低甲醛耐久阻燃整理劑的探討

目前有多種化學方法用于纖維素的阻燃整理,但僅有少數(shù)方法整理后織物經(jīng)多次水洗和干洗后依然保持優(yōu)良的阻燃性能,這些整理稱之為耐久阻燃整理。其中大多數(shù)整理采用氮羥甲基磷酸酯和預縮氨焙烘。很難相信這些方法已問世30年并一直占據(jù)棉織物阻燃整理主導地位,但其在整理技術方面也有不盡人意的地方。
過去阻燃整理常用氯化四羥甲基瞵钅(ＴＨＰＣ),而近年來預縮氨整理用得多一些。經(jīng)它整理后的織物阻燃耐久性很好,但這項技術過于復雜,涉及氨化室和嚴格的控制條件。除此,應用條件、成本以及氨氣的產(chǎn)生等都使其不夠理想。
氮羥甲基磷化物盡管沒有預縮氨處理后的阻燃耐久性好,但由于其操作方便,軋烘焙整理設備易得,因此在棉織物阻燃整理領域仍廣泛應用。大多數(shù)氮羥甲基磷化物通過二甲基(Ｎ羥甲基甲氨酰乙基)膦酸鹽和三聚氰胺甲醛交聯(lián)樹脂來提高織物的阻燃性能,但兩者都會在織物整理和使用過程中釋放出甲醛。
由于以上提及的局限性和當前市場潛在的要求,一些織物僅在有限次數(shù)的水洗后保持阻燃性的需求,尋求新的阻燃替代品的研究方興未艾。研究的方向放在開發(fā)一種對織物的機械物理性能(如:強力、手感、色澤等)影響很小且適用于當前的軋烘焙整理設備,化學原料便宜的阻燃整理化學品。迄今為止已經(jīng)開發(fā)出多種含羥基有機磷化物耐久壓燙阻燃整理化學品。
這種理念的新型化學品適應國內(nèi)外紡織印染廠大規(guī)模的生產(chǎn),其阻燃耐久性基于纖維素的化學改性,通過使用含羥基阻燃添加劑、氮羥甲基交聯(lián)樹脂、催化劑和常規(guī)軋烘焙設備完成整個阻燃過程。它不同于非甲醛阻燃整理劑,和常用的織物耐久壓燙整理系統(tǒng)相同。
1　實驗
11　化學品
含有膦酸酯低聚物的阻燃劑;ＤＭＤＨＥＵ樹脂1(不含緩沖液和催化劑),ＤＭＤＨＥＵ樹脂2(含緩沖液無催化劑),ＭＦ樹脂(三羥甲基三聚氰胺樹脂);催化劑氯化鎂溶液;70%磷酸溶液;潤濕劑;脂肪醇乙氧基化物表面活性劑;反應性硅柔軟劑;滲透劑。
12　機織物
白色印花純棉布:織物克重為108ｇ/ｍ2(實驗所用布樣重400ｇ)。棕色斜紋純棉布:織物克重為246ｇ/ｍ2。
13　針織物
針織物由14/1環(huán)錠紡純棉紗做襯墊紗、30/1環(huán)錠紡紗做面紗和底紗三線襯墊構成。針織物和機織物都經(jīng)過燒毛、煮練、漂白(僅白色織物)。
14　應用
樣品浸入阻燃整理溶液中,用軋輥浸軋確?；瘜W物質(zhì)進入織物。實驗室采用兩浸兩軋工藝,但在工廠生產(chǎn)中僅一浸一軋。在一定的帶液率下烘干、焙烘,然后在60℃下水洗。
15　織物后處理
機織物在60℃下水洗15ｍｉｎ然后烘干。針織物在60℃下水洗15ｍｉｎ,然后在60℃通過浸染法加入10%起絨潤滑劑,保持15ｍｉｎ。干燥后進行四次機械起絨,然后汽蒸、拉幅。
16　水洗/干洗
按照ＡＡＴＣＣ測試方法1241996(在40℃或50℃)僅對針織物干洗(商業(yè))和實驗室水洗。
17　燃燒實驗
按照ＡＳＴＭＤ641399做垂直燃燒,按照ＣＰＳＣ16ＣＦＲ1610做45°角燃燒實驗,按ＡＳＴＭＤ286300測極限氧指數(shù)。
18　物理機械性能測試
按照ＡＳＴＭＤ503590測拉伸強力,按照ＡＳＴＭＤ142496測撕破強力。
2　結果與討論
21　機織物:含ＤＭＤＨＥＵ樹脂的阻燃整理
由于現(xiàn)在已做過商業(yè)棉織物產(chǎn)品50次水洗后可通過垂直燃燒的實驗,具有耐久阻燃性能,所以本文研究沒有集中在耐久整理上,而致力于解決當前阻燃市場的不足之處(如甲醛釋放、成本投資等)。在這個目標下使用廉價的化學品和棉織物耐久壓燙整理的技術形成新的阻燃體系。
表1描述了典型的使用ＤＭＤＨＥＵ交聯(lián)體系和阻燃劑對斜紋棉織物的整理?；旌衔镏泻?2%阻燃劑,16%ＤＭＤＨＥＵ樹脂,8%催化劑,0.01%潤濕劑,帶液率<80%(基于織物原始重量),ｐＨ值調(diào)節(jié)至2.8(加三乙醇胺),織物在60℃烘3ｍｉｎ,在160℃焙烘3ｍｉｎ,在40℃用家用洗滌劑清洗。正如數(shù)據(jù)所示,在30次家用洗滌后,織物的阻燃耐久性及ＬＯＩ、垂直燃燒測試結果都很好。
除了織物阻燃耐久性,本文還對阻燃整理液的穩(wěn)定性進行檢測(見表2),結果顯示阻燃整理劑/ＤＭＤＨＥＵ整理液能夠穩(wěn)定共混24ｈ確保生產(chǎn)應用。織物經(jīng)整理液整理后在160℃焙烘3ｍｉｎ然后用洗滌劑在40℃水洗。
22　機織物:阻燃物和三聚氰胺、甲醛混合物
