（纺织化学与染整工程专业论文）新型涤棉混纺织物阻燃剂的开发与应用[纺织化学与染整工程专业优秀论文].pdf

燃与防水效果均较理想。 新型涤棉混纺织物阻燃剂成功地解决了混纺织物在阻燃时由于“骨架效应”而造 成阻燃难度高的问题，以及涤棉混纺织物耐久阻燃整理的空白。同时也可与防水剂同浴 整理。效果良好。达到了本文研究的目的。 关键词：阻燃整理涤棉混纺织物耐水洗牢度骨架效应 f i n i s hp o l y e s t e rf 拈r i ca tt 1 1 ef l r s tt l l a nn n i s hc o t t o nf a b r i ci sb e t t e r b e c a u s eo f t h es t m c t u r e c o t t o nf a b r i ci sm o r el o o s et h a l lp 0 1 y e s t e rf a b r i c s t 珈c t u r e ，a i l dp e r n l e a t ee a s i l y h o w e v e r o v e r a l le f f e c tc o m e st od r a wt h ew a t e r - w a s h 协gf a s t n e s sc a l l tr e a c hd u r a b l ee f f 色c t y e t t h e r e f o r e ，c o n s i d e r a t i o nj o i n st ob i n d e rr a i s ei t sw a t e r - w a s h i n gf a s t n e s s t h i sb i n d e ri s d o x y m e a c r y l a m i d ek i n d f i r s td e t e r i n i n et h i sb n do fb i n d c rw h e t l l e fw m lm i st w of l a i l l e r e t a r d a i l ta g e n t sa r eb a t hf i l l i s l l i n gc o m p a t i b i l i t ye x p e r i m e m ，t h c r e f o r ec a r i yo u td i s p o s i t i o n 、r k i n g1 i q u i d 、v i t hn 啪er e t a r d a l l ta g e mo fc o t t o na i l df l a r n er e t a r d a ma g e n to fp o l y e s t e r ， f m m 印p e a r a l l c em t h o u tc h e m i c a lr e a c t i o n s ot 1 1 eb i n d e rc a i lm a t c ha g a i n 晰t 1 1 t 、v of l 锄e r e t a r d a n ta g e n t st of i i l i s hp o l y e s t e r c o t t o nb l e n d i n gf a b r i c d e t e n 】1 i n et h eb e s t p r o c e s s t 1 1 m u 曲t e s t i n ge x p e r 曲e n tr e s u l tt od j s c o v e rt h i sl 【i n do f b i n d e r j o i nm a k et h ew a t e r - w a s h i n g f a s t n e sa b v i o u si m r e a s e a n a l y s i si sd i s c o v e r e d ，n o to n l yb i n d e rb u ta l s oe x t r ar e s i na l s oi n c r o s s - l i i l l ( i n gh a v ep l a y e dp a no fc e n a i nm l e ，d o x y m ei nt h es e l f c r o s s - l i n k i n gt y p eb i n d e r f e a c tw i t l lh y d m x y l 乒o u pi nt l i ec e l l u l o s e ，m a k e sf l 锄er e t a r d a n ta g e n ta n dc e l l u l o s eo n l y s t i l lp a s s i n g 也f o u 曲t h es t r o n gc l o s ec o m b n a t i o no fc h e m i c a lb o n db e s i d e sh y d r o g e nb o n d c o m b i n a t i o