无甲醛防火Cotton织物后整理
无甲醛防火Cotton布料后整理
由于世界各国要求生产和进口的面料品不含有毒、有污染物质,因此,开发无甲醛的防火剂产品迫在眉睫[5-6]。
目前,天然纤维用耐久防火剂以英国Allbrigh&tWilson公司的四羟甲基氯化钅粦(THPC)和亨斯迈公司的N-羟甲基-3-(二甲氧基膦酰基)丙酰胺(PyrovatexCP)为代表[1-4]。但THPC在合成过程中使用了甲醛,且会产生具有致癌作用的双氯甲醚,因而欧盟出台法规限制其使用。PyrovatexCP类以羟甲基为反应性基团和纤维交联,同时为了提高防火效率,使织物具有足够的磷含量和耐久性,使用时需添加含羟甲基反应基团的交联剂,而羟甲基易分解释放甲醛,导致生产环境和后整理后的织物上甲醛超标。
本试验以甲基膦酸二甲酯、五氧化二磷、季戊四醇为主要原材料,合成了环保型防火剂GM-1。采纳防火剂GM-1、交联剂柠檬酸/马来酸(物质的量比为1∶1)复配酸、催化剂次亚磷酸钠对棉织物进行防火后整理,探讨了防火剂、交联剂和催化剂用量及焙烘条件对防火效果的影响。
1 试验
1.1 材料和仪器
织物 纯棉漂白平布21tex×21tex
药品甲基膦酸二甲酯,五氧化二磷,季戊四醇,亚磷酸三苯酯、辛酸亚锡,柠檬酸,马来酸,次亚磷酸钠
仪器 EHP350MM型微调水平轧车(英国ROACHES公司),YG815B型垂直法织物防火性能测试仪(南通三思机电科技有限公司),101-1型电热恒温鼓风干燥箱(上海华联环境试验设备公司),TY800系列断裂强度测试仪,MZ-12型全自动水洗机
1.2 防火剂合成工艺
在装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和冷凝管的反应器中,加入甲基膦酸二甲酯142g,加热至50~55℃,然后加入五氧化二磷150g,将反应温度调至90~95℃,保温反应3h。将反应物冷却至50~55℃,加入亚磷酸三苯酯15g,保温2h。继续将反应混合物加热至70~75℃,加入季戊四醇70g、催化剂辛酸亚锡0.2g,于75~85℃保温反应5h,得到的产物为亮黄色透明液体。
1.3 织物防火后整理工艺
处理工艺 浸轧后整理液(二浸二轧,轧余率100%~110%)→预烘(120℃×1.5min)→焙烘(170℃×3min)
工艺处方
防火剂GM-1/g 400
复配酸/g60
次亚磷酸钠/g30
加去离子水至/L1
1.4 性能测试
1.4.1 燃烧性能
参照GB/T5455—1997《布料品燃烧性能试验垂直法》测定。
1.4.2 断裂强力
参照GB/T3932.1—1997《织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂延伸率的测定条样法》,测定试样纬向5次,取平均值,按式(1)计算织物断裂强力损失率:
式中:W0———后整理后织物的断裂强力;
W1———后整理前织物的断裂强力。
1.4.3 耐洗性
参照AATCC124—2005《重复家庭清洗后织物的外观》测定。
2 结果和商量
2.1 防火剂用量
防火剂用量是操纵后整理效果的一个重要因素。在其它处理条件相同的条件下,防火剂用量对纯棉织物防火性能和断裂强力的影响见表1。
由表1可知,随着防火剂用量的增加,棉织物的防火性能提高,断裂强力下降,损失率提高。当用量达到400g/L后,防火性能基本稳定,断裂强力损失趋缓。由于多元羧酸和纤维素大分子上的反应基团是肯定的,当防火剂用量超过400g/L后,此时防火剂已和多元羧酸和纤维素大分子充分反应,再增加防火剂用量,防火性能的变化不再明显。经防火后整理后,由于在纤维的基本结构单元及大分子间引入了肯定数量的交联键,因此纤维各结构单元之间的活动受到肯定限制,和未处理织物相比负担外力的情况更不均匀,引起强力下降,断裂强力损失率增大。当交联键达到肯定数量时,强力下降的幅度变小,断裂强力损失趋缓。这是因为对纯棉织物进行防火后整理时,添加了多元羧酸作为交联剂,当防火剂用量较低时,防火剂和多元羧酸、纤维素大分子建站分子间酯键,固着于织物上,使得防火性随其用量的增加而提高。综合考虑,确定防火剂的用量为400g/L。
注:交联剂60g/L,催化剂30g/L,焙烘温度180℃,焙烘时间3min。
2.2 多元羧酸浓度
交联剂在防火过程中可自身缩合成网状结构,也可和纤维素大分子交联,还能和防火剂缩合形成稳定的化学键并固着于纤维上,使耐洗性能大幅提高。本试验采纳物质的量之比为1∶1的柠檬酸/马来酸复配酸作为交联剂,复配酸用量对纯棉织物防火性能和断裂强力的影响如图1所示。
由图1可知,多元羧酸用量为60g/L时,防火效果较好,炭长较短。继续提高防火剂用量,防火效果提升不够明显,炭长变化不大,而断裂强力损失率显著增加。综合考虑,多元羧酸用量以60g/L为宜。
2.3 催化剂浓度
为了使防火剂、交联剂在焙烘过程中迅速和纤维大分子反应交联,需在防火配方中添加适量催化剂,以缩短反应时间,提高防火效果,并减轻纤维素的受损程度。本试验采纳次亚磷酸钠为催化剂,催化剂用量对纯棉织物防火性能和断裂强力损失率的影响见表2。
由表2可知,随着催化剂浓度增加,防火效果有所提高。但加入催化剂量过多,导致后整理液pH值过低,反而会使织物强力下降。综合考虑,确定催化剂次亚磷酸钠用量为30g/L。
2.4 焙烘条件
织物经过相同工艺(防火剂用量400g/L,交联剂用量60g/L)处理后,在不同温度下焙烘3min,温度对纯棉织物防火性能和断裂强力的影响如表3所示。
由表3可知,随着焙烘温度的升高,棉织物防火性能逐渐提高,但织物断裂强力损失也增大。焙烘温度的选择取决于防火剂、交联剂之间的反应,以及它们和纤维素大分子之间交联反应。温度低,防火效果不佳,温度过高,易造成织物强力损失过大。综合考虑,确定焙烘温度为180℃。
在180℃下,改变焙烘时间进行试验,结果见图2。
由图2可知,焙烘温度为180℃时,随着焙烘时间的延长,棉织物燃烧炭长变短,防火性能不断提高,但织物强力下降。综合考虑,确定焙烘时间为3min。
2.5 防火性能
采纳以上确定的优化工艺,即防火剂400g/L,交联剂60g/L,催化剂30g/L,焙烘温度180℃,焙烘时间3min处理纯棉织物,测试相关指标如表4所示。
由表4可知,采纳优化工艺处理过的纯棉织物经50次清洗后,燃烧炭长仅为10.2cm,说明防火剂GM-具有较好的防火性和耐久性。
3 结论
(1)纯棉织物采纳自制的防火剂的防火后整理优化工艺为:防火剂GM-1400g/L,交联剂柠檬酸/马来酸(物质的量之比为1∶1)60g/L,催化剂30g/L,焙烘温度180℃,焙烘时间3min。
(2)优化工艺处理过的纯棉织物经50次清洗后燃烧炭长仅为10.2cm,具有较好的防火性。
(3)所合成的防火剂GM-1不含甲醛,后整理过程中也不使用含甲醛助剂,可视为环保型产品。
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