棉布阻燃劑,純棉阻燃劑,棉阻燃劑,棉織物用阻燃劑,布阻燃劑

1、棉織物用無甲醛阻燃劑的制備及應(yīng)用 胥正安1、2，陸建輝1，王玉豐1、2，陳曉鑫1，張妍妍2(1江蘇格美高科技發(fā)展有限公司，江蘇南通226009 2南通市化學(xué)助劑與表面活性劑工程技術(shù)研究中心，江蘇南通226009)作者簡(jiǎn)介：胥正安，(1981-)，男，碩士，江蘇興化人，主要從事紡織印染助劑的開發(fā)以及水性超細(xì)顏料的研究 【摘要】利用甲基膦酸二甲酯、五氧化二磷和季戊四醇合成棉織物用無甲醛阻燃劑，分析了甲基膦酸二甲酯、五氧化二磷和季戊四醇的用量對(duì)阻燃劑的外觀及應(yīng)用性能的影響。采用阻燃劑、交聯(lián)劑(檸檬酸馬來酸)、催化劑(次亞磷酸鈉)對(duì)純棉織物進(jìn)行阻燃整理；探討了阻燃劑用量、交聯(lián)劑用量和催化劑用量對(duì)阻燃效

2、果的影響。 【關(guān)鍵詞】無甲醛；阻燃劑；棉織物；合成【中圖分類號(hào)】TSl95.592 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1005-9350-(2009)12-0034-04 隨著人們生活與環(huán)境條件的不斷改善，紡織品的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，特別是對(duì)阻燃紡織品的需求越來越多，除了服裝類外，如鐵路，船舶，汽車運(yùn)輸中的貨物用布：港口、碼頭倉庫用的蓬布、遮蓋物；建筑物頂棚及箱包用布，建筑內(nèi)裝飾材料，賓館墻布，辦公家具裝飾貼面、地毯、家具內(nèi)襯；交通工具內(nèi)裝飾材料，飛機(jī)、汽車、船舶座椅面料，車頂、汽車地毯、行李箱內(nèi)襯及坐墊等都需進(jìn)行阻燃整理，其中阻燃棉織物占據(jù)了很大一塊市場(chǎng)1-2。 目前大多數(shù)天然纖維用耐久阻燃劑以英國A

3、llbrightwilson公司的四羥甲基氯化膦(THPC)和亨斯邁公司的N-羥甲基-3-(二甲氧基膦?；?丙酰胺(Pyrovatex CP)為代表3-6。THPC在合成過程中，使用甲醛并且產(chǎn)生雙氯甲醚，能夠使人致癌，歐盟已出臺(tái)法規(guī)限制其使用：Pyrovatex CP屬于酰胺的磷酸酯類化合物，由于使用甲醛和酰胺基進(jìn)行羥甲基化，導(dǎo)致含有大量的甲醛，同時(shí)為了提高阻燃效率，需添加含羥甲基反應(yīng)基團(tuán)的交聯(lián)劑，經(jīng)過整理后，織物上游離甲醛含量過高且存在后續(xù)甲醛釋放的問題。在世界“綠色消費(fèi)”浪潮的沖擊下，世界各國對(duì)生產(chǎn)和進(jìn)口的紡織品要求不含有毒、有污染物質(zhì)，在紡織貿(mào)易方面設(shè)立了許多的技術(shù)壁壘，嚴(yán)重制約了我國紡

4、織品的出口，因此，研究開發(fā)、生產(chǎn)和使用無甲醛的阻燃劑產(chǎn)品是一件迫在眉睫的事7-8。1 試驗(yàn)1.1材料與儀器 織物純棉漂白平布2ltex×2ltex(濰坊龍都棉紡織印染有限公司) 藥品甲基膦酸二甲酯(揚(yáng)州晨化科技集團(tuán)有限公司)、五氧化二磷(張家港市飛宇化工有限公司)、季戊四醇(上?？曝S化學(xué)試劑有限公司)、亞磷酸三苯酯(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、辛酸亞錫(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、檸檬酸(吳江市昌利化工有限公司)、馬來酸(上海卓悅化工有限公司)、次亞磷酸鈉(上海凌峰化學(xué)試劑有限公司) 儀器EHP350MM型微調(diào)水平軋車(英國ROACHES公司)、YG815B型垂直法織物阻燃性能測(cè)試儀