n ，s of o m i n gb e 帆e e n 舶e ra n df l a m er e t a r d 锄ta g e n tc o m p l e xa i l dc l o s e c h e m i c a lc r o s s l i l l l ( i n g m a k en a m er e t a l 日a n ta g e mc a i ls t m n g l yf i r i n l yi nt h ep o l y e s t e r - c o t t o n b l e n d i n gf h 掘c ， s 0 1 v e df l 啪er e t a r d a l l t a g e n ta d s o r p t i o n f i n l l d e g r e ea n d l a l l do n p o l y e s t e r - c o t t o nb l e n d i n gf h b r i cp r o b l e m a tm es 锄et i m e ，h a v es t i l ld i s c u s s e d 恤a tn a m e 删a ma g e n ta i l dw a t e r p m o fa g e n tf i n i s h i n gf a b r i c 、v i 血b a t h ，i t sn a m er e 伽d a l l ta i l d w a t e r p r o o f e 行b c ti sm o r ei d e a l n e w l yn a m er e t a r d 明ta g e n to fp 0 1 y e s t e r - c o t t o nb i e n d i n gf a b r i ch a ss 0 1 v e db l e n d i n g f a b r i cs u c c e s s 如l l yc a u s em ep m b l 锄w 1 1 i c hh i 曲n 锄er e t a r d a n td i f f i c u l t yb e c a u s eo f l s k e l e t i o ne a e c t ”a n dw a t e 卜w a s h i n gf a s t n e s s a tt h es a m et i m e ，“m a ya l s of i n i s hw i t l la w a t e r p r o o fa g e mb a m t h ee 虢c th a sg o o d 柚dh a sr e a c h e dm eg o a lo ft h e 心s e a r c ho ft 1 1 i s p a p e l l i uh a i x i a ( d y e i n ga 王1 df i n i s h i n g ) d i r e c t e db y x i n gj i a l l w e i k e y w o r d s ：f 】咖er e t a r d a j l t 矗n i s h j n g ；p o 】y e s t e r - c o t t o nb l e n d i n gf a b 而c ；w a t e r w a s h i n g f h s t n e s s ：s k e l e t o ne 日j c t 4 l 绪论 l 绪论 涤棉混纺织物兼有纯棉和纯涤纶织物的优点，其透气性好、色泽鲜艳和挺括耐磨， 深受广大消费者的青睐，因而对其阻燃整理也是尤其重要的【l 】。然而，涤棉混纺织物的 燃烧性并不等于涤和棉各组分纤维燃烧性的加和。涤棉混纺织物在燃烧过程中熔融的涤 纶组分会覆盖在热裂解的棉纤维表面，而热裂解的炭状态构架阻止了涤纶纤维的热收 缩，因而不会自动滴落脱离燃烧的热源1 2 j 1 3 】。实际上，纤维状的炭状焦炭不仅阻碍了熔 融涤纶的脱落，还会把熔融的涤纶体芯吸到燃烧的热源中，增加了着火区燃料的供应， 这种效应人们称之为“骨架效应”。正由于这种“骨架效应”才使涤棉混纺织物的燃烧 性远比人们想象的要强烈的多。 1 1 阻燃技术的发展简史及其现状【1 1 【2 】【3 1 关于织物的阻燃整理，最早记载是n i k o l a ss a b b a t i n i 在1 6 3 8 年发表的文献，当时 考虑到剧院的火灾危险，建议用陶土( 2 a 1 2 0 3 6 s i 0 2 3 4 h 2 0 ) 和熟石膏( c a 2 s 0 4 o 5 h 2 0 ) 作为填料加入涂料中以用于处理剧院的帆布、窗帘，而使其获得阻燃性。此外， 1 6 8 4 年9 月1 6 日发表的报告“e a r l ys c i e n c ea to ) ( f b r d ”中也提到过一种难燃织物及衣 服。第一个提及阻燃纤维的专利是1 9 3 5 年的英国专利5 5 1 ，此专利报道了阻燃织物和纸 浆的阻燃剂含有a l u m 、b o r a ) 【及v i 扛i o l ( 可能是不纯的硫酸铁) 或c o p p e r a s ( f e s 0 4 7 h 2 0 ) 。 