无甲醛棉用阻燃剂开发及应用

张华梅，张春花，刘建平

(常州纺织服装职业技术学院 常州市新型纺织材料重点实验室，江苏 常州　213164)

众所周知，甲醛是第一类致癌物，对人体有严重的危害。近年来，各国纷纷出台相关的法规限制和禁止使用含甲醛的阻燃剂。棉织物透气性好、吸湿性强、穿着舒适的特性，备受人们的喜爱，但棉织物的极限氧指数低，约为18%，极易燃烧引起火灾，造成对人们生命和财产的危害[1-2]。因此，环保型棉用阻燃剂的开发是国内外纺织品阻燃整理剂的开发热点[3]。无甲醛的棉用磷氮阻燃剂符合这一发展趋势。本文以亚磷酸和二乙醇胺为原料制备一种自制阻燃剂—低聚磷酸酯阻燃剂，利用自制阻燃剂、并利用自制阻燃剂和少量无机混合物复配阻燃剂对棉织物进行阻燃整理，探讨了阻燃整理工艺。

1　试验

1.1　材料、试剂与仪器

织物：纯棉织物；

试剂：二乙醇胺、亚磷酸、对甲苯磺酸(国药集团化学试剂有限公司)；

仪器：恒温油浴锅(巩义市予华仪器有限责任公司)，电子天平(常州市幸运电子设备有限公司)、小轧车(厦门瑞比精密机械有限公司)，电热烘箱(101A-3E，上海实验仪器厂有限公司)、垂直法阻燃性能测试仪(合肥泛远检测仪器有限公司)。

1.2　阻燃剂的合成工艺

在三口烧瓶中加入一定量的二乙醇胺和亚磷酸，少量的催化剂对甲苯磺酸，搅拌下于150℃反应一定时间，冷却后，出料，得到淡黄色粘稠状产物。目标结构产物如下：

1.3　阻燃整理工艺

二浸二轧(阻燃剂：100～450g/L，浸5min，带液率80%)→烘干(130℃，5min )→自然冷却。

1.4　性能测试

黄变：目测。

手感：实物手感评定法。通过排序法确定最好的和最差的布样，将手感最好的布样定为5级、最差的布样定位1级，中间的依次为4级、3级、2级。

阻燃性能：在恒温恒湿条件下，整理织物放置24 h以上，按GB/T 5455-1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》测定。

2　结果与讨论

2.1　自制阻燃剂质量浓度对阻燃性能的影响

由表1可知，自制阻燃剂的浓度对棉织物的阻燃效果影响较大，当质量浓度小于150 g/L时，对纯棉织物没有阻燃效果。当质量浓度超过200 g/L时，随着浓度的增加，对纯棉织物有阻燃效果，且阻燃性能不断提高，但提高程度不明显。当阻燃剂质量浓度为200 g/L提高到300 g/L，损毁长度几乎没有变化。进一步提高阻燃剂的浓度，当浓度为450 g/L时，损毁长度最小，考虑到阻燃剂用量过大，会增加成本。因此，阻燃剂质量浓度选用为200 g/L。

表1　自制阻燃剂质量浓度对阻燃效果的影响

注：130℃，烘300s。

2.2　复配阻燃剂阻燃整理工艺

2.2.1复配阻燃剂质量浓度对阻燃性能的影响

表2　复配阻燃剂质量浓度对阻燃效果的影响

注：130℃,烘300s。

为进一步考察自制阻燃剂的阻燃性能的稳定性，将自制阻燃剂与一定量的含磷、含氮、含硫无机混合物进行复配，利用复配阻燃剂对棉织物进行整理。结果见表2所示。由表可知，与单独使用自制阻燃剂相比，复配了10 g/L无机混合物的阻燃剂对棉织物的阻燃性能进一步改善，损毁长度为2.8 cm；且随着无机混合物含量的增加，阻燃效果增加，当复配的无机混合物为30g/L时，损毁长度最小，为1.75 cm；继续增加复配的无机混合物的含量，当无机混合物含量大于40 g/L后，阻燃效果又呈现下降趋势。原因是无机混合物阻燃剂太多，阻燃过程中分解出太多的气体冲破碳层，使得棉织物更易燃烧[4]。因此，最佳复配阻燃剂为：自制阻燃剂质量浓度200 g/L并复配30 g/L无机混合物。

2.2.2烘干温度对阻燃性能的影响

表3　烘干温度对阻燃效果的影响

注：自制阻燃剂200 g/L +无机混合物30g/L,烘300s。

由表3可知，开始时随着烘干温度的增加，阻燃效果提高，主要由于烘干温度低水分含量高，影响阻燃剂的分解[4]。当烘干温度提高至130℃之后，继续升高烘干温度，阻燃效果下降，且烘干温度高于140℃时，棉织物发生黄变且手感变差，主要因为温度高会导致化学键的氧化和断裂，从而引起织物的黄变[5-6]。综合考虑阻燃效果的提升、成本、手感等因素，确定最佳烘干温度为130℃。

2.2.3烘干时间对阻燃性能的影响

由表4可知，开始随着烘干时间的延长，损毁长度逐渐变小，阻燃效果增加，当烘干时间超过300s后，阻燃剂阻燃效果有所下降。原因是烘干时间过短水分含量高，影响阻燃剂的分解；若烘干时间过长，部分阻燃剂可能在烘干过程中发生分解。因此，确定最佳烘干温度为300s。

表4　烘干时间对阻燃效果的影响

注： 自制阻燃剂200 g/L +无机混合物30g/L L,130℃烘干。

3　结论

本文以亚磷酸和二乙醇胺为原料制备低聚磷酸酯阻燃剂，在130℃下烘干300s时得到最优的自制阻燃剂使用浓度为200 g/L，损毁长度为3.0 cm，续燃时间和阴燃时间均为0s。此外，本文复配了一定浓度的无机混合物，利用复配阻燃剂优化的阻燃整理工艺：二浸二轧(自制阻燃剂200 g/L，无机混合物30 g/L，浸5min，带液率80%)→烘干(130℃，5min )→自然冷却，此最优条件下整理的棉织物的损毁长度比单纯使用自制阻燃剂的损毁长度小，达到了1.75 cm，续燃时间和阴燃时间均为0s，阻燃性能均达到了GB/T 5455-1997B1级标准。

[1]张亚光，李文霞.棉用无醛阻燃剂的合成及其整理工艺[J].北京服装学院学报，2010，30(4)：17-23.

[2]邵阿娟，张幼珠，陈君.膨胀型阻燃剂对棉织物阻燃效果的研究[J].印染助剂，2007，24(1)：16-18.

[3]张林，朱平，杨立邦，等.棉用三嗪类磷系阻燃剂的制备及应用[J].印染助剂，2010，27(10)：17-21.

[4]吴田田，刘建平，张春花，等.生态型棉用阻燃剂开发与应用[J].染整技术，2014，36(9)：37-40.

[5]靳霏霏，李战雄，陈国强.含氟环磷腈的合成及棉织物阻燃整理应用[J].印染助剂，2008，25(5)：31-33.

[6]姜鹏，岳森，李文霞，等.棉用无醛P-N系膨胀型阻燃剂的制备与应用[J].印染助剂，2013，30(4)：6-10.