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滌綸面料阻燃整理技術的應用

發布時間:2014/09/02

     王愛英 北京潔爾爽高科技有限公司  工程師  

     孫麗華  天津鑫利達針棉紡織品有限公司  總工程師

摘要:本文根據滌綸面料滲透性差、易燃的特點,經過大量試驗摸索出滌綸面料的加工工藝,并對阻燃的機理、阻燃測試方法及相關阻燃標準進行了闡述。

一.前言

近年來,在我國平均每年發生的火災次數為3至4萬起,死亡人數2至3千人,火災損失折合人民幣2至3億元,而且有上升趨勢。據美、英、日等國對火災起因的調查,由紡織品引起的火災占火災總數的一半。所以防止由紡織品引起的火災問題引起世界各國人們的重視。

隨著各類民用和產業用紡織品的消費量迅速增加,特別是各種室內裝飾、艙內裝飾織物和床上用品的需求量日益增加,由紡織品引起的火災也不斷增加。本世紀60年代日本、歐美等發達國家對紡織品的阻燃整理提出了要求,并制定了各類紡織品的阻燃標準,我國也制定了相應的阻燃標準、明確提出了阻燃制品的測試方法和技術指標,對紡織阻燃的質量控制提供了保證。在應用方面,從紡織品的種類和適用場所限制非阻燃織物。

由于滌綸織物來自合成材料的特性,所以具有非常易燃的特點,因而滌綸阻燃紡織品的開發顯得極為重要的。另外由于滌綸阻燃纖維在紡絲過程中受到阻燃材料添加量的限制,所以很難達到理想的阻燃效果。根據滌綸纖維的特點,我們采用北京潔爾爽高科技有限公司的滌綸阻燃劑ATP通過浸軋法在高溫定型過程中,使阻燃材料的小分子嵌入滌綸的大分子之中,形成良好的鍵合,既表現出良好的阻燃效果,又有出色的耐洗性。

、滌綸纖維的阻燃機理

滌綸纖維的種類很多,其結構也不盡相同,因此,其燃燒情況也各異。紡織品的燃燒也和其他物質一樣,必須具備三個條件:熱、空氣和可燃物。紡織品的燃燒,都是由外來熱源引起的,當熱源的溫度達到一定的高度時,使其分解或裂解產生可燃性氣體,與空氣中的氧氣混合而使其著火。其間,在氣相、液相和固相中發生的物理的和化學的反應十分復雜,同時受到種種因素的影響,所以,至今仍難對它進行定量分析。對紡織品燃燒的定性說明也還不很完善。

紡織品燃燒的過程包括加熱、熔融、裂解和分解、氧化和著火等步驟。在各個步驟進行的速度還受到許多因素的影響。紡織品加熱后,首先是水分蒸發、軟化和熔融這樣的物理變化,繼之才是裂解和分解等化學變化。物理變化與紡織纖維的比熱、熱導率、熔融熱和蒸發潛熱等有關;化學變化又決定于纖維的分解和裂解溫度、分解潛熱的大小。另外,紡織品的種類、組織結構、表面形態等對其燃燒也是有影響的。

1 . 滌綸纖維的熱裂解

纖維的熱裂解在紡織品的燃燒過程中是一個至關重要的步驟,它決定裂解產物的組成和比例,對能否續燃關系極大。了解紡織品的熱裂解及熱裂解的產物,可以幫助我們研制阻燃劑和制定紡織品的阻燃整理工藝。通過阻燃整理使這些易燃物質減少或將其封閉,以達到阻燃的目的。

    滌綸纖維是應用較廣的合成纖維之一,它的燃燒與其他合成高分子材料一樣,和高溫熱源接觸,吸收熱量后發生熱裂解反應,熱裂解反應生成易燃氣體,易燃氣體在空氣(氧)存在的條件下,發生燃燒,燃燒產生的熱量被纖維吸收后,又促進了纖維繼續熱裂解和進一步燃燒,形成一個循環。合成纖維持續燃燒,必需具備下列條件:①高聚物分解,能產生可燃氣體:②燃燒產生的熱量,足以加熱高聚物,使之連續不斷地產生可燃氣體;③產生的可燃氣體能與氧氣混合,并擴散到已點燃的部分;④燃燒部分蔓延到可燃氣體與氧氣的混合區域中。針對這四個條件,人們提出了阻燃的基本原理:減少(或者基本沒有)熱分解氣體的生成,阻礙氣相燃燒的基本反應,吸收燃燒區域的熱量,稀釋和隔離空氣。