1 7 8 6 年，a r f i r d 首先建议采用硫酸氨作为阻燃混合物的组分。随后不久，法国国王路 易十八嘱著名科学家g a y l u s s a c 研究降低剧院织物可燃性的方法。此时，剧院的火灾已 引起了社会的普遍关注。1 8 2 0 年g a y l u s s a c 发现硫酸氨，氯化铵和硼砂的混合物对亚 麻和黄麻的阻燃十分有效，1 8 5 9 年v e r s m 蝴和o p p e n b e i m 研究了四十多种可能的阻燃 化合物，发现只有磷酸氨、磷酸氨钠、硫酸氨、锡酸钠和磷酸钠与氯化铵的混合物对纤 维素有效，他们还发展了一种阻燃纤维素织物的工艺，即将氧化锡沉淀于织物上。上述 研究成果为后来的天然有机材料( 纤维素) 的阻燃奠定了技术和实践基础，至今仍有重 要的理论和实用价值。1 9 1 3 年，化学家p e r k i n 采用锡酸盐与硫酸氨的混合物处理织物， 获得了较好的耐久阻燃性能。而且p e r l d n 以其渊博的化学知识对阻燃作用机理进行了理 论上的研究，这开创性的工作标志着阻燃技术进入了一个新纪元。p e r k i n 在阻燃领域 内所进行的一些卓有成效的工作成为近代人们新阻燃方法的标志。并导致了人们对阻燃 机理的了解。 随着合成高分子材料的出现和广泛应用，人们发现，当时人们用于阻燃纤维素的以 无机盐为主的阻燃剂和阻燃工艺已不能满足新型材料的阻燃需要，故与高分子材料有较 好相容性的阻燃体系应用而生。1 9 3 0 年人们发现了氧化鳎一氯化石蜡协效阻燃体系，并 很快在一些高分子材料中应用成功。这一卤一锡协效作用的发现被誉为近代阻燃技术一 个里程碑，且至今仍是阻燃实践和研究中的主流。 l 绪论 第二次世界大战中，美国开发了以四羟甲基氯化鳞为主的一系列纤维素的阻燃整理 剂，后来英国a l 嘶g h t - w i l s o n 公司p m b a 】l 子公司在此基础上开发出著名的p m b a l l 阻燃 整理工艺，上述工作开创了阻燃技术史上利用阻燃剂与被阻燃物的反应赋予材料阻燃性 的先河。为日后从分子结构上赋予合成高分子材料以阻燃性提供了有益的启示。 随着化学合成技术及科学研究方法的发展，阻燃剂的品种日益增多，人们对阻燃剂 性质的认识也越来越深入。自1 9 8 6 年以来，阻燃领域内开展了多溴二苯醚类阻燃剂的 毒性与环境问题的争议一即所谓的d o x i n 问题之争，促进了十溴二苯醚新型替代品( 包 括膨胀型阻燃剂及无卤阻燃剂) 的研究与开发。因而阻燃剂的无卤化、抑烟及减毒己成 为当前和今后阻燃剂研究领域的前沿课题。但新的性能优异的溴系及磷系阻燃剂仍在不 断地从实验室走向市场。与此同时，人们对金属氧化物及其他协效剂，有机硅类阻燃剂 及反应型阻燃单体的开发和应用也倍加重视，特别是有机磷阻燃单体，在阻燃热塑性聚 酯或涤纶的应用研究更为活跃，有的已经实现了工业规模应用。 1 9 5 4 年，美国f l 觚珈a b l ef a 晰ca c t 制定了编号a a t c cs t m 3 织物纤维的燃烧试 验法，1 9 6 6 年，f e n i m o r e 和m a r t i n 根据材料在不同氧浓度中的燃烧情况，反复测定了 使材料持续燃烧的所需的最低氧浓度，得到了很好的重复性，提出了氧指数的概念，从 而使得阻燃材料的燃烧性能有了科学的定量手段，对现代阻燃科学技术产生了深远的影 响，并得到了十分广泛的运用。 随着现代科技的飞速发展，许多先进的分析测试仪器的出现，以及电脑的应用为阻 燃科学研究提供了有力的手段。通过对燃烧深入的认识，一些新的阻燃技术和阻燃方法 被发明，如通过氧化、催化、抗氧化等方法改变高分子的热裂解历程而达到阻燃，在高 聚物中引入一些基团或元素，增加高聚物的成炭量，加入微量的无机物使最大释热率大 大下降。应用分子水平设计研制出阻燃效率高，对环境友好，综合性能优良的阻燃剂和 阻燃高分子材料已成为可能。 1 2 全球阻燃剂的消费及结构【2 】 世界阻燃剂年总消费量已达1 0 5 万吨左右，主要消费国家和地区的市场分布为：欧 洲3 3 ，美国3 0 ，亚洲( 不包括日本) 1 9 ，日本1 8 。最近的市场调查表明：美 国阻燃剂市场总量预计今年将增加9 6 9 亿美元，年增长率为5 左右，日本近几年一般 高分子添加剂的市场连续都在下降，而阻燃剂的市场却略有增长。世界各地区的阻燃剂 消费结构不同，欧洲用量最大的是无机系阻燃剂，而美国，日本，亚洲( 不包括日本) 消费量最大的都为溴系阻燃剂，美国和日本分别占消费的3 5 和4 0 ，而亚洲竟高达 6 0 。 世界不同地区和国家的具体消费结构为： 2 5 ，氯系4 ，其他l o ：美国溴系3 5 ， 欧洲无机系3 3 ，溴系2 8 ，有机磷系 有机磷系2 6 ，无机系2 4 ，氯系8 ， l 绪论 究，在溶液中添加粘合剂，将阻燃剂粘于织物上。但总的来说整理织物的阻燃性尚可， 但手感太硬，有白霜，色变等现象，整理液的稳定性也不好，主要原因是阻燃剂颗粒大， 易聚沉，且对纤维吸附性差。据国外文献介绍：粒子大小在1 5 n m 2 0 n m ，阻燃效果可 以提高3 倍，手感柔软，耐洗性也好。 