十溴二苯乙烷阻燃滌綸織物的研究

十溴二苯乙烷阻燃滌綸織物的研究

近年來，隨著紡織品引起的火災(zāi)數(shù)量增加，絲綢被廣泛應(yīng)用于合成纖維中量的大范圍，主要用于服裝和工業(yè)布。這需要更好的阻力阻滯能。國(guó)內(nèi)外對(duì)其燃燒和阻斷的收集進(jìn)行了大量研究。然而，使用阻滯劑和阻塞整理的織物在燃燒或分解過程中產(chǎn)生了有毒物質(zhì)，這對(duì)環(huán)境造成了威脅。1實(shí)驗(yàn)1.1試驗(yàn)儀器與設(shè)備織物:滌綸織物(600D×600D,300g/cm藥品:阻燃劑十溴二苯乙烷(江陰市蘇利精細(xì)化工有限公司)、分散劑NNO、滲透劑JFC、醋酸、醋酸鈉、分散紅玉S-2GFL、分散黃棕S-2RFL、分散深藍(lán)EX-SF(工業(yè)級(jí)).儀器:IR-12SM型紅外試色機(jī)(臺(tái)灣瑞比染色試機(jī)有限公司);DHG-9146A型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司);EDAXPV9900型能譜附件(日本日立公司);Diamond5700型DSC-TGA熱分析儀(美國(guó)PerkinElmer公司);LCK-09型自動(dòng)氧指數(shù)測(cè)定儀、LFY-26型垂直法織物阻燃性能測(cè)試儀(山東紡織研究院);Model670型摩擦牢度儀(英國(guó)JamesH.Heal公司);UITRASCANXE型測(cè)色儀(美國(guó)Hunterlab公司).1.2工藝同浴工藝工藝A:采用高溫染色工藝,在一定溫度和時(shí)間下使阻燃劑上染滌綸纖維,染畢,充分水洗.工藝條件為阻燃劑X%(owf),分散劑NNO2g/L,滲透劑JFC2g/L,浴比1∶20.工藝B:將經(jīng)工藝A優(yōu)化處理的織物再經(jīng)預(yù)烘、焙烘、水洗處理.工藝C:將阻燃劑和分散染料高溫同浴處理,染畢經(jīng)充分水洗,再經(jīng)預(yù)烘、焙烘、水洗處理.工藝條件為染料1%(owf),阻燃劑20%(owf),分散劑NNO2g/L,滲透劑JFC2g/L,pH4～5,浴比1∶20,125℃染色30min,160℃焙烘2min.1.3試驗(yàn)條件及標(biāo)準(zhǔn)纖維表面溴含量:用能譜附件對(duì)纖維表面成分進(jìn)行分析,測(cè)定纖維表面溴元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù).熱分析(DSC-TGA):用熱性能分析儀測(cè)試,條件:氮?dú)鈿夥蘸涂諝?氮?dú)鈿饬鳛?0mL/min,升溫速度為10℃/min,溫度范圍為0～700℃.限氧指數(shù):參照GB/T5454-1997,在氧指數(shù)測(cè)定儀上測(cè)試.垂直燃燒性能:參照GB/T5455-1997,在阻燃性能測(cè)試儀上測(cè)試.耐摩擦色牢度:參照GB/T3920-1997,在摩擦牢度儀上進(jìn)行干摩擦和濕摩擦的測(cè)定.K/S值:采用D2結(jié)果與討論2.1節(jié)省燃料生產(chǎn)條件2.1.1阻燃劑用量的影響采用工藝A,在125℃下處理30min,pH=4～5,阻燃劑用量對(duì)限氧指數(shù)的影響見圖1.由圖1可知,當(dāng)阻燃劑用量在0～30%時(shí),隨著阻燃劑用量的增加,限氧指數(shù)呈線性增加,限氧指數(shù)(y)與阻燃劑用量(x)的關(guān)系為y(%)=26.86x+20.471,相關(guān)度為0.9669.當(dāng)用量達(dá)到20%時(shí),限氧指數(shù)為26.6%,阻燃效果已較為理想,故選用阻燃劑用量為20%.2.1.2ph值對(duì)阻燃滌綸纖維限氧指數(shù)值的影響采用工藝A,在125℃下處理30min,阻燃劑20%,pH值對(duì)限氧指數(shù)的影響見圖2.由圖2可知,與未處理纖維(未阻燃處理滌綸纖維的限氧指數(shù)為20.6%)相比,隨著pH值的增大,限氧指數(shù)值都有不同程度的增加,當(dāng)pH為3.5～5.5時(shí),限氧指數(shù)增幅最大,達(dá)26%～30%,考慮到分散染料和阻燃劑同浴處理,選用pH值為4～5.2.1.3溫度對(duì)限氧指數(shù)的影響采用工藝A,阻燃劑20%,pH=4～5,阻燃處理30min,處理溫度對(duì)限氧指數(shù)的影響見圖3.由圖3可知,當(dāng)處理溫度在105～135℃時(shí),隨著處理溫度的增加,限氧指數(shù)呈線性增加,限氧指數(shù)(y)與處理溫度(x)的關(guān)系為y(%)=0.184x+2.82,相關(guān)度為0.9510.因阻燃劑十溴二苯乙烷的結(jié)構(gòu)類似分散染料,分子質(zhì)量小,與纖維的結(jié)合力小.