5、(南通三思機(jī)電科技有限公司)、10l-1型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海華聯(lián)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備公司)、TY8000系列斷裂強(qiáng)度測(cè)試儀(江都市天惠試驗(yàn)機(jī)械有限公司)、MZ-12型全自動(dòng)水洗機(jī)(上海江楓服裝機(jī)械廠)、SBDTY-l數(shù)顯白度儀(上海銳豐儀器儀表有限公司)1.2 阻燃劑合成工藝 在裝有攪拌器、溫度計(jì)、滴液漏斗、冷凝管的反應(yīng)器中加入甲基膦酸二甲酯140 g，加熱至5055，然后加入五氧化二磷150 g，將反應(yīng)溫度調(diào)至9095，保溫反應(yīng)3 h；將反應(yīng)物冷卻至5055，加入亞磷酸三苯酯15 g，保溫2 h：繼續(xù)將反應(yīng)混合物加熱至7075，加入季戊四醇80 g、催化劑辛酸亞錫0.2 g，在7585下，保溫

6、反應(yīng)5 h，得到產(chǎn)物亮黃色透明液體。1.3 織物阻燃整理工藝處理工藝：浸軋整理液(兩浸兩軋，軋余率100110)預(yù)烘(120，1.5 min)焙烘(170，3 min)工藝處方：阻燃劑檸檬酸馬來酸次亞磷酸鈉去離子水400g60g30glL1.4 性能測(cè)試1.4.1 燃燒性能 參考GBT5455-1997紡織品燃燒性能試驗(yàn)垂直法測(cè)定；1.4.2 斷裂強(qiáng)力 采用GBT3932.1-1997織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂延伸率的測(cè)定條樣法測(cè)定；試樣測(cè)定緯向5次，取平均值，按下列公式計(jì)算織物斷裂強(qiáng)力損失率：斷裂強(qiáng)力損失率=1-（W0）×100%W1 式中，W0為整理后織物的斷裂強(qiáng)力；W

7、1為整理前織物的斷裂強(qiáng)力。1.4.3 耐洗性 按照AATCC-124測(cè)定。1.4.4 白度 將儀器預(yù)熱30 min，校零，使用黑筒和標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行調(diào)零及校正，然后將布樣放在試樣座上，待顯示值出現(xiàn)后即可記下白度值。2 結(jié)果與討論2.1 甲基膦酸二甲酯用量的影響 在反應(yīng)過程中，甲基膦酸二甲酯用量對(duì)阻燃劑的外觀、應(yīng)用性能有直接影響，如表1所示。表l 甲基膦酸二甲酯用量對(duì)阻燃劑的影響甲基膦酸二甲酯用量/g產(chǎn)物外觀耐洗次數(shù)/次燃燒炭長(zhǎng)/cm斷裂強(qiáng)力損失率/%110黑色3015.612.4120黑色3511.217.3130褐色407.821.7140黃色503.927.9150黃色504.228.3160

8、黃色454.626.8 注：五氧化二磷150g，季戊四醇80g，亞磷酸三苯酯15 g，辛酸亞錫0.2g 由表1可見，隨著甲基膦酸二甲酯用量的增多，阻燃劑外觀由黑色向黃色發(fā)生轉(zhuǎn)變，而且阻燃劑的應(yīng)用效果也在不斷提升：當(dāng)甲基膦酸二甲酯用量為140g，阻燃效果最為理想：繼續(xù)提高甲基瞵酸二甲酯的用量，阻燃劑有效成分有所下降，阻燃效果略有下降。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是甲基膦酸二甲酯用量較少時(shí)，五氧化二磷的量相對(duì)過剩，過剩的五氧化二磷使得季戊四醇脫水，從而阻燃劑外觀發(fā)黑；當(dāng)甲基膦酸二甲酯用量為140 g時(shí)，五氧化二磷的量反應(yīng)完全；當(dāng)甲基瞵酸二甲酯用量繼續(xù)提升時(shí)，整個(gè)體系甲基膦酸二甲酯過量，阻燃劑用量一定時(shí)，有效

9、成分反而降低。2.2 五氧化二磷用量的影響在反應(yīng)過程中，五氧化二磷用量對(duì)阻燃劑的外觀、應(yīng)用性能的影響，如表2所示。表2 五氧化二磷用量對(duì)阻燃劑的影響五氧化二磷用量/g產(chǎn)物外觀耐洗次數(shù)/次燃燒炭長(zhǎng)/cm斷裂強(qiáng)力損失率/%120黃色3511.715.7130黃色408.320.7140黃色455.625.6150黃色503.727.4160褐色503.926.8170黑色455.224.9 注：甲基膦酸二甲酯140g，季戊四醇80g，亞磷酸三苯酯15g，辛酸亞錫0.2 g 由表2可見，隨著五氧化二磷用量的增加，阻燃劑外觀由黃色向黑色發(fā)生轉(zhuǎn)變，而且阻燃劑的應(yīng)用效果也在不斷提升；當(dāng)五氧化二磷用量為15