1 5 3 涤棉混纺织物的阻燃整理l ” 涤棉混纺织物的用量很大，其阻燃产品的研究也就非常活跃。因涤纶和棉是两种纤 维，其燃烧性能很不相同，同时混纺后使其燃烧性能变得更为复杂。棉纤维燃烧后炭化， 而涤纶燃烧时熔融滴落，由于棉纤维变成支持体，能使熔融纤维聚集，并阻止了它的滴 落，使其熔融纤维燃烧更加剧烈，即所谓的“骨架效应”。故涤，棉混纺织物的阻燃更加 困难。在阻燃混纺织物时，宜采用对混纺织物中各组成纤维均有效的阻燃剂，但是合成 纤维和天然纤维的性质不同，阻燃它们的机理是不一样的。由于合成纤维通火时收缩、 熔融、滴落，所以，脱水催化剂对它们的阻燃是无效的；而对棉纤维最有效的阻燃剂则 是酸催化或碱催化脱水的脱水剂。但是可用于阻燃纤维素纤维的脱水剂，在纤维素的热 裂解阶段，应存在于基质中，不可能进入气相作为链终止剂。故只有那些同时在凝聚相 和气相发挥功效的阻燃剂才能对纤维素纤维及聚酯纤维均有效。 1 6 本课题研究的目的与意义 随着科技的不断发展，纺织工业的不断进步，涤棉混纺织物在纺织服装以及装饰材 料等方面占有重要的地位，可是热塑性的聚酯纤维材料与纤维紊纤维的混纺增加了涤 棉混纺织物的可燃性，它的可燃性比单组分纯棉或纯涤纶织物都大，其阻燃整理技术的 难度特别高。 本文在目前现有阻燃剂的基础上，以涤纶用阻燃剂f r c 一1 、棉用阻燃剂f r c 一2 、 6 m d 树脂以及自交联型羟甲基丙烯酰胺类胶粘剂以及其他相关助剂为主要原料，进一 步探索和改进，利用f r c 1 和自交联型羟甲基丙烯酰胺类胶粘剂复配来提高涤纶阻燃剂 在涤棉混纺织物上的耐水洗牢度。利用f r c 1 、f r c 一2 以及6 m d 树脂和胶粘剂进行复 配不仅实现了涤棉混纺织物良好的阻燃效果，而且还具有一定的耐水洗性。面对越来越 严格的环保、安全要求，在应用更趋于广泛的塑性树脂领域，新型阻燃剂异军突起，无 卤、高效、低毒、低烟已经成为其发展方向。本文研究采用p - n 类阻燃剂，避免了溴系 阻燃剂带来的种种副面影响。此外，棉用阻燃剂有其相应的反应基团，而对涤纶用阻燃 剂在高温焙烘下进入纤维内部，从而达到了耐久的阻燃效果，同时该阻燃剂用量少，从 而降低了废液中磷元素的含量，具有积极的环保意义。 2基本原理倒一剿 冀孟ji黧一篓扣嶂洲铲oh c o h岛b ：oj7 主要成分是碳，它的氧化引起阴燃。 图2 2 纤维素的热裂解机理 2 1 2 涤纶纤维的燃烧性能2 0 】【2 l 】 涤纶纤维和其他的热塑性合成纤维一样，受热熔融、分解、燃烧，并具有熔融滴落 的现象。涤纶纤维的熔融温度比较高，极限氧指数比其他的纤维素纤维、聚酰氨纤维等 高，遇火不容易燃烧，但仍然不能满足阻燃的要求。 涤纶织物在受热分解时产生大量的可燃性物质，产生大量的热量和烟，燃烧过程生 成大量的一氧化碳、二氧化碳等气体。研究表明：涤纶纤维在高温裂解的机理为自由基 同步交联机理，主要包括以下几种反应过程： a p e t 的受热初期，分子内通过链端的一o h 进攻分子链中的一c = o 生成环状低 聚物，达到一个平衡的反应过程。 譬。严 一 ! 茎查堕型 o v 扩贰少多一： t 啼c h ，c h l b “ - c h 2 i i c h o b ，。、声 曼， c | l o 图2 5 分子间转移断裂过程 一唪 一电 _ 孑、夕、外叭夕少+ c i 飞， i 图2 6 交联反应 0 ：一。一c 删o o h 3 c h 2 c 1 0 0 c h ， 囝 、 2 基本原理 h 一 钒 一2 - 0 c a 损毁长度的影响因素顺序是：a b = c 因子a 对白度的影响因素较小，但对损毁长度的影响较大。随着a 因子数值的增 加，织物的损毁长度值在减小，但对白度的影响就甚小。因此，综合考虑折中a 因子对 各水平的影响，a 取a 2 。 因子b 对白度的影响较大，随着焙烘温度的增加，织物的黄变也在增加，且效果较 为明显。但b 对损毁长度的影响是处于第二位的，考虑到b 因子对织物强力也有一定 的影响。因此，综合考虑b 因子的影响作用，b 取b 2 。 因子c 对白度的影响处于第二位的，对损毁长度的影响和b 因子差不多。故，综 合考虑两相指标，c 取c 2 。 综上所述，通过正交实验，得出阻燃剂f r c 2 的轧烘工艺条件可考虑a 2 、b 2 、c 2 为确定的工艺条件。即轧余率为7 5 ，焙烘温度为1 6 5 ，焙烘时间为2 m i n 。 4 1 2 阻燃剂f r c 2 对织物阻燃效果的影响 为了确定阻燃剂f r c 2 的用量变化对棉织物阻燃效果的影响，在正交实验确定的轧 烘工艺( 即轧余率为7 5 ，焙烘温度为1 6 5 ，焙烘时间为2 m i n ) 条件下，再以表4 4 中的实验数据进行不同阻燃剂用量的单因素实验。测定不同用量的阻燃剂处理后织 而确定阻燃剂f r c 一2 处理织物的一个最佳浓度。实验结果见表4 5 。 表44阻燃剂用量对阻燃整理织物性能影响的单因素实验 从表4 5 的实验结果来看：随着阻燃剂用量的增加，织物的增重率在增加，也就 是说织物上阻燃剂的量在增加，但当阻燃剂的用量达到350l时，增重率的增加幅度 就很小。