涤棉混纺织物阻燃剂PN-1与PN-2阻燃性能的比较

上海工程技术大学化学化工学院 王黎明 沈勇 丁颖

【摘要】本文主要就阻燃剂PN-1和PN-2对涤棉混纺织物的阻燃性能和整理条件进行了比较研究。通过比较表明：阻燃剂PN-1和PN-2皆能提高织物的阻燃效果，无余燃，无阴燃。其中经PN-1整理织物后的损毁长度和织物增重要小于PN-2，而经PN-2整理织物后的断裂强度，撕破强度和手感均要好于PN-1。

【关键词】阻燃剂 阻燃性能 阻燃效果

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］。

因此，要降低涤棉混纺物的可燃性，要做到以下几点：(1)混纺织物中每一组份都进行阻燃化。(2)混纺织物阻燃整理时，采用各自合适的阻燃剂，其中作用最好能互补或互不干扰。(3)消除骨价效应和两组份的干扰作用。

磷氮系阻燃剂在纯棉织物上是最有效的阻燃剂之一，同时，由于磷氮二者之间的协同效应，使其在涤棉混纺织物的应用上也有很大的发展。本文采用四羟甲基氯化磷(THPC)与酰胺类化合物和氨反应，形成了一种溶于水的预缩体

本文主要就阻燃剂PN—1和PN—2对涤棉混纺织物的阻燃性能和整理条件进行了比较研究。

1.实验材料与方法

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45?s×45?s，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

1.3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为阻燃剂PN-1与PN-2分子结构中氮磷元素的含量情况。表1数据表明，阻燃剂PN-1与PN-2的P／N之比大约相等。这说明它们的氮磷协同效应大致相同，都能与涤棉混纺织物形成网状结构.［4］。PN-2的磷含量高于PN-1。但其分子的单元结构比PN-1小，易透入到纤维内部。使织物的增重较大；而PN-1分子的单元结构大，容易固着在纤维上，使织物阻燃后的损毁长度要比PN-2低。

表1： 阻燃剂PN-1与PN-2中的氮磷元素含量

2.2阻燃工作液中主要成份对织物阻燃性能的影响

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

由图1可见随着阻燃剂PN-1和PN-2的浓度提高。其损毁长度都下降，而织物增重却上升。对PN-1来说，当阻燃剂浓度为35％时，其损毁长度和织物增重分别达到一定值，以后随着浓度进一步提高，损毁长度和织物增重也没什么变化。而对PN-2来说，当阻燃剂浓度为23％时，其损毁长度和织物增重就不再变化。由于PN-1的单元结构要比PN-2大，渗透较难，用量要比PN-2大，以致损毁长度比PN-2低；而PN-2易渗透，虽阻燃剂用量比PN-1低，除在处理浴中，TMM和尿素的用量均高于PN-1外，可能PN-2的反应性也较活泼，导致织物增重要高于PN-1。同时在相同的用量情况下，阻燃剂PN-1处理后的涤棉混纺织物，其织物增重和损毁长度均要低于PN-2。另外由图1(a)和(b)可见，当阻燃剂PN-1和PN-2的用量分别在35％和25％时，织物增重的提高和损毁长度的下降逐渐趋向平衡。因此，用此浓度处理后的涤棉织物均能获得良好的阻燃效果。

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-

从图3(a)和(b)可知，PN-1的尿素用量应选择在1％-2％之间，而PN-2的尿素用量应选择在3％左右。

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。

图4焙烘时间和培烘温度对阻燃剂处理织物的损毁长度

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

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

3.结论

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

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。

参考文献

［1］沈勇等，棉混纺织物的阻燃剂及阻燃工艺研究，上海工程技术大学学报，1995、2、42—47

［2］眭伟民等，阻燃纤维及织物，北京：纺织工业出版社，1990

［3］Tesoro G.C. Meiser C.H. Some Effect of chemical Composition on the Flammabilyty Behanior of Textiles.Text.Res.J. 1970,40, 430

［4］Peter Rohringer, Mechanistic Study of Flame Inhibition by phosphonate-and Phosponium-Based Flame Retardants on Cotton and Polyester Fabrics, Textile Industry,1981(5)75-79

［5］杨栋梁，涤棉混纺织物的磷氮系阻燃整理综述，印染，1998.6.34-39