滌綸織物阻燃涂層膠的制備與性能研究

滌綸織物阻燃涂層膠的制備與性能研究

0陽離子水性聚氨酯/丙綸涂層整理絲綢纖維的極限氧指數（loi）僅為22%。它是一種含有大量燃燒和破壞的可晶纖維。目前,滌綸織物的阻燃整理普遍遇到的難題是織物阻燃效果的耐久性差,阻燃整理時高溫焙烘處理會導致織物色變,且織物本身的熔滴性無法克服,甚至在浸軋整理后更為嚴重陽離子水性聚氨酯由于對疏水性聚酯、丙烯基類纖維具有良好的覆蓋性,在化學纖維涂層整理中應用較廣。本項目制備陽離子水性聚氨酯阻燃涂層膠,并按對鐵路座椅面料的阻燃性能要求相當嚴格的法國NFF16-101—1988標準,測試了其整理滌綸織物的阻燃效果、煙密度與煙毒性等指標。1測試1.1聚乙二醇聚乙二醇、二乙醇、dmp的合成織物純滌綸絨面厚重織物(400g/m試劑含磷阻燃劑CJ-1(自制),聚乙二醇(PEG2000),N-甲基二乙醇胺(MDTA),三羥甲基丙烷(TMP),甲苯二異氰酸酯(TDI),乙酸,丙酮,增稠劑,納米二氧化硅(SiO1.2合成和分類工藝1.2.1纖維在嵌段亞胺和未固結構的異氰酸酯化合物的合成反應容器中加入一定量的PEG2000,在100℃下減壓蒸餾[真空度8933Pa(67mmHg)]1h,除去微量水。在一定溫度下,加入計量的TDI,并用氮氣保護,反應2～3h后,分析嵌段異氰酸酯NCO百分含量與設計值基本相符;降低溫度并加入計量的丙酮或丁酮,稀釋制得預聚物稀釋液。在含端基異氰酸酯基的預聚體中加入低分子量的擴鏈劑TMP,于60℃反應2h,為降低反應物黏度,可適當加入溶劑丙酮,降溫至40℃以下,緩慢加入一定量的親水擴鏈劑MDTA和計量的丙酮,40℃恒溫反應30min,生成中等分子量的中間體。將計量的乙酸加入中間體以中和,在強烈攪拌下將計量的去離子水緩慢加入到容器中,并快速分散均勻,測定其pH值在6～7。減壓蒸餾脫除其中的溶劑,即得穩(wěn)定的陽離子型水性聚氨酯分散液。乳液固含量為30%～35%。1.2.2阻燃涂層膠的制備阻燃涂層膠配方/%陽離子水性聚氨酯乳液60～65含磷阻燃劑CJ-130無機添加劑0～5增稠劑4～5將適量的含磷阻燃劑CJ-1和無機添加劑(下面稱協效劑)加入到聚氨酯乳液中,攪拌均勻后加入適量增稠劑,調節(jié)體系黏度以制得適合涂層用的阻燃涂層膠。1.2.3層膠均勻地涂敷織物用瑞士MathisBA涂層機將阻燃涂層膠均勻地涂敷在織物背面,調整織物的上膠量,然后在定形機上100℃預烘3min,再于150℃焙烘2min。1.3織物結構表征垂直燃燒性能按GB/T5455—1997《紡織品燃燒性能試驗垂直法》標準測試。極限氧指數按GB/T5454—1997《紡織品燃燒性能試驗氧指數法》標準測試。煙密度和煙毒性按法國NFF16-101—1988《鐵路車輛,防火性能,材料的選擇》標準測試,煙氣排放量根據NFX10-702(煙密度室)測定,而煙毒性根據NFX70-100測定。熱重分析將剪碎的織物樣品在Al差熱分析將剪碎的織物樣品用DSC204F1型差熱掃描量熱儀(德國NETZSH公司)進行測試。樣品稱重約5mg,升溫速率10℃/min,從室溫升至285℃,用高純氮氣保護,氣體流速20mL/min。2結果與討論2.1無機添加劑阻燃效果不同的無機添加劑對含磷阻燃劑的阻燃效果顯示出不同的效應,有的是協同效應,有的則是對抗效應。