此时，阻燃剂在织物上的量已经基本达到饱和。 经处理后的织物白度略有下降，并随着f r c 一2 用量的增加白度也有一定幅度的下 4 结果与讨论 降，但是阻燃剂对白度的影响总的来说很小。 表4 5 阻燃剂用量对棉织物性能的影响 织物经阻燃剂处理后，阻燃效果都较理想，随着阻燃剂用量的增加，处理织物的损 毁长度在下降，阻燃剂用量的增加就必然导致织物上阻燃剂的量在增加，因而织物燃烧 时就有较多的有机膦酸酐生成，使棉纤维脱水炭化；同时膦酸酐在热裂解中形成类似玻 璃状的熔融物覆盖在棉纤维表面，促使有机物直接氧化成二氧化碳，从而抑制了可燃性 气体的产生。当纤维受到强热时，磷酸就会聚合成聚磷酸，聚磷酸是一种更强有力的脱 水剂。 ( c 6 h l 。0 5 ) n 一6 n c + 5 1 1 h 2 0 此外，阻燃剂与纤维素键合直接改变了纤维素高温下热裂解的固有历程，阻止了左 旋葡萄糖的生成，脱水生成不饱和双键，使得纤维素分子问相互交联，转而演变为难燃 的炭化合物，有效抑制了燃烧的继续进行。但经阻燃剂整理后的织物经3 0 次水洗，织 物的阻燃效果见表4 6 ： 表4 6 经3 0 次水洗后织物的阻燃效果 从表4 6 的实验结果看：经3 0 次水洗后阻燃效果依然良好，这也就肯定了阻燃剂 f r c 2 与纤维素纤维之间以牢固的化学键结合。即发生了下列反应： 4 结果与讨论 。h | 。p 夕。 h + c h p c 玛c h ，瓶c h 。h 十h o c e l l 车2 兰 渊p p 护。+ 坞。 c i 妒 c h 茹h # 。n 粥h 2 0 c e l l 4 1 3 树脂用量对织物阻燃效果的影响 为了确定树脂用量对织物阻燃效果及织物阻燃效果的影响，在确定的轧烘工艺条 件下，即轧余率为7 5 ，焙烘温度为1 6 5 ，焙烘时间为2 m i n ，以下表4 7 中的的实 验数据来做树脂用量变化的单因素实验。结果见图4 一l 。 表4 7 树脂用量对整理织物阻燃效果影响的单因素实验表 璺1 0 鬟： 4 ： 02 04 06 08 01 0 0 树脂( g l ) 图4 一l 树脂用量对织物阻燃效果的影响 从图4 1 可以看出：随着树脂用量的增加，织物的阻燃效果也有定的提高。树 脂在阻燃整理的过程中起到了以下几个方面的作用：一是自身缩聚成网状结构，形成一 层保护膜，同时和纤维素大分子交联，使阻燃荆分子固着于纤维上；二是与阻燃剂分子 缩合，形成共价键，同时自身缩聚成大分子，且和纤维形成共价键。若不加树脂，阻燃 剂与纤维的交联就很少。随着树脂用量的增加，织物的阻燃效果也愈好，这说明树脂不 3 0 4 结果与讨论 但提高了阻燃织物的耐久性，而且对阻燃效果的提高也有不可忽视的作用。这是因为当 不加树脂时，织物上不含有氮元素，仅含有磷系阻燃剂，因此不存在p n 元素间的协同 效应，所以阻燃效果较差，随着树脂用量的增加，氮元素的量也在增加，p - n 元素间的 协同效应就更为明显，氮元素能促进磷酸与纤维素的磷酰化反应，形成磷酰胺。形成的 磷酰胺更容易与纤维素发生酯化反应，这种酯的热稳定性较膦酸酯的热稳定性好。磷一 氮阻燃体系能促使酯类在较低的温度下分解，形成焦炭和水，并增加了焦炭残留物的生 成量。从而提高了阻燃效果。磷化物和氮化物在高温下形成膨胀性焦炭层，它起着隔热 阻氧保护层的作用，含氮化合物起着发泡增强剂的作用。氮化合物通过对磷的亲核袭击 作用，使聚合物形成许多p - n 键，p _ n 键具有较大的极性，结果使磷原子的亲电性增加 ( 即磷原子上缺乏电子的程度增加) ，l e 试s 酸性增加，有利于脱水炭化的反应。含氮基 团对磷化物中r o p 键发生亲核进攻后，使磷以非挥发性胺盐的形式保留下来，使之具 有阻止阴燃的作用。因此随着树脂用量的增加阻燃效果也在增加口6 埘】f 3 7 】。但是当用量 继续增加超过6 0 l 时，阻燃效果就有所下降，这可能是因为树脂用量过多时会使织物 的强力下降，手感变硬，因而导致织物的阻燃效果下降。从以上的分析来看，选用6 0 l 用量是较合理的。 4 1 4 催化剂用量对织物阻燃效果的影响 为了更清楚地了解催化剂在棉织物阻燃整理中的作用，在确定的轧烘工艺条件下， 即轧余率为7 5 ，焙烘温度为1 6 5 ，焙烘时间为2 m i n 。再以表4 8 中的的实验数据 来做催化剂用量变化的单因素实验。分别测定经不同用量催化剂整理的阻燃效果及经水 洗3 0 次后的阻燃效果，从而选择催化剂的一个最佳用量。 表4 8 催化剂用量对整理织物阻燃效果的影响的单因实验表 从图4 2 可以看出：未经水洗时，催化剂对织物损毁长度的影响不大，在5g ，l 到 1 0 l 的增加过程中，经洗涤后的织物损毁长度呈下降趋势( 结果见表4 9 ) 。这是因 为催化剂主要是促进阻燃剂、树脂与纤维之间的快速交联，以确保和提高阻燃整理织物 的耐水洗性能。当达到一定量时，阻燃剂与纤维素及树脂之间已达到基本完全反应，因 而当催化剂的用量在1 8 l 左右时，阻燃效果基本趋于平行，但催化剂用量过多会引起 4 结果与讨论 表4 9 不同催化剂用量整理后织物经3 0 次水洗的阻燃效果 项目编号 1 23456 催化剂用 一 051 0 1 52 02 5 量( 班) 3 0 次水洗 嚣焉烧通 烧通n zm s ，嘶m s 童1 4 。 