升溫,可增大纖維的自由容積,提高阻燃劑的擴(kuò)散動(dòng)能,減少其向纖維內(nèi)部擴(kuò)散的空間阻力和能量阻力,從而提高阻燃劑向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散速率2.1.4處理時(shí)間的影響采用工藝A,阻燃劑20%,pH=4～5,125℃時(shí),處理時(shí)間對(duì)限氧指數(shù)的影響見圖4.由圖4可知,與未處理纖維相比,隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),限氧指數(shù)值都有不同程度的增加,當(dāng)處理30min時(shí),限氧指數(shù)增幅約29%,再延長(zhǎng)時(shí)間,限氧指數(shù)增加很少,選用處理時(shí)間為30min.2.1.5焙烘溫度和時(shí)間高溫焙烘是讓吸附在纖維表面的阻燃劑向纖維內(nèi)部擴(kuò)散,增強(qiáng)與纖維的結(jié)合牢度,提高阻燃纖維的耐久性.采用工藝B,在不同溫度下焙烘2min,焙烘溫度對(duì)限氧指數(shù)的影響見圖5.由圖5可知,在130～170℃焙烘時(shí),隨著焙烘溫度的升高,限氧指數(shù)呈線性增加,限氧指數(shù)(y)與焙烘溫度(x)的關(guān)系為y(%)=0.046x+18.54,相關(guān)度為0.9653.升溫有利于滌綸纖維大分子鏈的運(yùn)動(dòng)、加速纖維表面的阻燃劑向纖維內(nèi)部擴(kuò)散和滲透,因此,水洗時(shí)阻燃劑不易從纖維上脫落,增加了阻燃劑在纖維上的固著量.當(dāng)焙烘溫度達(dá)到160℃時(shí),限氧指數(shù)為26.0%,阻燃效果已較為良好,故選用160℃焙烘.在160℃下焙烘不同時(shí)間,焙烘時(shí)間對(duì)限氧指數(shù)的影響見圖6.由圖6可知,與未處理纖維相比,隨著焙烘時(shí)間的延長(zhǎng),限氧指數(shù)值都有不同程度的增加,當(dāng)時(shí)間為2～5min時(shí),限氧指數(shù)增幅較大,達(dá)26%～28%,故選用焙烘時(shí)間為2min.2.1.6染料同浴處理采用工藝C,阻燃劑對(duì)摩擦色牢度和表觀得色量的影響見表1.由表1可知,阻燃劑和分散染料同浴處理時(shí),阻燃劑的存在對(duì)3種分散染料上染的影響很小,K/S值的下降幅度較小,都低于4%.干摩擦和濕摩擦牢度基本保持不變.經(jīng)過阻燃的染色滌綸織物續(xù)燃時(shí)間3.0s,陰燃時(shí)間0s,損毀長(zhǎng)度4.0cm,限氧指數(shù)25.8%,阻燃效果良好.2.2阻燃滌綸纖維的熱性能阻燃滌綸織物阻燃性的優(yōu)良與纖維上的阻燃劑量有關(guān),即取決于纖維上的溴含量.纖維表面的溴含量也反映了纖維上總的溴含量,纖維表面溴含量(%對(duì)纖維表面所有元素質(zhì)量)與限氧指數(shù)的關(guān)系見圖7與燃燒性能的關(guān)系見表2.由圖7可知,纖維表面溴含量增加,限氧指數(shù)呈線性增加,限氧指數(shù)(y)與表面溴含量(x)的關(guān)系為y(%)=160.15x+19.638,相關(guān)度為0.9339.由表2可知,隨著纖維表面溴含量的增加,續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間和損毀長(zhǎng)度減小,當(dāng)溴含量為4.57%時(shí),限氧指數(shù)為26.6%,續(xù)燃時(shí)間為2.6s,陰燃時(shí)間為0s,損毀長(zhǎng)度為3.5cm,阻燃效果已較為理想.經(jīng)阻燃處理滌綸纖維的熱性能變化見圖8.DSC-TGA曲線的特征溫度見表3.由圖8和表3可知,與未阻燃滌綸相比,阻燃滌綸在某一溫度區(qū)間內(nèi)均有一次明顯失重,相同失重率下,分解溫度有所降低,失重在10%、30%、50%和70%時(shí),分解溫度分別降低26℃、15℃、9℃和7℃.阻燃滌綸纖維的晶體熔融溫度和熱分解溫度與未阻燃滌綸基本相同,但晶體熔融焓和熱分解焓都明顯降低.這表明十溴二苯乙烷阻燃處理不會(huì)改變滌綸纖維的結(jié)構(gòu),但會(huì)加速滌綸的分解,減少可燃性氣體的生成,達(dá)到阻燃的目的.另外,十溴二苯乙烷在燃燒分解時(shí)能捕捉滌綸降解反應(yīng)生成的自由基,從而延緩或終止燃燒的鏈反應(yīng);同時(shí)釋放出的HBr氣體本身是一種難燃性氣體,密度較大,覆蓋在織物表面,起到阻隔表面可燃性氣體的作用,也能抑制織物的燃燒.3表面溴含量對(duì)纖維抗燃性的影響(1)阻燃劑十溴二苯乙烷可與分散染料同浴處理滌綸,既有較好的阻燃效果,對(duì)染色的影響也很小;工藝條件為:阻燃劑20%(