 2.滌綸纖維阻燃機理

材料的阻燃性,常通過氣相阻燃、凝聚相阻燃及中斷熱交換阻燃等機理實現。抑制促進燃燒反應鏈增長的自由基而發揮阻燃功能的屬氣相阻燃;在固相中延緩或阻止高聚物熱分解起阻燃作用的屬凝聚相阻燃;將聚合物燃燒產生的部分熱量帶走而導致的阻燃,則屬于中斷熱交換機理類的阻燃。但燃燒和阻燃都是十分復雜的過程,涉及很多影響和因素,將一種阻燃體系的阻燃機理嚴格劃分為某一種是很難的,實際上很多阻燃體系同時以幾種阻燃機理起作用。

滌綸纖維織物的阻燃整理改性方法工藝簡單、成本低,從流通的多樣性及對阻燃要求程度多方面的適應性來看,較原絲改性方法有利。但阻燃劑如果用量多,則對織物的手感和色澤影響較大。聚酯纖維織物阻燃整理的方法大致有以下三類:

1)將阻燃劑設計成象分散染料那樣的吸附型結構,采用整理—染色一浴法工藝。如阻燃劑JLSUN®ATF.

2)用熱溶法將與聚酯纖維親和性很大的阻燃劑固著在纖維上。適合于這種方法的阻燃劑品種不多,對手感影響小,耐洗牢度好。如阻燃劑JLSUN®ATP.

3)溶出型阻燃劑使用方便,阻燃效果良好,適用于天然及化學纖維織物和紙張的不耐洗滌阻燃整理,還適用于賓館、汽車等使用的內裝飾材料的阻燃整理。

三 .阻燃整理工藝

阻燃織物可以由阻燃纖維直接織造而成,由于該法是通過在合成纖維熔融紡絲過程中添加阻燃材料制成阻燃纖維,所以它要受到阻燃材料的種類、物理特性和添加量的影響,否則會直接影響到纖維阻燃的效果和纖維紡絲過程的實施。由于受阻燃材料添加量的限制(一般添加量為3-%),所以此種阻燃纖維一般不會達到理想的阻燃效果,因此此法用的很少。一般的阻燃加工過程是采用織物阻燃后整理的方法。根據阻燃劑的特性和滌綸織物的品種以及織物的用途,采用不同的整理方法。

1.非耐久性阻燃整理

滌綸織物的非耐久阻燃整理與棉織物相似,也是用一定濃度的硼砂-硼酸、聚磷酸銨等的溶液進行整理,整理后的織物通過調節增重一般都能達到所要求的阻燃效果。較難處理的是薄型滌綸織物,通常在相同的增重下,單位面積質量越大的織物,阻燃效果越好,因此稀薄織物往往需要較高的增重率。而薄織物對阻燃劑的吸附不能象厚織物一樣充分,阻燃劑易于在織物表面形成白霜,產生阻燃劑滲出的現象,影響外觀和手感。所以,薄型滌綸織物的阻燃整理要兼顧織物的阻燃性能和整理效果。典型產品有北京潔爾爽高科技有限公司的SCJ-968等。

阻燃劑SCJ-968使用方便,阻燃效果良好,適用于天然及化學纖維織物和紙張的阻燃整理,還適用于賓館、汽車等使用的內裝飾材料的阻燃整理。SCJ-968外觀為無色透明液體,含固量大于20%,能與水互溶,PH值=7-8。特別適用于棉織物的非耐久阻燃整理。

工藝流程為:

(1)噴撒處理:SCJ-968  50-80%直接噴灑到窗簾、壁紙、沙發、地毯等裝飾織物和吸收性材料上,涼干后即可獲得良好的阻燃效果。

 