1 2 萋- 。 。一一 嘹 8 6 4 ： u 01 02 03 0 催化荆( g ，l ) 图4 2 催化刘用量对整理织物阻燃效果的影响 表4 1 0 经不同催化剂用量整理后织物的断裂强力( 未经水洗) 催化剂用 051 01 52 02 5 量( g l ) 经向断裂 9 6 59 2 08 8 38 1 58 0 07 4 5 强力( n ) 纬向断裂 3 7 5 3 5 53 4 03 2 03 0 02 5 0 强力( n ) 织物强力的显著下降，并伴有色变产生，这主要是因为催化剂是一种酸，在高温焙烘时， 过量的酸直接引起纤维素大分子的降解，另外，在这样的条件下许多染料也受到结构性 破坏而使发色变得不稳定【2 8 】。综合以上因素及实验数据，选择催化剂用量应该在1 8 2 0g l 。 4 1 5 柔软剂用量对织物阻燃效果的影响 为了了解和确定柔软剂对棉织物阻燃性能的影响，在确定的轧- 烘工艺条件下，即 轧余率为7 5 ，焙烘温度为1 6 5 ，焙烘时间为2 m i n 。以下表4 一1 1 中的的实验数据来 做柔软剂用量变化的单因素实验。测定织物的手感。结果见表4 1 2 。 4 结果与讨论 注：以整理中未加柔软剂试样的手感为1 0 ，而未做阻燃处理试样的手感为l 作为基 准来确定其他试样的级数。 由表4 1 2 可知：随着柔软剂用量的增加，织物的手感逐渐变好，这就是柔软剂在 纤维表面起到了润滑作用，降低了纤维之间的摩擦系数，提高了纤维自由滑动的性能， 使织物受到的外力比较弱，从而也有助于提高织物的断裂强力，并赋予织物弹性和柔软 以及滑爽的手感，此次选用的是非离子柔软剂，这种柔软剂具有一定的活性，耐水洗性 也好【2 9 】。 随着柔软剂用量在0 4 0 l 增加时，对阻燃效果几乎无大的影响，但是大于4 0g l 时，损毁长度就有了一定的增加。这可能是因为柔软剂属于有机硅类的，而这种柔软剂 本身就具有一定的可燃性，随着用量的增加必然会导致整理织物可燃性的增加。因此柔 软剂的用量选用为4 0g l 。 4 1 6 小结 从以上的实验可以看出：棉织物经阻燃剂f r c 一2 处理后，虽然赋予了织物稳定优良 4 结果与讨论 4 2 - 2 阻燃剂f r c 1 轧烘工艺的确定 为了确定较合适的f r c 一1 轧一烘工艺条件，选用f r c - 1 为1 5 0g l ，1 0 的氢氧化钠 6 0 l ，树脂4 0 l 作为整理液。以表4 1 5 的因素水平，按表4 1 6 的排列顺序做正 交实验，测定其织物的阻燃效果来确定f r c 1 的轧烘工艺条件。实验结果见表4 一1 7 。 表4 1 5k ( 3 3 ) 正交实验因素水平 4 结果与讨论 从表4 1 9 的结果来看：在用量较少时，随着阻燃剂用量的增加，织物阻燃效果有 所提高，但从1 5 0g 几到2 4 0 l 时，阻燃效果几乎无大的变化，涤纶织物不同于棉织物 那样，它没有反应基团，阻燃剂在浸轧时仅仅靠吸附在织物表面，在高温焙烘下进入纤 维内部并固着，形成不溶的分解物，在燃烧时该阻燃剂与可燃物的游离基进行反应，使 活性基团减少，直至游离基的反应中断，纤维燃烧终止。此外，燃烧中，阻燃荆的分解 还降低了涤纶织物的熔融点，使纤维受热收缩、熔融，滴落。经水洗后的织物的阻燃效 果也都较佳，当阻燃剂用量达到1 5 0g ，l 以上时，损毁长度大都在1 0 厘米左右，差别不 大，这说明阻燃剂用量在1 5 0g ，l 时，织物上吸附及固着的阻燃剂量已经达到了阻燃效 果的要求。这种阻燃剂的分子量相对较大，用量较大时，整理后织物的手感会变硬，此 外，考虑到成本问题，所以选用阻燃剂用量在1 5 0 班较为适宜。 4 1 2 4 阻燃液的p h 值对阻燃效果的影响 阻燃剂f r c 1 的p h 值大约在3 左右，使用时为了防止预整理织物上粘有其他助剂 而影响阻燃效果，所以需调节p h 至6 6 5 左右。因此，在阻燃剂f r c 一1 的轧烘条件 为轧余率9 0 ，焙烘温度为1 9 0 ，焙烘时间为2 m i n 的条件下以及以表4 2 0 中的实 验处方来进行单因素实验。测定织物的阻燃效果，实验结果见图4 3 。 表4 2 0 阻燃液钓不同p h 值对整理织物阻燃效果影响的单因素实验 4 结果与讨论 一2 5 吞 i 2 0 业 鬓1 5 1 0 5 0 0 2 4681 0 p h 值 图4 3 ：阻燃液p h 值对涤纶织物阻燃效果的影响 由图4 3 可知：在织物表面确保无其他助剂时，阻燃整理液的p h 值在3 左右时， 整理涤纶织物的阻燃效果几乎与p h 值在6 时的阻燃效果相当。但当p h 值调至8 时， 阻燃效果就明显下降，这可能是由于阻燃剂f r c 1 是一种环状的膦酸酯，这种膦酸酯在 碱性条件下环就会被打开而发生水解，因而就会失去阻燃效果。所以，在配置阻燃工作 液时就要确保阻燃液的p h 值不超过7 ，同样，在不能确保织物布面上无其他助剂时就 一定要调节p h 值至6 6 5 为宜( 3 2 1 【3 5 1 。 