视为违法。近年来,阻燃纺织品已成为开发热点,阻燃剂的开发也朝着环保、低毒、高效、协效的方向发展,但对阻燃真丝的研究开发却较少,以醚化的六羟甲基三聚氰胺为交联剂,将Pyrovatex CP应用于真丝进行阻燃改性,得到的丝织物氧指数在30%以上,但整理后丝织物甲醛含量超标(75×10-6)[1-3]开发含磷乙烯基单体,通过与真丝接枝共聚,制备出阻燃真丝纱线及阻燃真丝织物,得到的真丝织物氧指数达30%以上[4-5].美国佐治亚大学CHARLES Q Y研究室应用2D树脂(DMDHEU)及三羟甲基三聚氰胺(TMM)分别作为交联剂,将含羟基有机膦阻燃剂HFP0(含磷量为20.2%~20.5%,结构式如下)应用于纯棉、锦/棉混纺(美国军服面料)[6-8]织物,取得了较好的阻燃效果,整理后氧指数达30%以上,可耐50次水洗.本文将含羟基有机瞵阻燃剂HFPO用于真丝织物的阻燃改性,通过染整加工常用的浸轧烘焙法,利用交联剂,将阻燃剂固着在织物上,获得阻燃效果.

1 试验

1.1 材料及仪器

织物:真丝练白电力纺(脱胶率25%,36g/m2)(苏州

华丝集团)。

试剂:含羟基有机膦阻燃剂HFP0(美国),交联剂1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA) (化学纯),催化剂次磷酸钠NaH2P02、盐酸(36.5%~38.0%)(均为试剂级,市售),三乙醇胺(TEA).

仪器:pH计,轧车,焙烘机,电子天平,氧指数仪,垂直燃烧试验箱,MCC-1微型燃烧量热仪,电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP/AES).

1.2 织物阻燃整理

将织物(38cm×32cm)浸于整理液中,二浸二轧,用盐酸调节pH值至2.5,轧液率100%,90℃烘2min,160℃焙烘2min.

1.3 水洗

在测试前,织物需经

1.4 测试

氧指数LOI根据ASTM标准测试方法D2863-97测试;炭长根据ASTM标准测试方法D6413-99测试,燃烧时的放热情况:用微型量热仪测试,取样品4~6mg,在流量为80 cm3/min的氮气中加热样品,升温速度为1℃/s,加热到650℃ 使其完全裂解,然后将裂解产物与流量为20cm3/min的纯氧气混合送人900℃燃烧炉.

5 织物上含磷量测定

将2g织物用Wiley Mill磨成粉,称量0.1000g粉末于烧杯中,加入10mL双氧水(30%),再加入2mL浓硫酸(95%),然后将烧杯置于加热器上,于360℃ 加热直至气泡消失,白烟产生,溶液变澄清,停止加热,冷却后将此清液转入50mL容量瓶中,用去离子水稀释至刻度,然后在电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP/AES)上测量磷元素含量P(单位为×10-6) ,计算织物上含磷量=(P×10-3×50×10-3/0.1000)×100%.

2 结果与讨论

2.1 HFP0与丝绸在无交联剂下反应时的氧指数从图1可知,未整理的真丝织物氧指数为23.8%,HFP0单独作用后,氧指数EOI基本不变,表明阻燃剂HFP0不能和织物直接发生反应。

2.2 影响HFP0阻燃效果LOI的因素

2.2.1 交联剂BTCA用

从图2可看出,随着BTCA用量的增加,氧指数先增加到一极值后再减少,当交联剂用量为7.6%时,氧指数为27.2%,8.7%时,氧指数达27.3%,两者相近,在实际应用中,BTCA用量可以选用7.6%~8.7%。一般认为,交联剂用量的增加会增加固着在织物上的阻燃剂量,从而使氧指数随着交联剂用量的增加而增加。而图中结果却并未显示出这一趋势,故可推知存在消耗交联剂的竞争反应[9].