10、0 g，阻燃效果最為理想；繼續(xù)提高血氧化二磷的用量，阻燃效果反而略有下降。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是五氧化二磷在用量較少時(shí)，甲基膦酸二甲酯過量，體系內(nèi)阻燃劑有效成分降低；當(dāng)五氧化二磷用量為150 g時(shí)，體系內(nèi)反應(yīng)完全，此時(shí)燃燒炭長(zhǎng)較短，由于阻燃劑與棉織物反應(yīng)最充分，從而斷裂強(qiáng)力損失率也較大；當(dāng)五氧化二磷用量繼續(xù)提升時(shí)，整個(gè)體系五氧化二磷過量，過量的五氧化二磷使得季戊四醇脫水，從而阻燃劑外觀發(fā)黑，阻燃效果也有所降低。2.3 季戊四醇用量的影響 季戊四醇具有四個(gè)羥基，參聚合反應(yīng)，使得阻燃劑中的羥基含量增加，提高阻燃劑與交聯(lián)劑和纖維素的反應(yīng)幾率，因此季戊四醇用量對(duì)阻燃劑的影響較大，結(jié)果如表3所示。表3 季

11、戊四醇用量對(duì)阻燃劑的影響季戊四醇用量/g產(chǎn)物外觀耐洗次數(shù)/次燃燒炭長(zhǎng)/cm斷裂強(qiáng)力損失率/%50黃色3514.116.760黃色459.221.170黃色505.525.480黃色503.227.890黃色503.827.1 注：甲基膦酸二甲酯140 g，五氧化二磷150 g，亞磷酸三苯酯15 g，辛酸亞錫0.2 g 由表3可見，隨著季戊四醇用量的增加，阻燃劑外觀不發(fā)生變化，但阻燃效果在增加：當(dāng)季戊四醇用量為80 g，阻燃效果最為理想；繼續(xù)提高季戊四醇的用量，阻燃效果變化不大。這種現(xiàn)象的原因是在甲基膦酸二甲酯與五氧化二磷完全反應(yīng)的情況下，季戊四醇本身添加量的多少并不給阻燃劑體系顏色帶來變化：但

12、季戊四醇用量增加使得阻燃劑中的羥基含量增加，提高阻燃劑與交聯(lián)劑和纖維素的反應(yīng)幾率，使得阻燃效果增加；當(dāng)季戊四醇用量為80 g時(shí)，體系內(nèi)反應(yīng)完全：在含磷量一定的基礎(chǔ)上，繼續(xù)提高季戊四醇的用量，不會(huì)提高阻燃劑體系內(nèi)的羥基含量，所以阻燃效果變化不大。2.4 阻燃劑用量的影響 在應(yīng)用過程中，阻燃劑的用量是控制整理效果的一個(gè)重要因素。對(duì)純棉織物阻燃性能和斷裂強(qiáng)力損失率的影響較大，如表4所示。表4 阻燃劑的用量對(duì)阻燃性能和斷裂強(qiáng)力損失率的影響阻燃劑g/L白度%燃燒炭長(zhǎng)/cm斷裂強(qiáng)力損失率/%080.2430.1015079.6821.87.820078.9217.611.325077.3213.318.7

13、30075.1110.219.535074.237.826.140073.264.228.945072.544.430.750071.693.831.6 注：交聯(lián)劑60 g/L，催化劑30 g/L，焙烘溫度180，焙烘時(shí)間3 min 由表4可知，隨著阻燃劑用量的增加，阻燃性能提高，白度、斷裂強(qiáng)力下降，損失率增高：當(dāng)用量達(dá)到400 g/L后，阻燃性能不再提高，斷裂強(qiáng)力損失率增加趨緩。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是用阻燃劑對(duì)純棉織物進(jìn)行整理，其中添加了多元羧酸作為交聯(lián)劑，多元羧酸與纖維素大分子和阻燃劑在焙烘過程中發(fā)生酯化反應(yīng)，相互之間建立了分子間酯鍵。當(dāng)阻燃劑用量較低時(shí)，阻燃劑充分與多元羧酸、纖維素大分子建

14、立分子間酯鍵；固著于織物上，使得阻燃性隨著用量的增加有所提高；當(dāng)阻燃劑用量超過400 g/L后，由于多元羧酸、纖維素大分子的反應(yīng)基團(tuán)是一定的，此時(shí)阻燃劑已能充分與多元羧酸、纖維素大分子反應(yīng)，再增加阻燃劑用量，阻燃性能變化不再明顯。經(jīng)阻燃整理后，由于在纖維的基本結(jié)構(gòu)單元及大分子間引入一定數(shù)量交聯(lián)鍵，因此纖維各結(jié)構(gòu)單元之間的活動(dòng)受到一定的限制，與未處理的織物相比較，負(fù)擔(dān)外力的情況更不均勻，必然引起強(qiáng)力下降，斷裂強(qiáng)力損失率增大：當(dāng)交聯(lián)鍵達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，強(qiáng)力下降的幅度變小，導(dǎo)致斷裂強(qiáng)力損失率增加趨緩。2.5 交聯(lián)劑用量的影響 交聯(lián)劑在阻燃過程中自身可以縮合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，也可與纖維素大分子交聯(lián)，同時(shí)還能與