(2)浸軋法:(SCJ-968  50-80%)→烘干→ 定型拉幅。此法可以和其它整理同浴完成,如柔軟整理等。

2 .耐久阻燃整理工藝

使用北京潔爾爽高科技有限公司的JLSUN® ATP可以達到國家阻燃標準B2級指標,可以耐洗30次以上。

(1)前處理過程:

在阻燃整理前最好做堿減量處理,以改變滌綸纖維吸水性差,帶液低的弱點,有效去除織物表面的雜質,防止其他助劑存在,提高阻燃整理效果。

    工藝配方:   NaOH     20-30g/l 

                 陰離子滲透劑 0.2 –0.5g/l   

處理溫度與時間:95-100℃    20-60 分鐘

處理過的織物充分水洗,去除殘堿后烘干

(2) 阻燃整理過程:

阻燃劑ATP的使用量隨織物的厚度不同而作相應的調整。

A 處方: ATP阻燃劑   90-180g/l

           5-10% NaOH   調pH 值至 6-6.5

         工藝配方也可以加入交聯劑、防泳移劑、柔軟劑,以進一步提高效果,但要求進行配伍性實驗。

B 化料操作:

先加入少量軟水,再加入所需的ATP,充分溶解。用5-10% NaOH溶液滴加至溶液的pH 值至 6-6.5,加入80%水,再加入其他助劑后攪拌,并用水稀釋至規定刻度。配制好的工作液應盡快使用。

C.工藝流程: 二浸二軋(軋液率 50-70%)→烘干(100℃/1-2min)→焙烘(185-195℃/1.5-2min)→水洗→烘干

注意事項:

上述工藝配方和工藝過程根據具體加工條件作適當調整。

(a)加入其他助劑應進行必要的小試試驗

(b)焙烘溫度必須嚴格控制,否則影響耐洗性和阻燃效果

(c)對一些特殊的染料,生產前應做色光變化小試。

 

四. 阻燃紡織品的有關標準

目前國際上阻燃紡織品的標準很多,如英國BS、德國DIN、加拿大GCSB、美國FS、瑞士SNV、日本JIS、法國ANF、瑞典SIS、中國GB以及國際標淮ISO等。某些國家的地區和組織,如美國的紐約、波士頓、加利福尼亞等大城市或州,以及商務部(DOCFF)、運輸部(DOT)和軍事機構等;各團體、學會或協會,如國家防火協會(NFPA)、紡織化學家和染色家協會(AATCC)、材料試驗學會(ASTM)等,均有一套自己的標準和測試方法。不同類別的紡織品專門的品種或成品,就有不同的測試方法。

1、我國常用的阻燃紡織品標準

(1) GB17591《阻燃機織物》

該標準規定了阻燃機織物的產品分類、技術要求、試驗方法、檢驗規則及包裝和標志。標準將阻燃機織物的阻燃性能分為2個級別:1)B1級:損毀長度≤150MM,續燃時間≤5S,陰燃時間≤5S;2)B2級:損毀長度≤200MM,續燃時間≤15S,陰燃時間≤10S。阻燃性能的測試方法按照GB/T5455。根據產品用途或由供需雙方協商確定考核級別,一般B1級適用于服用和特殊需要的裝飾用布,B2級適用于各種裝飾布。

(2)GB8965《阻燃防護服》

    該標準規定了阻燃防護服的技術要求、試驗方法、檢驗規程、標志、包裝、運輸和儲存,只適用于勞動者從事有明火、散發火花、在熔融金屬附近操作和在易燃物質并有發火危險的場所穿用的阻燃服。其衣料的阻燃性能應根據GB/T5455進行測試,并達到GB17591中所規定的B1級要求。

(3)GB50222《建筑內部裝修設計防火規范》

該標準對家庭內裝飾織物(如窗簾、帷幕、床罩、家具包布等)的阻燃要求以及測試方法都做了相關規定。根據GB/T5455垂直法進行測試,地下民用建筑中的裝飾織物都必須達到B1級要求,高層民用建筑中的裝飾織物都必須達到B1級要求,高層民用建筑中的住宅和旅館的床罩都要達到B1級要求,而窗簾、帷幕和家具包布根據建筑物和場所的不同也要達到B1級或B2級要求。

