涤棉混纺织物阻燃剂PN-与PN-阻燃性能的比较

涤棉混纺化纤织物织物防火剂PN-1和PN-2防火性能的比较 涤棉混纺化纤织物织物防火剂PN-1和PN-2防火性能的比较 前言 涤棉混纺化纤织物织物由于服用性能优良和结实耐用，深受消费者欢迎，然而，由于它们易于燃烧造成火灾事故，并导致庞大损失，因此防火后整理的研究受到普遍关注［1］。至今为止，人们发觉对涤棉织物的防火远比对其中任一组份的防火要困难。其原因主要有：，因为棉是一种不熔融不收缩的易燃性纤维，当涤棉制品燃烧时，棉纤维发生炭化，对涤纶起了一种类似乎烛芯的支架作用，从而阻碍了涤纶的熔滴脱离火源；第二，涤纶和棉两种聚合物或它们的裂解产物的相互热诱导，加速了裂解产物的溢出，因此涤棉织物的着火速度比纯涤纶和纯棉要快得多；第三，在燃烧过程中，防火剂能在涤和棉二种组分间迁移。因此，也给涤棉织物的防火带来了困难。同时，涤棉混纺化纤织物织物受热时，受热熔融的涤纶组份会覆盖在涤纤维表面，而涤纤维及其裂解生成的炭会形成骨架，阻挡织物收缩，致使熔融的涤纶成为着火区的一种燃料，使织物燃烧更加剧烈［2］。 因此，要降低涤棉混纺化纤织物物的可燃性，要做到以下几点：(1)混纺化纤织物织物中每一组份都进行防火化。(2)混纺化纤织物织物防火后整理时，采纳各自合适的防火剂，其中作用好能互补或互不干扰。(3)去除骨价效应和两组份的干扰作用。 磷氮系防火剂在纯棉织物上是有效的防火剂之一，同时，由于磷氮二者之间的协同效应，使其在涤棉混纺化纤织物织物的应用上也有很大的进展。本文采纳四羟甲基氯化磷(THPC)和酰胺类化合物和氨反应，形成了一种溶于水的预缩体作为防火剂PN-1和PN-2。防火剂PN-1和PN-2是利用了磷氮防火体系对纤维素纤维的固相防火有明显的协效作用。因为含氮化合物的加入可减少磷系防火剂的用量，提高了防火效果。同时，氮和磷会首先形成磷酰胺类结构，然后生成P-N键，这样可增强和纤维伯羟基发生磷酰化的反应能力，抑制了左旋葡萄糖的生成。当织物引燃后，防火聚合物中的磷，便和空气中的氧起反应，生成五氧化二磷(P2O5)，五氧化二磷是一种强脱水剂，能从纤维中夺出水分子，五氧化二磷遇到水后，就生成了聚磷酸，聚磷酸将会把纤维中的水继续除去，实际上是把纤维素还原成为不燃的炭，同时聚磷酸也很简单包覆在纤维的外面，从而抑制和氧的反应，幸免生成可燃性气体一氧化碳。当棉纤维炭化后，相当于炭纤维，它就成为合成纤维的骨架，合成纤维分布在炭纤维中间，此时合成纤维大部分也随着纤维炭化而无法燃烧，结果便阻挡了织物的燃烧.｛3｝。 本文主要就防火剂PN—1和PN—2对涤棉混纺化纤织物织物的防火性能和后整理条件进行了比较研究。 1.实验材料和方法 1.1实验材料 1.1.1防火剂 涤棉混纺化纤织物织物防火剂PN—1和PN—2(自制)。 1.1.2助剂 有机硅柔软剂SR，JFC渗透剂等，助剂均为工业级。 1.1.3试剂 甲醛，尿素，三聚氰胺，三乙醇胺，NaOH，H2O2，Na2SiO3，NaAc，Na2CO3等，试剂均为市售AR和CP级。 1.1.4织物 试验用织物均为65/35涤棉平布，规格45s×45s，110×76，经退浆，煮练和漂白处理。 1.2织物防火后整理工艺过程 工作液组成：PN，TMM，尿素，NaAC，柔软剂等。 工艺流程：二浸二轧(轧液率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→烘干。 1.3主要测试方法： 织物性能指标均在温度20±2℃，相对湿度65±5％的条件下，平衡24小时后测试。 