無(wú)甲醛棉用阻燃劑開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

張華梅，張春花，劉建平

(常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常州市新型紡織材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常州　213164)

眾所周知，甲醛是第一類致癌物，對(duì)人體有嚴(yán)重的危害。近年來(lái)，各國(guó)紛紛出臺(tái)相關(guān)的法規(guī)限制和禁止使用含甲醛的阻燃劑。棉織物透氣性好、吸濕性強(qiáng)、穿著舒適的特性，備受人們的喜愛(ài)，但棉織物的極限氧指數(shù)低，約為18%，極易燃燒引起火災(zāi)，造成對(duì)人們生命和財(cái)產(chǎn)的危害[1-2]。因此，環(huán)保型棉用阻燃劑的開(kāi)發(fā)是國(guó)內(nèi)外紡織品阻燃整理劑的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)[3]。無(wú)甲醛的棉用磷氮阻燃劑符合這一發(fā)展趨勢(shì)。本文以亞磷酸和二乙醇胺為原料制備一種自制阻燃劑—低聚磷酸酯阻燃劑，利用自制阻燃劑、并利用自制阻燃劑和少量無(wú)機(jī)混合物復(fù)配阻燃劑對(duì)棉織物進(jìn)行阻燃整理，探討了阻燃整理工藝。

1　試驗(yàn)

1.1　材料、試劑與儀器

織物：純棉織物；

試劑：二乙醇胺、亞磷酸、對(duì)甲苯磺酸(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；

儀器：恒溫油浴鍋(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，電子天平(常州市幸運(yùn)電子設(shè)備有限公司)、小軋車(廈門(mén)瑞比精密機(jī)械有限公司)，電熱烘箱(101A-3E，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司)、垂直法阻燃性能測(cè)試儀(合肥泛遠(yuǎn)檢測(cè)儀器有限公司)。

1.2　阻燃劑的合成工藝

在三口燒瓶中加入一定量的二乙醇胺和亞磷酸，少量的催化劑對(duì)甲苯磺酸，攪拌下于150℃反應(yīng)一定時(shí)間，冷卻后，出料，得到淡黃色粘稠狀產(chǎn)物。目標(biāo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)物如下：

1.3　阻燃整理工藝

二浸二軋(阻燃劑：100～450g/L，浸5min，帶液率80%)→烘干(130℃，5min )→自然冷卻。

1.4　性能測(cè)試

黃變：目測(cè)。

手感：實(shí)物手感評(píng)定法。通過(guò)排序法確定最好的和最差的布樣，將手感最好的布樣定為5級(jí)、最差的布樣定位1級(jí)，中間的依次為4級(jí)、3級(jí)、2級(jí)。

阻燃性能：在恒溫恒濕條件下，整理織物放置24 h以上，按GB/T 5455-1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn)垂直法》測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1　自制阻燃劑質(zhì)量濃度對(duì)阻燃性能的影響

由表1可知，自制阻燃劑的濃度對(duì)棉織物的阻燃效果影響較大，當(dāng)質(zhì)量濃度小于150 g/L時(shí)，對(duì)純棉織物沒(méi)有阻燃效果。當(dāng)質(zhì)量濃度超過(guò)200 g/L時(shí)，隨著濃度的增加，對(duì)純棉織物有阻燃效果，且阻燃性能不斷提高，但提高程度不明顯。當(dāng)阻燃劑質(zhì)量濃度為200 g/L提高到300 g/L，損毀長(zhǎng)度幾乎沒(méi)有變化。進(jìn)一步提高阻燃劑的濃度，當(dāng)濃度為450 g/L時(shí)，損毀長(zhǎng)度最小，考慮到阻燃劑用量過(guò)大，會(huì)增加成本。因此，阻燃劑質(zhì)量濃度選用為200 g/L。

