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提问时间:2015-12-31 09:31
涤棉混纺织物阻燃剂PN-1与PN-2阻燃性能的比较 已关闭
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0.前言
涤棉混纺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,并导致巨大损失,因此阻燃整理的研究受到普遍关注[1]。至今为止,人们发现对涤棉织物的阻燃远比对其中任一组份的阻燃要困难。其原因主要有:第一,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,阻燃剂能在涤和棉二种组分间迁移。因此,也给涤棉织物的阻燃带来了困难。同时,涤棉混纺织物受热时,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,阻止织物收缩,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]。 1.1实验材料 1.1.1阻燃剂 涤棉混纺织物阻燃剂PN—1与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45s×45s,110×76,经退浆,煮练和漂白处理。 1.2织物阻燃整理工艺过程 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/1 NA2CO3,4g/1肥皂)→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阻燃性能:垂直织物阻燃性能测试仪。包括: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 2.1 PN-1与PN-2阻燃剂结构比较 阻燃剂PN-1和PN-2的可能结构为: 表1: 阻燃剂PN-1与PN-2中的氮磷元素含量
2.2.1阻燃剂PN-1,PN-2用量对阻燃性能的影响 一般在整理过程中阻燃剂的用量越多,即在织物上的含量越大,则织物的阻燃性能越好。 PN-TMM用量5~6%,尿素3%。 2.2.2 TMM树脂浓度对PN-1和PN-2阻燃剂的阻燃效果影响 TMM树脂由于能与阻燃剂PN-1和PN-2反应,形成网状的聚合物固着在纤维上,从而提高了阻燃整理织物的耐洗性能,但用量须适当控制。PN-1和PN-2阻燃剂与TMM可能反应机理如下.[5]: 图2(a)和(b)是在不同TMM浓度下涤棉混纺织物经PN-1和PN-2阻燃剂整理后的增重和损毁长度变化。 从图2可知,TMM用量较低时,织物的阻燃效果很差。随着TMM用量的逐渐提高,经阻燃剂PN-2和PN-2整理后的涤棉混纺织物,其增重、阻燃性能和耐洗涤性也随之提高。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,能与阻燃剂PN-1和PN-2中的磷元素起协调作用,从而提高织物阻燃性能与降低阻燃剂的用量。但尿素加入的量应与阻燃剂的用量相适应。图3为尿素用量对阻燃剂PN-1和PN-2的阻燃性能影响。FL) 为了改善阻燃产品的柔软性,须添加适量的柔软剂。但在阻燃整理中,阻燃剂的加入往往会降低阻燃织物的阻燃性,故应控制其种类和用量。通常选用的柔软剂是有机硅类,一般来说,阻燃剂PN-1整理时,柔软剂的用量应在0.5%~2%之间,而PN-2整理时的柔软剂用量为1%,此时整理后的织物手感较好,对阻燃性能也无明显的影响。 2.2.4焙烘条件和氧化对阻燃效果的影响 阻燃剂PN-1,PN-2与TMM树脂和纤维反应完全,能提高阻燃整理织物的阻燃性能,故而焙烘条件的控制相当重要。图4为阻燃剂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。 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,由于阻燃剂,TMM等与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,阻燃剂与TMM和纤维反应不够完全,耐洗性较差,影响织物的阻燃性能。当焙烘温度大于160℃时,反应能力增加,阻燃性能好,但会伴随着织物的断裂强度下降,手感变硬。因而焙烘时间应与焙烘温度相适应,即焙烘温度不能过多,时间不宜过长。阻燃剂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,能将阻燃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,并均能提高阻燃剂PN-1和PN-2处理后织物的阻燃性能和耐洗性。 2.3阻燃剂PN-1和PN-2处理涤棉混纺织物的阻燃效果比较 表2为涤棉混纺织物经阻燃剂PN-1和PN-2处理后其各种性能情况。从表2中可知,经阻燃剂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。这说明磷氮阻燃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,容易透入纤维内部,因此易与织物生成聚合物。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,这表明可能其阻燃剂主要附着在纤维表面。另外阻燃剂PN-1和PN-2经20次洗涤后,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。 用阻燃剂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,尤其是手感。由于用这二种阻燃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,容易与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 阻燃剂PN-1和PN-2处理织物后阻燃综合效果比较 1.利用THPC与酰胺类化合物和氨反应,生成的阻燃剂PN-1,PN-2具有磷、氮协同效应,能提高阻燃效果。其中PN-2的含磷和含氮量要高于PN-1。 2.阻燃剂PN-1和PN-2处理涤棉混纺织物皆能取得较好的阻燃效果。阻燃剂PN-1分子的单元结构比PN-2大,容易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,容易透入到纤维内部生成聚合物。因此在本实验条件下,用阻燃剂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。 |
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