除了阻燃劑/ＤＭＤＨＥＵ整理系統(tǒng),本文對三聚氰胺甲醛交聯(lián)樹脂(ＭＦ)的阻燃體系也做了研究。在發(fā)展和應用新的ＦＲ/ＭＦ系統(tǒng)之后發(fā)現(xiàn)每一種樹脂交聯(lián)體系都有自己優(yōu)點?；冢模停模龋牛盏淖枞俭w系不但甲醛含量低(小于200ｐｐｍ)而且水洗耐久性好(大于25次),優(yōu)于ＭＦ系統(tǒng)。然而,ＭＦ系統(tǒng)能賦予織物較高的初始阻燃性能(通過加入高含氮樹脂)和較少的強力損失(如撕破強力,拉伸強力)。
基于以上的研究,我們做了ＤＭＤＨＥＵ/ＭＦ交聯(lián)體系的研究,發(fā)現(xiàn)它結合了ＤＭＤＨＥＵ系統(tǒng)的耐久性和ＭＦ交聯(lián)系統(tǒng)的高阻燃性和低強力損失的優(yōu)點。
方案1　由24%ＦＲ,10%ＤＭＤＨＥＵ樹脂1,1%ＭＦ樹脂,6%催化劑,4%柔軟劑,0.01%潤濕劑組成。
方案2　由24%ＦＲ,2%ＤＭＤＨＥＵ樹脂1,3%ＭＦ樹脂,0.2%Ｈ3ＰＯ3,4%柔軟劑,0.01%潤濕劑組成。
方案3　由24%ＦＲ，7%ＭＦ樹脂，6%催化劑，0.2%Ｈ3ＰＯ3，4%柔軟劑,0.01%潤濕劑組成。帶液率<80%,溶液處理后在60℃烘干3ｍｉｎ,在170℃焙烘2ｍｉｎ(表3)然后在40℃用洗滌劑水洗。
盡管阻燃整理的耐久性(大于25次)隨著ＭＦ樹脂的增加和ＤＭＤＨＥＵ的減少而減少,但卻明顯地改善了織物的阻燃性和強力。
先前用ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ整理后織物強力降低30%～40%,這種情況在今天大多數(shù)耐久壓燙整理中司空見慣。但通過ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ/ＭＦ或ＦＲ/ＭＦ整理能夠抑制甲醛的釋放,而織物強力僅僅下降10%。因此ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ、ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ/ＭＦ和ＦＲ/ＭＦ系統(tǒng)能夠滿足當前市場對織物甲醛釋放量、阻燃耐久整理和織物強力等要求。
23　絨面織物:含有ＤＭＤＨＥＵ樹脂的阻燃整理
一般當談到新型耐久阻燃整理化學整理,首先想到的是一些特殊的應用領域,如防護服、裝飾物等。然而,新報道稱這些織物的制作一旦不符合ＧＷＡ標準,就不能合法銷售?？紤]到ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ系統(tǒng)的環(huán)境友好、低成本、低甲醛的優(yōu)點,100%棉起絨織物用其整理是理想不過了。盡管對100%起絨棉織物的應用剛剛開始,但由于100%棉起絨織物在使用時很容易燃燒,解決其安全性的需求迫不及待。盡管ＧＷＡ標準僅要求織物一次干洗和實驗室水洗后通過45°角燃燒檢驗,但通常生產(chǎn)商還要通過5次家用洗滌實驗。
表4～表6出示2002年對3級起絨純棉織物的阻燃整理測試數(shù)據(jù)。使用含10%ＦＲ,10%ＤＭＤＨＥＵ樹脂2,5%催化劑,0.2%潤濕劑(帶液率<80%)整理液整理后的織物以5碼/ｍｉｎ的速度在長50英尺,5個分區(qū)的烘箱內(nèi)焙烘(烘箱內(nèi)分區(qū)溫度分別為150℃、170℃、170℃、170℃、170℃)。織物在150℃焙烘1.5ｍｉｎ,在170℃焙烘15ｓ,然后用洗滌劑在50℃水洗。表6所示數(shù)據(jù)充分肯定了ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ的阻燃能力,不符合標準的3級100%起絨棉織物經(jīng)過整理后轉(zhuǎn)化為1級織物。但除了這些積極的作用,ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ同時也給織物帶來了一些負面的影響。
負面作用:在用ＦＲ之后,織物的強力下降35%,與常規(guī)的耐久壓燙整理相同。正面作用:整理后的織物,在3次用洗滌劑水洗后尺寸穩(wěn)定性較高,而且再次水洗后,能保持很好的手感。
3　總結
本文列舉了用于織物阻燃整理的化學品,并通過實驗證明織物多次水洗后耐久性良好,盡管其也有不足之處(如色澤);隨著新型的紡織阻燃化學品的出現(xiàn),必須考慮用小的成本盡可能改善織物的阻燃性能,并避免其他負面作用。

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