1.3.1防火性能：垂直织物防火性能测试仪。包含：损毁长度，余燃时间，阴燃时间等. 1.3.2断裂强度：YG026－250型织物强力仪 1.3.3撕破强度：Elmendorf法. 2.实验结果分析 2.1PN-1和PN-2防火剂结构比较 防火剂PN-1和PN-2的可能结构为： 表1为防火剂PN-1和PN-2分子结构中氮磷元素的含量情况。表1数据表明，防火剂PN-1和PN-2的P／N之比大约相等。这说明它们的氮磷协同效应大致相同，都能和涤棉混纺化纤织物织物形成网状结构.［4］。PN-2的磷含量高于PN-1。但其分子的单元结构比PN-1小，易透入到纤维内部。使织物的增重较大；而PN-1分子的单元结构大，简单固着在纤维上，使织物防火后的损毁长度要比PN-2低。 表1：防火剂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对织物防火性能的影响 2.2.1防火剂PN-1，PN-2用量对防火性能的影响 一般在后整理过程中防火剂的用量越多，即在织物上的含量越大，则织物的防火性能越好。 注：处理条件PN-1TMM用量3.0%，尿素1.0%； PN-TMM用量5～6%，尿素3%。 由图1可见随着防火剂PN-1和PN-2的浓度提高。其损毁长度都下降，而织物增重却上升。对PN-1来说，当防火剂浓度为35％时，其损毁长度和织物增重分别达到肯定值，以后随着浓度进一步提高，损毁长度和织物增重也没什么变化。而对PN-2来说，当防火剂浓度为23%时，其损毁长度和织物增重就不再变化。由于PN-1的单元结构要比PN-2大，渗透较难，用量要比PN-2大，以致损毁长度比PN-2低；而PN-2易渗透，虽防火剂用量比PN-1低，除在处理浴中，TMM和尿素的用量均高于PN-1外，可能PN-2的反应性也较生动，导致织物增重要高于PN-1。同时在相同的用量情况下，防火剂PN-1处理后的涤棉混纺化纤织物织物，其织物增重和损毁长度均要低于PN-2。其它由图1(a)和(b)可见，当防火剂PN-1和PN-2的用量分别在35%和25%时，织物增重的提高和损毁长度的下降逐渐趋向平衡。因此，用此浓度处理后的涤棉织物均能获得良好的防火效果。 2.2.2TMM树脂浓度对PN-1和PN-2防火剂的防火效果影响 TMM树脂由于能和防火剂PN-1和PN-2反应，形成网状的聚合物固着在纤维上，从而提高了防火后整理织物的耐洗性能，但用量须适当操纵。PN-1和PN-2防火剂和TMM可能反应机理如下.［5］： 图2(a)和(b)是在不同TMM浓度下涤棉混纺化纤织物织物经PN-1和PN-2防火剂后整理后的增重和损毁长度变化。 从图2可知，TMM用量较低时，织物的防火效果很差。随着TMM用量的逐渐提高，经防火剂PN-2和PN-2后整理后的涤棉混纺化纤织物织物，其增重、防火性能和耐清洗性也随之提高。但当TMM用量太多时，织物的手感变硬，机械性能下降。对PN-1而言，比较适当的TMM浓度应选择在3％－4%，而对PN-2来说，TMM浓度应选择在5%-6%之间。 2.2.3尿素及柔软剂的作用 尿素结构中含有高量的氮元素，能和防火剂PN-1和PN-2中的磷元素起协调作用，从而提高织物防火性能和降低防火剂的用量。但尿素加入的量应和防火剂的用量相适应。图3为尿素用量对防火剂PN-1和PN-2的防火性能影响。FL) 从图3(a)和(b)可知，PN-1的尿素用量应选择在1%-2%之间，而PN-2的尿素用量应选择在3%左右。 为了改善防火产品的柔软性，须添加适量的柔软剂。