表1　自制阻燃劑質(zhì)量濃度對(duì)阻燃效果的影響

注：130℃，烘300s。

2.2　復(fù)配阻燃劑阻燃整理工藝

2.2.1復(fù)配阻燃劑質(zhì)量濃度對(duì)阻燃性能的影響

表2　復(fù)配阻燃劑質(zhì)量濃度對(duì)阻燃效果的影響

注：130℃,烘300s。

為進(jìn)一步考察自制阻燃劑的阻燃性能的穩(wěn)定性，將自制阻燃劑與一定量的含磷、含氮、含硫無(wú)機(jī)混合物進(jìn)行復(fù)配，利用復(fù)配阻燃劑對(duì)棉織物進(jìn)行整理。結(jié)果見(jiàn)表2所示。由表可知，與單獨(dú)使用自制阻燃劑相比，復(fù)配了10 g/L無(wú)機(jī)混合物的阻燃劑對(duì)棉織物的阻燃性能進(jìn)一步改善，損毀長(zhǎng)度為2.8 cm；且隨著無(wú)機(jī)混合物含量的增加，阻燃效果增加，當(dāng)復(fù)配的無(wú)機(jī)混合物為30g/L時(shí)，損毀長(zhǎng)度最小，為1.75 cm；繼續(xù)增加復(fù)配的無(wú)機(jī)混合物的含量，當(dāng)無(wú)機(jī)混合物含量大于40 g/L后，阻燃效果又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。原因是無(wú)機(jī)混合物阻燃劑太多，阻燃過(guò)程中分解出太多的氣體沖破碳層，使得棉織物更易燃燒[4]。因此，最佳復(fù)配阻燃劑為：自制阻燃劑質(zhì)量濃度200 g/L并復(fù)配30 g/L無(wú)機(jī)混合物。

2.2.2烘干溫度對(duì)阻燃性能的影響

表3　烘干溫度對(duì)阻燃效果的影響

注：自制阻燃劑200 g/L +無(wú)機(jī)混合物30g/L,烘300s。

由表3可知，開(kāi)始時(shí)隨著烘干溫度的增加，阻燃效果提高，主要由于烘干溫度低水分含量高，影響阻燃劑的分解[4]。當(dāng)烘干溫度提高至130℃之后，繼續(xù)升高烘干溫度，阻燃效果下降，且烘干溫度高于140℃時(shí)，棉織物發(fā)生黃變且手感變差，主要因?yàn)闇囟雀邥?huì)導(dǎo)致化學(xué)鍵的氧化和斷裂，從而引起織物的黃變[5-6]。綜合考慮阻燃效果的提升、成本、手感等因素，確定最佳烘干溫度為130℃。

2.2.3烘干時(shí)間對(duì)阻燃性能的影響

由表4可知，開(kāi)始隨著烘干時(shí)間的延長(zhǎng)，損毀長(zhǎng)度逐漸變小，阻燃效果增加，當(dāng)烘干時(shí)間超過(guò)300s后，阻燃劑阻燃效果有所下降。原因是烘干時(shí)間過(guò)短水分含量高，影響阻燃劑的分解；若烘干時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，部分阻燃劑可能在烘干過(guò)程中發(fā)生分解。因此，確定最佳烘干溫度為300s。

表4　烘干時(shí)間對(duì)阻燃效果的影響

注： 自制阻燃劑200 g/L +無(wú)機(jī)混合物30g/L L,130℃烘干。

3　結(jié)論

本文以亞磷酸和二乙醇胺為原料制備低聚磷酸酯阻燃劑，在130℃下烘干300s時(shí)得到最優(yōu)的自制阻燃劑使用濃度為200 g/L，損毀長(zhǎng)度為3.0 cm，續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間均為0s。此外，本文復(fù)配了一定濃度的無(wú)機(jī)混合物，利用復(fù)配阻燃劑優(yōu)化的阻燃整理工藝：二浸二軋(自制阻燃劑200 g/L，無(wú)機(jī)混合物30 g/L，浸5min，帶液率80%)→烘干(130℃，5min )→自然冷卻，此最優(yōu)條件下整理的棉織物的損毀長(zhǎng)度比單純使用自制阻燃劑的損毀長(zhǎng)度小，達(dá)到了1.75 cm，續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間均為0s，阻燃性能均達(dá)到了GB/T 5455-1997B1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

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