2. 阻燃織物常用的測試方法

(1) 限氧指數(LOI)法

限氧指數法是指織物在氧氣和氮氣混合氣體中發生燃燒時,維持織物燭狀燃燒所需要的最低氧氣濃度,限氧指數越大,說明產品的阻燃效果越好,反之則阻燃效果越差或不阻燃。限氧指數法雖具有靈敏度高的優點,但對試驗條件以及操作人員的要求較高,而且試驗中的氧濃度與織物實際使用條件相差較大,因此限氧指數法非常適合作為科研中的測試手段,而不常在產品生產過程中應用。

(2) 垂直燃燒法

垂直燃燒法是指利用特定點火源(火焰高度40mm±2mm),在離織物底邊20mm中心處對固定在U型夾中的垂直織物進行燃燒,在規定的燃燒時間內,通過考核織物的燃燒狀態、續燃時間陰燃時間、損毀長度等指標來測試織物阻燃性能的一種方法。我國及大部分國家對紡織品阻燃效果測試采用垂直燃燒法居多,日本用于測試服裝類紡織品的阻燃性能,美國、英國和德國則用于測試兒童內衣、防護服、裝飾布的阻燃性能。在國內外垂直燃燒法是最為完善的阻燃性能測試方法之一,大部分標準已在各行各業中起到了規范指導的作用,如我國的GB8965 98《阻燃防護服》GB17591 1996《阻燃機織物》、GB50222 95《建筑內部裝飾設計防火規范》、HB5470 96《民用飛機艙內非金屬材料燃燒性能要求》、GB8410-87《汽車內裝飾材料》,日本的JISD1201 FMVSS302《汽車裝飾織物》、TCL1008 69《飛機裝飾織物》,美國的NFPA701《窗簾阻燃性能》等。

(3) 45°斜面燃燒法

在規定條件下,試樣斜放呈45°,對試樣點火,時間1s, 將試樣有焰向上燃燒一定距離所需的時間作為評估織物燃燒劇烈程度的方法,通過測得的續燃和陰燃時間、損毀面積和損毀長度來衡量織物阻燃效果。

(4) 平面燃燒法

在規定條件下,對水平方向的織物試樣點火,時間15s,測定火焰在試樣上的蔓延距離和蔓延該距離所用的時間,通過測量得到的火焰蔓延時間及火焰蔓延速率來衡量織物的阻燃效果。

阻燃性能的測試在阻燃整理研究中是非常重要的環節。常用的織物阻燃測試方法有兩種:垂直燃燒法和氧指數法。在國家標準GB5455-85中對垂直燃燒法有詳盡的定義和規范。一般來說,氧指數法比較適合相同材料、相同織物結構的試樣阻燃性的橫向對比。單獨憑借限氧指數值(LOI)的高低,不足以說明該樣品阻燃性的好壞;而垂直燃燒法所測得的損毀炭長,則可以客觀地描述織物阻燃性。但與垂直燃燒法相比,氧指數法測得數據準確,重現性好。因此,氧指數法更適合用于工藝過程實驗使用;垂直燃燒法則可以評價織物的最終阻燃性能。

五、結語
  結合紡織品阻燃要求,開發阻燃、性能優異的阻燃制品,加強消防安全監督管理,可從根本上預防紡織品的火災威脅,給人民生命財產提供安全保證。

紡織品對阻燃功能的迫切要求使許多國家制訂了相應的紡織品阻燃標準及測試方法;有些國家還將紡織品燃燒性能標準結合有關法律強制執行。在這種背景下,各國的工業部門和研究部門競相進行紡織品阻燃研究,并在國際市場上形成劇烈競爭,從而推動了阻燃整理的發展。目前,阻燃整理已經成為紡織科學的重要組成部分,也是印染后整理中的一個突出課題。織物的阻燃技術也將隨著新材料的開發,化工技術和紡織技術的不斷進步而逐漸完善,真正成為人類生命和財產的忠誠“衛士”。

 

 

 參考文獻

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6. 朱平  隋淑英  安平林 王炳 孫鎧  我國紡織品阻燃整理技術的現狀及發展趨勢

7、《新型染整助劑手冊》商成杰主編 2002.10 中國紡織出版社出版發行


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