但在防火后整理中，防火剂的加入往往会降低防火织物的防火性，故应操纵其种类和用量。通常选用的柔软剂是有机硅类，一般来说，防火剂PN-1后整理时，柔软剂的用量应在0.5%～2%之间，而PN-2后整理时的柔软剂用量为1%，此时后整理后的织物手感较好，对防火性能也无明显的影响。 2.2.4焙烘条件和氧化对防火效果的影响 防火剂PN-1，PN-2和TMM树脂和纤维反应完全，能提高防火后整理织物的防火性能，故而焙烘条件的操纵相当重要。图4为防火剂PN-1和PN-2处理涤棉织物时的焙烘温度和焙烘时间对织物损毁长度的影响。 图4焙烘时间和培烘温度对防火剂处理织物的损毁长度 注：处理条件PN-1用量35%，TMM3%—4%，尿素1%；PN—2用量25%，TMM5%—6%，尿素3% 从图4可知，随着焙烘时间的延长，由于防火剂，TMM等和织物的反应程度提高，织物的损毁长度均逐渐下降。但时间过长，会使织物变脆和手感发硬。因此，时间不能过长，而在相同的焙烘时间下，在140℃焙烘时，由于温度太低，防火剂和TMM和纤维反应不够完全，耐洗性较差，影响织物的防火性能。当焙烘温度大于160℃时，反应能力增加，防火性能好，但会伴随着织物的断裂强度下降，手感变硬。因而焙烘时间应和焙烘温度相适应，即焙烘温度不能过多，时间不宜过长。防火剂PN-1和PN-2比较适宜的焙烘为：温度150℃，时间3～4分钟； 焙烘后，经适度的氧化水洗，能将防火聚合物中可能含有的低价状况的磷全部氧化成＋5价高价磷，并均能提高防火剂PN-1和PN-2处理后织物的防火性能和耐洗性。 2.3防火剂PN-1和PN-2处理涤棉混纺化纤织物织物的防火效果比较 表2为涤棉混纺化纤织物织物经防火剂PN-1和PN-2处理后其各种性能情况。从表2中可知，经防火剂PN-1和PN-2处理织物后，它们的余燃时间和阴燃时间皆为0。这说明磷氮防火剂具有良好的协同效应。由于PN-2分子结构的单元相对较小，它的渗透性好，简单透入纤维内部，因此易和织物生成聚合物。而PN-1处理织物其用量高于PN-2，但损毁长度要比PN-2低。在TMM和尿素用量均低于PN-2的情况下，织物的增重要比PN-2小，这表明可能其防火剂主要附着在纤维表面。其它防火剂PN-1和PN-2经20次清洗后，其损毁长度和织物的增重都变化不大。这也反映出它们具有良好的耐洗性。 用防火剂PN-1和PN-2处理织物后，其断裂强度，撕破强度，手感均下降不多，特别是手感。由于用这二种防火剂处理织物后的织物增重均小于30%，因此织物处理后的手感变化不大。其中用PN-2处理织物后机械性能和手感均要好于PN-1。这是由于PN-1的结构要比PN-2大，简单和织物生成分子量较大的网状结构的聚合物。而PN-2分子量较PN-1小，易透入纤维内部，生成聚合物，故其机械性能和手感均比PN-1好。 表2防火剂PN-1和PN-2处理织物后防火综合效果比较 3.结论 1.利用THPC和酰胺类化合物和氨反应，生成的防火剂PN-1，PN-2具有磷、氮协同效应，能提高防火效果。其中PN-2的含磷和含氮量要高于PN-1。 2.防火剂PN-1和PN-2处理涤棉混纺化纤织物织物皆能取得较好的防火效果。防火剂PN-1分子的单元结构比PN-2大，简单在织物上生成分子量较大的网状结构的聚合物。而PN-2分子的单元结构相对较小，渗透性好，简单透入到纤维内部生成聚合物。因此在本实验条件下，用防火剂PN-1和PN-2处理织物，PN-1的损毁长度和织物增要低于PN-2，而PN-2的断裂强度，撕破强度及手感均要好于PN-1。vIZ7DxRvP