4 2 5 阻燃后皂洗对阻燃效果的影响 皂洗是涤纶织物经阻燃整理后必须的步骤，为了了解皂洗的必要性，在轧余率为9 0 ，焙烘温度为1 9 0 ，焙烘时间为2 i i l i n 的轧- 烘工艺以及f r c 1 的用量为1 5 0 l ，树 脂的用量为4 0 l ，柔软剂的用量为2 0 l ，阻燃工作液的p h 值调节在6 左右的实验 条件下来整理涤纶织物。以表4 2 1 中的工艺处方对整理后的织物部分进行皂洗。测定 其阻燃效果，实验结果见表4 2 2 。 表4 2 1 阻燃整理后织物皂洗实验处方 从表4 2 2 的实验数据可以看出：阻燃织物经皂洗后的阻燃效果比较稳定，而且阻 燃效果也比未皂洗的好。这可能是织物本身带液不足或涤纶织物本身在预处理时布面处 理的不均匀，因而造成织物上带液不均匀。所以，皂洗是十分必要的，这样，不仅能提 高阻燃效果，而且对织物的手感也起到了良好的改善作用。 一一 ! 堕墨兰过鲨 表4 2 3 两种阻燃剂比例分配 编号、项目 f r ? 。：? 量 f r c - 2 用量 比例 8 5 的磷酸用 ( l )( g 几) 一 量( 扎) l 4 5 05 0 9 ： l o 2 9 24 0 0 1 0 08 ：2o 5 7 33 5 01 5 07 ：3 8 5 7 43 0 02 0 0 6 ：41 1 4 3 5 2 5 02 5 05 ：51 4 2 9 62 0 03 0 0 4 ：61 7 1 4 7 1 5 03 5 03 ：72 0 81 0 04 0 0 2 ：82 2 编号，项目白度c ，譬鬻物譬嚣物失重率c ，损鬻堕l g j里l g j l c m ) 4 结果与讨论 的涤棉混纺织物中涤纶组分的裂解温度在3 9 2 ，这就存在涤棉混纺组分在混纺织物 中燃烧时存在着一定的干扰作用。从以上的实验数据来看：f r c 一1 与f r c 一2 的比例为 7 ：3 时阻燃效果较好，这可能是在这个比例时两种阻燃剂的混合物对混纺织物之间存在 的干扰作用有一定的消除作用，或者可能是这个比例时两种阻燃剂的混合物能更好的消 除涤棉混纺织物之间的骨架效应。 但从表4 2 5 来看：经皂洗后织物的失重率较大，而且织物全部烧通，这也说明了 阻燃剂在织物上仅仅是靠吸附作用而已，f r c 1 未能真正进入涤纶纤维的无定形区， f r c 2 大多数未能与纤维素纤维发生真正的价键结合，醚化的六羟甲基三聚氰胺树脂也 未能真正起到交联作用。首先，这些可能与焙烘温度有很大的关系。因为阻燃剂f r c 一1 的分子量较大，如果温度过低，涤纶纤维的大分子间的距离未能增大，因而，对于分子 量较大的环状膦酸酯f r c 1 而言就很难以热熔的形式进入涤纶纤维内部。其次，棉用阻 燃剂与纤维素纤维发生反应是在1 6 0 左右，而涤纶阻燃剂进入涤纶内部的焙烘温度需 要在1 9 0 左右，当棉用阻燃剂与纤维素纤维反应后使得织物的结构比较紧密，而且树 脂也在织物的表面形成了一层薄膜，所以，即使温度达到1 9 0 ，涤纶阻燃剂也很难进 入到涤纶纤维的内部。所以，阻燃剂f r c 1 仅仅是靠吸附在混纺织物的表面。最后，棉 用阻燃剂f r c 2 可能会有很少一部分与纤维素发生反应，但是在6 5 3 5 的涤棉混纺织物 中涤纶占大部分的，所以少量的棉用阻燃剂虽然与纤维素纤维发生了真正的价键结合， 有一定的耐水洗作用，但是远远达不到耐水洗牢度的要求。因此选用f r c l 与f r c 一2 的比例为7 ：3 。 4 3 2 两步法整理涤棉混纺织物 由于一浴法整理的涤棉混纺织物的耐水洗牢度较差，因而，根据分析选用两步法进 行实验，测定耐水洗牢度是否有所提高。按表4 2 6 进行第一步实验，表4 2 7 进行第 二步实验，结果如下。 表4 2 6 两步法阻燃整理涤棉混纺织物第一步 从织物的增重率以及第二次焙烘后织物的增重来看：1 号第一次焙烘后重1 3 9 9 ，第 二次焙烘后重1 6 4 9 ，4 号第一次焙烘后重1 4 1 9 ，第二次焙烘后重1 7 2 9 。1 号和4 号在 第一次焙烘后织物增重都约1 9 ，但是第二次焙烘后织物的增重就较大。从2 号和3 号来 4 结果与讨论 未整理织物阻燃整理织物强度损失( ) 从织物的耐水洗性的要求来看焙烘温度只能选择在1 9 0 ，对涤纶纤维而言，在经 受热处理时，由于发生收缩的晶体的增长，造成无定形区数量和密度的降低，但温度超 过1 9 0 时，结晶度和晶体的完整性获得了提高，而整个纤维的取向爹耋霎亨塞ij 兰 x 4 结果与讨论 阻燃剂均无任何化学反应发生，所以本文选用自交联型羟甲基丙烯酰胺类胶粘剂来提高 整理织物的耐水洗牢度。 4 4 _ 2 胶粘剂用量对涤丰帛混纺织物耐水洗牢度的影响。【4 4 1 从以上的实验中得知：由于f r c 1 的分子量较大，因此在棉织物能接受的最高焙烘 温度下来焙烘仍然使f r c 一1 无法进入涤纶纤维的内部，固着牢度很差，在这种情况下， 必须借助有关提高固着牢度的助剂，所以，本次实验选用了能与阻燃剂同浴整理的自交 联型羟甲基丙烯酰胺类胶粘剂。为了选择阻燃工作液中合适的胶粘剂的用量，因此在轧 余率为8 5 ，焙烘温度为1 6 0 ，焙烘时间为2 m i n 的轧一烘工艺条件下，再以表4 3 3 中的实验处方来进行单因素实验。