2.2.2 催化剂次磷酸钠用量

据报道,次磷酸钠为多羧酸与纤维素发生酯交联的最好催化剂,可以催化多羧酸脱水形成酸酐,在酸酐与纤维素成酯过程中也有较好的催化作用[10]。所以合适的催化剂用量对反应至关重要。

图3表明,随着催化剂用量的增加,氧指数值也逐渐增加,当次磷酸钠用量为6.1%时,可达到最大的氧指数值。此后再增加用量,反应已达饱和,氧指数值不再提高,故适宜的催化剂用量为6.1%.

2.2.3 三乙醇胺用量

在用多羧酸作防皱整理剂时常加入三乙醇胺作为强力提升剂,适量的三乙醇胺对织物弹性也有一定的提高[11].本文中引入三乙醇胺来考察对织物燃烧性能的影响。

从图4可看出,添加三乙醇胺2%时,丝绸的LOI值从27.8%提高到30.3%,而且在用量较少时,会使阻燃性能有所提高,此后再增加用量会使阻燃性能下降,原因是三乙醇胺与BTCA的反应程度大于HFP0与BTCA的反应,竞争反应的结果使键合在丝绸上的阻燃剂量减少.

2.2.4 阻燃剂用量

从图5可看出,添加20%阻燃剂便可使丝绸LOI值达29.4%,遇火有自熄功能[12],用量增加,氧指数也增加;30%时,氧指数达32.2%;400%时,氧指数为33%以上.但实际应用时,阻燃剂用量应低于40%,因为过高的用量会使整理液十分粘稠,整理时有粘辊现象.

2.3 阻燃真丝织物的性能

2,3,1 阻燃性

从表1可看出,添加10%的阻燃剂,不能起到阻燃效果,不能通过垂直法燃烧测试;添加15%以上,氧指数大于27%,小火源点燃后,离开火源可自熄,且能通过垂直法燃烧测试(炭长小于178mm)[13],且随着阻燃剂用量的增加,氧指数增大,炭长减小,但用量为40%时,相对于用量为30%,阻燃性能提高不大,过量的添加只能造成阻燃剂的浪费,而且在应用过程中整理液太粘稠,致使织物粘在轧辊上.所以,实际应用中用量以15%~30%为宜,

表1 不同用量阻燃剂整理真丝织物的阻燃性能

注:BTCA 7.6%,次磷酸钠6.1%,三乙醇胺2%

2.3.2 耐洗性

由图6可知,未水洗时织物上含磷量为5.2%,水洗1次后,织物上的含磷量为2.5%;经15次水洗后,织物上含磷量下降到1.5%,30次水洗后,降到0.2%。

从表2可知,未阻燃整理丝织物不能通过垂直燃烧测试.水洗1次后,氧指数大大提高,点燃后离开火源,织物有自熄功能,且炭长也可以通过垂直法燃烧测试.洗涤15次后,氧指数下降,炭长也随之增大,阻燃性能虽有所下降,但点燃后离开火源仅为缓慢燃烧:洗涤30次后,丝织物已不能通过垂直燃烧测试,氧指数也有所下降,表明此阻燃整理可耐至少15次水洗.

表2 经不同水洗次数时织物的氧指数及炭长

2.4 热释放率

应用微型燃烧量热仪测量材料的燃烧性能是目前国际上较新的技术,它是根据氧耗原理设计的一款可以测量mg级样品热释放速率的新型仪器,相比大型的锥形量热仪,使用更为方便[14]。热释放速率是评估火灾危险性的一项重要指标.热释放速率大的材料在火灾中的危险性就越大.从图7中可知,未阻燃整理真丝在233s时出现一个放热峰,245s时出现最大放热峰,且最大热释放率为172.7W/g;而阻燃整理后,真丝仅在250s时出现一个放热峰,且热释放率为102.3W/g,可见,阻燃整理大大降低了真丝的热释放量,真丝在火灾中燃烧时产生的热量少,提供给真丝裂解的热量就减少,抑制了燃烧的链式反应,使得真丝无法继续提供可燃气体,在火灾中可以有效降低危险性。

3 结论

含羟基有机膦阻燃剂HFPO在BTCA的交联下,可以使丝织物具有阻燃性能,但BTCA用量存在一个峰值,添加少量三乙醇胺即可提高阻燃剂在丝织物上的固着率。较佳整理工艺:HFPO 30%,BTCA 7.6