15、阻燃劑縮合形成一種穩(wěn)定的化學(xué)鍵固著于纖維上，使得耐洗性能大幅提高。采用檸檬酸馬來酸摩爾比為1:1的復(fù)配酸作為交聯(lián)劑，多元羧酸用量對(duì)純棉織物阻燃性能和斷裂強(qiáng)力損失率的影響如表5所示。表5 交聯(lián)劑用量對(duì)純棉織物阻燃性能和斷裂強(qiáng)力損失率的影響交聯(lián)劑g/L白度%燃燒炭長(zhǎng)/cm斷裂強(qiáng)力損失率/%2074.241517.33074.681219.84073.92922.35074.02526.36073.61428.57073.43333.68073.26337.1 注：阻燃劑400 g/L，催化劑30 g/L，焙烘溫度180，焙烘時(shí)問3 min 由表5可見，交聯(lián)劑用量達(dá)到60 g/L時(shí)，阻燃效果較好，炭

16、長(zhǎng)較短：繼續(xù)增大阻燃劑用量，阻燃效果提升不夠明顯，炭長(zhǎng)變化不大，而斷裂強(qiáng)力損失率顯著增加。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是交聯(lián)劑能夠與阻燃劑、纖維素大分子建立化學(xué)鍵，使得阻燃劑牢牢固著于織物上，使得阻燃性有所提高；交聯(lián)劑用量達(dá)到60 g/L時(shí)，能夠使阻燃劑充分固著在織物上，繼續(xù)提升交聯(lián)劑用量，纖維上的羥基過分反應(yīng)，強(qiáng)力受到損失，斷裂強(qiáng)力損失加大。2.6 催化劑濃度的影響 為了使阻燃劑、交聯(lián)劑在焙烘過程中迅速與纖維大分子反應(yīng)交聯(lián)，在阻燃配方中加入適量催化劑，使得反應(yīng)時(shí)間縮短，阻燃效果有所提高并能減輕纖維素的受損程度，采用次亞磷酸鈉為催化劑，催化劑用量對(duì)純棉織物阻燃性能和斷裂強(qiáng)力損失率的影響，如表6所示。表6

17、 催化劑用量對(duì)純棉織物阻燃性能和斷裂強(qiáng)力損失率的影響催化劑g/L白度%燃燒炭長(zhǎng)/cm斷裂強(qiáng)力損失率/%1074.219.720.92074.096.826.83074.114.428.34073.764.533.75073.984.338.5 注：阻燃劑400 g/L，交聯(lián)劑60 g/L，180焙烘3 min 由表6可見，隨著催化劑用量的增加，織物的阻燃性能有所提高，斷裂強(qiáng)力損失率增加，白度變化不明顯。加入適量的催化劑使得反應(yīng)時(shí)間縮短，阻燃效果有所提高：加入的量過多，使得整理液的pH值過低，會(huì)使織物強(qiáng)力下降。3結(jié)論 (1)利用甲基膦酸二甲酯、五氧化二磷和季戊四醇合成棉織物用無甲醛阻燃劑，甲基膦

18、酸二甲酯、五氧化二磷和季戊四醇的用量對(duì)阻燃劑的外觀及應(yīng)用性能有顯著影響。當(dāng)甲基膦酸二甲酯用量140g、五氧化二磷用量150 g、季戊四醇用量80 g時(shí)，合成的阻燃劑效果最為理想。 (2)所合成的阻燃劑不含甲醛，應(yīng)用過程中也不使用含甲醛助劑，較為環(huán)保。在阻燃劑用量400g/L，交聯(lián)劑用量60 g/L，催化劑用量30 g/L的情況下，具有較好的阻燃性。4 參考文獻(xiàn)1Horrocks A R，Kandola B K，Dayies P J，Zhang S and Padbury S A.Developments in flame retardant textilesa reviewJPo1ymer Degradation and Stability，2005，88(1)：3-122Galbraikh L S，Zubkova N S，Butylkina N G，Berl in A A.et a1.Method for the flame-retardant processing of textile meterialsP.US Patent 6541068，Apri1 1st，20033趙雪，朱平，張建波.無甲醛棉用阻燃劑FRC-F的制備及應(yīng)用J