测定其阻燃织物的耐水洗性和阻燃性能。结果见表4 表4 3 3 胶粘剂用量对耐水洗牢度影响的单因素实验 涮项目篇镒蠢翟，讶嚣翟茎镒籍器 53 5 01 5 0 8 4 0 6 0 1 0 0 从表4 3 4 的实验结果来看：初始未洗涤时，在不同的胶粘剂用量下，织物燃烧时 的损毁长度相差不大，这也说明了此胶粘剂用量的增加并未使织物的可燃性增加。但在 洗涤5 次和1 0 次时就有明显的差异，这是因为自交联型羟甲基丙烯酰胺类胶粘剂中含 有一个可参与共聚的双键，在与其他单体共聚时，它们打开双键参与反应，而保留了羟 甲基分子间的交联或与织物纤维上羟基交联。此外，在阻燃工作液中加入了外交联剂醚 化的6 m d 树脂，这样也可与外交联剂反应形成网状皮膜。可增加交联的牢度。 随着胶粘剂用量的增加，耐水沈性也增加，从胶粘剂与织物之间的相互作用中的吸 4 5 4 结果与讨论 附作用和吸附理论来看：胶粘剂分子与被粘接物表面分子的相互作用过程有两个阶段： 第一个阶段是液体胶粘剂分子借助于布朗运动向被粘物表面扩散，使两者的极性基团或 链节相互靠近。第二个阶段是吸附力的产生，当胶粘剂与被粘物之间的距离到o 5 1 岫， 分子便产生相互吸引作用，并使分子间的距离进一步缩短到能够处于最大稳定状态的距 离。这两个阶段不能截然分开，在胶液固化的过程中往往都在进行。随着胶粘剂用量的 增加，胶粘剂与织物之间的吸附作用也更强烈，因而固着作用也就更明显。另外，胶粘 剂与外加交联剂形成网状结构的薄膜，阻止了阻燃剂的脱落，这样以来，阻燃剂的损失 也就减小，因而提高了织物的阻燃性能。 综上所述：从整理织物的耐水洗牢度的效果以及考虑整理织物的成本，6 0 l 的胶 粘剂用量是较合适的。 4 4 3 焙烘温度对阻燃效果的影响 利用胶粘剂来提高织物的固着牢度，焙烘温度是一个关键的因素，它对固着程度起 着十分重要的作用，因此在轧余率为8 5 ，焙烘时问为2 m i n 的轧一烘工艺条件下，以 表4 3 5 的的实验处方来进行焙烘温度变化的单因素实验。测定其阻燃效果和耐水洗效 果。实验结果见表4 3 6 。 表4 3 5 焙烘温度对耐水洗牢度影响的单因素实验 编号、项目焙烘温度c ，黼瑟锻洗翟乏筘长糍。慧毁 从表4 3 6 的实验结果看：未经洗涤的阻燃织物的损毁长度几乎相近，但随着焙烘 4 结果与讨论 温度的升高耐水洗性就逐渐好转，随着温度的升高，胶粘剂向织物的表面的扩散就会加 快，胶粘齐目和织物之间的距离也就越近，当它们之间的距离为l n m 时，吸附作用可达 1 0 - l o o m p a ，当距离为0 3 - o 铀m 时，吸附作用可高达1 0 0 1 0 0 0 m p a 。因此，胶粘剂液 体与织物达到分子间的接触是产生良好粘接的关键。由此可知，温度也是影响粘接强度 的关键因素。另外，这种胶粘剂分子中虽含有自交联的基团，但在室温时不反应，随着 焙烘温度的升高，打开双键参与反应，温度越高交联就越充分，固着程度就大大增加 “5 “1 。其反应式为： 一c m 一早h 一 焙烘 一c h 2 c h l ，i ：j ：i ；5 。 i c o n h c 地0 h 。 c o n h c o c o l 嘲c 陆 i c h i c h 一 一”c h _ + 纤燃一伽 一rc h + 纤蛙索一o h ! 竺= 一c h rc h c o n h c 强o h c h r c h 一焙烘一c h 2 9 h i - - - - - l 一( h 2 0 h c o ) c o n h c o n h c 地o h i c h i i c o 朋 c h 2 一c h 一 但是从温度对强力的影响方面来考虑：温度过高会影响到棉组分的原有性能和风 格。因此，综合考虑取其焙烘温度为1 6 0 。 4 4 4 焙烘时间对固着牢度的影响 在用粘合法后整理织物中，对固着牢度的影响而言，焙烘时间也是一个极其重要的 因素。在轧余率为8 5 ，焙烘温度为1 6 0 ，焙烘时间为2 m i n 的工艺条件下，以表4 3 7 中的实验处方进行焙烘时间变化的单因素实验。测试耐水洗牢度和阻燃效果，实验 结果见表4 3 8 。 从焙烘时间来看：时间在0 5 到2 o m i n 的过程中，随着时间的增加，耐水洗牢度就 有所提高，时间越长胶粘剂和纤维之间的交联就越充分，阻燃剂除了以氨键与纤维结合 外，还以牢固的化学键与纤维结合，但当增加到2 5 分钟时几乎无大的变化，可是织物 的表面泛黄。2 “”3 。从这一点来看：时间较长就会对混纺织物中棉组分有一定的损伤，以 4 7 4 结果与讨论 至于使织物的强力下降，因此确定焙烘时间为2 m i n 较为适宜。 表4 3 7 焙烘时间对耐水洗牢度影响的单因素实验 编号i 页目 焙烘嗍m i n ) 初警度洗涤( 嚣长洗涤搽碳长l c m jl c m jl c m j 4 4 r 5 小结 自交联型羟甲基丙烯酰胺类胶粘剂在织物上有一定的固着作用。经过对阻燃剂一胶 粘剂处理后织物进行耐水洗实验，测定了阻燃效果以及阻燃剂在织物上的耐水洗牢度。 由结果可知：胶粘剂使阻燃剂能够很好地固着在织物上，而且织物的手感