當添加劑用量2%、上膠量180g/m由表1可知,除三氧化二銻的添加對磷系阻燃體系顯示出對抗效應,其它無機添加劑則都顯示阻燃協同效應。這是由于含磷阻燃劑受熱分解為磷酸,再與三氧化二銻作用生成熱穩(wěn)定性和阻燃效果均較差的磷酸銻。觀察燃燒后的殘渣進行發(fā)現,各種無機添加劑的加入均使織物燃燒后成炭量明顯增多,甚至可達到抑制滌綸織物熔滴的效果。其中,硼酸鋅和納米SiO由于布樣為滌綸絨面厚重織物,為保持織物風格,故絨面未進行阻燃整理,因而涂層織物在氧指數試驗中較易燃燒,涂層阻燃整理對織物的氧指數改善不明顯,如果對氧指數也有要求,則必須對絨面也進行阻燃整理。2.2橡膠的用量對防止絲綢表面的張力影響選用納米SiO由表2可知,上膠量為160g/m2.3滌綸織物涂層整理前后的tg分析為進一步研究阻燃劑的阻燃機理,對未整理滌綸織物和經涂層整理的滌綸織物進行熱重(TG)分析,其結果見圖1和表3。由圖1和表3知,未經涂層整理的純滌綸織物的起始分解溫度為403.1℃,經過涂層整理織物的為378.2℃,比前者有所降低。這可能是PU阻燃涂層膠的熱分解溫度較低,先于滌綸織物分解,分解產物隔離了空氣中的O2.4阻燃涂層膠對滌綸織物抗熔滴性能的影響未整理滌綸織物和經涂層整理的滌綸織物的差熱分析DSC曲線見圖2,熱分析數據見表4。由圖2可知,經涂層整理的滌綸織物在150～200℃有一個吸熱峰,這可能是阻燃劑或PU熔融吸熱所致。表4中,阻燃滌綸織物熔融峰的起始溫度為219.1℃,比滌綸原布低,對應的阻燃織物則更易熔融。但試驗中織物卻無熔滴現象,原因可能有二:一是由于無機納米氧化硅協效劑的存在,有效增加了熔融滌綸的黏度,減少了熔滴;二是由于含磷阻燃劑在受熱時分解為磷酸或多磷酸,可形成熔融的黏性表層保護基質,且這些酸還可催化PU在熱降解過程中生成大量的醇基,使PU的鏈端生成含磷的酯類。此外,氨基甲酸酯的N—H鍵也是磷酸可攻擊的位置,這樣經交聯、芳構化、芳香族環(huán)烴的熔化、渦輪形層狀炭的形成、石墨化等步驟生成了含磷的炭層。由于存在磷元素,該炭層更不易被進一步氧化,因而對滌綸織物的阻燃和抗熔滴都非常有效。由表4知,滌綸織物的最高熔融峰值溫度和終止熔融溫度與原布比較,基本沒有變化,同樣說明阻燃涂層膠對滌綸基布的性能沒有影響。阻燃滌綸織物的ΔT為37.10℃,遠大于未阻燃滌綸織物的16.5℃,這就使得滌綸織物在一個較大的溫度范圍內熔融,有利于隔斷熱量向纖維內部傳遞,阻燃效果更好。2.5人體毒性鑒定難涂層阻燃加工可賦予織物良好的阻燃性,而與此同時,阻燃也使得織物燃燒不充分,會造成煙濃度和毒性變大。煙濃度較易測得,而對熱分解或燃燒產生的有害氣體的毒性鑒定和分析很困難,對不同濃度毒物的多種混合物對人體的危害更難以評定。本項目對涂層后織物按NFX10-702和NFX70-100方法來測定煙密度和煙毒性(表5、6),依據數據可以算得煙指數IF值。由表5知,VOF按照下式計算ITC和IF值:式中:IF———煙指數(valueofsmokeindex)ITC———各種有毒氣體混合物的煙毒性指數;tcc計算得ITC=93.1,IF=56.6,符合法國NFF16-101—1988標準。3阻燃涂層膠的應用(1)利用TDI與聚醚多元醇預聚反應,以MDEA為親水擴鏈劑,可制取穩(wěn)定的陽離子水性聚氨酯乳液,其可與水溶性磷系阻燃劑混合,進一步制得穩(wěn)定的阻燃涂層膠。(2)該阻燃涂層膠應用于滌綸織物的阻燃涂層整理,