低甲醛耐久阻燃整理劑的探討

目前有多種化學(xué)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(yù)縮氨焙烘。很難相信這些方法已問(wèn)世30年并一直占據(jù)棉織物阻燃整理主導(dǎo)地位,但其在整理技術(shù)方面也有不盡人意的地方。
過(guò)去阻燃整理常用氯化四羥甲基瞵钅(ＴＨＰＣ),而近年來(lái)預(yù)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(xiàng)技術(shù)過(guò)于復(fù)雜,涉及氨化室和嚴(yán)格的控制條件。除此,應(yīng)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(méi)有預(yù)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(shè)備易得,因此在棉織物阻燃整理領(lǐng)域仍廣泛應(yīng)用。大多數(shù)氮羥甲基磷化物通過(guò)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(lái)提高織物的阻燃性能,但兩者都會(huì)在織物整理和使用過(guò)程中釋放出甲醛。
由于以上提及的局限性和當(dāng)前市場(chǎng)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(duì)織物的機(jī)械物理性能(如:強(qiáng)力、手感、色澤等)影響很小且適用于當(dāng)前的軋烘焙整理設(shè)備,化學(xué)原料便宜的阻燃整理化學(xué)品。迄今為止已經(jīng)開發(fā)出多種含羥基有機(jī)磷化物耐久壓燙阻燃整理化學(xué)品。
這種理念的新型化學(xué)品適應(yīng)國(guó)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(xué)改性,通過(guò)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(shè)備完成整個(gè)阻燃過(guò)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(shí)驗(yàn)
11　化學(xué)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(wú)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(rùn)濕劑;脂肪醇乙氧基化物表面活性劑;反應(yīng)性硅柔軟劑;滲透劑。
12　機(jī)織物
白色印花純棉布:織物克重為108ｇ/ｍ2(實(shí)驗(yàn)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(gòu)成。針織物和機(jī)織物都經(jīng)過(guò)燒毛、煮練、漂白(僅白色織物)。
14　應(yīng)用
樣品浸入阻燃整理溶液中,用軋輥浸軋確?；瘜W(xué)物質(zhì)進(jìn)入織物。實(shí)驗(yàn)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(jī)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(guò)浸染法加入10%起絨潤(rùn)滑劑,保持15ｍｉｎ。干燥后進(jìn)行四次機(jī)械起絨,然后汽蒸、拉幅。
16　水洗/干洗
按照ＡＡＴＣＣ測(cè)試方法1241996(在40℃或50℃)僅對(duì)針織物干洗(商業(yè))和實(shí)驗(yàn)室水洗。
17　燃燒實(shí)驗(yàn)
按照ＡＳＴＭＤ641399做垂直燃燒,按照ＣＰＳＣ16ＣＦＲ1610做45°角燃燒實(shí)驗(yàn),按ＡＳＴＭＤ286300測(cè)極限氧指數(shù)。
18　物理機(jī)械性能測(cè)試
按照ＡＳＴＭＤ503590測(cè)拉伸強(qiáng)力,按照ＡＳＴＭＤ142496測(cè)撕破強(qiáng)力。
2　結(jié)果與討論
21　機(jī)織物:含ＤＭＤＨＥＵ樹脂的阻燃整理
由于現(xiàn)在已做過(guò)商業(yè)棉織物產(chǎn)品50次水洗后可通過(guò)垂直燃燒的實(shí)驗(yàn),具有耐久阻燃性能,所以本文研究沒(méi)有集中在耐久整理上,而致力于解決當(dāng)前阻燃市場(chǎng)的不足之處(如甲醛釋放、成本投資等)。在這個(gè)目標(biāo)下使用廉價(jià)的化學(xué)品和棉織物耐久壓燙整理的技術(shù)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(duì)斜紋棉織物的整理。混合物中含有32%阻燃劑,16%ＤＭＤＨＥＵ樹脂,8%催化劑,0.01%潤(rùn)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(cè)試結(jié)果都很好。
除了織物阻燃耐久性,本文還對(duì)阻燃整理液的穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)(見(jiàn)表2),結(jié)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(yīng)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(jī)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(duì)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(yīng)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(diǎn)?；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(guò)加入高含氮樹脂)和較少的強(qiáng)力損失(如撕破強(qiáng)力,拉伸強(qiáng)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(jié)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(qiáng)力損失的優(yōu)點(diǎn)。
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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(qiáng)力。
先前用ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ整理后織物強(qiáng)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(jiàn)慣。但通過(guò)ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ/ＭＦ或ＦＲ/ＭＦ整理能夠抑制甲醛的釋放,而織物強(qiáng)力僅僅下降10%。因此ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ、ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ/ＭＦ和ＦＲ/ＭＦ系統(tǒng)能夠滿足當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)織物甲醛釋放量、阻燃耐久整理和織物強(qiáng)力等要求。
23　絨面織物:含有ＤＭＤＨＥＵ樹脂的阻燃整理
一般當(dāng)談到新型耐久阻燃整理化學(xué)整理,首先想到的是一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域,如防護(hù)服、裝飾物等。然而,新報(bào)道稱這些織物的制作一旦不符合ＧＷＡ標(biāo)準(zhǔn),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(diǎn),100%棉起絨織物用其整理是理想不過(guò)了。盡管對(duì)100%起絨棉織物的應(yīng)用剛剛開始,但由于100%棉起絨織物在使用時(shí)很容易燃燒,解決其安全性的需求迫不及待。盡管ＧＷＡ標(biāo)準(zhǔn)僅要求織物一次干洗和實(shí)驗(yàn)室水洗后通過(guò)45°角燃燒檢驗(yàn),但通常生產(chǎn)商還要通過(guò)5次家用洗滌實(shí)驗(yàn)。
表4～表6出示2002年對(duì)3級(jí)起絨純棉織物的阻燃整理測(cè)試數(shù)據(jù)。使用含10%ＦＲ,10%ＤＭＤＨＥＵ樹脂2,5%催化劑,0.2%潤(rùn)濕劑(帶液率<80%)整理液整理后的織物以5碼/ｍｉｎ的速度在長(zhǎng)50英尺,5個(gè)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℃)?？椢镌?50℃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(biāo)準(zhǔn)的3級(jí)100%起絨棉織物經(jīng)過(guò)整理后轉(zhuǎn)化為1級(jí)織物。但除了這些積極的作用,ＦＲ/ＤＭＤＨＥＵ同時(shí)也給織物帶來(lái)了一些負(fù)面的影響。
負(fù)面作用:在用ＦＲ之后,織物的強(qiáng)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(jié)
本文列舉了用于織物阻燃整理的化學(xué)品,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(xué)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(fù)面作用。